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磁性材料的最新进展

磁性材料的最新进展. 都有为 南京大学. 磁性材料的分类. 1 。按物理性质分类 a ） . 静磁特性：永磁；软磁；矩磁；磁记录（介质、磁头） b ） . 交叉耦合效应：磁光；磁热；磁致收缩；旋磁； 吸波； 反常霍尔效应；铁电 / 铁磁； GMI c ） . 与自旋相关的输运性质：自旋电子学材料 2 。按化学组成分类 金属（合金）；无机（氧化物）；有机化合物 3 。按维度分类 纳米（零维；一维；二维）；微晶；非晶；块体 4 。按磁结构分类：铁磁；亚铁磁；反铁磁；超顺磁

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磁性材料的最新进展

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  1. 磁性材料的最新进展 都有为 南京大学

  2. 磁性材料的分类 1。按物理性质分类 a）. 静磁特性：永磁；软磁；矩磁；磁记录（介质、磁头） b）. 交叉耦合效应：磁光；磁热；磁致收缩；旋磁； 吸波； 反常霍尔效应；铁电/铁磁；GMI c）.与自旋相关的输运性质：自旋电子学材料 2。按化学组成分类 金属（合金）；无机（氧化物）；有机化合物 3。按维度分类 纳米（零维；一维；二维）；微晶；非晶；块体 4。按磁结构分类：铁磁；亚铁磁；反铁磁；超顺磁 5。按应用分类：。。。隐身；磁制冷；磁传感器；MEMS。。。

  3. Global market for magnetic materials the total in 1999 was about 30b$.

  4. 370篇 （1975－2005）年“Magnetic materials” SCI论文百分数 据Web of Science检索（1975－2005）年间，共发表”Magnetic materials”论文3874篇， 分布如图，“Magnetism” 论文12813篇。1228篇（Magnetic material)

  5. 稀土永磁

  6. 第三代稀土永磁 (1983) 第一，二代稀土永磁 (1967—1975) 第一代SmCo5 (60年代）；第二代Sm2Co17 (70年代）；第三代 Nd2Fe14B(80年代）；第四代稀土永磁？

  7. 永磁材料基本磁性 1。饱和磁化强度 Ms，Tc : 组成，磁结构 2。剩磁 Br ：取向，密度 Br = o p Ms f. p- 孔隙率； f－取向度 f=1/2 –各向同性 f＝1 －各向异性，理想取向。 3。矫顽力 Hc ：晶体结构，K， 显微结构 单畴： 磁晶各向异性：Hc ～ K/ o Ms , BHc  Br  o Ms 形状各向异性： Hc ～ NMs 4。磁能积 （BH)m （BH)m（理论）＝oMs2/4

  8. *(--)(BH)m理论值。 SmFeN; SmFeC； 1:12; 3:29; 纳米复合稀土永磁（BH)m(理论）>800（kJ/m3)，1988年－？？ 工艺：速凝；氢爆；双合金

  9. 稀土永磁薄膜 MEMS；传感器等应用中要求微米级膜厚的永磁薄膜。 薄膜永磁材料：永磁铁氧体；MnBi; MnAlC; R-Co; NdFeB; Pt-Co/Fe ---- 通常采用磁控溅射;激光沉积等工艺制备。 SmCo5 ~ 160kJ/m3 ; Sm2Co17 ~ 136kJ/m3； NdFeB ～ 240kJ/m3； （ Pt/Fe）n ~ 320kJ/m3 NdFeB

  10. 软磁材料

  11. 软磁材料是应用最广，品种丰富的一类磁性功能材料，主要产品分三类软磁材料是应用最广，品种丰富的一类磁性功能材料，主要产品分三类 1。高磁导率材料: μi>10000， 电感元件；抗电磁干扰（EMI)；滤波器；宽带脉冲变压器 2。低功耗材料 ：高饱和磁通密度，宽频、宽温、低损耗 开关电源变压器; 变压器 3。电力工业用的软磁材料 功率铁氧体 发展趋势：高频，低损耗，宽温

  12. 金属纳米微晶软磁材料 非晶磁性合金分三类： 1。 【过渡金属－类金属(B,C,Si,P)】合金,如:FeSiB 2。【稀土－过渡族】合金,如：NdFeB 3。【过渡族－过渡族】合金，如FeZr(B),CoZr(B) 纳米微晶软磁材料系列：

  13. μe (f=1kHz)

  14. 据随机各向异性模型：交换相关长度 Lex = (A/<K>), <K> ~K1 /N1/2 (N-交换作用范围内的晶粒数)。

  15. 块体非晶软磁材料 非晶材料具有优良的力学性能，如Fe80B20非晶的断裂强度达3629MPa,而纳米微晶材料通常呈现脆性，给应用带来不便。上述的非晶与纳米微晶软磁材料其冷却速度均大于105C/s，因此只能制备成厚度低于100μm的薄带，要制备厚的块体非晶材料，必须降低临界冷却速度，以致能从液相直接制备成块体非晶。通常多组元合金熔点低于二元合金，目前研究的体系大致上为： 锆基（ZrAlTM); 铝基（AlRTM); 镁基（MgRTM); 钯基（PdNiP)等。 最近Chin TS在YFeB三元系中发现有很好软磁性能的块体非晶组成， 如Y4Fe76B29的Js＝1.56T。

  16. 软磁颗粒膜 非晶、纳米晶软磁材料因低电阻率的禀性只能应用在低频段，为了增加电阻率以利于高频段的应用，可采用磁性颗粒镶嵌在绝缘的薄膜(氧、氮、碳等化物）中而构成软磁颗粒膜，例如： Co(Fe)-Al(Zr)-O; Co-Pd-Al-O; CoFeB-SiO2 ; (Fe,Co)-M-O 其工作频率可高达千兆赫频段，见下图 软磁颗粒膜可应用于：射频电感器；超高密度磁记录磁头；微型高频滤波器、变压器

  17. 纳米软磁颗粒体 • 如将nm-αFe颗粒包裹SiO2后再包裹一层非晶碳，化学稳定性很好，比饱和磁化强度可达200Am2/kg,频率曲线十分平坦。

  18. The permeability spectra of （ Fe/SiO2 /C） sample at room temperature。

  19. 高温磁制冷材料 • 从相变的角度高温磁制冷材料大致上分二类 • 1。利用一级相变的磁性材料 • 铁磁- 反铁磁相变：FeRh, Pr1/2Sr1/2O3 • 结构相变导致的磁熵变：Gd5(SiGe)4; MnFePAs; • La(Fe,Si)13 ； • 大磁熵变，不可逆 • Gd5 Ge1.9Si2Fe.1 (2004Nature) • 2。利用二级相变的磁性材料 • 铁磁－顺磁相变:Gd, RAl, • 部分钙钛矿化合物 • 可逆，但磁熵变较低

  20. 磁冰箱原型机 磁冰箱很可能在某一天取代您厨房中的传统电冰箱 June 23, 2004

  21. 磁记录材料 纵向模式 垂直模式 全息模式

  22. 由于超顺磁性尺寸的限制，KV~kT,纵向磁记录密度已接近极.2005年希捷公司已推出110Gbit/in2的硬盘。另一个方式是采用垂直记录的模式，已推出200Gbit/in2 的记录密度，近期可望达到400Gbit/in2，远期目标为1TB/in2. 现研究采用热辅助磁记录（TAR)方式，用高矫顽力磁记录材料，来提高记录密度,如FePt/FeRh 交换耦合薄膜等，采用垂直记录模式可望达到10Tbit/in2。 10GB微型硬盘,日立2005

  23. 量子磁盘示意图

  24. SUL-Soft magnetic underlayer

  25. 有机磁性材料 • 有机磁性材料大致上分三类： • 1。纯有机磁性材料 • 指不含金属离子而显示出磁性的一类有机化合物，通常含电子自旋未配对的自由基，同时存在铁磁耦合。如 [TDAE]C60(Tc=16K)，C60经光辐照Tc~800. • 2。磁性络合物 • 通常络合物中含有磁性离子并相互铁磁耦合。 • 如：C24H22Mn3N28 ；C24H24ClMn2N21O5 ； • 3。磁性聚合物（金属、无机磁性材料/有机） • 第三类已实用化，我们更感兴趣第一、二类有机磁性材料

  26. 碳结构有机化合物的磁性 1991年首先在p-NPNN (p-nitrophenylnitronyl nitroxide) ,Tc=0.65K [TDAE]+C60(tetrakis(dimethylamino)ethylene), 中发现铁磁性,Tc=16K. 表明没有金属离子的有机物,只要有未成对–电子同样可呈现磁有序. 石墨呈现逆磁性,对高度取向的热解石墨样品(HOPG),ll=-(2.40.1)10 -5 emu/gOe (300K) 将石墨制备成薄膜,增加碳原子排列的无序度,由纯的sp2键转变为无序的sp2– sp3混合键,逆磁性下降,甚至转变为顺磁性.被认为是断裂的悬挂键导致未成对的电子所产生的磁矩.实验发现磁性与氢含量关系密切,在大的氢/碳比例时,呈现铁磁性,s=2emu/g(RT).C60H24(hydrofullerite)Tc>300K, 如用2.25MeV能量的质子轰击HOPG石墨,发现铁磁性,MFM(磁力显微镜)进一步证实了这点.在轰击点表面的磁化强度估算为 ~ 106A/m(400emu/g). 根据理论上的计算,碳结构有机化合物的饱和磁化强度可达纯铁的三倍(A.A.Ovchinnikov,I.L.Shamovsky,J.Mol.Struct.251(1991)133)

  27. 热解石墨样品(HOPG)经质子轰击后,MFM观察到的磁畴图热解石墨样品(HOPG)经质子轰击后,MFM观察到的磁畴图 K.-H.Han,P.Esquinazi,J.Appl.Phys.96(2004)1681

  28. 5 T外场下的M-T曲线

  29. 希望在新世纪取得突破的磁性材料： 1。比NdFeB性能更佳的新一代永磁材料 2。高频低损耗、大功率的软磁材料 3。大容量、高密度的磁记录材料 4。低场大磁熵变的磁制冷材料 5。高自旋极化率的自旋电子学材料 6。有机磁性材料 有关的基础研究： 高饱和磁化强度材料的探索 磁化动力学的研究 自旋极化输运性质的研究 低维磁性材料中的量子效应

  30. 结束语 20世纪80－90年代是磁性材料发展史上辉煌的一页：(3d-4f)稀土磁性材料；非晶，纳米晶磁性材料；磁电子材料等横空出世，开创了磁性材料新纪元。 现在，正处于蓄势待发的相对平静时期 ，“于无声中听惊雷” ，有待于我们加强基础，勇于探索，进行创新性的研究，来迎接“暴风雨”的来临，争取在未来的国际磁性材料领域中，中国的自主知识产权占相当的比例。我国已成为磁性材料生产的大国，但要成为强国尚需学术界、企业界共同努力，携手并进，并争取政府的大力支持。

  31. 谢谢

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