纳米材料在磁学方面的应用-yclong课件.ppt

1、008 龙治汕 磁性材料一直是国民经济、国防工业的重要支柱与基础。广泛应用于电信、自动控制、通讯等领域，在微机、小型机、大型机中的应用具有重要地位。信息化的发展的总趋势是小、轻、薄及多功能方向。应而要求磁性材料向高性能、新功能方向发展。纳米磁性材料具有：纳米微粒的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应，使其具有常规材料不具备的磁特性。主要表现在量子尺寸效应、超顺磁性、宏观量子隧道效应、磁有序颗粒的小尺寸效应、特异的表观磁性等。前言 目录1 1、磁记录介质、磁记录介质2 2、磁性液体、磁性液体3 3、磁性药物、磁性药物4 4、吸波材料、吸波材料5 5、巨磁电阻、巨磁电阻6 6、材料分离、材料分离1、

2、磁记录介质 磁记录具有高密度、大容量、宽频率、无易失性以及可以进行时标和频率变换等优点。磁性油墨 磁性油墨印刷在很多领域都得到应用，如车票、月票、印花、银行存折、各种磁卡、身份证、支票等印品采用磁性油墨印刷防伪标记，达到防伪的效果。纳米油墨具有比普通油墨更好的耐晒性、耐酸性和黏附性。在钞票上印有特殊符号的标志作为密码，可以利用电磁感应原理读出。钡铁氧体磁粉 它是一种磁记录与读写的优良介质，既可以用于纵向记录，又可以用于高密度的垂直记录。具有矩形比高、化学稳定性和温度温度稳定性优良。WD 3TB 3.5 in 量子磁盘 硬盘盘片的储存密度以每年25%30%的速度增长；从1991年开始增长到60%

3、80%；至今，速度提升到100%甚至是200%。现在SATA III、SCSI（Small Computer System Interface）、光纤通道（多硬盘系统）等接口技术的发展，3TB很快会过时。2006年，希捷创造了421Gb/平方英寸的当时世界记录；2011年，推出了4TB外置硬盘，每片的面密度为每英寸625Gb，相当于每个盘片（尺寸约半径5mm,内径1mm，厚0.1mm）的容量超过1TB。今年3月，通过热辅助磁记录(HAMR)技术，其实验室已经把面密度提高到了每英寸1Tb。纳米磁盘的极限磁记录密度为6000Gb/in2，纳米磁盘的下一步发展方向是量子磁盘。希捷预计磁储存密度有望达

4、到50Tb/in2。2、磁性液体 磁性液体又称磁液、磁流体、磁性流体或铁磁流体，是由强磁性粒子、基液以及界面活性剂三者混合而成的一种稳定的胶状溶液。该流体在静态时无磁性吸引力，当外加磁场作用时才表现出磁性，它既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性。主要有-Fe2O3、MFe2O4（MCo，Ni，Mn）和Fe3O4颗粒和合金。磁性液体中的磁性颗粒尺寸为纳米级，因此，不会损坏轴承，而基液亦可用润滑油，只要采用合适的磁场就可以将磁性润滑油约束在所需的部位。密封、润滑 用环状永磁体在旋转轴密封部件产生一环状的磁场分布，可将磁性液体约束在磁场之中而形成磁性液体的“O”形环，且无磨损，做到长寿命的动态

5、密封。多轴磁性流体密封装置双法兰式空心轴四水咀磁性流体密封装置外壳、电机转轴防尘密封，磁头转轴润滑。来自山形大学的妻木勇一、高桥小野以及松本佃合作研发了这款MH-2机器人磁流体发电机 磁流体发电是一种新型的高效发电方式。磁流体发电的原理是用等离子体取代发电机转子，省去转动部件，这样可以把普通火力发电站或核电站的效率提高1520%，甚至更高。1959年，美国阿夫柯公司建造了第一台磁流体发电机，功率为115kW。此后各国均有研究制造，美苏联合研制的磁流体发电机U25B在1978年8月进行了第四次试验，气体-等离子体流量为24kg/s，温度为2950K，磁场为5T，输出功率1300kW，共运行了50

6、小时。现在磁流体发电机制造中的主要问题是发电通道效率低，目前只有10%。通道和电极的材料都要求耐高温、耐碱腐蚀、耐化学烧蚀等，目前所用材料的寿命都比较短，因而磁流体发电机不能长时间运行。3、磁性药物 磁性纳米材料具有良好的生物相容性、导向性、穿透性。1、生物分离、检测：核酸分子分离与识别、蛋白分离纯化、细胞识别及分离、生物医学检测 伦敦的儿科医院、挪威工科大学和美国喷气推进研究所利用纳米磁性粒子成功地进行了人体骨骼液中癌细胞的分离来治疗病患者。美国科学家正在研究用这种技术在肿瘤早期的血液中检查癌细胞，实现癌症的早期诊断和治疗。2、癌症的磁过热疗法、药物疗法 2010年，弗吉尼亚理工学院的研究人

7、员表示，他们找到了利用纳米粒子寻找并杀死癌组织的新方法。该方法采用提高癌细胞温度的途径摧毁癌组织，同时不对周围健康组织产生副作用（动物实验）。2009-2011年，东南大学肝动脉注射锰锌铁氧体磁性纳米颗粒治疗兔VX2肝癌。4、吸波材料 使入射电磁波被吸收衰减。目前已经产业化的有EMC室材料、微波暗室材料。EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。微波暗室，亦称无回波室、吸波室、电波暗室。当电磁波入射到墙面、天棚、地面时,绝大部分电磁波被吸收,而透射、反射极少。

8、微波也有光的某些特性,借助光学暗室的含义,故取名为微波暗室。暗室内制造出一个纯净的电磁环境，以方便排除外界电磁干扰。天线、雷达等无线通讯产品和电子产品在暗室中测试可以免受杂波干扰,提高被测设备的测试精度和效率。铁氧体磁性吸波材料是一种复介质材料,对电磁波的吸收既有介电特性方面的极化效应又有磁损耗效应。具有吸收率高、涂层薄和频带宽等优点,被广泛应用于雷达吸波材料领域。美国B_2隐形轰炸机(1997)和TR_1 高空侦察机(1981)均使用铁氧体作为吸波材料制备雷达波隐身涂层。金属微粉吸波材料具有居里温度（磁性转变点，是指材料可以在铁磁体和顺磁体之间改变的温度）高、温度稳定性好、在磁性材料中磁化强

9、度最高、微波磁导率较大、介电常数较高等优点,因此在吸波材料领域得到广泛应用。美国F/A 18C/D大黄蜂（1986-1988）隐身飞机使用的就是羰基铁微粉吸波材料。多晶金属纤维磁性吸波材料的吸波机理是涡流损耗和磁滞损耗,此外它还是一种良导体,具有较强的介电损耗吸收性能。多晶铁纤维具有独特的形状各向异性,可在很宽的频带内实现高吸收，质量比传统的金属微粉材料减轻40%60%，欧洲GAMMA 公司利用多晶铁纤维吸波材料成功研制出雷达隐身涂层,实现了宽频的吸收。据报道,该技术已成功用于法国战略导弹M51和载人飞行器上。5、巨磁电阻 所谓“巨磁电阻”效应，是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场

10、作用时存在巨大变化的现象。高灵敏度、高度写密度的磁头，主要应用在硬盘上（其记忆开关速度为亚秒级-1GHz/1.2秒）。超高灵敏度、低探测下限的传感器（10-610-2T）。6、材料分离 1、吸附脱硫，2、有机物富集检测-NH2/-COOH/-CHO。3、生物分子富集，目前,可被磁性纳米粒子分离的生物分子包括病毒、蛋白与细胞等；Bucak等报道了磷脂包覆的粒径8nm的胶体Fe3O4纳米粒子用于从蛋白质混合物中进行单一蛋白质的回收和分离，该磁性纳米粒子的吸附容量达卫1200mg/mL,超过商业吸附剂。使用磁性纳米粒子分离蛋白质的一个显著优点是:即使在悬浮固体或其他肉眼可见的污染物存在下,吸附蛋白质

11、的过程也可进行。4、金属离子吸附分离，采用含有功能基团辛苯基N，N-二异丁基甲氨酞甲基氧膦的杯芳烃修饰磁性纳米粒子,应用于废水中镧系和锕系金属离子及放射性Cs+的分离富集。5、有机磷杀虫剂的去除和富集，磁性纳米复合材料是以磁性纳米颗粒为核,通过键合、偶联、吸附等相互作用包裹上一种或几种疏水或亲水基团而形成的无机或有机复合材料。粒径约为5-10nm的磁性纳米Fe3O4-C18复合材料，该复合材料用于去除和富集水果和蔬菜中残留的14种机磷农药OPs(包括甲胺磷、敌敌畏、高灭磷、久效磷、甲拌磷、乐果、甲基对硫磷、杀螟松、马拉硫磷、倍硫磷、对硫磷、杀扑磷、三唑磷和乙硫磷)。6、化妆品中对羟基苯甲酸酯的富集，对羟基苯甲酸酯具有广泛的抗菌能力、低毒、稳定性好并月难溶,被广泛应用于化妆品行业。化妆品、食品、药物中有一定比例的对羟基苯甲酸酯存在,并能被吸收和储存在身体的神经组织中而不被水解。Memon研究的20个病例的乳房肿块内,对羟基苯甲酸酯的平均含量为(20.6士4.2)*10-6g/g。实验表明：Fe3O4磁性复合粒子对市售10种化妆品对羟基苯甲酸酯的回收率达87%-95%。7、矿物分离，磁性液体密度随磁场增加而增大，磁性液体中的物体会浮起。分离可以连续操作、效率高。金与砂石分离，城市废料中的金属与非金属的分离