钴铁氧体的各向异性与磁致伸缩研究
钴铁氧体磁性纳米粉体
溶胶-凝胶法钴铁氧体磁性微粉具有独特的物理、化学特性，催化特性与磁特性。
如矫顽力和电阻率可达到比磁性合金高几十倍的水平，高频磁导率较高，单元铁氧体在室温下的磁晶各向异性常数高达约2.7×10 J·m，在可见光区有较大的磁光偏转角，化学性能稳定且耐蚀、耐磨，因而可以将其粉体粒径与直流磁化参数调节到合适的范围用作磁记录介质，以保证在足够信噪比条件下不断提高记录密度。
钴铁氧体磁性微粉还可以作为一种重要的微波吸收剂使用，这主要是因为在微波频率C波段与Ku波段能保持较高的复数磁导率。
目前钴铁氧体磁性微粉合成方法主要有氧化物法、盐类分解法、化学共沉淀法、溶胶-凝胶法等。
其中溶胶-凝胶法实验操作简单，便于对材料进行离子掺杂以改善其性能，具有前躯体分解和氧化物形成温度都很低，反应物在合成过程中处于高度均匀分散状态，可获得纳米级的粉体等优点，在实现产业化方面有较强的竞争优势实验部分1.1纳米CoFe2O3的制备将CoCl-2·6HO与FeCl-3·4HO按一定摩尔比投料，加入柠檬酸，溶于少量水中磁力搅拌1 h，生成红色溶胶。
再加入少量聚乙二醇，用乙醇稀释至总金属离子浓度为0.1 mol·L，继续磁力搅拌2 h，超声0.5 h，使体系充分均匀。
1.2分析与测定采用梅特勒-托利多TGA/SDTA热重分析仪对比分析热分解反应过程，用A V A TAR360（Nicolet）红外光谱仪分析掺杂微粉结构，用SIEMENS-D-500X射线衍射仪分析钴铁氧铁微粉物相及粒度，用VBH-55型震动样品磁强计测定比饱和磁化强度和矫顽力。
采用MettlerToledo公司热重分析仪对干凝胶进行热重分析，采用Siemens公司X射线衍射仪分析产物的晶体结构，采用Ricoh公司透射电镜研究产物的形貌，采用南京大学仪器厂震动样品磁强计研究产物的磁性。
343 K下蒸发稀溶胶直至得到深褐色凝胶，红外箱中烘干，破碎后分别于473 K，523 K，673 K和773 K下灼烧2 h，进行XRD和IR分析；在773~923 K 范围内不同温度下焙烧样品，并分别灼烧1 h和2 h，进行粒度分析；对产物进行透射电镜分析和磁性分析。
材料磁性与磁致伸缩效应的研究
材料磁性与磁致伸缩效应的研究材料的磁性一直是材料科学研究的一个重要方向。
磁性材料的磁致伸缩效应是指在磁场作用下，材料会发生形变，这种形变与磁场的强度和方向密切相关。
磁致伸缩效应的研究不仅有助于深入理解材料的磁性行为，还可以为磁致伸缩材料在传感器、驱动器和可调节材料等领域的应用提供理论依据。
要研究材料的磁性和磁致伸缩效应，首先需要寻找具有磁性的材料。
传统上，铁、镍和钴等过渡金属是常见的磁性材料。
近年来，随着磁性材料的不断发展，科学家们发现了更多磁性材料，如铁氧体、钕铁硼等。
这些磁性材料具有不同的磁矩排列方式和磁化行为，因此可以用于研究不同类型的磁致伸缩效应。
磁致伸缩效应的研究需要利用实验手段来测量和观察材料在磁场中的变化。
一种常用的实验方法是通过霍尔效应来测量材料的磁致伸缩效应。
霍尔效应是材料在磁场中电阻发生变化的现象，通过测量这种电阻的变化可以推断材料的磁致伸缩效应。
除了实验手段，理论模拟也是研究磁致伸缩效应的重要方法之一。
通过建立材料的电子结构模型和磁场相互作用模型，可以通过计算来推导材料在磁场中的形变行为。
这种理论模拟有助于深入理解材料的磁致伸缩效应的本质，以及磁场对材料的控制作用。
在材料科学领域，这种理论模拟可以为磁致伸缩材料的设计和应用提供重要的指导。
磁致伸缩效应不仅在基础研究中具有重要意义，还被广泛应用于实际生活中。
磁致伸缩材料在传感器领域有着重要的应用。
例如，磁性材料的磁致伸缩效应可以用于制作压力传感器，通过测量材料在磁场中的形变来间接测量压力的变化。
此外，磁致伸缩材料还可以用于制作驱动器和可调节材料。
通过控制材料在磁场中的形变，可以实现对材料性能的调节和控制。
在磁致伸缩材料的应用中，研究材料的磁性和磁致伸缩效应的机制至关重要。
通过深入了解磁性材料的磁矩排列和磁化过程，可以更好地设计和优化磁致伸缩材料的性能。
同时，研究磁致伸缩材料在不同应变和温度条件下的性能变化也是非常重要的，这有助于提高磁致伸缩材料的稳定性和可靠性。
各个材料的磁致伸缩系数
各个材料的磁致伸缩系数磁致伸缩（Magnetostriction）是指材料在磁场作用下发生的尺寸变化现象。
磁致伸缩系数是衡量材料磁致伸缩效应的重要参数，表示材料在单位磁场下产生的相对长度变化。
不同材料的磁致伸缩系数各不相同，下面将介绍几种常见材料的磁致伸缩系数。
1. 铁磁材料铁磁材料是指在外磁场作用下能够产生明显磁致伸缩效应的材料。
最典型的铁磁材料是铁、镍和钴。
这些材料的磁致伸缩系数一般在10^-6到10^-5之间，属于中等强度的磁致伸缩材料。
铁磁材料的磁致伸缩效应被广泛应用于磁致伸缩传感器、磁致伸缩驱动器等领域。
2. 铁氧体材料铁氧体材料是一类具有高导磁性能的磁性材料，其磁致伸缩系数相对较小。
一般来说，铁氧体材料的磁致伸缩系数在10^-7到10^-6之间。
铁氧体材料常用于制造磁芯、电感器等电子元器件，其磁致伸缩特性可用于制造压电陶瓷材料。
3. 铁氧氮材料铁氧氮材料是一类新型的磁性材料，具有较高的磁致伸缩效应。
铁氧氮材料的磁致伸缩系数一般在10^-5到10^-4之间，是一类较高强度的磁致伸缩材料。
铁氧氮材料的磁致伸缩效应可应用于制造磁致伸缩传感器、磁致伸缩驱动器等高精度设备。
4. 铁镁硅合金材料铁镁硅合金材料是一种具有良好磁致伸缩效应的磁性材料。
铁镁硅合金材料的磁致伸缩系数可达到10^-4以上，是目前磁致伸缩效应最强的材料之一。
铁镁硅合金材料的磁致伸缩特性广泛应用于制造磁致伸缩驱动器、磁致伸缩换能器等领域。
5. 非铁磁材料非铁磁材料是指在外磁场作用下不产生明显磁致伸缩效应的材料。
非铁磁材料的磁致伸缩系数一般较小，通常在10^-8以下。
非铁磁材料的磁致伸缩效应较弱，常用于制造结构件、机械零件等领域。
在实际应用中，根据不同的需求可以选择适合的材料来实现特定的磁致伸缩效应。
磁致伸缩系数的大小决定了材料在磁场作用下的变形程度，对于磁致伸缩传感器、磁致伸缩驱动器等设备的性能具有重要影响。
因此，在材料选择和设计中，需要考虑材料的磁致伸缩系数以及其他相关性能，以满足特定的应用需求。
磁晶与向异性与磁轴伸缩课件
医疗领域
利用磁晶与向异性材料的生物相 容性和磁响应性，应用于医学影 像、药物载体、肿瘤治疗等领域
。
06
案例研究：磁晶与向 异性在硬盘中的应用
硬盘的工作原理
硬盘存储原理
硬盘通过存储数据在磁性材料上，利用磁性材料的磁化状态来记录数据。当电流通过磁头线圈时，磁 头与磁盘表面接触，产生磁场，使磁盘表面上的磁性颗粒磁化，从而记录数据。
磁晶与向异性与磁轴伸缩课 件
目录
• 磁晶与向异性简介 • 磁晶的分类与特性 • 向异性与磁轴伸缩 • 磁晶与向异性在科技中的应用 • 磁晶与向异性面临的挑战与解决方案 • 案例研究：磁晶与向异性在硬盘中的应用
01
磁晶与向异性简介
磁晶与向异性的定义
磁晶
磁晶是指在晶体结构中，由于原 子、分子或离子的排列方式不同 ，导致磁场方向发生变化的特性 。
复杂晶体结构的磁晶各向异性表现出更为复杂的特性，其磁化强度M在不同方向上 可能存在更为复杂的变化。
常见的复杂晶体结构有铁氧体、稀土金属间化合物等。
03
向异性与磁轴伸缩
向异性定义与分类
定义
向异性是指物质在各个方向上表现出不同的物理性质。
分类
晶体材料的向异性可以分为自发向异性和诱导向异性。自发向异性是指晶体材 料本身固有的性质，而诱导向异性则是在外部磁场或电场作用下表现出的性质 。
应用
利用向异性与磁轴伸缩之间的关系，可以开发出新型的传感器、换能器等器件， 用于磁场或电场的测量和调控。同时，这种效应在磁性存储器、磁性随机存储器 等领域也有着广泛的应用前景。
04
磁晶与向异性在科技 中的应用
磁记录技术
磁记录技术是一种利用磁性材料特性进行信息存储的技术，如硬盘、磁 带等。磁晶与向异性在磁记录技术中起着关键作用，它们决定了磁记录 的稳定性和可靠性。
磁晶各向异性和磁致伸缩
6 2
6
3
，
222
1 2 3，
24 24 24 42 42 42 12 23 31 12 23 31
1 6 2 6 3 6 1 22 2 2 23 2 3 2 1 2 3 1 22 23 2
第三项
3 2 2 222 2 222 2 22 22 22 22 1 2 122 3 233 1 31 12 23 31
[100]：1=1,2=0,3=0
EA=0
y
[110]： 10,231/ 2 EA=K1/4
[110]
[111]：1231/ 3 EA=K1/3+K2/27
x
立方晶系各向异性
Fe: K1=4.72x104Jm-3 K2=-0.075x104Jm-3
Ni: K1=-5.7x103Jm-3 K2=-2.3x103Jm-3
b. (110)面测定
1=0,2=sin,3=cos
E A2 23 2sin2cos2
sin 2 2 sin c o s
cos22cos21
T K 1 ( 2 s2 i n 3 s4 i) n K 2 (s 2 i4 s n 4 i n 3 s6 i)n
8
64
极大 =25031‘, -0.561K1 ,极小 =70021‘,+0.210K1
EA wi
i
i表示自旋对。由于远处自旋对的相互作用很小，仅考虑近邻，最多
到次近邻之间的相互作用。设(1,2,3 )为平行自旋对的方向余弦， 对原子連线方向与x-轴平行的自旋对，cos可以用1代替，对平行y-,z轴的自旋对，cos可分别用2和3替代。
E A N l(1 2 1 3 ) q (1 4 7 6 1 2 3 3 5 ) .... l (2 2 1 3 ) q (2 4 .....
钴铁氧体纳米晶粒的结构及磁特性研究
第３ Ｏ卷 第 ２期
钴铁氧体纳 米晶粒 的结构及磁特性研 究
吕庆荣， 方庆清， 瑞， 李 王翠平
（ 安徽大学 物理与材料科学学院 ， 安徽 合肥备 了纳米 尺度 的钴铁氧 体粉料 ， 并在 １６ ２ ０—１４ ￣ ３ ０Ｃ温度下 进行 了
１ 实验方法
以草酸铵为沉淀剂 ， 以化学纯 的氯化钴 、 硫酸亚铁为原料 ， 按基本配方 Ｃ ｅ ． ＝ ． ｎＦ， （ ０ ２～１０ Ｏ ．） 和共沉离子方程式 ２ ｅ Ｆ 。 Ｍ ＋ （ ２ ４ ＋ Ｈ ０ ＋ ｅ ３ Ｃ Ｏ ） ６ ２ 一Ｍ Ｆ ２ Ｃ Ｏ ） ・ Ｈ Ｏ 计算出所需原料 ， ｅｅ（ ２ ４ ３ ６ ２ ， 用去 离子水配置等量浓度 的工作 液 （ 氯化 钴 、 硫酸亚铁 的混合 液 ） 和沉淀液 （ 酸铵溶液 ） 草 并分别加热 至 ７ ￣ 然后把工作液缓缓注入沉淀液中并不 断搅拌 ， ０ Ｃ； 充分混合好后静置 ２ ， ｈ 将所得 到的沉淀生成物洗 涤、 干燥后移入高温炉中按照 ｌ ｍｎ的升温速率加热到 ８０Ｃ， ｏ Ｃ／ ｉ ５ ￣ 并在此温度下保温 ２ ５ ； ． ｈ 最后， 将这 些预烧后 的微粉材料分别在 １６ ￣ １８ ￣ １０ ￣ １２ ￣ 和 １４ ￣ 温度下保温 ２ ５ ２０Ｃ、 ０ ２ Ｃ、 ０ ３ Ｃ、 ０Ｃ ３０Ｃ ３ ．ｈ后 ， 在空气 中自
立方 结构 的钴 铁氧 体是 一种性 能优 良的永磁 材料 ， 具 有独 特 的 物理 特 性 、 学 特 性 及磁 学 特 性 ， 它 化 它 的饱 和磁化 强度 较高 、 晶各 向异性 常数较 大 、 磁 化学 性 能稳 定 而且 耐 腐蚀 耐 磨 损 ． 有 这 些优 点 使 所
它广泛地应用于低损耗磁芯材料 、 垂直磁记录材料 、 磁性静态波器件 以及表面磁性研究 中 ． 近年来 ， 研究发现钻尖晶石型氧化物薄膜在短波长 内有较大的克尔效应 ｊ ， ４Ｊ这对于在保持高信 躁 比的前提下 提高磁记录密度和存取速度具有重要的意义， 因此在磁光存储介质竞争中处于十分有利的地位． 作为一 种新型的蓝紫光磁光记录材料 ， 钴铁氧体系列正在引起人们越来越高的重视． 采用化学共沉淀法制备出了 钴铁 氧体 粉料 ｃ ｅ Ｏ （ ： ． ｏＦ ０２一１０ ， ． ）研究 了钴含量 及退火温度对 晶粒结 构物相 以及磁性 能的影 响．
Tb-Dy-Fe磁场热处理感生各向异性磁致伸缩效应压磁效应论文
感生各向异性对TbDyFe取向晶体压磁效应作用研究【摘要】立方Laves相TbDyFe合金是一种超磁致伸缩材料,能够实现机械能与电磁能的快速转换,拥有大应变、高能量密度、快速响应等特性,在传感器、作动器和执行器等系统中具有广泛应用前景,被视为21世纪战略性新材料。
磁场热处理可调控TbDyFe材料的初始磁畴分布状态,感生各向异性,从而改善磁致伸缩和压磁响应。
本文对<110>取向Tb0.3Dy0.7Fe1.95合金棒进行离轴磁场热处理,采用磁力显微镜观察了磁场热处理前后的磁畴形貌演变,用力磁耦合设备测量了磁致伸缩和压磁系数,探讨了磁热感生各向异性对磁致伸缩性能及压磁系数的作用机理。
主要结果如下：<110>取向Tb0.3Dy0.7Fe1.95合金棒放在与轴向成35°夹角的0.3 T外磁场中进行热处理后,无预压应力时的饱和磁致伸缩值λs由热处理前的1023 ppm提高到1650 ppm;预压应力小于20 MPa时,磁场热处理后的样品表现出显著的磁致伸缩“跳跃”效应,当预压应力为20 MPa时,λs可达2310 ppm;磁场热处理后的样品在较低的预压应力下在更低磁场时就可以获得最大的d33,即能获得较优的磁致伸缩性能；磁场热处理... 更多还原【Abstract】 As a gaint magnetistritive material, cubic Laves phase TbDyFe alloys can realize quick conversion between mechanical energy and electromagnetic energy. Due to the giant magnetostriction, high energy density, quick response, TbDyFe alloys could be widely applied in transducers, sensors, andactuators. Magnetic field annealing can change the initial magnetic domain distribution of TbDyFe oriented crystals, hence improve the magnetostrictive and piezomagnetic responses. In this work,<110> ori... 更多还原【关键词】Tb-Dy-Fe；磁场热处理；感生各向异性；磁致伸缩效应；压磁效应；【Key words】Tb-Dy-Fe；Magnetic annealing；Induced anisotropy；Magnetostriction；Piezomagnetic effect；摘要5-6Abstract 6-7第一章绪论10-221.1 压磁效应10-111.2 压磁材料概述11-151.2.1 铁氧体11-121.2.2 铁基非晶12-131.2.3 铁磁形状记忆合金13-141.2.4 Terfenol-D超磁致伸缩材料14-151.3 Terfenol-D材料的压磁效应15-211.3.1 Terfenol-D材料的特点151.3.2 Terfenol-D材料压磁效应的研究现状15-171.3.3 Terfenol-D材料基于压磁效应的应用17-181.3.4 磁场热处理对Terfenol-D性能的影响18-211.4 本文的选题意义和研究内容21-22第二章实验方法22-282.1 取向合金制备232.2 磁场热处理23-242.3 微观组织与磁畴观察24-262.3.1 金相组织观察242.3.2 X射线衍射分析(XRD) 24-252.3.3 磁畴显微观察25-262.4 磁测量26-282.4.1 磁致伸缩测量26-272.4.2 压磁曲线测量27-28第三章磁场热处理TbDyFe取向晶体的磁畴与磁致伸缩28-393.1 引言283.2 实验28-293.3 实验结果与讨论29-383.3.1 择优取向和微观组织29-313.3.2 磁畴形貌31-323.3.3 磁致伸缩32-383.4 本章小结38-39第四章磁场热处理TbDyFe取向晶体的压磁效应39-534.1 引言394.2 实验39-404.3 结果与讨论40-514.3.1 压磁曲线40-434.3.2 压磁系数43-484.3.3 讨论48-514.4 本章小结51-53第五章结论53-54参考文献。
钴铁氧体的各向异性与磁致伸缩研究
钴铁氧体的各向异性与磁致伸缩研究钴铁氧体具有电阻率高,高频涡流损耗小,磁致伸缩系数大,耐腐蚀等优点。
钴铁氧体单晶体磁致伸缩达到-590×10-6,但由于磁晶各向异性较高,多晶体磁致伸缩仅为-200×10-6。
本文目标是研制出具有大磁致伸缩、大压磁系数和低驱动场的钴铁氧体多晶材料。
探索了取向多晶钴铁氧体的制备工艺,并阐述了微观取向和宏观磁致伸缩之间的关系;研究了磁场热处理和热等静压处理对烧结体磁畴结构和显微结构的影响,阐述了磁场热处理感生各向异性的机制;研究了元素添加对磁晶各向异性和磁致伸缩性能的影响;研究了力场磁场耦合作用下的磁弹性能,明确了磁致伸缩应变和弹性模量随应力的变化规律。
探索了取向多晶钴铁氧体的制备工艺。
通过高能球磨获得单晶态粉体,经过注浆成型和磁场取向获得取向坯体,再经过排塑和烧结最终获得了具有强<001>丝织构的取向多晶材料。
基于取向分布函数对取向多晶钴铁氧体的磁致伸缩进行了定量计算,结果显示多晶材料的磁致伸缩依赖于<001>丝织构的强度。
通过热等静压处理进一步消除了烧结体内部气孔等缺陷,致密度达到99%以上。
对取向多晶钴铁氧体进行磁场热处理,可以感生出单轴各向异性,提高90°畴转的比例。
通过磁场取向和后续热处理,磁致伸缩提高到-564×10-6/Oe,压磁系数达到-1.54×10-6/Oe,饱和场进一步降低至500 Oe。
研究了添加元素对钴铁氧体磁晶各向异性和磁致伸缩性能的影响。
通过XPS 对元素分布进行了分析,结果显示同时添加Mn和Zn可以促进Co2+进入氧八面体间隙,在降低磁晶各向异性K1的同时保持较高的饱和磁致伸缩系数,从而提高λS/K1和压磁系数。
研究了钴铁氧体在力场和磁场耦合作用下的磁弹性行为。
利用多场耦合测量装置,研究恒应力作用下的磁致伸缩行为和恒磁场作用下的应力应变行为,结果显示饱和磁致伸缩随压应力增加而线性降低,无偏置磁场时应力应变曲线出现△E效应,△E最大可以达到29%。
磁晶与向异性与磁轴伸缩课件
磁晶与向异性的应用领域
磁晶的应用领域
磁晶在电子、通讯、能源等领域有广泛应用，如用于制造磁记录材料、磁传感 器、磁存储器等。
向异性的应用领域
向异性在电子、通讯、能源等领域也有广泛应用，如用于制造高灵敏度磁力计 、电磁波吸取材料、电磁波屏蔽材料等。
02
磁晶的分类与特性
铁磁性磁晶
铁磁性磁晶是指具有强磁性的磁晶，其磁矩 方向可以自发地排列成一致的方向，产生强 烈的磁场。常见的铁磁性磁晶有铁、钴和镍 等。
要点二
磁性材料在医疗科技领域的发展 前景
随着医疗技术的不断进步和人们对健康需求的不断增加， 磁性材料在医疗科技领域的应用前景非常广阔。未来，磁 性材料将更加重视个性化、精准化和智能化，同时不断探 索新的应用领域，如基因治疗和细胞治疗等领域。
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铁氧体磁晶具有较高的磁导率和较低的损耗等特性，因此在通讯、雷达和导航等领 域有广泛的应用。
铁氧体磁晶还可以通过掺杂其他元素来调节其性能，如调节电阻率、介电常数和热 稳定性等，这使得它们在电子器件和传感器等领域具有一定的应用前景。
03
向异性的分类与特性
单轴向异性
单轴向异性是指只有一个易磁化方向的材料特性。
向异性是指磁性材料在不同方向 上表现出不同的物理性质，如磁 化强度、磁导率等。
磁晶与向异性的物理特性
磁晶的物理特性
磁晶具有自发磁化和磁畴结构等特性 ，这些特性决定了磁晶的磁学性质和 磁学行为。
向异性的物理特性
向异性表现为磁性材料在不同方向上 具有不同的物理性质，如磁导率、磁 化强度等。这种特性使得磁性材料在 某些方向上具有更高的磁学性能。
反铁磁性磁晶还具有较高的电阻率和 较低的介电常数等特性，这使得它们 在电子器件和集成电路等领域具有一 定的应用前景。
制备方法对钴铁氧体的微观结构和磁性能的影响
精 密 成 形 工 程第14卷 第1期34 JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING2022年1月收稿日期：2021-08-14 基金项目：国家自然科学基金（51501006）；中央高校基本科研业务费（FRF-GF-17-B2，FRF-GF-19-028B ，FRF-GF-20-23B ） 作者简介：刘苗（1997—），女，硕士生，主要研究方向为钴铁氧体磁致伸缩材料的制备及其磁性能。
通讯作者：李纪恒（1982—），男，博士，副研究员，主要研究方向为磁致伸缩材料的制备、组织结构与性能。
制备方法对钴铁氧体的微观结构和磁性能的影响刘苗，李纪恒，包小倩，高学绪（北京科技大学 新金属材料国家重点实验室，北京 100083）摘要：钴铁氧体由于其独特的磁特性，如较大的饱和磁致伸缩应变、较高的电阻率、较高的应变和压力敏感度等，被广泛应用于换能器、传感器等领域，是一类重要的磁性功能材料，其中，饱和磁致伸缩系数λS 和压磁系数(d λ/d H )max 是决定磁致伸缩材料在实际应用中器件性能的关键参数，其与化学成分和合成方法等多种因素密切相关。
综述了钴铁氧体的几种制备方法，如球磨法、溶胶凝胶法、水热法、自蔓延燃烧法和化学共沉淀法等，并对不同方法进行比较，分析了它们对显微组织、结构以及磁性能的影响，即不同的制备方法主要通过得到不同尺寸的粉末颗粒和烧结块的晶粒，以及改变金属阳离子的分布和晶粒择优取向度，从而实现钴铁氧体的微观结构和磁性能的有效调控，为进一步提高钴铁氧体磁致伸缩性能提供了实验设计思路。
关键词：钴铁氧体；磁致伸缩材料；制备方法DOI ：10.3969/j.issn.1674-6457.2022.01.005中图分类号：O482.52+6 文献标识码：A 文章编号：1674-6457(2022)01-0034-10Effects of Preparation Methods on Microstructure and MagneticProperties of Cobalt FerriteLIU Miao , LI Ji-heng , BAO Xiao-qian , GAO Xue-xu(State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials, University of Science and TechnologyBeijing, Beijing 100083, China)ABSTRACT: Cobalt ferrites are extensively applied as a kind of important magnetic functional materials in transducers, sensors and other fields because of the unique magnetic properties, such as large saturation magnetostrictive strain (λS ), high resistivity, high strain and pressure sensitivity. Among these properties, the saturation magnetostrictive coefficient λS and the piezomagnetic coefficient (d λ/d H )max are the pivotal parameters to determine the performance of magnetostrictive materials in the actual appli-cation, and are closely related to many factors such as chemical composition and synthesis method. Several kinds of preparation methods of cobalt ferrite were reviewed, such as ball mill method, sol-gel method, hydrothermal method, auto-combustion method and chemical co-precipitation method. Then, these different methods were compared and their influence on the micro-structure, structure and magnetic properties were analyzed. Different preparation methods can effectively control the micro-structure and magnetic properties of cobalt ferrite by obtaining different sizes of powder particles and sintered block grains, as well as changing the distribution of metal cation and the preferred orientation of grain, and provide experimental design ideas for further improving magnetostrictive properties of cobalt ferrite.KEY WORDS: cobalt ferrite; magnetostrictive materials; preparation methods. All Rights Reserved.第14卷 第1期 刘苗等：制备方法对钴铁氧体的微观结构和磁性能的影响35磁致伸缩材料能够在磁场的作用下发生长度变化，从而向外输出位移或力，实现电磁能和机械能之间能量的相互转换，这使磁致伸缩材料可以作为驱动元件而被广泛应用于执行器、传感器和换能器等智能尖端设备中[1-2]。
纳米钴铁氧体吸波材料的研究现状
2009 年 8 月
蒲 聿，等：纳米钴铁氧体吸波材料的研究现状
421
1.2 层状前体法钴尖晶石铁氧体纳米颗粒[6] 采用共沉淀的方法，在层板中引入磁性离子
Co2+、Fe2+ 和 Fe3+，合成具有层状结构的前体水滑 石化合物（CoFe（Ⅱ）Fe（Ⅲ）SO4- LDHs），高温焙 烧前体水滑石化合物化转为尖晶石型铁氧体。在 LDHs 晶体结构中，由于受晶格能最低效应及其 晶格定位效应的影响，LDHs 层板中的金属离子 和层间的阴离子以一定方式均匀分布，形成了在 层板上每一级小的结构单元中，其化学结构不 变。因此，前体水滑石化合物焙烧后能够得到成 分均匀和结构均匀、磁畴结构单一的尖晶石铁氧 体，从而大幅度提高其磁学性能。实验部分包括 层状水滑石前体的制备和尖晶石型铁氧体的制 备。 1.3 强磁场下共沉淀—— —相转化法制备纳米钻
路阳[12]等以硝酸铁、硝酸铝和六次甲基四胺 为原料，采用溶胶—凝胶法制备了 Fe2O3- Al2O3 纳米复合材料，并对材料进行了表证。结果表明 随着热处理温度的提高，样品的晶粒尺寸变大； Fe2O3- Al2O3 纳米复合材料样品均存在超顺磁现 象，随样品晶粒尺寸变大，Mossbauer 谱中超顺磁 成分所占的比例减小；XRD 结果表明样品中有 Fe3+ 和 Al3+ 分别固溶到 Al2O3 和 Fe2O3 的晶格中。 3.1.2 纳米铁氧体 SiO2 复合材料
多孔陶瓷是一种新型的陶瓷材料，由于具有 均匀分布的微孔或孔洞，孔隙率较高、体积密度 小、具有发达的比表面及独特的物理表面特性， 对液体和气体介质有选择透过性，具有能量吸收 或阻尼特性，加之其特有的耐高温、抗腐蚀、耐热 冲击、原材料来源广泛和使用寿命长等优点，使 其在冶金、化工、能源、环保、生物等多个领域得 到广泛的应用。多孔碳化硅陶瓷除了具备多孔陶 瓷的优点外，还有一个令人瞩目的特性就是其良 好的微波吸收特性，是制备多波段吸波材料的主 要组成部分，可以实现轻质、宽频带和多频段，是 具有广阔应用前景的一种材料[15]。陶瓷吸波纤维 材料主要包括碳纤维和 SiC 纤维材料以及它们 的复合材料，均是良导电性材料。将纤维材料放 在电场中，当入射电场与陶瓷纤维平行的时候， 陶瓷纤维中会产生较大的传导电流，电磁波会在 材料表面激发高频振荡电流从而向外辐射电磁 波，形成反射波，对入射电场产生强反射[16]。
FeCo基纳米晶合金有效磁各向异性与磁致伸缩研究的开题报告
FeCo基纳米晶合金有效磁各向异性与磁致伸缩研究的开题报告一、研究背景纳米晶合金是指晶粒尺寸在纳米级别的合金材料，具有许多优异的物理和化学性质，如高强度、高硬度、高延展性、高热稳定性等。
与传统的微晶合金相比，纳米晶合金具有更高的比表面积，因此其物理性质会发生显著的变化。
本研究所针对的FeCo基纳米晶合金具有磁各向异性和磁致伸缩效应。
磁各向异性是指材料在不同方向的磁性不同，这种性质对于磁性材料的应用非常重要，可以广泛应用于电子、信息和能源等领域。
磁致伸缩效应是指材料在外加磁场作用下发生体积变化的现象，该效应在传感器、驱动器、机械执行器等方面有广泛的应用。
二、研究目的本研究的目的是通过合成FeCo基纳米晶合金，探究其在外加磁场下的磁各向异性和磁致伸缩效应。
具体研究内容如下：1. 合成FeCo基纳米晶合金，研究其物理化学性质和结构表征；2. 通过磁性测试，分析FeCo基纳米晶合金的磁各向异性和磁致伸缩效应；3. 研究不同外加磁场强度对FeCo基纳米晶合金磁致伸缩效应的影响；4. 探究FeCo基纳米晶合金的磁性和磁致伸缩效应在电子、信息和能源领域的应用。
三、研究方法1. 合成FeCo基纳米晶合金：采用球磨法、溶胶-凝胶法等合成方法制备纳米晶合金材料。
2. 研究物理化学性质和结构表征：通过X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）等表征手段对样品结构和组成进行分析。
3. 磁性测试：利用磁霍尔效应仪器和霍尔效应仪器对样品进行磁性测试，获取样品的磁性数据和磁致伸缩效应数据。
4. 应用探究：将样品应用于电子、信息和能源领域，探究其在这些领域的应用前景。
四、研究意义本研究旨在探究FeCo基纳米晶合金的磁各向异性和磁致伸缩效应，进一步掌握纳米晶合金的物理和化学性质。
通过研究不同外加磁场条件下样品的磁致伸缩效应，可以为相关领域的应用提供参考和指导。
同时，本研究的成果可以为材料科学和工程学科的发展提供一定的理论和实践基础。
各向异性材料在电磁场作用下的响应研究
各向异性材料在电磁场作用下的响应研究随着科学技术的不断进步，人们对材料的研究也越来越深入。
在材料的研究中，各向异性材料是一种重要的材料，它具有不同方向性的物理性质，能够对电磁波有不同的响应。
因此，各向异性材料在电磁场作用下的响应研究，具有非常重要的意义。
一、各向异性材料的定义和特性各向异性是物理学中的一个重要概念，它指的是材料在不同方向上的物理性质不同。
而各向异性材料就是具有这种特性的材料。
例如，晶体就是一种各向异性材料，因为它对于不同方向上的光线都有不同的折射率。
各向异性材料的特性主要包括两个方面，即电学特性和磁学特性。
在电学方面，各向异性材料在不同方向上的电导率、电容率、电阻率等性质都不同；在磁学方面，各向异性材料在不同方向上的磁导率、磁阻、磁饱和度等性质也是不同的。
二、各向异性材料在电磁场作用下的响应由于各向异性材料具有不同方向性的物理性质，因此在电磁场作用下会有不同的响应。
在电学方面，各向异性材料会对电场和磁场的作用产生不同的响应。
在磁学方面，各向异性材料会对磁场的方向和大小产生不同的响应。
针对上述不同的响应，人们对各向异性材料的电学和磁学特性进行了深入的研究，以期能够更好地应用各向异性材料进行电磁波的调控和探测。
例如，在电学方面，人们利用各向异性材料来设计制作天线、滤波器和传感器等器件；在磁学方面，各向异性材料被广泛应用于磁场感知、磁存储等领域。
三、未来的研究方向尽管各向异性材料的研究已经有了非常重要的进展，但是在应用方面还存在一些问题和挑战。
例如，各向异性材料的制备和应用还存在一些技术难点和限制。
同时，各向异性材料的响应也存在很大的不确定性，需要更深入的研究来解决。
因此，未来的研究方向主要包括以下几个方面：1. 各向异性材料的制备和性能优化技术研究，以提高其在电磁场调控和探测中的性能。
2. 各向异性材料的响应机理和特性研究，以更好地理解其在电磁场中的行为。
3. 各向异性材料在电磁波调控和探测中的应用研究，以拓展其在相关领域的应用。
铁钴合金磁致伸缩-概述说明以及解释
铁钴合金磁致伸缩-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容可以简要介绍铁钴合金磁致伸缩的概念和背景，以引起读者的兴趣和理解。
以下是一个可能的概述部分的内容：概述铁钴合金磁致伸缩是一种重要的功能材料，它在现代科技领域中具有广泛的应用前景。
磁致伸缩是指在外加磁场作用下，材料的尺寸会发生可逆性变化的现象。
铁钴合金磁致伸缩材料因其优异的磁性和机械性能，以及较宽的工作温度范围，已经成为磁性材料领域的研究热点。
铁钴合金磁致伸缩材料的磁致伸缩效应主要是由其晶格结构和微观磁结构的变化引起的。
在外加磁场的作用下，铁钴合金磁畴的排列和相互作用发生改变，导致材料的长度或体积发生明显变化。
这一特性使得铁钴合金磁致伸缩材料在微机电系统、精密测量、智能材料等领域具有重要的应用潜力。
然而，铁钴合金磁致伸缩材料的研究和应用仍面临一些挑战和限制。
例如，材料的组织结构和合金配比对磁致伸缩效应的影响尚未完全理解，制备工艺和加工技术需要不断改进，以提高材料的性能和可控性。
此外，应用领域的需求也对铁钴合金磁致伸缩材料提出了更高的要求，如在极端环境下的稳定性和抗疲劳性能等。
因此，进一步的研究和技术改进将推动铁钴合金磁致伸缩材料的发展。
本文将重点介绍铁钴合金的基本特性和磁致伸缩效应的原理，以及铁钴合金磁致伸缩材料在各个领域中的应用前景。
此外，还将探讨铁钴合金磁致伸缩材料的发展趋势和面临的挑战，以期为该领域的研究和应用提供一定的参考和指导。
1.2文章结构1.2 文章结构本文主要围绕铁钴合金磁致伸缩展开讨论，通过以下几个方面来介绍和探讨这一主题：1. 铁钴合金的基本特性：在这一部分，我们将深入探讨铁钴合金的组成、结构和性质，包括其磁性、导电性以及力学性能等方面。
对于读者来说，了解铁钴合金的基本特性是理解后续磁致伸缩效应的原理以及应用前景的重要基础。
2. 磁致伸缩效应的原理：在本节中，我们将介绍什么是磁致伸缩效应以及其基本原理。
首先，我们会解释什么是磁致伸缩效应，即材料在外加磁场作用下会发生形变的现象。
钴铁氧体纳米晶粒的结构及磁特性研究
随退火温度的升高 ,σS 呈现出先上升后下降的趋势 ,在 1320℃达到峰值 ;这是因为较高温度可使材料晶
化程度提高
,晶粒长大
,晶界变薄
,故样品的
σ S
变高
,
随着温度进一步提高
,
样品成分偏离会导致比饱和
磁化强度
σ S
降低
;
而
Hc 却基本上呈现出相反的趋势 ,这与矫顽力机理的理论公式
Hc ∝ (μσM s ) - 1
0. 8378
0. 8378
0. 8368
D / nm
61
55
62
56
60
61
61
利用 Scherrer公式
D = kλ/B co sθ
(1)
可以计算得出样品晶粒的平均尺寸 D,其中 λ是入射 x射线波长 (λ = 0. 1540562nm ) , B 为衍射峰半宽
高 ,θ为主峰峰位的 B ragg角. 晶格常数 a可由公式
letters, 2003, 82 (21) : 3707 - 3709. [ 4 ] Fu - Xiang Cheng, J iang - Tao J ia, Chun - Sheng L iao, et al. Study of reversible and irveversible magnetization
摘 要 :采用化学共沉法制备了纳米尺度的钴铁氧体粉料 ,并在 1260～1340℃温度下进行了
退火处理 ,利用 X射线衍射仪 (XRD ) 、振动样品磁强计 (VSM )对样品的结构和磁性进行了测量和
分析. 实验结果表明 ,在钴高含量 ( x ≥0. 7)时样品形成了单一的具有尖晶石结构的钴铁氧体 ,而
第四章 第四节 磁致伸缩
体积磁致伸缩： 铁磁体被磁化时其体积大小的相对变化。
一、磁致伸缩现象与磁致伸缩系数
b、磁致伸缩效应与磁化过程有一定的联系
体积磁致伸缩只有在铁磁体技术磁化到饱和以后的顺磁过程才 能明显表示出来，因此，磁致伸缩的讨论将主要限于线磁致伸 缩（简称为磁致伸缩）。 磁致伸缩的逆效应是应变影响磁化——铁磁体的压磁现象。
第四节 磁致伸缩
本节主要内容 一、磁致伸缩现象与磁致伸缩系数 二、磁致伸缩来源 三、自发形变对磁晶各向异性能的影响（实际晶体） 四、磁致伸缩的计算
一、磁致伸缩现象与磁致伸缩系数 1、定义：铁磁晶体在外磁场中磁化时，其形状与体积发生变化， 这种现象叫磁致伸缩。 a、缩：沿磁场方向尺寸大小的相 对变化。
以交换积分A对u (=a/r0)的关系曲线即Slater－Betle曲线可以 说明：
二、磁致伸缩来源
铁磁体A~u曲线
a、当铁磁体A～u曲线处于横轴上方上升段时： 设球形晶体中，在Tc以上原子间距为a1，对应A1；降至Tc以下后， 原子间距为a2，对应A2，由图知A2 > A1，由：
Eex 2AS2 cosij
计算
3 2
[100]
12
12
2 2
2 2
3232
1 3
3[111] 121 2 232 3 313 1
证明（4-60）式：
0
2 5
[100]
3 5
[111]
提示：
1、利用
0
=
1
4
2
0 d 0 ad
2、由于实验中在磁化场方向测量
，故在多晶体的各晶粒中，
测量方向即磁化方向。所以，αi =βi;
钴铁氧体综述
钴铁氧体磁性材料的制备方法及展望摘要综述了近年来在尖晶石型钴铁氧体制备领域的一些最新进展，主要介绍了sol-gel法、水热合成法、微乳液法、化学共沉淀法和熔盐法等，并对各种制备方法进行了简要的评价。
对其研究前景进行了展望。
[1]关键词：钴铁氧体；制备方法；研究展望铁氧体是从20世纪40年代迅速发展起来的一种新型的非金属磁性材料。
与金属磁性材料相比，铁氧体具有电阻率大、介电性能高、在高频时具有较高的磁导率等优点。
铁氧体磁性材料可用化学分子式MFe2O4表示。
式中M代表锰、镍、锌、铜、钴等二价金属离子。
铁氧体磁性材料是通过烧结这些金属化合物的混合物而制造出来的。
铁氧体磁性材料的主要特点是电阻率远大于金属磁性材料，抑制了涡流的产生，使铁氧体磁性能应用于高频领域。
首先，按照预定的配方比重，把高纯、粉状的氧化物（如Fe2O4、Mn3O4、ZnO、NiO 等）混合均匀，再经过煅烧、粉碎、造粒和模压成型，在高温（1000～1400℃）下进行烧结。
烧结出的铁氧体制品通过机械加工获得成品尺寸。
上述各道工序均受到严格的控制，以使产品的所有特性符合规定的指标。
钴铁氧体磁性微粉具有独特的物理、化学特性，催化特性与磁特性。
如矫顽力和电阻率可达到比磁性合金高几十倍的水平，高频磁导率较高，单元铁氧体在室温下的磁晶各向异性常数高达约 2.7×105J·m-3，在可见光区有较大的磁光偏转角，化学性能稳定且耐蚀、耐磨，因而可以将其粉体粒径与直流磁化参数调节到合适的范围用作磁记录介质，以保证在足够信噪比条件下不断提高记录密度。
[2]钴铁氧体磁性微粉还可以作为一种重要的微波吸收剂使用，这主要是因为在微波频率C 波段与Ku 波段能保持较高的复数磁导率。
随着科学技术的发展，铁氧体不仅在通讯广播、自动控制、计算技术和仪器仪表等电子工业部门应用日益广泛，已经成为不可缺少的组成部分，而且在宇宙航行、卫星通讯、信息显示和污染处理等方面，也开辟了广阔的应用空间。
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钴铁氧体的各向异性与磁致伸缩研究
钴铁氧体具有电阻率高,高频涡流损耗小,磁致伸缩系数大,耐腐
蚀等优点。
钴铁氧体单晶体磁致伸缩达到-590×10-6,但由于磁晶各
向异性较高,多晶体磁致伸缩仅为-200×10-6。
本文目标是研制出具
有大磁致伸缩、大压磁系数和低驱动场的钴铁氧体多晶材料。
探索了取向多晶钴铁氧体的制备工艺,并阐述了微观取向和宏观磁致伸缩之
间的关系;研究了磁场热处理和热等静压处理对烧结体磁畴结构和显
微结构的影响,阐述了磁场热处理感生各向异性的机制;研究了元素
添加对磁晶各向异性和磁致伸缩性能的影响;研究了力场磁场耦合作
用下的磁弹性能,明确了磁致伸缩应变和弹性模量随应力的变化规律。
探索了取向多晶钴铁氧体的制备工艺。
通过高能球磨获得单晶态粉体,经过注浆成型和磁场取向获得取向坯体,再经过排塑和烧结最终获得
了具有强<001>丝织构的取向多晶材料。
基于取向分布函数对
取向多晶钴铁氧体的磁致伸缩进行了定量计算,结果显示多晶材料的
磁致伸缩依赖于<001>丝织构的强度。
通过热等静压处理进一
步消除了烧结体内部气孔等缺陷,致密度达到99%以上。
对取向多晶
钴铁氧体进行磁场热处理,可以感生出单轴各向异性,提高90°畴转
的比例。
通过磁场取向和后续热处理,磁致伸缩提高到-564×10-6/Oe,压磁系数达到-1.54×10-6/Oe,饱和场进一步降低至500 Oe。
研究了添加元素对钴铁氧体磁晶各向异性和磁致伸缩性能的影响。
通过XPS 对元素分布进行了分析,结果显示同时添加Mn和Zn可以促进Co2+进入氧八面体间隙,在降低磁晶各向异性K1的同时保持较高的饱和磁
致伸缩系数,从而提高λS/K1和压磁系数。
研究了钴铁氧体在力场和磁场耦合作用下的磁弹性行为。
利用多场耦合测量装置,研究恒应力作用下的磁致伸缩行为和恒磁场作用下的应力应变行为,结果显示饱和磁致伸缩随压应力增加而线性降低,无偏置磁场时应力应变曲线出现△E效应,△E最大可以达到29%。
利用原子力显微镜对磁畴结构进行原位观测,结果显示压应力会诱导出单轴各向异性,使晶粒内部磁畴结构变得均匀一致。