1 磁性纳米材料的定义和进展纳米材料又称纳米结构材料,是指在三维空间中至少有一维处于 纳米尺度范围内的材料(1 - 100nm) ,或由它们作为基本单元构成的 材料,是尺寸介于原子、分子与宏观物体之间的介观体系,因此,纳米 磁性材料的特殊磁性可以说是属于纳米磁性而纳米磁性材料和纳米 磁性又分别是纳米科学技术和纳米物性的一个组成部分颗粒的磁性,理论上始于20 世纪初期发展起来的磁畴理论,理论 与实验表明:当磁性微粒处于单畴尺寸时,矫顽力将呈现极大值铁磁 材料，如铁、镍、钻等磁性单畴临界尺寸大约处于l0nm量级,在应用 上, 可以作为高矫顽力的永磁材料和磁记录材料由于颗粒磁性与其 尺寸有关, 若尺寸进一步减小, 颗粒将在一定的温度范围内将呈现出 超顺磁性利用微粒的超顺磁性, 人们在50 年代开始对镍纳米微粒的 低温磁性进行了研究, 提出了磁宏观量子隧道效应的概念, 并在60 年 代末期研制成了磁性液体60 年代非晶态磁性材料的诞生为磁性材 料增添了新的一页, 也为80 年代纳米微晶磁性材料(纳米微晶软磁材 料、纳米复合永磁材料) 的问世铺平了道路80 年代以后, 在理论与 实验二方面, 开始对纳米磁性微粒的磁宏观量子隧道效应进行研究, 现已成为基础研究的重要课题之一。
如1988年首先在Fe/Cr多层膜 中发现了巨磁电阻效应, 叩开了新兴的磁电子学的大门, 为纳米磁性 材料的研究开拓了新的领域[2 - 4 ] 2 磁性纳米材料的特点量子尺寸效应：材料的能级间距是和原子数N成反比的，因此， 当颗粒尺度小到一定的程度，颗粒内含有的原子数N有限，纳米金属 费米能级附近的电子能级由准连续变为离散, 纳米半导体微粒则存在 不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道， 能隙变 宽当这能隙间距大于材料物性的热能， 磁能， 静电能， 光子能等等时， 就导致纳米粒子特性与宏观材料物性有显著不同例如， 导电的金属 在超微颗粒时可以变成绝缘体， 磁矩的大小和颗粒中电子是奇数还是 偶数有关， 比热亦会反常变化， 光谱线会产生向短波长方向的移动， 这 就是量子尺寸效应的宏观表现小尺寸效应:当粒子尺度小到可以与光波波长， 磁交换长度， 磁畴 壁宽度， 传导电子德布罗意波长， 超导态相干长度等物理特征长度相 当或更小时， 原有晶体周期性边界条件破坏， 物性也就表现出新的效 应， 如从磁有序变成磁无序， 磁矫顽力变化， 金属熔点下降等宏观量子隧道效应:微观粒子具有穿越势垒的能力， 称为量子隧 道效应。
而在马的脾脏铁蛋白纳米颗粒研究中， 发现宏观磁学量如磁 化强度， 磁通量等也具有隧道效应， 这就是宏观量子隧道效应它限定 了磁存储信息的时间极限和微电子器件的尺寸极限3 磁性纳米材料的应用 由于纳米磁性材料具有多种特别的纳米磁特性， 可制成纳米磁膜 （包括磁多层膜） 、纳米磁线、纳米磁粉（包括磁粉块体） 和磁性液体 等多种形态的磁性材料， 因而已在传统技术和高新技术、工农业生产 和国防科研以及社会生活中获得了多方面的广泛而重要的应用[19 ] 3. 1 在磁记录方面的应用在当代信息社会中,磁信息材料和技术的应用占有很大的比例, 而纳米磁性材料更开创了重要的新应用,例如,电子计算机中的磁自 旋随机存储器,磁电子学中的自旋阀磁读出头和自旋阀三极管等都是 应用多层纳米磁膜研制成的［20 ］最近国际上在Co铁氧体和磁性 金属的复合磁记录材料的研究中取得了高饱和磁化强度(Ms)和高矫 顽力( HO) 同时兼备的良好效果［21 ］ 3. 2 在纳米永磁材料方面的应用对于永磁材料,要求磁性强,保持磁性的能力强,磁性稳定,即要 求永磁材料具有高的最大磁能积［ (BH) max ］ 、高的剩余磁通密度 (Br)和高的矫顽力(H0)，同时要求这三个磁学量对温度等环境条件 具有较高的的稳定性。
在实际情况中，要求(BH) max ,Br和He三者 都较高是困难的，所以只能根据不同的需要来选择适当的永磁材料 目前永磁材料研究较多的是稀土永磁材料，一些稀土元素具有高的原 子磁矩、高的磁晶各向异性、高的磁致伸缩系数、高的磁光效应及低 的磁转变点(居里点) 由高的原子磁矩可以得到高的剩磁，由高的磁 晶各向异性可以得到高的矫顽力钴和铁的居里点很高，分别为1 131 °C和770 °C,选取适当的稀土元素和Co或Fe的金属间化合物， 可制得永磁性能良好的永磁材料纳米磁性材料的特点之一是在一定 条件下可得到单磁畴结构, 因而可显著提高永磁材料的矫顽力和永磁 性能纳米级的永磁材料磁性能更优越, 其永磁性能可以随合金的组 元、含量和制造工艺等不同而有显著的变化3. 3 在纳米软磁材料方面的应用对于软磁材料,一般要求有高的起始磁导率和饱和磁化强度,低 的矫顽力和磁损耗,宽频带等研究表明,只要选择适当的化学组分和 工艺条件,便可以分别制成性能优越的纳米永磁材料和纳米软磁材 料例如采用射频溅射法制成的纳米晶磁膜,己被制成高起始磁导率、 高饱和磁通密度、高居里温度的“三高”纳米软磁材料近年来开发 的纳米磁性材料正沿着高频、多功能的方向发展,其应用领域将遍及 软磁材料应用的各方面,如功率变压器、高频变压器、扼流圈、可饱 和电流器、互感器、磁屏蔽磁头等[22 ] 。
新近发现的纳米微晶软磁 材料在高频场中具有巨磁阻抗效应,又为它作为磁敏感元件的应用增 添了多彩的一笔3. 4 在纳米吸波材料领域的应用随着雷达、微波通信、电子对抗和环保等军用、民用科学技术的 发展,微波吸收材料的应用日趋广泛,磁性纳米吸波材料的研究受到 人们的关注纳米铁氧体具有复介质吸收特性,是微波吸收材料中较 好的一种其基本原理是当微波信号通过铁氧体材料时,将电磁波能 量转化为其它形式能量（主要是热能） 而被消耗掉这种损耗主要是 铁氧体的磁致损耗和介质电损耗所致纳米磁性材料,特别是类似铁 氧体的纳米磁性材料放入涂料中,既有优良的吸波特性,又有良好的 吸收和耗散红外线的性能加之密度小,在隐身方面的应用上有明显的 优越性3. 5 在生物医学领域的应用 运用于生物医学领域的纳米材料也叫纳米生物材料,具有 小尺寸效应、良好的磁向导性、生物相容性、生物降解性和活性 功能基团等特点[ 15 ] 医学实验研究表明磁流体能逃逸网状内皮 细胞系统的吞噬,具有优良的导向性,是对生物体最有应用前景 的导向材料之一[ 16 ] 此外,将纳米磁性粒子制成药物载体,通过 静脉注射到动物体内,在外加磁场作用下通过纳米微粒的磁性 导航,使其移动到病变部位达到定向治疗的目的,该方法局部治 疗效果好而且副作用少。
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美国、日 本、德国、英国等发达国家都制定了发展纳米技术的国家规划, 并作为自然科学基金优先支持的项目而我国在纳米技术领域 的起步也不晚,纳米技术被认为是我国在本世纪赶超和占领国 际一席之地的一个重要高技术领域国家科委、国家自然科学 基金委和国防科工委都积极组织推进这一重大新兴科学技术的 发展目前,我国约有近百个研究机构和大学从事纳米材料的 研究工作,其中清华、北大、南京大学、中科院还设有国家重点实 验室进行纳米材料的研究纳米科技的发展给传统磁性产业带 来了跨越式发展的重大机遇和挑战,纳米级磁性材料的开发和 研究是磁性材料发展的一个必然方向,但同时也应重视用纳米 技术改造传统产业和对现有材料进行纳米改性方面的研究,以 全面提高企业的技术水平和竞争能力,在世界民族之林树立中 华民族的大旗参考文献:[2 ]关英勋，房大维，张庆国，等.纳米磁性材料研究现状J ]. 渤海大学学报:自然科学版, 2004 , 25 (3) : 274 - 275.[3] 李瑶.纳米材料的特性、应用及制备[J].山西科技，2001 (4):25 - 26.[4] 田民波.磁性材料[M].北京：清华大学出版社，2001 : 154 - 157.[5 ] 白木， 周杰. 纳米磁性材料及其应用[ J ]. 信息记录材料， 2002 ， 3 (2) : 37 - 39.[6 ] 姬海宁， 兰中文， 王豪才， 等. 纳米技术在磁性材料中的应用[ J ] . 磁性材料及器件， 2002 ， 33 (2) : 25 - 28.[7 ]张立德，牟季美.纳米材料与纳米结构[M].北京:科学出版社,2001.[8]阂娜，陈慧敏，李四年，等.碳纳米管在磁性材料中的应用[J]. 湖北工业学院报， 2004 ，19 (1) : 35 - 37.[9 ] 王美婷， 尹衍升， 许凤秀， 等. 磁性纳米流体制备方法及其应 用简介J ]•山东轻工业学院学报，2004，18 (4) : 58 - 61.[10 ] 程敬泉， 高政， 周晓霞， 等. 磁性纳米材料的制备及应用新进 展 J ].衡水学院学报，2007，9 (3) : 101 - 103.[11 ] 徐春旭， 李茹民， 景晓燕， 等. 超微铁氧体磁性材料的制备 技术 J ].应用科技，2004 , 31 (3) : 57 - 59.[12]徐慧显，李民勤.葡聚糖磁性威力固定化J ].生物化学杂志,1996 ， 12 (6) : 745 - 747.[13 ]张密林，王君，辛艳凤，等.羟基纤维磁性微球的制备J ]. 应用科技， 2000 ， 27 (6) : 20 - 21.[14] 邱广亮，金质兰.磁性复合微球的制备[J].精细化工，1999, 16 (1) : 38 - 40.[15] 张津辉，蒋中华.磁性微球的制备[J].化学通报，1997 ( 9):55 - 57.[16 ] 武淑艳， 吴明忠， 李洪波， 等. 化学共沉淀法制备钛酸钡陶瓷粉体的工艺研究J ].材料与表面处理技术，2007 (12) : 95 - 96.[17 ]文加波，商丹.磁性纳米Fe304的研究进展[J ].中国钼业，2007 ， 31 (4) : 30 - 34.[18 ]蔡梦军，朱以华，等.磁性Fe304明胶复合纳米粒子的制备 与表征J ].华东理工大学学报：自然科学版,2006，32 (3) : 290 - 295.[19 ] 张修华， 王升. 氮化铁的制备及其在磁记录和磁流体中的应用 进展J ].湖北大学学报，2003，25 (3) : 229 - 231.[20 ]张明，王少青.稀土纳米材料的研究现状[J].内蒙古石化工, 2005 (6) : 3 - 4.[21 ]符秀丽，李培刚.大规模制备纳米线阵列及其磁学性质[J ]。