磁性納米材料技術(shù)的基本概念

一、納米材料的基本概念
1、納米是什么？ 　　納米的英文名稱(chēng)是：nano meter，簡(jiǎn)稱(chēng)nm。一種長(cháng)度單位，一等于十億分之一米，千分之一微米。大約是三、四個(gè)原子的寬度。
2、納米科學(xué)技術(shù) 　　納米科學(xué)技術(shù)是用單個(gè)原子、分子制造物質(zhì)的科學(xué)技術(shù)。納米科學(xué)技術(shù)是以許多現代先進(jìn)科學(xué)技術(shù)為基礎的科學(xué)技術(shù)，它是現代科學(xué)（混沌物理、量子力學(xué)、介觀(guān)物理、分子生物學(xué)）和現代技術(shù)（計算機技術(shù)、微電子和掃描隧道顯微鏡技術(shù)、核分析技術(shù)）結合的產(chǎn)物，又將引發(fā)一系列新的科學(xué)技術(shù)，例如納電子學(xué)、納米材科學(xué)、納機械學(xué)等。納米科學(xué)技術(shù)被認為是世紀之交出現的一項高科技。 納米材料與納米粒子
1、納米材料(nano material)，納米材料又稱(chēng)為超微顆粒材料，由納米粒子組成。
 2、納米粒子(nano particle)，納米粒子也叫超微顆粒，一般是指尺寸在1～100nm間的粒子，是處在原子簇和宏觀(guān)物體交界的過(guò)渡區域，從通常的關(guān)于微觀(guān)和宏觀(guān)的觀(guān)點(diǎn)看，這樣的系統既非典型的微觀(guān)系統亦非典型的宏觀(guān)系統，是一種典型人介觀(guān)系統，它具有表面效應、小尺寸效應和宏觀(guān)量子隧道效應。當人們將宏觀(guān)物體細分成超微顆粒（納米級）后，它將顯示出許多奇異的特性，即它的光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)以及化學(xué)方面的性質(zhì)和大塊固體時(shí)相比將會(huì )有顯著(zhù)的不同。 納米材料的奇異特性
1、表面效應：粒子直徑減少到納米級，不僅引起表面原子數的迅速增加，而且納米粒子的表面積、表面能都會(huì )迅速增加。這主要是因為處于表面的原子數較多，表面原子的晶場(chǎng)環(huán)境和結合能與內部原子不同所引起的。表面原子周?chē)�缺少相鄰的原子，有許多懸空鍵，具有不飽和性質(zhì)，易與其它原子相結合而穩定下來(lái)，故具有很大的化學(xué)活性，晶體微�；�伴有這種活性表面原子的增多，其表面能大大增加。
 2、小尺寸效應：指納米粒子尺寸下降到一定值時(shí)，費米能級附近的電子能級由連續能級變?yōu)榉至⒛芗壍默F象。這一效應可使納米粒子具有高的光學(xué)非線(xiàn)性、特異催化性和光催化性質(zhì)等。
3、體積效應：指納米粒子的尺寸與傳導電子的德布羅意波長(cháng)相當或更小時(shí)，周期的邊界條件將被破壞，磁性、內壓、光吸收、熱阻、化學(xué)活性、催化性及熔點(diǎn)等都較普通粒子發(fā)生了很大的變化。如光吸收顯著(zhù)增加并產(chǎn)生吸收峰的等離子共振頻移，由磁有序態(tài)向磁無(wú)序態(tài)，超導相向正常相轉變等。
4、宏觀(guān)量子隧道效應：微觀(guān)粒子具有貫穿勢壘的能力稱(chēng)為隧道效應。近來(lái)年，人們發(fā)現一些宏觀(guān)量，例如微顆粒的磁化強度、量子相干器件中的磁通量以及電荷等亦具有隧道效應，它們可以穿越宏觀(guān)系統的勢壘而產(chǎn)生變化，故稱(chēng)為宏觀(guān)的量子隧道效應MQT（Macroscopic Quantum Tunneling）。這一效應與量子尺寸效應一起，確定了微電子器件進(jìn)一步微型化的極限，也限定了采用磁帶磁盤(pán)進(jìn)行信息儲存的最短時(shí)間。 納米材料的分類(lèi)
1、納米顆粒型材料：應用時(shí)直接使用納米顆粒的形態(tài)稱(chēng)為納米顆粒型材料。
2、納米固體材料：納米固體材料通常指由尺寸小于15納米的超微顆粒在高壓力下壓制成型，或再經(jīng)一定熱處理工序后所生成的致密型固體材料。
 3、納米膜材料：顆粒膜材料是指將顆粒嵌于薄膜中所生成的復合薄膜，通常選用兩種在高溫互不相溶的組元制成復合靶材，在基片上生成復合膜，當兩組份的比例大致相當時(shí)。就生成迷陣狀的復合膜，因此改變原始靶材中兩種組份的比例可以很方便地改變顆粒膜中的顆粒大小與形態(tài)，從而控制膜的特性。對金屬與非金屬復合膜，改變組成比例可使膜的導電性質(zhì)從金屬導電型轉變?yōu)?a href=../ie_link.asp?gjc=絕緣 class="wz_rc">絕緣體。
 4、納米磁性液體材料：磁性液體是由超細微粒包覆一層長(cháng)鍵的有機表面活性劑，高度彌散于一定基液中，而構成穩定的具有磁性的液體。

 二、納米材料的研究歷史 　
　從20世紀70年代納米顆粒材料問(wèn)世，80年代中期實(shí)驗室合成納米塊體材料，到現在有20多年的歷史，從研究?jì)群�和特點(diǎn)大致可分三個(gè)階段：
1、第一階段（1990年以前）
 　　探索用各種手段制備各種材料的納米顆粒粉體，合成塊體(包括薄膜)，研究評估表征的方法，探索納米材料不同于常規材料的特殊性能。
2 、第二階段（1994年以前） 　　人們關(guān)注的熱點(diǎn)是如何利用納米材料已挖掘出來(lái)的奇特物理、化學(xué)和力學(xué)性能，設計納米復合材料，通常采用納米微粒與納米微粒復合，納米微粒與常規塊體復合及發(fā)展復合材料的合成及物性的探索一度成為納米材料研究的主導方向。
 3、第三階段（1994年以后） 　　納米組裝體系、人工組裝合成的納米結構的材料體系越來(lái)越受到人們的關(guān)注，正在成為納米材料研究的新的熱點(diǎn)。國際上，把這類(lèi)材料稱(chēng)為納米組裝材料體系或者稱(chēng)為納米尺度的圖案材料。 　　第三階段的研究對象主要是：納米絲、管、微孔等。

 三、納米材料的制備方法 納米材料的制備方法——物理方法
 1、真空冷凝法 　　用真空蒸發(fā)、加熱、高頻感應等方法使原料氣化或形成等粒子體，然后驟冷。其特點(diǎn)純度高、結晶組織好、粒度可控，但技術(shù)設備要求高。
 2、物理粉碎法 　　通過(guò)機械粉碎、電火花爆炸等方法得到納米粒子。其特點(diǎn)操作簡(jiǎn)單、成本低，但產(chǎn)品純度低，顆粒分布不均勻。
 3、機械球磨法 　　采用球磨方法，控制適當的條件得到純元素、合金或復合材料的納米粒子。其特點(diǎn)操作簡(jiǎn)單、成本低，但產(chǎn)品純度低，顆粒分布不均勻。 納米材料的制備方法——化學(xué)方法
1、氣相沉積法 　　利用金屬化合物蒸氣的化學(xué)反應合成納米材料。其特點(diǎn)產(chǎn)品純度高，粒度分布窄。
 2、沉淀法 　　把沉淀劑加入到鹽溶液中反應后，將沉淀熱處理得到納米材料。其特點(diǎn)簡(jiǎn)單易行，但純度低，顆粒半徑大，適合制備氧化物。
 3、水熱合成法 　　高溫高壓下在水溶液或蒸汽等流體中合成，再經(jīng)分離和熱處理得納米粒子。其特點(diǎn)純度高，分散性好、粒度易控制。
4、溶膠凝膠法 　　金屬化合物經(jīng)溶液、溶膠、凝膠而固化，再經(jīng)低溫熱處理而生成納米粒子。其特點(diǎn)反應物種多，產(chǎn)物顆粒均一，過(guò)程易控制，適于氧化物和Ⅱ～Ⅵ族化合物的制備。
5、微乳液法 　　兩種互不相溶的溶劑在表面活性劑的作用下形成乳液，在微泡中經(jīng)成核、聚結、團聚、熱處理后得納米粒子。其特點(diǎn)粒子的單分散和界面性好，Ⅱ～Ⅵ族半導體納米粒子多用此法制備。