納米磁性材料與器件的研究和應(yīng)用前景

 
1.前言  
　　納米（Nanometer ，簡(jiǎn)稱nm），是一種幾何尺寸的度量單位。1納米為1微米的千分之一，1米的十億分之一，約等于4?/FONT>5個(gè)原子的大小。在上個(gè)世紀(jì)的大部分時(shí)間里，人們時(shí)而熱衷于飛機(jī)、坦克、人造衛(wèi)星等宏觀世界，時(shí)而又徜徉在原子、電子和基本粒子等微觀世界中。通常，1微米以上為宏觀尺度，小于0.1納米則為微觀尺度，在這兩者之間，稱為介觀尺度。正是由于對(duì)介觀物理的研究，人們才得以發(fā)現(xiàn)納米世界�，F(xiàn)在我們所說的納米尺度，一般按照國(guó)際上的標(biāo)準(zhǔn)概念，是指0.1?/FONT>100 nm的范圍。 
　　納米技術(shù)是指從納米尺度上研究、制備與控制材料結(jié)構(gòu)的技術(shù)。所謂從納米尺度上控制材料結(jié)構(gòu)的技術(shù)，是指通過操縱原子、分子或原子團(tuán)、分子團(tuán)，使其重新排列組合，產(chǎn)生新的物質(zhì)，或制造新器件的技術(shù)。  
采用納米技術(shù)制造的磁性材料及器件，稱為納米磁性材料和納米磁性器件，后者又可稱為磁電子器件。 基本上，納米磁性材料可分為兩類：一類是本身具有納米結(jié)構(gòu)的磁性材料；另一類是用納米顆粒作為添加劑改性的磁性材料。納米磁性材料可以是磁粉、磁體、細(xì)絲、薄帶或磁性薄膜，也可以是磁性液體、涂料、漿料或其它復(fù)合材料。  
　　本文簡(jiǎn)要介紹了納米磁性材料的基本概念，報(bào)道了國(guó)內(nèi)外納米磁性材料和器件的研究開發(fā)動(dòng)向，*后指出了納米磁性材料和器件的應(yīng)用前景，以及產(chǎn)業(yè)化所必須注意的一些問題。 
2.納米磁性材料的研發(fā)動(dòng)向  
　　目前，國(guó)內(nèi)外制備納米顆粒的方法大體上可分為三類：物理法、化學(xué)法和機(jī)械法。物理法有：等離子焙燒法、電弧法、激光蒸發(fā)法等；化學(xué)法常見的有：溶膠--凝膠法、共沉淀法、噴霧法、醇鹽水解法、水熱法、超臨界流體干燥法、碳?xì)浠�合物催化分解法等；機(jī)械法在制備納米合金方面應(yīng)用較多，此外，磁性液體中納米顆粒的研磨也屬機(jī)械法。有的機(jī)械法中也涉及一些化學(xué)反應(yīng)。 
2.1納米軟磁材料 
　　納米軟磁鐵氧體---中科院山西煤化所姚志強(qiáng)博士等人采用超臨界流體干燥法制備了10-20 nm的 MnZn鐵氧體，可望實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)性能；電子科技大學(xué)采用共沉淀法，正在探索制備NiZn鐵氧體納米粉料的試驗(yàn)；還有一些單位在NiZn鐵氧體中添加某種納米氧化物，以降低燒結(jié)溫度，可制成低溫共燒NiZn鐵氧體漿料，用于片式電感等；  
納米晶軟磁合金---采用快淬、霧化等工藝，可制造非晶和微晶合金，再經(jīng)熱磁取向，可將晶粒細(xì)化到20-50nm，此時(shí)μi可達(dá)8-100萬(wàn)甚至更高，是普通軟磁鐵氧體的幾倍、幾十倍！晶粒越細(xì)、磁導(dǎo)率就越高。目前非晶帶材厚度可做到20-50μm、寬1.5-1000mm，處理成納米晶薄帶后，可用作電子變壓器，以替代高μi軟磁鐵氧體，還可做成低頻應(yīng)用的EMI元件，也可用于電力變壓器，具有體積小、功耗低的特點(diǎn)，可節(jié)能30 %以上。2.2納米永磁材料  
　　納米永磁鐵氧體---哈爾濱船舶學(xué)院張密林教授于1996年就開始采用溶膠--凝膠法制備Ba鐵氧體永磁納米粉；中科院山西煤化所姚志強(qiáng)博士采用超臨界流體干燥法制得60-80 nm的Ba鐵氧體永磁，可提高內(nèi)稟矯頑力，降低燒結(jié)溫度；*近有人在Sr鐵氧體永磁材料中添加納米硅基氧化物，磁感應(yīng)強(qiáng)度提高約10%，*大磁能積可提高5-8 %，其研究成果令人振奮。  
　　納米稀土永磁---日本住友特殊金屬公司、中科院金屬所等國(guó)內(nèi)外一些科研機(jī)構(gòu)目前均投入相當(dāng)大的人力和資金，研發(fā)納米稀土永磁材料，研究的重點(diǎn)是探索納米工藝條件和納米結(jié)構(gòu)，相分布、晶粒尺寸、相界面與磁性能之間的關(guān)系；研究納米復(fù)合稀土永磁材料中硬磁相和軟磁相之間的磁性交換耦合機(jī)制。我所近幾年來(lái)應(yīng)用SC工藝、HDDR工藝等納米技術(shù)，制造高性能燒結(jié)和粘結(jié)NdFeB等方面做了大量開拓性工作。 
2.3納米磁記錄介質(zhì)  
　　納米磁記錄介質(zhì)---研究表明，納米磁記錄磁粉可提高錄音和錄像磁帶的信噪比，粒度在30-80 nm 的Fe、Co、Ni金屬磁帶，比普通帶的記錄密度提高10-100倍！用磁控濺射或液相外延等薄膜（厚度為幾個(gè)nm）工藝形成的納米磁性陣列，可做成量子磁盤，實(shí)現(xiàn)超高密度的信息存儲(chǔ)，目前國(guó)外已達(dá)到的存儲(chǔ)信息量是普通盤的100萬(wàn)倍以上。2000年全世界磁記錄產(chǎn)品銷售達(dá)1000億美元，是磁性行業(yè)中市場(chǎng)規(guī)模*大的。因此，納米磁記錄介質(zhì)的研發(fā)是很有前途的。 
2.4 納米磁性隱身材料  
　　吸波材料——由于電磁兼容技術(shù)的發(fā)展和隱形武器的需求，納米吸波材料的研究自然成了國(guó)內(nèi)外高度重視的熱門課題之一。納米MnZn、NiZn鐵氧體、鐵粉芯（羰基鐵）、磁粉、鐵磁纖維、磁片、磁磚、油漆、涂料、膠帶及各種元器件和復(fù)合材料，都有可能用于隱形飛機(jī)、坦克、艦船等武器平臺(tái)；建造微波暗室，防雷達(dá)虛象、天線旁瓣以及抑制方艙及儀器、線纜的信號(hào)泄漏和干擾信號(hào)等，均為納米磁性隱身材料提供了用武之地；  
屏蔽材料——以前的電磁屏蔽材料大都采用銅網(wǎng)和鍍鋅鐵板等，目前研發(fā)的納米包封鐵磁纖維、非晶和納米晶軟磁合金是一類理想的屏蔽材料，可望得到較為廣泛的應(yīng)用。 
2.5 磁性液體： 
　　早期的“納米” 早在八十年代，國(guó)內(nèi)外不少單位投入相當(dāng)人力、財(cái)力，研究磁性液體，這是早期的納米材料，九所研制成功的磁性液體及應(yīng)用成果曾獲國(guó)家創(chuàng)造發(fā)明三等獎(jiǎng)。 
2.6納米薄膜與器件  
　　1988年以來(lái)，三巨材料的問世以及應(yīng)用研究，出現(xiàn)了磁電子器件這一新概念、新名詞，三巨材料是指：巨磁阻抗（GMI）材料及器件——其交流阻抗隨外磁場(chǎng)而變化；巨磁電阻（GMR）材料——其電阻率隨外磁場(chǎng)而變化；巨磁致伸縮材料——其幾何尺寸隨外磁場(chǎng)而伸縮變化； 以上材料均采用薄膜、超薄膜、多層膜、顆粒膜技術(shù)形成納米結(jié)構(gòu)，用于薄膜讀出磁頭、磁性隧道結(jié)非易失存儲(chǔ)器、機(jī)械運(yùn)動(dòng)量及電流量傳感器、磁聲納、磁聲表面波器件、超聲波換能器、致動(dòng)器、薄膜變壓器、自旋晶體管（全金屬晶體管）以及永磁薄膜、軟磁薄膜、微波多晶、單晶薄膜及器件等。上述納米器件亦可稱為磁電子器件。  
3.大有可為的應(yīng)用前景——九所的切入點(diǎn) 
　　磁性吸波材料,磁性傳感器,微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）用的納米磁性材料及器件,高導(dǎo)和低溫?zé)�結(jié)軟磁鐵氧體,大功率微波鐵氧體 
4. 納米世界中的“冷”“熱”思考  
　　熱門話題、熱心跟蹤、熱情支持和參與； 冷靜思考、切忌炒作、關(guān)注應(yīng)用與市場(chǎng).