現(xiàn)代材料分析方法磁性納米材料技術

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1、磁性納米材料技術(張明中國西南應用磁學研究所)

2、[<<][>>]1、納米是什么？??一種長度單位，一等于十億分之一米，千分之一微米。大約是三、四個原子的寬度。納米的英文名稱是：nanometer，簡稱nm。2、納米科學技術??納米科學技術是用單個原子、分子制造物質(zhì)的科學技術。納米科學技術是以許多現(xiàn)代先進科學技術為基礎的科學技術，它是現(xiàn)代科學（混沌物理、量子力學、介觀物理、分子生物學）和現(xiàn)代技術（計算機技術、微電子和掃描隧道顯微鏡技術、核分析技術）結(jié)合的產(chǎn)物，又將引發(fā)一系列新的科學技術，例如納電子學、納

3、米材科學、納機械學等。納米科學技術被認為是世紀之交出現(xiàn)的一項高科技。納米材料與納米粒子1、納米材料(nanomaterial)，納米材料又稱為超微顆粒材料，由納米粒子組成。2、納米粒子(nanoparticle)，納米粒子也叫超微顆粒，一般是指尺寸在1～100nm間的粒子，是處在原子簇和宏觀物體交界的過渡區(qū)域，從通常的關于微觀和宏觀的觀點看，這樣的系統(tǒng)既非典型的微觀系統(tǒng)亦非典型的宏觀系統(tǒng)，是一種典型人介觀系統(tǒng)，它具有表面效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應。當人們將宏觀物體細分成超微顆粒（納米級）后，它

4、將顯示出許多奇異的特性，即它的光學、熱學、電學、磁學、力學以及化學方面的性質(zhì)和大塊固體時相比將會有顯著的不同。納米材料的奇異特性1、表面效應：粒子直徑減少到納米級，不僅引起表面原子數(shù)的迅速增加，而且納米粒子的表面積、表面能都會迅速增加。這主要是因為處于表面的原子數(shù)較多，表面原子的晶場環(huán)境和結(jié)合能與內(nèi)部原子不同所引起的。表面原子周圍缺少相鄰的原子，有許多懸空鍵，具有不飽和性質(zhì)，易與其它原子相結(jié)合而穩(wěn)定下來，故具有很大的化學活性，晶體微粒化伴有這種活性表面原子的增多，其表面能大大增加。2、小尺寸效應：指納

5、米粒子尺寸下降到一定值時，費米能級附近的電子能級由連續(xù)能級變?yōu)榉至⒛芗壍默F(xiàn)象。這一效應可使納米粒子具有高的光學非線性、特異催化性和光催化性質(zhì)等。3、體積效應：指納米粒子的尺寸與傳導電子的德布羅意波長相當或更小時，周期的邊界條件將被破壞，磁性、內(nèi)壓、光吸收、熱阻、化學活性、催化性及熔點等都較普通粒子發(fā)生了很大的變化。如光吸收顯著增加并產(chǎn)生吸收峰的等離子共振頻移，由磁有序態(tài)向磁無序態(tài)，超導相向正常相轉(zhuǎn)變等。4、宏觀量子隧道效應：微觀粒子具有貫穿勢壘的能力稱為隧道效應。近來年，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量，例如微顆粒

6、的磁化強度、量子相干器件中的磁通量以及電荷等亦具有隧道效應，它們可以穿越宏觀系統(tǒng)的勢壘而產(chǎn)生變化，故稱為宏觀的量子隧道效應MQT（MacroscopicQuantumTunneling）。這一效應與量子尺寸效應一起，確定了微電子器件進一步微型化的極限，也限定了采用磁帶磁盤進行信息儲存的最短時間。納米材料的分類1、納米顆粒型材料：應用時直接使用納米顆粒的形態(tài)稱為納米顆粒型材料。2、納米固體材料：納米固體材料通常指由尺寸小于15納米的超微顆粒在高壓力下壓制成型，或再經(jīng)一定熱處理工序后所生成的致密型固體材料

7、。3、納米膜材料：顆粒膜材料是指將顆粒嵌于薄膜中所生成的復合薄膜，通常選用兩種在高溫互不相溶的組元制成復合靶材，在基片上生成復合膜，當兩組份的比例大致相當時。就生成迷陣狀的復合膜，因此改變原始靶材中兩種組份的比例可以很方便地改變顆粒膜中的顆粒大小與形態(tài)，從而控制膜的特性。對金屬與非金屬復合膜，改變組成比例可使膜的導電性質(zhì)從金屬導電型轉(zhuǎn)變?yōu)榻^緣體。4、納米磁性液體材料：磁性液體是由超細微粒包覆一層長鍵的有機表面活性劑，高度彌散于一定基液中，而構(gòu)成穩(wěn)定的具有磁性的液體。二、納米材料的研究歷史?從20世紀7

8、0年代納米顆粒材料問世，80年代中期實驗室合成納米塊體材料，到現(xiàn)在有20多年的歷史，從研究內(nèi)涵和特點大致可分三個階段：1、第一階段（1990年以前）?探索用各種手段制備各種材料的納米顆粒粉體，合成塊體(包括薄膜)，研究評估表征的方法，探索納米材料不同于常規(guī)材料的特殊性能。2、第二階段（1994年以前）?人們關注的熱點是如何利用納米材料已挖掘出來的奇特物理、化學和力學性能，設計納米復合材料，通常采用納米微粒與納米微粒復合，納米微粒與常規(guī)塊體復合及發(fā)展復合材料的合成及物性的探索一度成為納米材料研究的主導方

9、向。3、第三階段（1994年以后）?納米組裝體系、人工組裝合成的納米結(jié)構(gòu)的材料體系越來越受到人們的關注，正在成為納米材料研究的新的熱點。國際上，把這類材料稱為納米組裝材料體系或者稱為納米尺度的圖案材料。?第三階段的研究對象主要是：納米絲、管、微孔等。三、納米材料的制備方法納米材料的制備方法——物理方法1、真空冷凝法?用真空蒸發(fā)、加熱、高頻感應等方法使原料氣化或形成等粒子體，然后驟冷。其特點純度高、結(jié)晶組織好、粒度可控，但技術設備要求高。2、物理粉碎法?通