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1、磁性材料的最新进展都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件磁性材料的分类1 1。按物理性质分类。按物理性质分类 a a）. . 静磁特性：永磁；软磁；矩磁；磁记录（介质、磁头）静磁特性：永磁；软磁；矩磁；磁记录（介质、磁头） b b）. . 交叉耦合效应：磁光；磁热；磁致收缩；旋磁；交叉耦合效应：磁光；磁热；磁致收缩；旋磁； 吸波；吸波； 反常霍尔效应；铁电反常霍尔效应；铁电/ /铁磁；铁磁；GMIGMI c c）. .与自旋相关的输运性质：自旋电子学材料与自旋相关的输运性质：自旋电子学材料2 2。按化学组成分类。按化学组成分类 金属（合金）；无机（氧化物）；有机化合物金属（合金）；无机（
2、氧化物）；有机化合物3 3。按维度分类。按维度分类 纳米（零维；一维；二维）；微晶；非晶；块体纳米（零维；一维；二维）；微晶；非晶；块体4 4。按磁结构分类：铁磁；亚铁磁；反铁磁；超顺磁。按磁结构分类：铁磁；亚铁磁；反铁磁；超顺磁5 5。按应用分类：。隐身；磁制冷；磁传感器；。按应用分类：。隐身；磁制冷；磁传感器；MEMSMEMS。都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件Global market for magnetic materials the total in 1999 was about 30b$.都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件（19752005）年“Magneti
3、c materials”SCI论文百分数据Web of Science检索（19752005）年间，共发表”Magnetic materials”论文3874篇，分布如图，“Magnetism” 论文12813篇。1228篇（Magnetic material)370篇都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件稀土永磁都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件第一，二代稀土永磁 (19671975)第三代稀土永磁 (1983)第一代SmCo5 (60年代）；第二代Sm2Co17 (70年代）；第三代 Nd2Fe14B(80年代）；第四代稀土永磁？第四代稀土永磁？都有为院士磁性材料的进展(m
4、inimiz课件 永磁材料基本磁性永磁材料基本磁性1。饱和磁化强度饱和磁化强度 MsMs，Tc Tc : : 组成，磁结构组成，磁结构2 2。剩磁。剩磁 Br Br ：取向，密度：取向，密度 Br = Br = o o p Ms fp Ms f . p. p- - 孔隙率；孔隙率； f f取向度取向度 f=1/2 f=1/2 各向同性各向同性 f f1 1 各向异性，理想取向。各向异性，理想取向。3 3。矫顽力。矫顽力 Hc Hc ：晶体结构，晶体结构，K K， 显微结构显微结构 单畴：单畴： 磁晶各向异性：磁晶各向异性：Hc Hc K/ K/ o o MsMs , , B BHc Hc Br
5、 Br o o MsMs 形状各向异性：形状各向异性： Hc Hc NMs NMs4 4。磁能积。磁能积 （BH)mBH)m （BH)mBH)m（理论）（理论） o oMsMs2 2/4/4 都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件第一代第一代第二代第二代第三代第三代第四代第四代稀土永磁SmCo5Sm2Co17Nd2Fe14B ?晶体结构CaCu5型六角晶系六角或菱方结构四方晶系低对称晶系Js(T) oMs 1.141.251.61.8Tc (oC)727920320300HA(T)25-446.57 7(BH)m(kJ/m3)200(259)*250(310)462(512) 600*(
6、-)(BH)m理论值。 SmFeN; SmFeC； 1:12; 3:29; 纳米复合稀土永磁纳米复合稀土永磁（BH)m(理论理论） 800（kJ/m3)，1988年？工艺：速凝；氢爆；双合金工艺：速凝；氢爆；双合金都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件稀土永磁薄膜MEMS；传感器等应用中要求微米级膜厚的永磁薄膜。薄膜永磁材料：永磁铁氧体；MnBi; MnAlC; R-Co; NdFeB; Pt-Co/Fe -通常采用磁控溅射;激光沉积等工艺制备。 SmCo5 160kJ/m3 ; Sm2Co17 136kJ/m3； NdFeB 240kJ/m3
7、； （ Pt/Fe）n 320kJ/m3NdFeB都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件软磁材料都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件软磁材料是应用最广，品种丰富的一类磁性功能材料，主软磁材料是应用最广，品种丰富的一类磁性功能材料，主要产品分三类要产品分三类1 1。高磁导率材料。高磁导率材料: : i i1000010000， 电感元件；抗电磁干扰（电感元件；抗电磁干扰（EMI)EMI)；滤波器；宽带脉冲变压器；滤波器；宽带脉冲变压器2 2。低功耗材料。低功耗材料 ：高饱和磁通密度，宽频、宽温、低损耗：高饱和磁通密度，宽频、宽温、低损耗 开关电源变压器开关电源变压器; ; 变压器变
8、压器 3。电力工业用的软磁材料 牌号PW1(PC30)PW2 ( PC40) PW3(PC44) PW4(PC50)PW5 f(kHz) 15100 252001003003001MH13MHz发展趋势：高频，低损耗，宽温功率铁氧体功率铁氧体都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件金属纳米微晶软磁材料金属纳米微晶软磁材料非晶磁性合金分三类：1。 【过渡金属类金属(B,C,Si,P)】合金,如:FeSiB2。【稀土过渡族】合金,如：NdFeB3。【过渡族过渡族】合金，如FeZr(B),CoZr(B)纳米微晶软磁材料系列：年代70年代80年代90年代金属软磁材料非晶纳米微晶块体非晶年代1988
9、19901998牌号FINEMET NANOPERMHITPERM组成FeFe73.573.5SiSi13.513.5 B B9 9NbNb3 3 Cu Cu1 1 (FeSiCuNbB) Fe90Zr7B3 (Fe-M-Cu-B)(Fe,Co)88M7B4Cu1M= Zr,Nb,Hf,Ta 都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件e (f=1kHz)都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件 据随机各向异性模型：交换相关长度 L Lex = (A/), K
10、1 /N1/2 (N-交换作用范围内的晶粒数)。 都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件块体非晶软磁材料非晶材料具有优良的力学性能，如Fe80B20非晶的断裂强度达3629MPa,而纳米微晶材料通常呈现脆性，给应用带来不便。上述的非晶与纳米微晶软磁材料其冷却速度均大于105C/s，因此只能制备成厚度低于100m的薄带，要制备厚的块体非晶材料，必须降低临界冷却速度，以致能从液相直接制备成块体非晶。通常多组元合金熔点低于二元合金，目前研究的体系大致上为：锆基（ZrAlTM); 铝基（AlRTM);镁基（MgRTM); 钯基（PdNiP)等。最近Chin TS在YFeB三元系中发现有很好软磁性
11、能的块体非晶组成， 如Y4Fe76B29的Js1.56T。都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件软磁颗粒膜非晶、纳米晶软磁材料因低电阻率的禀性只能应用在低频段，为了增加电阻率以利于高频段的应用，可采用磁性颗粒镶嵌在绝缘的薄膜(氧、氮、碳等化物）中而构成软磁颗粒膜，例如：Co(Fe)-Al(Zr)-O; Co-Pd-Al-O; CoFeB-SiO2 ; (Fe,Co)-M-O其工作频率可高达千兆赫频段，见下图软磁颗粒膜可应用于：射频电感器；超高密度磁记录磁头；微型高频滤波器、变压器都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件纳米软磁颗粒体如将nm
12、-Fe颗粒包裹SiO2后再包裹一层非晶碳，化学稳定性很好，比饱和磁化强度可达200Am2/kg,频率曲线十分平坦。都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件The permeability spectra of （ Fe/SiO2 /C） sample at room temperature。都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件高温磁制冷材料从相变的角度高温磁制冷材料大致上分二类1。利用一级相变的磁性材料 铁磁- 反铁磁相变：FeRh, Pr1/2Sr1/2O3 结构相变导致的磁熵变：Gd5(SiGe)4; MnFePAs; La(Fe,Si)13 ； 大磁熵变，不可逆 Gd5 Ge
13、1.9Si2Fe.1 (2004Nature)2。利用二级相变的磁性材料 铁磁顺磁相变:Gd, RAl, 部分钙钛矿化合物 可逆，但磁熵变较低都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件磁磁冰冰箱箱原原型型机机 磁冰箱很可能在某一天取代您厨房中的传统电冰箱磁冰箱很可能在某一天取代您厨房中的传统电冰箱 June 23, 2004June 23, 2004都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件磁记录材料纵向模式纵向模式 垂直模式垂直模式全息模式全息模式都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件由于超顺磁性尺寸的限制，KVkT,纵向磁记录密度已接近极.2005年希捷公司已推出110Gbit/
14、in2 的硬盘。另一个方式是采用垂直记录的模式，已推出200Gbit/in2 的记录密度，近期可望达到400Gbit/in2 ，远期目标为1TB/in2.现研究采用热辅助磁记录（TAR)方式，用高矫顽力磁记录材料，来提高记录密度,如FePt/FeRh 交换耦合薄膜等，采用垂直记录模式可望达到10Tbit/in2。10GB微型硬盘,日立2005都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件 量子磁盘示意图量子磁盘示意图都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件有机磁
15、性材料有机磁性材料大致上分三类：1。纯有机磁性材料 指不含金属离子而显示出磁性的一类有机化合物，通常含电子自旋未配对的自由基，同时存在铁磁耦合。如 TDAEC60(Tc=16K)，C60经光辐照Tc800.2。磁性络合物 通常络合物中含有磁性离子并相互铁磁耦合。如：C24H22Mn3N28 ；C24H24ClMn2N21O5 ； 3。磁性聚合物（金属、无机磁性材料/有机）第三类已实用化，我们更感兴趣第一、二类有机磁性材料都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件碳结构有机化合物的磁性1991年首先在p-NPNN (p-nitrophenylnitronyl nitroxide) ,Tc=0.
16、65K TDAE+C60(tetrakis(dimethylamino)ethylene), 中发现铁磁性,Tc=16K. 表明没有金属离子的有机物,只要有未成对 电子同样可呈现磁有序.石墨呈现逆磁性,对高度取向的热解石墨样品(HOPG),ll=-(2.40.1)10 -5 emu/gOe (300K)将石墨制备成薄膜,增加碳原子排列的无序度,由纯的sp2键转变为无序的sp2 sp3混合键,逆磁性下降,甚至转变为顺磁性.被认为是断裂的悬挂键导致未成对的电子所产生的磁矩.实验发现磁性与氢含量关系密切,在大的氢/碳比例时,呈现铁磁性,s=2emu/g(RT).C60H24(hydrofulleri
17、te)Tc300K,如用2.25MeV能量的质子轰击HOPG石墨,发现铁磁性,MFM(磁力显微镜)进一步证实了这点.在轰击点表面的磁化强度估算为 106A/m(400emu/g).根据理论上的计算,碳结构有机化合物的饱和磁化强度可达纯铁的三倍(A.A.Ovchinnikov,I.L.Shamovsky,J.Mol.Struct.251(1991)133)都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件热解石墨样品(HOPG)经质子轰击后,MFM观察到的磁畴图K.-H.Han,P.Esquinazi,J.Appl.Phys.96(2004)1681都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件都有为院
18、士磁性材料的进展(minimiz课件都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件希望在新世纪取得突破的磁性材料：希望在新世纪取得突破的磁性材料： 1。比NdFeB性能更佳的新一代永磁材料 2。高频低损耗、大功率的软磁材料 3。大容量、高密度的磁记录材料 4。低场大磁熵变的磁制冷材料 5。高自旋极化率的自旋电子学材料 6。有机磁性材料有关的基础研究：有关的基础研究： 高饱和磁化强度材料的探索 磁化动力学的研究 自旋极化输运性质的研究 低维磁性材料中的量子效应都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件结束语结束语 2020世纪世纪80809090年代是磁性材料发展史上辉煌的一页：年代是磁性材料发
19、展史上辉煌的一页：(3d-4f)(3d-4f)稀土磁性材料；非晶，纳米晶磁性材料；磁电子稀土磁性材料；非晶，纳米晶磁性材料；磁电子材料等横空出世，开创了磁性材料新纪元。材料等横空出世，开创了磁性材料新纪元。现在，正处于蓄势待发的相对平静时期现在，正处于蓄势待发的相对平静时期 ，“于无声中听于无声中听惊雷惊雷” ” ，有待于我们加强基础，勇于探索，进行创新性，有待于我们加强基础，勇于探索，进行创新性的研究，来迎接的研究，来迎接“暴风雨暴风雨”的来临，争取在未来的国际磁的来临，争取在未来的国际磁性材料领域中，中国的自主知识产权占相当的比例。我国性材料领域中，中国的自主知识产权占相当的比例。我国已成为磁性材料生产的大国，但要成为强国尚需学术界、已成为磁性材料生产的大国，但要成为强国尚需学术界、企业界共同努力，携手并进，并争取政府的大力支持。企业界共同努力，携手并进，并争取政府的大力支持。都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件谢谢都有为院士磁性材料的进展(minimiz课件
