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1、納米材料的新穎磁性與應(yīng)用ResearchandApplicationofNovelMagneticPropertiesofNanostructuredMaterials納米材料即三維空間尺寸中至少有一維處于1—100nm的材料。單磁疇超順磁性高矯頑力計(jì)算實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图{米材料一些特殊的磁學(xué)性質(zhì)及可能的理論解釋(1)單磁疇結(jié)構(gòu)我們通過理論計(jì)算來論證?下圖是鐵磁體未分疇與分疇后的自發(fā)磁化矢量分布簡(jiǎn)單圖示：?(a)未分疇(b)分疇表面退磁場(chǎng)能?02F?M??2對(duì)于鐵，M=1.71×106A·m-1,所δ以F=1.8×106J·m-3?設(shè)L=0.01m，則晶體表面單位面積的退磁場(chǎng)能為:E=
2、F×（L×1）=1.8×1046J·m-2??分疇后，（b）圖知，片狀磁疇表面仍然有交替變化磁極出現(xiàn)，設(shè)磁疇寬度為D,則此時(shí)表面退磁場(chǎng)能為：22E=2F=2×0.8521×10-7MD=1.7×10-7M?D???磁疇壁能?分疇后出現(xiàn)疇壁能，設(shè)晶體表面單位面積長(zhǎng)寬E??S=E????LD/均為一個(gè)單位長(zhǎng)度，其??大小等于1，厚為L(zhǎng),則沿?為單位面積磁疇壁能量長(zhǎng)度方向可分為1/D個(gè)磁?疇，并有1/D個(gè)疇壁，每E?E?E個(gè)疇壁面積為L(zhǎng)，則晶體??2?LD/中疇壁總面積為=1.7×10-7M?D+?L×1/D=L/D,則單位面?E104??L求其最小值?0得D?2M17積中的疇壁能
3、量代入公?D??4式所以E?2M??10?17???L?對(duì)于鐵，M=1.71×106A·m-1???=1.59×10-3J·m-2L=0.01m，所以分疇后E=5.6J·m-2E5.61??4比較知，分疇前后，E1.810?3200?納米磁性材料與宏觀材料有許許多多的獨(dú)特性質(zhì)，很多也是單磁疇結(jié)構(gòu)的原因所致。(2)奇異的超順磁性與較高的矯頑力?單磁疇時(shí)，材料自發(fā)磁化，磁矩都排列在易磁化方向材料內(nèi)部的各向異性能與熱運(yùn)動(dòng)能相比擬時(shí)易磁化方向就會(huì)作無規(guī)律變化(a)鐵磁性(b)順磁性即宏觀上顯示超順磁性以直徑為9nm的鎳為例磁有序的弛豫時(shí)間????exp(kvkT/B)k為各項(xiàng)異性常數(shù)
4、V為晶粒的體積。?約為10-11s?對(duì)于9納米的鎳在T=631K時(shí)，各向異性常數(shù)K為5.8×10-2J。由此可得?????3????23????exp(5.8????3/4???4.5???/1.3810??631)=4.18×10-17s由麥克斯韋平均自由程公式和平均熱速率公式1為有效直徑???????n為分子數(shù)密度??2n???=7?10-17sv?2kTm/Ni?422.6/ms??????可見磁有序的弛豫時(shí)間與熱運(yùn)動(dòng)近似處于同一數(shù)量級(jí)，從而從另一個(gè)角度證明了此時(shí)的各向異性能與熱運(yùn)動(dòng)能可以相比擬，顯示超順磁性。顆粒1018385880直徑Dnm矯頑力0781952402
5、00HC×103/4πA*m-1?用Origin作圖得曲線A250200150100YAxisTitle5000102030405060708090XAxisTitle實(shí)驗(yàn)論證?不同尺度和形貌的普魯士藍(lán)近似物晶體如圖磁滯曲線磁性納米材料的應(yīng)用?利用磁場(chǎng)與磁性納米材料相互作用合成新穎的納米材料磁性納米材料的應(yīng)用?以合成四氧化三鐵單晶為例圖號(hào)外加磁場(chǎng)產(chǎn)物形貌強(qiáng)度（T）圖-A0全部是塊狀晶體圖-B0.15產(chǎn)物中出現(xiàn)了少量納米帶圖-C0.25產(chǎn)物中納米帶增多圖圖-D0.35產(chǎn)物為均勻的納米帶簡(jiǎn)單的模型納米磁性材料擁有易磁化軸，外有磁場(chǎng)的介入，就有可能使粒子沿著易磁化軸的方向聚集、融合
6、、生長(zhǎng)?同時(shí)，在溶液中，離子定向移動(dòng)產(chǎn)生電流，當(dāng)磁場(chǎng)在垂直于電流方向有分量時(shí)，會(huì)產(chǎn)生洛侖茲力——Q*V*B，在磁場(chǎng)的作用下，反應(yīng)體系中帶電荷的基團(tuán)（表面活性劑、無機(jī)離子、帶電荷的膠團(tuán)）可能受到洛侖茲力(Q*V*B)的擾動(dòng)，呈現(xiàn)出與無磁場(chǎng)是不一樣的分布情況，從而產(chǎn)生不同的吸附如下圖應(yīng)用?強(qiáng)磁場(chǎng)下在砷化鎵襯底下自組裝四氧化三鐵納米顆粒，并觀測(cè)到沿磁力線方向上磁性顆粒的長(zhǎng)程有序；?利用1T磁場(chǎng)把磁性鐵微球排列成整齊的六方堆積；?利用磁場(chǎng)成功合成很多納米磁性顆粒和指引碳納米管的定向排列；?在磁場(chǎng)輔助下通過簡(jiǎn)單的水熱一步合成制備出結(jié)構(gòu)復(fù)雜的珍珠鏈狀磁鐵礦和白鐵礦微米線/棒。近期scie
7、nce上發(fā)表的重要文章報(bào)道了利用不同尺寸FeO34納米材料磁學(xué)性能不同進(jìn)行污水治理和復(fù)雜混合物分離的新技術(shù)。?自下而上(bottom-up)?介觀晶體(mesocrystal)?自組裝(self-assemble)（A）顆粒（B）介觀晶體引用文獻(xiàn)?1]H.Zeng,J.Li,J.P.Liu.“Exchange-couplednanocompositemagnetsbynanoparticleself-assembly”[J]?Nature,2002.420:395-398.?[2]H.L.Sun,H.T
