纳米双相复合磁性材料的研究进展及发展方向

纳米双相复合磁性材料是一类由软硬磁相在纳米尺度下交换耦合形成的新型永磁材料,这类材料不但因稀土含量少而表现出成本低、温度稳定性高、耐热性和抗氧化性优异等优点,而且兼具高剩磁和高矫顽力特性,理论磁能积高达125.7 MGOe(1 MJ/m^(3)),有望突破单相稀土永磁材料的磁能积瓶颈,成为第4代稀土永磁材料。本文首先回顾了纳米双相复合磁性材料的研究历史,结合理论分析和试验研究成果阐述了增强软硬磁相交换耦合作用对提高纳米双相复合磁性材料磁性能的重要性。然后介绍了纳米双相复合磁性材料的研究进展,从制备工艺、成分设计两个方面提出了纳米双相复合磁性材料的性能优化方法。最后总结了纳米双相复合磁性材料的应用情况,以及发展方向。

一步法合成γ-Fe_2O_3/还原石墨烯复合磁性材料吸附去除水中染料

将γ-Fe_2O_3/reduced graphene oxides(rGO)复合磁性材料作为吸附剂用于吸附去除水中的甲基蓝,首先借助氧化还原反应实现了一步法合成γ-Fe_2O_3/rGO复合磁性材料,然后通过X射线衍射(XRD)分析、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)分析,振动式磁强计(VSM)分析、X射线光电子能谱(XPS)分析确定了复合磁性材料的性质和结构特征。吸附等温线的结果表明:γ-Fe_2O_3/rGO复合磁性材料能够高效去除水中的甲基蓝,最大饱和吸附量达到了86.732 mmol/g;同时,γ-Fe_2O_3/rGO复合磁性材料还具有良好的稳定性和耐久性,循环使用5次后,对甲基蓝的去除率仍然维持在50.17%。

锰锌铁氧体/SiO_2复合磁性材料的制备和表征

以正硅酸乙酯(TEOS)作为包覆材料,对锰锌铁氧体纳米颗粒进行SiO2包覆,制备出锰锌铁氧体/SiO_2复合磁性材料。利用FTIR,XRD,SEM等技术对其进行了表征,并研究了其对模拟亚甲基蓝废水的吸附脱色效果。实验结果表明:当SiO_2质量分数为40%1时,采用先将锰锌铁氧体在柠檬酸溶液中搅拌分散3 h后,加人氨水调节溶液pH,再继续搅拌分散3 h的分段分散方法制备的复合磁性材料对亚甲基蓝废水的处理效果更好,处理亚甲基蓝质量浓度为50 mg/L、COD为160 mg/L的废水,废水脱色率为97.2%,COD去除率为19.3%。表征结果显示:复合磁性材料锰锌铁氧体/SiO_2为球形颗粒,平均粒径为100 nm;SiO_2包覆前后锰锌铁氧体的晶型均为尖晶石型结构,在复合磁性材料中SiO_2以无定型的形态存在。

重庆科技学院“纳微复合磁性材料与器件”研究团队

纳微复合磁性材料团队是在重庆科技学院航空航天功能材料与元件研制中心（以下简称“中心）基础上形成的。中心于2005年6月开始筹建，2005年7月，通过了ISO9001、2000质量标准认证，2005年9月顺利通过了技术鉴定，正式挂牌成立。2005年10月，进行了军品定点考察认证，获得通过并与我校签定了军品定点研发协议。2005年12月12日，通过了航天产品合格供方质量保证能力认证，并颁发了航天产品合格证书。

一种Gd-TiO2-SiO2-NiFe2O4复合磁性材料的制备方法

该专利涉及一种Gd-TiO2-SiO2-NiFe2O4复合磁性材料的制备方法。包括以下步骤：先制备Gd掺杂TiO2；再制备NiFe2O4粉体；然后制备SiO2-NiFe2O4复合材料；最后称取1～2gGd掺杂TiO2粉末，加入1mL无水乙醇，用玻璃棒调制成Gd掺杂的TiO2溶胶，搅拌均匀得到粉末一溶胶前驱液.

La_(2/3)Ca_(1/3)MnO_3/xTiO_2复合磁性材料的磁电特性研究

采用溶胶-凝胶法制备La2/3Ca1/3MnO3纳米级磁性颗粒和TiO2胶体,按一定比例制成La2/3Ca1/3MnO3/xTiO2(其中x取0、0.1、0.2、0.3、0.4)复合磁电阻材料。用XRD谱确定样品的晶体结构。采用振动样品磁强计测量了样品的磁滞回线和场冷却磁化强度随温度的变化行为;采用标准四引线法测量样品在恒定磁场下的电阻率随温度的变化。实验测量结果表明体系的磁化强度、剩磁、矫顽力随TiO2含量的变化具有相似的规律,具有室温的居里温度;并且当磁场强度小于0.4T时,磁电阻与磁场平方成正比关系;当大于0.6T时,磁电阻与磁场成线性关系。

纳米复合磁性材料的微合金化

纳米复合磁性材料具有很好的磁性能，对其进行微合金化可以有效地改善材料的磁性能、居里温度和抗腐蚀性。替代材料中的Nd、Fe、B元素可提高硬磁相的磁晶各向异性，从而提高矫顽力。同时，一些元素作为替换元素或搀杂元素可以有效地减小品粒尺寸，使晶粒均匀分布，以提高晶粒间的交换耦合作用，从而提高矫顽力和剩磁。添加特定的元素还可以提高居里温度和抗腐蚀性。

包覆型复合超微颗粒磁性材料研究

包覆型磁性微颗粒兼具复合材料多组分间的协同效应与核-壳型的包覆结构,可实现多功能和产生不同于原单一组分的新功能。本文主要叙述了包覆型复合超微磁性颗粒的结构特征、磁电特性与高频电磁特性,并介绍其制备方法和研究现状,最后分析特性参数可调的包覆型磁性超微粒的研究前景。

纳米复合磁性材料的腐蚀规律与防护技术研究

纳米复合磁性材料是国际学术界的热点和前沿课题，是功能材料发展之方向，在电子、电工、国防、信息等领域有迫切需求，应用范围几乎覆盖所有高科技产业和国防工业，弄清纳米复合磁性材料的一些关键基础问题对发展我国高科技产业具有重大科学和应用意义。但是磁性材料在服役环境下的腐蚀是导致磁性衰减和消磁的最重要因素。本项目通过研究纳米复合磁性材料的高温氧化行为、腐蚀规律，以及高温使役条件下的防护涂层及其制备技术，为其提高它们的耐蚀性能、提高磁性材料部件的工作可信度，延长相关器件的使用寿命奠定基础。在国家重点基础研究发展计划（973）项目资助下，我们对NdFeB基磁体的常温电化学腐蚀与防护以及SmCo基磁体的高温氧化与防护卓有成效地开展了工作，现就后者的研究成果做简要介绍。

Zr对Nd_2Fe_(14)B/α-Fe快淬纳米复合永磁材料的影响

主要研究了Zr对Nd2Fe14B/Fe快淬纳米复合永磁材料的影响.研究发现,Zr元素的添加提高了快淬薄带的非晶热稳定性,晶化处理后的矫顽力和磁滞回线的方形度.三维原子探针分析发现,快淬薄带晶化后Zr在硬磁性相内部以及晶粒之间分布不均匀,有利于细化晶粒、提高的矫顽力以及改善磁滞回线的矩形度.

纳米复合永磁合金Nd_9Fe_(85-x)Mn_xB_6的结构和磁性

利用X射线衍射(XRD)和X射线吸收精细结构(XAFS)技术对淬火速度为20 m/s的退火和未退火Nd9Fe85-xMnxB6(x=0,0.5和1.0)样品分别进行了晶体结构和Fe原子局域环境的分析,并用振动样品磁强计分析了样品的磁性。结果表明:退火前,掺杂微量Mn原子对纳米复合Nd-Fe-B磁性材料的晶体结构和近邻配位无序度都有显著影响,随着Mn含量的增加,Nd2Fe14B硬磁相和α-Fe软磁相的结晶度明显增加;在温度为973 K、5min退火后,Nd9Fe85-xMnxB6(x=0,0.5和1.0)磁体的主相结构基本相同,但矫顽力由339 kA/m增加到398 kA/m,我们认为这是由于掺杂的Mn原子影响Nd2Fe14B和α-Fe颗粒晶界的交换耦合作用所致。

钡铁氧体/埃洛石复合材料的制备与性能调控

以Fe(NO3)3、Ba(NO3)2及埃洛石(Hal)为基本原料,采用溶胶-凝胶法制备了M型钡铁氧体(BF)和BF@Hal复合材料,并对它们的磁性能进行了研究。使用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和振动样品磁强计(VSM)来表征样品的结构、形貌及磁性能。研究结果表明BaFe12O19的最佳合成工艺条件是n(Ba2+)∶n(Fe3+)=1∶11.8、pH值为7.0、煅烧温度为950℃、保温时间为2 h;在BF@Hal磁性复合材料中,适量加入Hal可以提高该材料的磁性能,Hal的最佳加入量是0.05 g,埃洛石的适量加入使得BF@Hal复合材料的Ms和Mr值较单相的BF有了明显增大,Ms和Mr值分别由40.51和21.84 Am^2/kg上升到48.69和26.33 Am^2/kg。

硬磁/软磁纳米复合颗粒的声化学制备

利用超声波使金属有机化合物Fe(CO)5在低温和惰性气氛环境中分解生成纳米尺寸Fe颗粒,并使其包覆在硬磁颗粒表面,制备出Sm-Fe-N/Fe和Nd-Fe-B/Fe纳米复合粉末。透射电子显微镜及能谱分析表明,Fe(CO)5声化学分解得到了纯净的Fe颗粒,其尺寸约为5nm;运用场发射扫描电子显微镜对包覆产物的显微形貌进行了观察,结果显示Fe在两种永磁颗粒表面可以实现均匀包覆,且包覆的Fe含量可调;能谱分析表明,超声化学包覆过程中未生成其他副产物。此外,讨论了纳米Fe颗粒的包覆制备工艺条件和机制。

嵌埋于沸石分子筛中的Fe_n团簇的磁性能研究

运用RKKY理论 ,推导了金属球形团簇间交换作用 ,并利用蒙特卡罗 (MC)方法模拟了嵌埋于沸石分子筛中的Fen 团簇体系的磁性能与团簇尺寸的关联效应。结果表明 :嵌埋式团簇体系的磁性能随团簇间距离呈震荡型 ,体系磁化强度随团簇分布密度及填充率的增大而增大 ,这对新型复合磁性材料的制备提供了参考。

Fe／SiO2复合微颗粒的微结构及电磁特性研究

采用机械球磨法制备了Fe／SiO2复合微米量级颗粒粉体。用X射线衍射、扫描电镜和透射电镜研究样品结构形貌；测量了不同成分配比下的磁滞回线；测试了在2～18GHz频段下的电磁性能参数。结果表明，微米量级铁颗粒的饱和磁化强度比纳米量级的铁颗粒显著增大．在2～18GHz频段内，复合微米颗粒的相对介电常数的实部稳定，虚部很小；磁导率虚部在0．7～1．2之间。该微米复合颗粒作为微波吸收材料，具有良好的应用潜力。

新型手性无机纳米材料研制取得新进展

中国科学技术大学俞书宏院士团队与国家纳米科学中心唐智勇研究员课题组、多伦多大学Edward Sargent教授团队开展多方合作,通过在一维纳米结构单元中定点选择性复合磁性材料,利用局域磁场调制电偶极矩与磁偶极矩之间的相互作用,成功合成了一类新型手性无机纳米材料。

磁性塑料开发前景佳

磁性塑料的研究及应用在我国尚处于发展的初级阶段，与发达国家相比还有很大的差距。因此，我国磁性塑料开发前景非常广阔。

SmCo_(5)/Co纳米复合多层膜的成核场

由于交换耦合纳米复合多层膜体系同时拥有硬磁相的高矫顽力和软磁相的高剩磁的优点,因此引起了业界的广泛关注。该文运用微磁学方法,并采用计算机进行模拟,系统地研究了交换耦合SmCo_(5)/Co多层膜体系退磁中的磁化反转过程,得到了纳米复合多层膜体系的成核场。研究发现交换耦合SmCo_(5)/Co多层膜体系成核场HN随硬磁相厚度Lh和软磁相厚度Ls变化而变化的规律,成核场随软磁相厚度的增大而减小,随硬磁相厚度的增大而增大;当软、硬磁相厚度同时增大时,成核场受到的影响会变小;当硬磁相厚度Lh>5 nm时,软磁相对成核场起主导作用而硬磁相对成核场的影响可以忽略不计。