納米磁性材料的研課件

納米磁性材料的研究進(jìn)展一、納米磁性材料簡介納米材料又稱納米結(jié)構(gòu)材料,是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍內(nèi)的材料(1-10nm),或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料,是尺寸介于原子、分子與宏觀物體之間的介觀體系,因此,納米磁性材料的特殊磁性可以說是屬于納米磁性。二、磁性材料發(fā)展磁性是物質(zhì)的基本屬性之一。早在公元前四世紀(jì),人們就發(fā)現(xiàn)了天然的磁石(磁鐵Fe3O4),我國古代人民最早用磁石和鋼針制成了指南針,并將它用于軍事和航海。二、磁性材料發(fā)展對物質(zhì)磁性的研究具有悠久的歷史,是在十七世紀(jì)末期和十八世紀(jì)前半葉開始發(fā)展起來的。1788年,庫侖(Coulomb)把他的二點(diǎn)電荷之間的相互作用力規(guī)律推廣到二磁極之間的相互作用上1820年,丹麥物理學(xué)家奧斯特(Oersted)發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng);同年法國物理學(xué)家安培(Ampere)提出了分子電流假說,認(rèn)為物質(zhì)磁性起源于分子電流1831年,英國科學(xué)家法拉第(Faraday)發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律,并提出磁場的概念,為統(tǒng)一電磁理論打下了基礎(chǔ)二、磁性材料發(fā)展1834年,俄國物理學(xué)家楞茨(Lenz),建立了感應(yīng)電流方向和磁場變化關(guān)系的楞次定律.英國物理學(xué)家麥克斯(Maxwell)將電和磁現(xiàn)象聯(lián)系起來,系統(tǒng)地提出了關(guān)于電磁場的麥克斯韋方程組,并預(yù)言了電磁波的存在1888年德國物理學(xué)家赫茲(Hertz)證實(shí)了麥克斯韋的電磁場理論十九世紀(jì)末隨著鐵磁性和抗磁性的發(fā)現(xiàn),法國物理學(xué)家居里(Curie)深入考察了抗磁性和順磁性與溫度的關(guān)系,建立了順磁磁化率與溫度成反比的實(shí)驗(yàn)規(guī)律——居里定律。居里的研究成果推動(dòng)了固體磁性理論的蓬勃發(fā)展三、納米磁性材料特點(diǎn)量子尺寸效應(yīng):材料的能級(jí)間距是和原子數(shù)N成反比的,因此,當(dāng)顆粒尺度小到一定的程度,顆粒內(nèi)含有的原子數(shù)N有限,納米金屬能級(jí)附近的電子能級(jí)由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散,納米半導(dǎo)體微粒則存在不連續(xù)的最高被占據(jù)分子軌道和最低未被占據(jù)的分子軌道,能隙變寬。當(dāng)這能隙間距大于材料物性的熱能,磁能,靜電能,光子能等等時(shí),就導(dǎo)致納米粒子特性與宏觀材料物性有顯著不同。例如,導(dǎo)電的金屬在超微顆粒時(shí)可以變成絕緣體,磁矩的大小和顆粒中電子是奇數(shù)還是偶數(shù)有關(guān),比熱亦會(huì)反常變化,光譜線會(huì)產(chǎn)生向短波長方向的移動(dòng),這就是量子尺寸效應(yīng)的宏觀表現(xiàn)。三、納米磁性材料特點(diǎn)小尺寸效應(yīng):當(dāng)粒子尺度小到可以與光波波長,磁交換長度相當(dāng)或更小時(shí),原有晶體周期性邊界條件破壞,物性也就表現(xiàn)出新的效應(yīng),如從磁有序變成磁無序,磁矯頑力變化,金屬熔點(diǎn)下降等。宏觀量子隧道效應(yīng):微觀粒子具有穿越勢壘的能力,稱為量子隧道效應(yīng)。它限定了磁存儲(chǔ)信息的時(shí)間極限和微電子器件的尺寸極限。四、納米Fe3O4磁性粒子的制備

納米Fe3O4磁性粒子以其顯著的磁效應(yīng)、表面效應(yīng),在磁性液體、生物靶向材料、微波吸波材料、靜電復(fù)印顯影劑等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。制備Fe3O4的原材料來源廣泛、價(jià)廉,制作工藝也相對簡便,因而納米Fe3O4磁性粒子成為納米材料領(lǐng)域和功能材料領(lǐng)域研究的前沿和熱點(diǎn)

四、納米Fe3O4磁性粒子的制備共沉淀法優(yōu)點(diǎn)：共沉淀法的特點(diǎn)為產(chǎn)品純度高、反應(yīng)溫度低、顆粒均勻、粒徑小、分散性也好。不足：但此法對于多組分來說,要求各組分具有相同或相近的水解或沉淀?xiàng)l件,因而工藝具有一定的局限性。四、納米Fe3O4磁性粒子的制備2.超聲沉淀法：超聲沉淀法是用超聲波所產(chǎn)生“超聲波氣泡”,爆炸后釋放出的巨大能量將產(chǎn)生局部的高溫高壓環(huán)境和具有強(qiáng)烈沖擊的微射流,以實(shí)現(xiàn)液相均勻混合,消除局部濃度不均,提高反應(yīng)速度,刺激新相的生成。另外,強(qiáng)烈的微射流還可對團(tuán)聚起到剪切的作用,打碎團(tuán)聚,有利于小顆粒生成。四、納米Fe3O4磁性粒子的制備超聲沉淀法超聲沉淀法具有反應(yīng)速度快，產(chǎn)生離子顆粒均勻的優(yōu)點(diǎn)但是反應(yīng)速度快不好控制，往往制作的磁性粒子不符合要求納米Fe3O4磁性粒子的制備方法

水熱法優(yōu)點(diǎn)：制備的納米晶體晶粒發(fā)育完整,有利于磁性能的提高,粒子很少團(tuán)聚,粒度分布均勻。缺點(diǎn)：由于要在高溫高壓下反應(yīng),對設(shè)備的要求較高,增加了工業(yè)化生產(chǎn)的難度。四、納米Fe3O4磁性粒子的制備微乳液法由油、水、表面活性劑組成的透明、各項(xiàng)同性、低粘度的熱力學(xué)穩(wěn)定體系。其中不溶于水的非極性物質(zhì)作為分散介質(zhì),反應(yīng)物水溶液為分散相,表面活性劑為乳化劑,形成油包水型(W/O)或水包油型(O/W)微乳液。這樣,反應(yīng)僅限于微乳液滴這一微型反應(yīng)器內(nèi)部,粒子的粒徑受到水核的控制,且可有效避免粒子之間的進(jìn)一步團(tuán)聚。因而得到粒徑分布窄、形態(tài)規(guī)則、分散性能好的納米粉體。同時(shí),可以通過控制微乳液液滴中水的體積及各種反應(yīng)物的濃度來控制成核、生長,以獲得各種粒徑的單分散納米粒子。四、納米Fe3O4磁性粒子的制備四、納米Fe3O4磁性粒子的制備溶膠-凝膠法將金屬有機(jī)或無機(jī)化合物經(jīng)溶液制成溶膠,在一定條件下(如加熱)脫水,使具有流動(dòng)性的溶膠逐漸變稠,成為略顯彈性的固體凝膠;再將凝膠干燥,焙燒得到納米級(jí)產(chǎn)物。

四、納米Fe3O4磁性粒子的制備四、納米Fe3O4磁性粒子的制備溶膠-凝膠法優(yōu)點(diǎn)：是能夠保證嚴(yán)格控制化學(xué)計(jì)量比,產(chǎn)物純度高,工藝簡單,反應(yīng)周期短。缺點(diǎn)：采用金屬醇鹽作為原料,致使成本偏高,且凝膠化過程緩慢,合成周期長。四、納米Fe3O4磁性粒子的制備高溫分解法優(yōu)點(diǎn)：制得的納米粒子結(jié)晶度高、粒徑可控且分布很窄。

缺點(diǎn)：過程中需要高溫條件，有機(jī)物質(zhì)分解產(chǎn)生了有毒的氣體。四、納米Fe3O4磁性粒子的制備除上述的制備方法外還有水解法，氧化法，球磨法，多元醇還原法、前驅(qū)體熱分解法、溶劑熱法等等。四、納米Fe3O4磁性粒子的制備除上述的制備方法外還有水解法，氧化法，球磨法等等。五、納米Fe3O4的應(yīng)用

生物醫(yī)藥Fe3O4因具有物料性質(zhì)穩(wěn)定、與生物相容性較好、強(qiáng)度較高,且無毒副作用等特點(diǎn),而被廣泛地應(yīng)用于生物醫(yī)藥的多個(gè)領(lǐng)域,如磁共振成像、磁分離、靶向藥物載體、腫瘤熱療技術(shù)、細(xì)胞標(biāo)記和分離,以及作為增強(qiáng)顯影劑、造影劑的研究、視網(wǎng)膜脫離的修復(fù)手術(shù)等。五、納米Fe3O4的應(yīng)用

磁性液體磁性液體是一種新型功能材料。磁性流體已經(jīng)廣泛應(yīng)用于選礦技術(shù)、精密研磨、磁性液體阻尼裝置、磁性液體密封、磁性液體軸承、磁性液體印刷、磁性液體潤滑、磁性液體燃料、磁性液體染料、磁性液體速度傳感器和加速度傳感器、磁性液體變頻器、磁性液體陀螺儀、水下低頻聲波發(fā)生器、用于移位寄存器顯示等。五、納米Fe3O4的應(yīng)用

催化劑載體Fe3O4顆粒在很多工業(yè)反應(yīng)中被用作催化劑。由于Fe3O4納米微粒尺寸小,比表面積大,且納米顆粒表面光滑性差,形成了凹凸不平的原子臺(tái)階,增加了化學(xué)反應(yīng)的接觸面。同時(shí),以Fe3O4顆粒為載體,催化劑成分覆在顆粒表面,制得核-殼結(jié)構(gòu)的催化劑超細(xì)粒子,既保持了催化劑高的催化性能,又使催化劑易于回收。因此,Fe3O4顆粒被大量應(yīng)用于催化劑載體研究中。五、納米Fe3O4的應(yīng)用

微波吸波材料納米微粒由于小尺寸效應(yīng)使它具有常規(guī)大塊材料不具備的光學(xué)特性,如光學(xué)非線性,以及光吸收、光反射過程中的能量損耗等,都與納米微粒的尺寸有很大的依賴關(guān)系。研究表明,利用納米微粒的特殊的光學(xué)特性制備成各種光學(xué)材料將在日常生活和高技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。五、納米Fe3O4的應(yīng)用

微波吸波材料目前關(guān)于這方面研究還處在實(shí)驗(yàn)室階段。納米微粒的量子尺寸效應(yīng)等使它對某種波長的光吸收帶有藍(lán)移現(xiàn)象。納米微粒粉體對各種波長光的吸收有寬化現(xiàn)象。Fe3O4磁性納米粉由于具有高的磁導(dǎo)率,可以作為鐵氧體吸波材料的一種,應(yīng)用在微波吸收方面。五、納米Fe3O4的應(yīng)用

磁記錄材料納米Fe3O4由于其尺寸小,其磁結(jié)構(gòu)由多疇變?yōu)閱萎?具有非常高的矯頑力,用來做磁記錄材料可以大大提高信噪比,改善圖像質(zhì)量,而且可以達(dá)到信息記錄的高密度。為了達(dá)到最好的記錄效果,納米Fe3O4顆粒必