磁性材料的发展、制备方法及应用前景

[摘要]磁性材料是一种应用已久的功能材料，其特有的磁性使其在机电领域、无线电领域尤其是信息领域发挥着不可替代的作用。本文主要介绍了磁性材料的发现与发展、制备方法以及应用前景。

[关键词]磁性材料；制备工艺；应用前景

中图分类号： TQ 460 文献标识码： A 文章编号：

1磁性材料的发展

自然界中原本就存在天然的磁性材料，而磁性材料的发现最早可以追溯公元前3世纪，在《吕氏春秋・季秋记》中有关于“慈石召铁，或引之也”的记述，这是最早对磁性材料的描述，公元前7世纪，黄帝在作战中使用指南车则是磁性材料在有史料记载以来的第一次应用。直至产业革命以前，磁性材料最大的贡献仍局限在罗盘针，产业革命以后，人们开始有目的地加工、制造能够为人们生产生活所用的磁性材料，从而其发展十分迅速。伴随着煤炭、钢铁工业的不断兴起，以电磁铁的发明为开端，马达、发电机、变压器等逐步达到实用化。磁性材料凭借其特性逐渐成为不可代替的材料，其在各个领域的重要性也日益凸显出来。磁性材料若按化学成分来分类，可以将其分为金属（合金）磁性材料、无机（氧化物）磁性材料、有机化合物以及其复合磁性材料。50年代以前，得到应用的磁性材料主要为金属磁性材料，其广泛地应用于电力工业、电机工业。从50年代开始，3d过渡族的磁性氧化物（铁氧体）开始逐步取代金属磁性材料，铁氧体由于具有电阻率高，高频损耗低的优良特性，为当时兴起的雷达、无线电等工业的发展提供了所必需的磁性材料，标志着磁性材料进入到铁氧体的历史阶段；90 年代以来，金属磁性材料以纳米结构问世，成为铁氧体磁性材料的有力竞争者。从20世纪后期延续至今，专家学者对磁性材料的研究从未中断过，磁性材料也进入了前所未有的高速发展阶段，并融入到信息行业，成为信息时代不可或缺的基础性材料之一。

2磁性材料的制备方法

铁氧体磁性材料可通过烧结法、微乳液法、溶胶―凝胶法等方法制备。

2.1烧结法

烧结法又可分为固相烧结、液相烧结、等离子放电烧结等。固相烧结是制备磁性材料的传统方法、也是现今生产磁性材料的主要方法，其操作方便、设备简单。但该方法同时存在烧结温度高、烧结气氛不易控制等缺陷，为了克服这些缺陷，研究者们不断通过调整成分比例及生产条件来改善产品质量；液相烧结是在尚未烧结的陶瓷粉末中加入一定助熔剂，使其在烧结过程中呈液态，使得烧结温度降低，致密度提高。等离子放电烧结利用脉冲大电流直接施加于被烧结材料，产生体热，达到快速烧结，从而抑制颗粒长大，提高致密度。

2.2微乳液法

微乳液法是近几年来发展起来的一种制备超级微粉末的有效方法。所谓微乳液是由表面活性剂、油相、水相及助溶剂等在适当比例下混合形成的宏观上均一而微观上不均匀的热力学稳定体系，具有透明（或半透明）、低黏度、各向同性、分散相液滴极其微小和均匀等特点。在这样的溶液中形成物质颗粒小、分布均匀、纯度高的磁性材料颗粒，且其大小易于控制。如将氨气作为沉淀剂通入含Fe3+和Fe2+的初始反应物，反应物金属离子溶于水核中，在充分混合的条件下发生化学反应，形成铁氧体纳米粒子，水核的大小控制了最终铁氧体纳米粒子的尺寸和形貌。

2.3溶胶―凝胶法

溶胶-凝胶法就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。该方法应用于磁性材料的制备，可生产纳米结构的铁氧体磁性材料。

3磁性材料的应用前景

3.1磁性材料在存储领域的应用

近年来，随着计算机的飞速发展，信息量也加速增长，这对存储介质的信息高密度化提出了要求。利用纳米金属材料可制成具有巨磁电阻效应的纳米颗粒薄膜，进一步制成有巨磁电阻效应的磁头，应用于存储领域，能够在有效缩小硬盘尺寸的前提下仍可大幅提升硬盘存储容量。2007 年，全球最大的硬盘厂商希捷科技（Seagate Technology）生产的第四代DB35 系列硬盘， 现已达到1TB（1000GB）容量，正是采用了这种巨磁阻材料。在硬盘的生产中，由于灰尘的进入会导致硬盘内部磁头和磁盘的损坏，现也采用磁性液体来进行密封，以保证硬盘具有长久的寿命。随着，磁性颗粒的尺寸进一步缩小，信息存储密度将进一步增大，甚至实现“量子硬盘”。

3.2作为电波吸收（隐身）材料

由于纳米微粒的尺寸小于红外线及雷达波的波长，因此纳米颗粒材料对这样的波的透过率大于普通材料，这样就能够有效减少波的反射，使得红外探测仪和雷达接收器接收到的反射信号减弱，从而达到隐身的作用。在军事领域，将纳米磁性薄膜覆盖于战斗机表面，能够有效吸收雷达波，并能够良好地耗散红外线，加之质量轻，从而有效地避免雷达的检测，实现隐身作战。士兵穿着覆盖有纳米磁性薄膜的材料，也可以实现自身的隐蔽，尤其夜间不易被红外探测器侦察到。在民用领域，纳米磁性材料可用于制造可吸收紫外线的防晒用具、吸收红外的保暖布料。应用于计算机机房、电磁仪器则可起屏蔽作用，避免静电干扰。

3.3磁性材料在生物医学领域的应用

利用纳米磁性材料纳米级尺寸和磁性的双重特点，能够将纳米磁性材料制成药物输运载体或靶向标记，通过注射或其它手段通过静脉进入血液循环，这时，就可以利用外部人为建立的磁场，来引导载体在人体内的运动，从而使得药物向病变部位释放或磁性材料本身与病变部位结合，后续引导药物至病变部位释放，从而达到定向治疗的目的，实现局部治疗，对人体全身副作用小。在癌症的治疗中，亦可以将金属纳米磁性颗粒本身作为治疗工具，先通过磁性的导向作用使其聚集在病灶，再通过微波辐射金属颗粒局部加热而有效杀死癌细胞，避免手术给患者带来的痛苦。

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