尖晶石结构纳米磁性材料的制备文献综述

 2021-09-25 01:09

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文 献 综 述

1.1 纳米磁性材料的概述

1.1.1 纳米磁性材料简介

磁性材料(magnetic material):指有具体用途和具体磁性的、通常为人造的磁性体[1]

纳米磁性材料是纳米材料的一个重要组成部分,也是纳米材料家族中应用最为广泛的一种材料。因为与磁特性相关的物理长度恰好处于纳米量级,所以纳米磁性材料的特性不同于常规的磁性材料。纳米磁性材料作为一种新型磁性材料,是在1980年左右出现的。后来,法国巴黎大学的肯特教授研究组在研究铁/铬纳米结构的多层膜时发现了巨磁电阻效应,这一发现引起了国际上强烈的反响,掀起纳米磁性材料的研究热潮[2]

磁性材料在通信、自动控制、电信、电器等领域有着广泛的应用,在世界国民经济和军事领域中发挥着极其重要的作用。纳米磁性材料是磁性材料中,至少有一个维度是纳米尺寸,不仅具有纳米材料的性质,还具有磁性能。在纳米磁体出现之前,传统磁体是人们研究的比较多的磁性材料。1950年之前,在各个领域占有重要地位的磁性材料是金属磁;1950-1980年,铁氧体的发展非常迅速;磁性纳米材料是在1980年后才慢慢的发展起来,纳米磁性材料有着特殊的性质使其在磁学领域引起了人们广泛的关注,人们通过利用磁性基本元素铁、钴、镍与其它非磁性元素搭配,运用一些新型工艺手段合成了很多的磁性纳米材料,尤其是在CPP巨磁电阻、磁记录及传感器等领域,这是磁性材料是纳米科学技术研究中的一个新的里程碑。

1.1.2 纳米磁性材料的特性

纳米磁性材料具有不同于常规材料的磁特性,如小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应等。纳米微粒的小尺寸效应,使其具有常规粗晶材料不具备的磁特性。主要表现为:超顺磁性、矫顽力、居里温度和磁化率[3]

(1)超顺磁性

纳米微粒的尺寸减小到某一值时,就进入超顺磁状态。例如粒径小于20mn的Zn0.5Ni0.5Fe2O4铁氧体纳米颗粒为顺磁体,Fe3O4的粒径为16nm时就会变成顺磁体,粒径为85nm的纳米媒微粒,矫顽力很高,而当粒径小于15nm时,其矫顽力Hc→0,即进入了超顺磁状态[4]。超顺磁状态的形成主要有以下几个原因:在尺寸很小的情况下,当各向异性能可以与热运动能相比较时,磁化强度的方向就不在一个固定的易磁化方向上,易磁化方向作没有规律的变化,从而导致了超顺磁性现象的出现。

(2)高矫顽力

颗粒尺寸大约为3 nm的Zn0.5Ni0.5Fe2O4铁氧体纳米颗粒的矫顽力可以高达140 A/m,随着颗粒尺寸变小,其饱和磁化强度Ms跟着下降,但是矫顽力却显著增加,矫顽力达到最大时所对应的晶粒尺寸称为临界尺寸[5]

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