功能磁性材料.doc
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1、功能磁性材料摘要:磁性材料是利用物质的磁性、各种磁效应以及它的声、光、电、热特性来满足各方而技术要求的材料。将材料的磁性和其它的特性相结合,便会形成具有新型功能的磁性材料。本文介绍了几种功能磁性材料的特性、制备及其应用。关键词:功能磁性材料,制备,特性,应用Function of magnetic materialsABSTRACT:Magnetic materials is the use of magnetic properties of substances, a variety of magnetic effects as well as its sound, light, elect
2、ricity, thermal characteristics to meet the parties while the technical requirements of materials. Magnetic materials and other characteristics of the combination will form a new functional magnetic materials. This article describes several characteristics of functional magnetic materials, Preparati
3、on and Application.KEY WORDS:Functional magnetic materials, preparation, properties, application引言早在很久以前,我们的祖先就发现理物质磁性现象并应用在实际生活中。现如今,磁性材料以其磁性、光学、声学、电学和热学性能使其在当今的世界上应用广泛,尤其是功能磁性材料应用在世界各个领域。1 磁性液体磁性液体(Magnetic Fluids) 又称磁流体, 是由纳米级的磁性颗粒通过表面活性剂的包覆, 高度均匀分散于基载液中所形成的稳定的固液两相胶状液体1。0既具有固相材料的磁性, 又具有液相的流动性润滑性以
4、及密封性,它的分散性很好,即使在心力、电磁力等作用下也不会发生固液分离, 是一种典型的纳米复合材料2。1.1 磁性液体的特性磁性液体的特性是磁性颗粒、界面活性剂及载液性能的综合表现。作为一种特殊的胶体体系,磁性液体同时兼有软磁性和流动性,因此具有许多独特的力学、磁学、光学和声学特性3。1.1.1 力学性能磁性液体能克服重力、压力、离心力等作用,当把磁性物体放置于磁性液体中时,磁性物体能稳定地依附于适当的位置。当把磁性液体的某一部分加热或冷却时,能产生磁热循环,不需要机械驱动就能引起液体的运动;在磁性液体附近施加旋转磁场,就能在液体中产生涡流,出现在其他流体中看不到的特殊现象。若在一个塑料或玻璃
5、等非磁性材料做的容器中,先放一块永久磁铁,再倒入磁性液体时,就会看到示意性液体沿着磁力线的方向向上拱起,通过磁力、重力、表面张力的综合作用,可以看到磁性液体呈现六角形的美丽花纹。1.1.2 磁学性能磁性液体表现为超顺磁性,本征矫顽力为零,没有剩磁,不存在磁滞回线,在外磁场下,磁性液体被磁化,满足修正的伯努利方程。1.1.3光学性能当光通过稀释的磁性液体时,会产生光的双折射效应与双向色性现象。当磁性液体被磁化时,使相对于磁场方向具有光的各向异性,偏振光的电矢量平行于外磁场方向比垂直于外磁场方向吸收更多,具有更高的折射率。1.1.4声学性能超声波在磁性液体中传播时,其速度及衰减与外磁场有关,呈各向
6、异性。1.2 磁性液体的制备方法磁性液体的制备方法很多,主要介绍下面几种常见的方法。1.2.1机械研磨法常见的机械研磨法包括球磨法和轴承废渣加工法。球磨法是1965年由在美国太空总署工作的Pappell提出的,是制备磁性流体最早使用的方法,其原理是将粉碎得到的磁性粒子和表面活性剂添加到基液中,在球磨机中经过长时间的球磨(1000h以上),再在高速离心机中除去直径大于25 nm的粗大粒子,就可得到磁性流体。1.2.2 化学沉淀法化学沉淀法是1972年由Reimers等人开发的一种磁液制备方法,该方法是将2价的铁盐溶液(FeC12 )和3价的铁盐溶液(FeC13)按一定的比例混合,加入沉淀剂NaO
7、H(或NH3H2O)反应后,获得粒度小于10 nm 的Fe3O4磁性颗粒,经脱水干燥后,添入一定量的表面活性剂母液,充分搅拌混合后获得铁氧体磁性液体。1.2.3热分解法热分解法可以用来制备金属磁性液体和氮化铁磁性液体。热分解的原理是将化学不稳定的有机金属进行热分解,析出金属单质,再将析出的金属超微粒子分散于载液中,制成磁性液体。此法工艺简单、能耗低,可制备高饱和磁化强度的磁性液体。1.2.4等离子体CVD法等离子体CVD法是在反应容器底部旋转溶人含表面活性剂的载液,并使容器保持在0.133 Pa的低压状态。以可气化分解获得铁磁性金属颗粒的有机金属化合物作为原料,使之气化,与H2、N2等气体混合
8、后导入到反应容器内,在直流电场、高频电场、微波或激光的作用下产生低温等离子体。在该等离子体的作用下使气化的有机金属化合物分解生成金属原子或者金属原子团,这些原子和原子团在向容器底部流动的过程中碰撞长大成纳米级金属颗粒,经搅拌后,这些金属颗粒被表面活性剂包覆后分散在载液中成为金属磁性液体。1.2.5真空蒸镀法真空蒸镀法是日本的Kimoto在1963年报道的,基本原理是在旋转的真空滚筒的底部放入含有表面活性剂的载液,随着滚筒的旋转,在其内表面上形成一层液体薄膜。将铁磁性金属加入置于滚筒中心部位的蒸发源,使之蒸发,金属气体在液体薄膜中发生冷凝,冷凝后的粒径为210nm的铁磁性颗粒被液体膜捕捉,随着滚
9、简的旋转再次进入载液内。滚筒继续旋转,由底部提供新的液体膜,如此反复制备成稳定的金属磁性液体。1.2.6水溶液吸附有机相分散法水溶液吸附一有机相分散法最早是由日本下饭坂润三在1966年发明的。在水溶液中制备的磁流体称水基磁流体,价格便宜,但易凝聚。该法的基本原理是:若将Fe2+ 和Fe3+ 混合生成部分Fe3O4 粒子,再加入过量表面活性剂油酸钠,加热后一部分水解成油酸,在Fe3O4表面的双分子吸附层变成单分子吸附层,从水溶液中分离沉淀,清洗后将其分散在载液中制得磁流体。1.3 磁性液体的应用磁性液体是一种很有诱惑力的新型液态磁性材料,由于其特殊的物理化学性质,具有很广泛的应用前景,其应用范围
10、己扩展到航空航天、电子、化工、机械、能源、冶金和环保生物医疗等各个领域。2 巨磁电阻材料所谓巨磁电阻效应,是指材料的电阻率将受磁化状态的变化而呈现显著改变的现象。一般定义为GMR =(0 - H) /0100%。其中,H 为在磁场H 作用下材料的电阻率,0 指无外磁场作用下材料的电阻率。2.1 分类目前,已发现具有GMR 效应的材料主要有多层膜、自旋阀、颗粒膜、“非连续”多层膜、磁隧道结、钙钛矿型稀土锰氧化物、熔淬薄带等4。 2.1.1多层膜1988 年Baibich 等首次发现( Fe/ Cr) n 多层膜磁性能超晶格中高达50 %的巨磁电阻效应。不久,在过渡金属Fe 、Co 、Ni 磁性薄
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