纳米磁性与磁性纳米材料

有趣的是， 有趣的是，它具有天然的纳米丝生长模板
生物矿化的牙齿内部有机纤维组织网络成为纳米丝生 长模板。图为其模板截面及磁性材料在其内形成过程。
由此可见，纳米科学的大发 由此可见， 展从总体上讲只有约20年历 展从总体上讲只有约20年历 史，但磁性纳米材料的研究 和应用已有50年历史 年历史。 和应用已有50年历史。
许多生物体内就有天然的纳米磁 性粒子，如磁性细菌，鸽子，海 豚，石鳖，蜜蜂，人的大脑等
这里有大量的课题需要研究，特别需要有物理 和磁学背景的人员参与，有利于对问题的理解
向磁性细菌
1975年即发现向磁性细菌 年即发现向磁性细菌--年即发现向磁性细菌 体内有一排磁性纳米粒子
磁性纳米粒子导航作用的 物理原理和生物过程？
碳60球和碳纳米管的发现 触发了纳米科学的大发展
碳元素是自然界最普遍的元素 之一，其特有的成键轨道可形成 丰富的碳家族。人们以为自然界 只有三种碳的同素异形体：金刚 石，石墨，无定形碳。 1985年，Kroto等人发现幻数为 60的笼状C60分子，其60个碳原子 分别位于由20个六边形环和15个 五边形环组成的足球状多面体的 顶点上。 Kratschmer W.用石墨电极电弧 放电首次宏观量的合成了C60。引 发又一次纳米研究热。 其后，又发现一大家族球形和 椭球形的碳的同素异形体。
1962年，久保提出超微颗粒的量子限域理 论，推动了实验物理学家对纳米微粒进行探 索。 1984年德国的H.Gleiter教授等合成了纳米 晶体Pd, Fe等。 1987年美国阿贡国立实验室Siegel博士制备 出纳米TiO2多晶陶瓷，呈现良好的韧性，在 100多度高温弯曲仍不裂。这一突破性进展造 成第一次世界性纳米热潮，使其成为材料科 学的一个分支。
目前的产业化情况
准零维磁性纳米粒子 早在上世纪50年代就已应用 早在上世纪 年代就已应用
1. 用于磁畴观察的粉纹技术：将足够细的铁磁粉末的胶 状悬浮液涂在样品表面上，由于畴壁处的散磁场将磁 性粉末集中于此，描绘出表面的磁畴结构或表面畴壁 的轨迹。 2. 用于制备单畴永磁粉材料，因为单畴粒子反磁化过程 是磁畴的转动，没有畴壁运动过程，矫顽力可以提高 很多。 3. 用于磁密封的磁性液体，即60年代用宇航服头盔的磁 密封。这里用到了纳米粒子的超顺磁性。
宇航员头盔的密封是纳米磁性材料的 最早重要应用之一----磁性液体 最早重要应用之一----磁性液体
1988年由非晶态FeSiB退火 1988年由非晶态FeSiB退火 通过掺杂Cu和Nb控制晶粒 通过掺杂Cu和Nb控制晶粒
成为新型的纳米晶软磁材料 成为新型的纳米晶软磁材料
1988年发现了磁性多层膜的巨磁电阻效应 1988年发现了磁性多层膜的巨磁电阻效应 并由此产生一门新兴学科------自旋电子学 并由此产生一门新兴学科------自旋电子学
第四章
纳米磁性与磁性纳米材料
一 二 三 四
纳米磁性研究的发展历程 纳米磁性材料的基本特征 介绍一些具体纳米磁性材料 纳米磁性材料的制备方法
一 纳米磁性研究的发展历程
1959年，著名的诺贝尔奖得主费曼 （Richard Feynman）就设想：“如果有一天 人们可以按照自己的意志排列原子和分子， 那会产生什么样的奇迹！” ，“毫无疑问， 如果我们对细微尺度的事物加以控制的话， 将大大扩充我们可以获得物性的范围”，他 首次提出了 “纳米” 材料的概念。今天，纳 米科技的发展使费曼的预言已逐步成为现实。 纳米材料的奇特物性正对人们的生活和社会 的发展产生重要的影响。
1991年，日本NEC公司Iijima教授在Ar气氛直 流电弧放电后的阴极棒沉积碳黑中，通过透射 电镜发现一种直径在纳米或几十纳米，长度在 几十纳米到1毫米的中空管。几十个管子同轴构 在一起，相邻管的径向间距约 0.34纳米，即石 墨的（002）面间距。这就是现统称的碳纳米管。 其独特的一维管状分子结构开辟了一维纳米材 料研究的新领域。又一次形成纳米研究的高潮。
1993年理论表明 1993年理论表明 纳米级的软磁和硬磁颗粒复合 将综合软磁M 硬磁H 将综合软磁Ms高，硬磁Hc高的优点 获得磁能级比现有最好NdFeB高一倍的 获得磁能级比现有最好NdFeB高一倍的
新型纳米硬磁材料
二十一世纪以来 利用模板生长 一维磁性纳米丝 的研究很活跃
材料包括单一金属， 合金，化合物，多层材 料，复合材料等等，应 用目标也从存储介质到 细胞分离多种多样。
美国国家纳米技术启动计划 美国前总统克林顿二000年七月 向国会提交的美国国家纳米技术启动计划 (National Nanotechnology Initiative) 其中将 电脑硬盘磁头的巨磁电阻读传感器 (GMR Read Sensor) 作为纳米科技在信息存储技术中的 第一个应用实例
GMR磁头不仅在厚度上， GMR磁头不仅在厚度上，而且在长度上 磁头不仅在厚度上 都在100纳米以内 都在100纳米以内
蜜蜂腹部的磁性纳米颗粒， 蜜蜂腹部的磁性纳米颗粒， 代表磁性颗粒。 G代表磁性颗粒。
对地磁场的准确定位，磁偏角和磁倾角？
人类大脑中平均含有20微克（ 万粒） 人类大脑中平均含有 微克（约500万粒） 微克 万粒 的磁性纳米粒子
与进化Baidu Nhomakorabea成长，某些脑功能的关系？
石鳖齿舌中含有大量 一维纳米磁性丝
一维纳米丝的丝由许多磁性柱构成，柱内是单畴粒子的集合。 其生物功能未必只是加强齿舌的耐磨性。