《纳米磁性材料的研》PPT课件

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1、纳米磁性材料的研究进展应用化学一、纳米磁性材料简介纳米材料又称纳米结构材料,是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围内的材料(1-10nm),或由它们作为基本单元构成的材料,是尺寸介于原子、分子与宏观物体之间的介观体系,因此,纳米磁性材料的特殊磁性可以说是属于纳米磁性。一、纳米磁性材料简介磁性材料一直是国民经济、国防工业的重要支柱和基础,广泛应用于电信、自动控制、通讯、家用电器等领域。而现代社会信息化发展的总趋势是向小、轻、薄以及多功能方向发展,因而要求磁性材料向高性能、新功能方向发展。所以具有优良性能的纳米磁性材料得到了很好的研究及应用。二、磁性材料

2、发展磁性是物质的基本属性之一。早在公元前四世纪,人们就发现了天然的磁石(磁铁Fe3O4),我国古代人民最早用磁石和钢针制成了指南针,并将它用于军事和航海。二、磁性材料发展对物质磁性的研究具有悠久的历史,是在十七世纪末期和十八世纪前半叶开始发展起来的。1788年,库仑(Coulomb)把他的二点电荷之间的相互作用力规律推广到二磁极之间的相互作用上1820年,丹麦物理学家奥斯特(Oersted)发现了电流的磁效应;同年法国物理学家安培(Ampere)提出了分子电流假说,认为物质磁性起源于分子电流1831年,英国科学家法拉第(Faraday)发现了电磁感应定律

3、,并提出磁场的概念,为统一电磁理论打下了基础二、磁性材料发展1834年,俄国物理学家楞茨(Lenz),建立了感应电流方向和磁场变化关系的楞次定律.英国物理学家麦克斯(Maxwell)将电和磁现象联系起来,系统地提出了关于电磁场的麦克斯韦方程组,并预言了电磁波的存在1888年德国物理学家赫兹(Hertz)证实了麦克斯韦的电磁场理论十九世纪末随着铁磁性和抗磁性的发现,法国物理学家居里(Curie)深入考察了抗磁性和顺磁性与温度的关系,建立了顺磁磁化率与温度成反比的实验规律——居里定律。居里的研究成果推动了固体磁性理论的蓬勃发展二、磁性材料发展1905年朗之万

4、(Langevin)将经典统计力学应用到一定大小的原子磁矩系统,推导出了居里定律1907年,法国的物理学家外斯(Weiss)提出了铁磁体内部存在分子场和磁畴的假设,在理论上定性地解释了铁磁体的磁性二十世纪20年代后,随着量子力学的发展,人们对物质磁性的认识进入了崭新的阶段三、纳米磁性材料特点量子尺寸效应:材料的能级间距是和原子数N成反比的,因此,当颗粒尺度小到一定的程度,颗粒内含有的原子数N有限,纳米金属能级附近的电子能级由准连续变为离散,纳米半导体微粒则存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道,能隙变宽。当这能隙间距大于材料物性的热能,磁

5、能,静电能,光子能等等时,就导致纳米粒子特性与宏观材料物性有显著不同。例如,导电的金属在超微颗粒时可以变成绝缘体,磁矩的大小和颗粒中电子是奇数还是偶数有关,比热亦会反常变化,光谱线会产生向短波长方向的移动,这就是量子尺寸效应的宏观表现。三、纳米磁性材料特点小尺寸效应:当粒子尺度小到可以与光波波长,磁交换长度相当或更小时,原有晶体周期性边界条件破坏,物性也就表现出新的效应,如从磁有序变成磁无序,磁矫顽力变化,金属熔点下降等。宏观量子隧道效应:微观粒子具有穿越势垒的能力,称为量子隧道效应。它限定了磁存储信息的时间极限和微电子器件的尺寸极限。四、纳米Fe3O4

6、磁性粒子的制备纳米Fe3O4磁性粒子以其显著的磁效应、表面效应,在磁性液体、生物靶向材料、微波吸波材料、静电复印显影剂等领域具有广阔的应用前景。制备Fe3O4的原材料来源广泛、价廉,制作工艺也相对简便,因而纳米Fe3O4磁性粒子成为纳米材料领域和功能材料领域研究的前沿和热点四、纳米Fe3O4磁性粒子的制备沉淀法1.共沉淀法原理：Fe2++Fe3++OH→Fe(OH)2/Fe(OH)3Fe(OH)2+Fe(OH)3→FeOOH+Fe3O4FeOOH+Fe2+→Fe3O4+H+四、纳米Fe3O4磁性粒子的制备共沉淀法优点：共沉淀法的特点为产品纯度高、反应温度

7、低、颗粒均匀、粒径小、分散性也好。不足：但此法对于多组分来说,要求各组分具有相同或相近的水解或沉淀条件,因而工艺具有一定的局限性。四、纳米Fe3O4磁性粒子的制备2.超声沉淀法：超声沉淀法是用超声波所产生“超声波气泡”,爆炸后释放出的巨大能量将产生局部的高温高压环境和具有强烈冲击的微射流,以实现液相均匀混合,消除局部浓度不均,提高反应速度,刺激新相的生成。另外,强烈的微射流还可对团聚起到剪切的作用,打碎团聚,有利于小颗粒生成。四、纳米Fe3O4磁性粒子的制备超声沉淀法超声沉淀法具有反应速度快，产生离子颗粒均匀的优点但是反应速度快不好控制，往往制作的磁性粒

8、子不符合要求四、纳米Fe3O4磁性粒子的制备水热法水热法是指在高压釜里的高温(1