（太原科技大學材料科學與工程學院，山西太原市，030024）馮 凱

1 引言

磁性材料一直是國防以及工業(yè)重要的支出和基礎(chǔ)，它的應(yīng)用非常廣泛，尤其是在信息存儲以及數(shù)據(jù)的傳輸?shù)氖遣豢苫蛉钡慕M成部分。主要廣泛的使用在電子信息、自動控制、通訊以及家電領(lǐng)域。尤其是在當前的微機時代，信息化的發(fā)展朝向比較的小、輕等方向發(fā)展。對于磁性的材料而言，已經(jīng)經(jīng)歷了晶態(tài)、非晶態(tài)、納米微晶態(tài)等發(fā)展階段。尤其是在2000年以后，美國政府已經(jīng)向美國的國會提交了增加納米科技的研究費用，主要的依據(jù)則是巨磁電阻效應(yīng)顯示出巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。其中的產(chǎn)值預計超過1千億美元[1]。

2 磁性納米微晶材料及其應(yīng)用

2.1 磁性納米的微晶材料及其應(yīng)用

對于磁性的納米微晶材料大致上可以分為納米微晶永磁材料與納米微晶軟磁材料兩大類。

2.1.1 納米微晶永磁材料

在進行繼1967年SmC06第一代的稀土的永磁性的材料研發(fā)之后，在1972年第二代的Sm2C07稀土永磁材料后，在1983年的時候，高性能、低成本的第三代的稀土永磁材料NdFeB之后變誕生了，這個材料進一步的奠定了稀土永磁的霸主地位。1993年日本所產(chǎn)的稀土永磁產(chǎn)值首次的超過永磁鐵，根據(jù)相關(guān)估計，2025年全球的燒結(jié)的NdFeB的產(chǎn)值達到300億美元，并在此過程中，超過永磁氧化鐵，而且在正常的情況下，對于燒結(jié)的NdFeB的磁性為永磁鐵氧體的12倍，因此在一定的相似的情況下，體積、重量均將大減小。進而實現(xiàn)高效率以及低能耗的目的。對于這種的納米微晶永磁材料主要使用在微型電機、自動化辦公用品、自動的控制領(lǐng)域同時也是稀土永磁研究以及應(yīng)用的重要方向[2]。

2.1.2 納米微晶軟體材料

對軟磁的材料發(fā)展狀態(tài)，分別是晶態(tài)、非晶態(tài)、納米微晶態(tài)，對于現(xiàn)階段的納米微晶態(tài)而言，性能上十分的優(yōu)異，具有高磁導電率、低損耗以及較高的磁化強度。主要的應(yīng)用范圍是在開關(guān)電源、變壓器、傳導器這些都可以實現(xiàn)小型化以及高頻化，最重要的是多功能化近年來發(fā)展非常迅猛[3]。

2.2 磁性納米微材料及其應(yīng)用

磁性的納米顆粒最早使用在納米磁性的材料中，從實際的應(yīng)用中可以大致上分為：①磁記錄性的介質(zhì);②磁性液體；③磁性藥物;④吸波材料。

磁性材料和信息化、自動化、機電一體化、國民經(jīng)濟等方面息息相關(guān)。對于現(xiàn)代的磁記錄而言，目前還是信息工業(yè)的主體，大趨勢則是為大容量、小尺寸、密度高以及價格低等特點，同時再此基礎(chǔ)上為了提高磁記錄的密度，對已經(jīng)從微米慢慢的向亞微米過渡，比方說對于性能比較好的CR02磁鐵粉尺寸大約是200*35nm，對于合金磁粉的尺寸為80nm，對于納米磁性顆粒的研究不但是對于磁記錄的工業(yè)所需，而且具有一定的基礎(chǔ)性的研究的意義。比方說小尺寸效應(yīng)，量子尺寸效應(yīng)‘宏觀量子隧道效應(yīng)等他們的研究都是以納米微粒是主要的研究對象[4]。

磁性納米顆粒在醫(yī)學上作為靶向藥物，細胞的分離、磁控造影等醫(yī)學醫(yī)療應(yīng)用，有的已經(jīng)進入了臨床試驗階段。

2.3 磁性納米有序陣列及其應(yīng)用

磁性的記錄進一步發(fā)展演化為“量子磁盤”主要采用的量子雕刻方法，配合化學電鍍等工藝，將磁性的納米線進行有序的排列，進而在實際上構(gòu)成納米有序的陣列，利用各個磁納米線方向的不同，進行有序的排列，構(gòu)成納米有序排列，利用磁納米各向異存儲特性，當實際的線間距為10μm的時候，記錄密度預計可以達到400GB/IN，這就相當于每平方米存儲的20萬部的《紅樓夢》，這一研究成果正在不斷的向商品化成果進行轉(zhuǎn)化，預計在未來可以達到的實際產(chǎn)值為600億美元[5]。

3 磁性納米結(jié)構(gòu)材料及其應(yīng)用

對于納米性的結(jié)構(gòu)材料而言，大體上可以分為兩大類。①人工合成的納米的材料，如薄膜、多層膜、隧道結(jié)等。②天然的納米結(jié)構(gòu)的材料,鈣鈦礦型化合物。

在具體的多層薄膜及隧道的結(jié)果上，當實際的薄膜厚度及間距之間的電子平均自由度相當?shù)臅r候，所表現(xiàn)出來的運輸特性和后期的電子的自旋取向有關(guān)，呈現(xiàn)出一種巨磁電阻效應(yīng)，巨磁電阻特征主要是基于電子的磁性納米結(jié)構(gòu)和電子自選方向運輸相關(guān)的特性有關(guān)，隨著磁盤密度的不斷增加，現(xiàn)在已經(jīng)超過了65GB/in^2,其中主要的核心點在于其運用了巨磁電阻效應(yīng)的磁頭進行數(shù)據(jù)的讀取，對于巨磁電阻的效應(yīng)的產(chǎn)值已經(jīng)達到了100億美元/年，磁性隨機存儲器材會在未來有大量的商業(yè)化用途，預計產(chǎn)值可以達到千億美元。

電子磁性納米構(gòu)件是20世紀末最具影響力的重大成果，除了巨磁電阻效應(yīng)的讀出磁頭外，MRAM、磁傳感器、全金屬晶體管等一些比較新型的研究技術(shù)正在方興未艾，現(xiàn)代的自選電子學已經(jīng)成為比較青睞的學科。1993年，人們在后期的鈣鈦型化合物等天然納米的結(jié)構(gòu)材料中發(fā)現(xiàn)了龐磁電阻效應(yīng)，再此基礎(chǔ)上人們又發(fā)現(xiàn)了巨磁熵變，巨磁伸縮效應(yīng)，受到人們的廣泛關(guān)注，另外從基礎(chǔ)的研究角度出發(fā)，鈣鈦型化合物是一種比較特殊的高溫超導發(fā)的氧化材料，屬于一種比較強的關(guān)聯(lián)體，它和磁學以及運輸學同樣的引人注目[6]。

4 結(jié)束語

對于本文所研究的電磁性納米材料和納米結(jié)構(gòu)是具體的納米重要的組成部分，在后期的研究過程中具有一定的研究價值以及經(jīng)濟利益，對于部分的研究成果已經(jīng)進入了工業(yè)化的生產(chǎn)和規(guī)模化的階段，取得了比較顯著的經(jīng)濟價值。