磁性材料十篇

磁性材料篇1

论文摘要：介绍了纳米磁性材料的用途,阐述了纳米颗粒型、纳米微晶型和磁微电子结构材料三大类纳米磁性材料的研究和应用现状。

1引言

磁性材料一直是国民经济、国防工业的重要支柱与基础，广泛地应用于电信、自动控制、通讯、家用电器等领域，在微机、大型计算机中的应用具有重要地位。信息化发展的总趋势是向小、轻、薄以及多功能方向进展，因而要求磁性材料向高性能、新功能方向发展。纳米磁性材料是指材料尺寸限度在纳米级，通常在1～100nm的准零维超细微粉，一维超薄膜或二维超细纤维（丝）或由它们组成的固态或液态磁性材料。当传统固体材料经过科技手段被细化到纳米级时，其表面和量子隧道等效应引发的结构和能态的变化，产生了许多独特的光、电、磁、力学等物理化学特能，有着极高的活性，潜在极大的原能能量，这就是“量变到质变”。

纳米磁性材料的特殊磁性能主要有：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。

2纳米磁性材料的研究概况

纳米磁性材料根据其结构特征可以分为纳米颗粒型、纳米微晶型和磁微电子结构材料三大类。

2.1纳米颗粒型

磁存储介质材料：近年来随着信息量飞速增加，要求记录介质材料高性能化，特别是记录高密度化。高记录密度的记录介质材料与超微粒有密切的关系。若以超微粒作记录单元，可使记录密度大大提高。纳米磁性微粒由于尺寸小，具有单磁畴结构，矫顽力很高的特性，用它制作磁记录材料可以提高信噪比，改善图像质量。

纳米磁记录介质：如合金磁粉的尺寸在80nm，钡铁氧体磁粉的尺寸在40nm，今后进一步提高密度向“量子磁盘”化发展，利用磁纳米线的存储特性，记录密度达400Gbit/in2，相当于每平方英寸可存储20万部红楼梦小说。

磁性液体：它是由超顺磁性的纳米微粒包覆了表面活性剂，然后弥漫在基液中而构成。利用磁性液体可以被磁场控制的特性，用环状永磁体在旋转轴密封部件产生一环状的磁场分布，从而可将磁性液体约束在磁场之中而形成磁性液体的“O”形环，且没有磨损，可以做到长寿命的动态密封。这也是磁性液体较早、较广泛的应用之一。此外，在电子计算机中为防止尘埃进入硬盘中损坏磁头与磁盘，在转轴处也已普遍采用磁性液体的防尘密封。磁性液体还有其他许多用途，如仪器仪表中的阻尼器、无声快速的磁印刷、磁性液体发电机、医疗中的造影剂等等。

纳米磁性药物：磁性治疗技术在国内外的研究领域在拓宽，如治疗癌症，用纳米的金属性磁粉液体注射进人体病变的部位，并用磁体固定在病灶的细胞附近，再用微波辐射金属加热法升到一定的温度，能有效地杀死癌细胞。另外，还可以用磁粉包裹药物，用磁体固定在病灶附近，这样能加强药物治疗作用。

电波吸收（隐身）材料：纳米粒子对红外和电磁波有吸收隐身作用。由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，因此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材料要强得多，这就大大减少波的反射率，使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱，从而达到隐身的作用；另一方面，纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大3-4个数量级，对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多，这就使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低，因此很难发现被探测目标，起到了隐身作用。

2.2纳米微晶型

纳米微晶稀土永磁材料：稀土钕铁硼磁体的发展突飞猛进，磁体磁性能也在不断提高，目前烧结钕铁硼磁体的磁能积达到50MGOe，接近理论值64MGOe，并已进入规模生产。为进一步改善磁性能，目前已经用速凝薄片合金的生产工艺，一般的快淬磁粉晶粒尺寸为20-50nm，如作为粘结钕铁硼永磁原材料的快淬磁粉。为克服钕铁硼磁体低的居里温度，易氧化和比铁氧体高的成本价格等缺点，目前正在探索新型的稀土永磁材料，如钐铁氮、钕铁氮等化合物。另一方面，开发研制复合稀土永磁材料，将软磁相与永磁相在纳米尺寸内进行复合，就可获得高饱和磁化强度和高矫顽力的新型永磁材料。

纳米微晶稀土软磁材料：在1988年，首先发现在铁基非晶的基体中加入少量的铜和稀土，经适当温度晶化退火后，获得一种性能优异的具有超细晶粒（直径约10nm）软磁合金，后被称为纳米晶软磁合金。纳米晶磁性材料可开发成各种各样的磁性器，应用于电力电子技术领域，用作电流互感器、开关电源变压器、滤波器、漏电保护器、互感器及传感器等，可取得令人满意的经济效益。

2.3磁微电子结构材料

巨磁电阻材料：将纳米晶的金属软磁颗粒弥散镶嵌在高电阻非磁性材料中，构成两相组织的纳米颗粒薄膜，这种薄膜最大特点是电阻率高，称为巨磁电阻效应材料，在100MHz以上的超高频段显示出优良的软磁特性。由于巨磁电阻效应大，可便器件小型化、廉价，可作成各种传感器件，例如，测量位移、角度，数控机床、汽车测速，旋转编码器，微弱磁场探测器（SQUIDS）等

磁性薄膜变压器：个人电脑和手机的小型化，必须采用高频开关电源，并且工作频率越来越高，逐步提高到1～2MHz或更高。要想使高频开关电源进一步向轻薄小方向发展，立体的三维结构铁芯已经不能满足要求，只有向低维的平面结构发展，才能使高度更薄、长度更短、体积更小。对于10～25W小功率开关电源，将采用印刷铁芯和磁性薄膜铁芯。几个微米厚的磁性薄膜，基本上不成形三维立体结构，而是二维平面结构，其物理特性也与原来的立体结构不同，可以获得前所未有的高性能和综合性能。

磁光存储器：当前只读和一次刻录式的光盘已经广泛应用，但是可重复写、擦的光盘还没有产业化生产。最具有发展前途的是磁性材料介质的磁光存储器，其可以像磁盘一样反复多次地重复记录。目前大量使用的软磁盘，由于材料介质和记录磁头的局限性，其存储密度已经达到极限；另外其已经不能满足信息技术的发展要求，无法在一张盘上存储更多的图象和数据。采用磁光盘存储，就能在一张盘上记录数千兆字节到数十千兆字节的容量，并且能反复地擦写使用。

3展望

纳米技术是本世纪前20年的主导技术,纳米材料是纳米技术的核心,是21世纪最有前途的材料,也是纳米技术的应用基础之一。纳米科技的发展给传统磁性产业带来了跨越式发展的重大机遇和挑战,纳米级磁性材料的开发和研究是磁性材料发展的一个必然方向,但同时也应重视用纳米技术改造传统产业和对现有材料进行纳米改性方面的研究,以全面提高企业的技术水平和竞争能力,在世界民族之林树立中华民族的大旗。

参考文献

［1］?@王瑞金.磁流体技术的应用与发展［J］.新技术新工艺,2001,(10):15-18.

［2］?@许改霞，王平，李蓉等.纳米传感技术及其在生物医学中的应用［J］.国外医学生物工程分册，2002，25（2）：49-54.

磁性材料篇2

一、磁性微晶玻璃的应用

由于微晶玻璃具有很多优异的物理和化学性能，以及可以通过组成的设计来获取特殊的光学、电学、声学、磁学、热学和生物等功能，使磁性微晶玻璃在生物学、电子学和工程等领域中得到广泛应用。

1.生物学上的应用磁性材料越来越多地应用在卫生保健、核磁共振成像造影剂、药物输送、细胞分离和热疗法治疗癌症中。温热疗法被认为是一种没有副作用的有效治疗癌症的新方法。具有生物活性和磁性的微晶玻璃材料被认为是温热疗法治疗癌症的有效热种子材料。热种子材料必须具备2个重要性能：①磁性。在交变磁场的作用下，微晶玻璃通过磁滞生热可以有效地加热癌症细胞，从而使其坏死。②生物活性。将铁磁性微晶玻璃的强磁性与良好的生物相容性相结合，即使这种材料长期滞留在体内，也不会对身体产生不良影响。当前已报道的可用于温热治疗癌症的铁磁体微晶玻璃主要有锂铁磷系统、铁钙磷系统和铁钙硅系统等。D.Arcos等[5]通过溶胶-凝胶法制得羟基磷灰石生物活性玻璃，然后将其与由基础玻璃析晶法制得的铁磁性微晶玻璃混合烧结，从而制得了具有生物活性和磁性双重功能的铁磁性热种子材料，其单位质量最大磁矩达到0.021emu/g。O.Bretcanu等[6]利用共沉淀法制得玻璃前体，然后在熔融温度1500℃下处理得到微晶玻璃，主晶相是磁铁矿，含量为45%。通过测量磁饱和度为34A•m2/kg，磁矫顽力为6.7kA/m。与铁磁金属和铁氧体相比，铁磁性微晶玻璃作为热种子材料的最大优点在于其具有生物活性和生物相容性，其缺点是磁性较弱、脆性较强。Ebisawa等[7]用熔融法制得了的组成为40氧化铁（Fe2O3）-29氧化钙（CaO）-31SiO2的基础玻璃，在此基础上，将该基础玻璃与3%（质量分数）的三氧化二硼（B2O3）和3%（质量分数）的五氧化二磷（P2O5）混合，并埋入活性炭中，加热到1050℃保温得到主晶相为强磁性磁铁矿四氧化三铁（Fe3O4）的微晶玻璃。它的饱和磁化率为32emu/g，在300Oe的磁场中的发热量为10W/g，将其作为治疗骨肿瘤的热种子非常有效。Singh等[8]研究了以SiO2-氧化钠（Na2O）-Fe2O3-CaO-P2O5-B2O3系统玻璃和微晶玻璃的生物活性和磁学性能，主晶相为Na3-xFexPO4和Na3CaSi3O8。将样品在模拟体液中浸泡后，SiO2发生水解，在其表面生成一层无定形的磷酸钙。磁性测试和微波响应试验表明这种微晶玻璃完全可能用于温热治疗癌症。

2.电学上的应用多层片式电感是新一代表面安装技术不可缺少的片式元件之一，但由于其技术难度大，与其他片式元件相比发展相对缓慢，从而制约了其表面组装技术的进一步发展。随着通信技术的进步，开发特高频介质材料满足大电感、低成本、高可靠的要求亟需解决。在该频段内，暂时只有用低介陶瓷为介质材料，但低介陶瓷属非磁性材料，其起始磁导率为1，故只能用于制作低电感量的。岳振星等[9]采用溶胶凝胶工艺得到了镍铜锌（NiCuZn）铁氧体和堇青石微晶体两相共存的铁氧体-微晶玻璃纳米复合材料，该材料具有可调控的电磁性能，其起始磁导率高于3，介电常数低于6，截止频率高于2GHz，可用作特高频多层片式电感介质材料。溶胶-凝胶工艺有在分子水平上均匀混合的优点，将凝胶直接进行析晶处理，而后烧结，较传统方法而言具有功能相含量高的优势。随着移动通讯、计算机、数字电视及其它高速数字电路系统的快速发展，低微波频段（0.3～3.0GHz）材料在技术上的重要性日益突出。翟继卫等[10]采用溶胶-凝胶方法分别制备了镍-锌（Ni-Zn）铁氧体磁性微粉和含硼-硅（B-Si）玻璃的前体溶液，将磁性微粉用此溶胶包覆起来，从而实现了同银电极共烧，制得一种介电常数ε<8、磁导率μ>2低电磁损耗可用于微波波段使用的高稳定磁性微晶玻璃材料。X射线衍射（XRD）分析给出材料的主晶相为尖晶石结构，除此之外还有少量的玻璃相。张海军等[11]采用柠檬酸溶胶-凝胶工艺，通过原位析晶的方法将凝胶直接热处理析晶合成高铁酸钡（BaFe12O19）/SiO2微晶玻璃陶瓷，其介电常数，磁导率基本都随测试频率的增加而下降，介电损耗值最大达到0.40，磁损耗值较小。

3.工程上的应用近年来随着卫星广播、视频系统技术和电子计算机的大发展，人们对信息储存技术的要求越来越高。部分计算机系统中的磁盘是关键的信息存储部件，是由硬质的刚性基板和表面磁性镀膜组成的。纵观硬盘的发展趋势，硬盘正朝着更高的容量，更快的速度，更小的体积快速发展，要求组成磁盘的基板材料具有更好的力学性能和平整的表面，原先的NiP/Al基板已经无法适应这一变化。在所有的基板材料当中，微晶玻璃具有合适的硬度和优越的平整度非常适合作为硬盘基板使用。目前，主要有4种微晶玻璃用作硬盘基板：尖晶石-顽辉石系统微晶玻璃，镍尖晶石系统微晶玻璃，锂硅酸盐系统微晶玻璃和钙碱硅石系统微晶玻璃。1999年，Beall和Pinckney等[12]从SiO2-Al2O3-氧化锌（ZnO）-MgO-二氧化钛（TiO2）系统中制备出尖晶石-顽辉石型微晶玻璃，将其用作磁盘基板，发现它具有非常低的表面粗糙度，经过精密的抛光后，其表面粗糙度大致为0.5nm，这项特性对制备高性能硬盘尤为重要。永磁体在工程应用中发挥着非常重要作用的，是麦克风和扬声器，发电机和电动马达等工程设备的重要组件；同时，永磁体又可用作颗粒介质在借记卡和信用卡等卡片材料上记录高密度信息。M.A.Azooz等[13]研究了35%氧化钡〔（BaO），ZnO）〕，35%Fe2O3，20%B2O3和10%TiO2体系的结晶行为，得到尺寸大小为2～7nm的钡铁氧体和锌铁氧体晶粒。并且发现随着锌（Zn）的含量增加，微晶玻璃的饱和磁化强度和晶粒大小都随之增加。这种含有2种永磁体晶相的材料拓宽了微晶玻璃在工程中的应用。

二、微晶玻璃研究现状

为了获得性能优异的磁性微晶玻璃，人们投入大量的精力研究不同微晶玻璃体系中不同磁性微晶相受控晶化行为。近年主要工作集中在探讨不同组分（不同金属离子和组分含量）对性能的影响以及烧结剂和晶核剂对微晶玻璃中不同磁性晶相受控晶化行为的影响。

1.主晶相为铁酸锌（ZnFe2O4）的微晶玻璃铁酸锌是性能优良的磁头材料、软磁头材料、巨磁材料和微波磁性材料。目前的研究发现，含有ZnFe2O4晶相成分的玻璃陶瓷的内部晶相结构、组分分布，以及材料的制备过程均对材料的性能有影响。M.Pal等[14]在硼酸盐玻璃体系中利用2步法热处理法制得含有15～29nm的Ni0.5Zn0.5Fe2O4晶相的玻璃陶瓷，其磁矫顽力达到334Oe，同时发现其磁矫顽力随晶粒减小和温度降低而增大。RajendraKumarSingh等[15]通过对x(ZnO，Fe2O3)-(65-x)SiO2-20(CaO，P2O5)-15Na2O(6≤x≤21）玻璃体系的热处理，得到含有ZnFe2O4纳米晶相的微晶玻璃，同时还有少量磷酸钙钠（NaCaPO4）晶相。制得玻璃陶瓷的磁性能主要由ZnFe2O4的含量和尺寸大小决定。体系中ZnO百分含量影响着玻璃陶瓷的磁学性能从顺磁性向铁磁性转变。由于ZnFe2O4的含量很高，玻璃陶瓷具有很大的磁滞损耗，很适合用于做癌症热疗法的热种子。PetruPascuta等[16]利用烧结法制得含有纳米级ZnFe2O4晶相的微晶玻璃，研究了其合成，结构和磁性能。烧结过程中添加了B2O3作为烧结助剂，在烧结时，引入的网络形成离子导致先出现部分液相填充到基体的空隙中，促进基体颗粒重排，使基体的颗粒间相互浸润，降低材料的烧结温度，同时提高其致密化程度。傅立叶变换红外光谱（FTIR）测试发现三配位的硼原子（BO3）和四配位的硼原子（BO4）是微晶玻璃网络中的主要结构，由于纳米ZnFe2O4的存在，其具有超顺磁性。同时还存在磁滞性能，在0.4T磁场下，其磁能积为0.05μB/f。

2.主晶相为Fe2O3的微晶玻璃ViorelSandu等[17]在含铁的硼硅酸盐玻璃体系中掺杂三氧化二铬（Cr2O3）和P2O5，研究这2种晶核剂的对微晶玻璃中晶相的影响。P2O5能形成玻璃网络的氧化物，对硅酸盐玻璃具有良好的成核能。原因在于它能促使分相，降低界面能，使成核活化能降低。Cr2O3也能强烈地影响玻璃体系的析晶动力学，大幅度降低活化能。P2O5促进良好的磁性结构，42%的Fe毫无相互磁性作用地分散在玻璃网络中，同时Cr2O3使得超顺磁的Fe降低到12%。WolfgangWisniewski等[18]探索了16Na2O-10CaO-49SiO2-25Fe2O3玻璃体系的析晶现象，在制得的微晶玻璃中同时含有赤铁矿和磁铁矿。在析晶的过程中，首先Fe2O3晶体析出，随着晶体的长大，发生晶向转变得到磁铁矿。近年来，随着以银离子抗菌为特点的无机抗菌剂的发展，对磷酸盐多空微晶玻璃进行银离子交换可制备具有良好抗菌及耐久性能的磷酸盐多空微晶玻璃抗菌剂。K.Sharma等[19]通过焙烧得到一种具有抗菌性能的磁性微晶玻璃25SiO2-(50-x)CaO-15P2O5-8Fe2O3-2ZnO-x银（Ag）。这种磁性微晶玻璃的主要晶相是赤铁矿和磁铁矿，它的磁性能随着处理温度升高而增加。由于Ag的存在，其磁饱和强度随着Ag含量的提高而增大，同时穆斯堡谱显示，磁性颗粒的疏松，表明得到晶相尺寸比较小。

3.主晶相为Fe3O4的微晶玻璃磁铁矿为一种氧化物的铁磁材料，它具有很强的磁性和良好的磁滞生热效应。S.A.M.Abdel-Hameed等[20]制得了磁铁矿含量很高的玻璃陶瓷，晶相含量由基础玻璃成分和热处理制度决定。同时，由于ZnO的存在，降低了玻璃熔体粘度，离子运动的阻力减小，促进了晶相的生成。在热处理过程中，含Zn的玻璃陶瓷的饱和磁化强度达到52.13emu/g，经磁滞损耗，其温度超过40℃，是非常有效的热种子材料。Li等[21]从CaO-SiO2-P2O5-MgO-CaF2-MnO2-Fe2O3体系中，制得含有主晶相为硅酸钙（CaSiO3）、氟磷酸钙〔Ca5(PO4)3F〕，磁性晶相为铁酸锰（MnFe2O4）和Fe3O4的微晶玻璃，在10000Oe的磁场下，其磁化饱和强度和矫顽力分别为6.4emu/g和198Oe。4.主晶相为BaFe12O19的微晶玻璃六角晶系铁氧体具有较大的磁晶各向异性，较高的居里温度和矫顽力而广泛用作永磁材料、射频和微波软磁材料。因其独特的片晶结构和磁化轴，可适于做涂布垂直磁记录材料，同时亦在制造纵向记录介质和任意取向介质方面显示出巨大的潜力，也是一种性能非常有益的高密度磁记录介质材料。RobertMuller等[22]对Fe2O3-BaO-B2O3(SiO2)体系进行研究，通过40BaO-27Fe2O3-33B2O3体系制得含有40%钡铁氧体的玻璃陶瓷，其磁学性能可与单磁畴钡铁氧体粉末相比，其矫顽力达到400kA/m。同时在对27Fe2O3-40BaO-(30-x)B2O3-xSiO2混合物焙烧结晶后，用乙酸洗去硼酸盐，得到大小为5nm二氧化硅颗粒包覆在50～500mm钡铁氧体晶片上的混合物。这种玻璃陶瓷的单磁畴性质使其矫顽力达到420kA/m。掺杂SiO2的微晶玻璃化学性质相比于硼酸盐体系的玻璃陶瓷有很好的提高。Liujiajie等[23]通过静电纺丝/溶胶凝胶法制得含有钡铁氧体的玻璃陶瓷纤维，其主晶相是M-钡铁氧体和硼酸钡。制得的纤维具有比较粗糙的表面和低于1μm的空心结构。透射电子显微镜（TEM）可以发现玻璃陶瓷纤维是40nm的BaFe12O19纳米颗粒镶嵌在硼酸盐网络基体中。通过对其磁性能的测试，磁矫顽力和磁饱和度分别为4160.9Oe和17.8emu/g。Th.Klupsch等[24]通过对Fe2O3-BaO-B2O3-SiO2混合物的煅烧，得到BaFe12O19含量超过80%的微晶玻璃，这些铁氧体晶体分散嵌入在SiO2网络中。在溶解硼酸钡之后，在TEM中，可以发现SiO2颗粒吸附在BaFe12O19上，正是这种吸附力影响着钡铁氧体晶相存在SiO2网络中。R.P.delReal等[25]利用基础成分为SiO2-CaO-Fe2O3-Na2O的玻璃合成一种适用于热疗法的微晶玻璃，发现提高热处理温度和增加铁的含量可以提升这种材料的磁学性能。5.其他晶相D.D.Zaitsev等[26]通过探索Na2O-SrO-Fe2O3-B2O3玻璃体系析晶过程，制得磁性微晶玻璃。在500～800℃之间热处理，得到了含有锶铁氧体（SrFe12O19）颗粒的玻璃微晶，随着处理温度升高，它的矫顽力增大，达到486kA/m。溶解制得的微晶玻璃获得锶铁氧体亚微米颗粒。Matthew等[27]在多孔玻璃中掺杂硝酸盐，在1000℃热处理，制得含有MnFe2O4晶相的透明磁性微晶玻璃，其饱和磁化强度达到5.6emu/g，Verdet常数为16.5°/cm，同时在1550nm光波下损耗值为3dB/mm。通过这种方法还制得含有铁酸钴（CoFe2O4）、铁酸铜（CuFe2O4）、钇铁石榴石（Y3Fe5O12）、BaFe12O19等晶相的微晶玻璃，其中在含有磁铁矿和钡铁氧体的微晶玻璃的磁矫顽力达到2000Oe，在磁记录和储存材料领域中具有较大的潜力。

三、结语

磁性材料篇3

   论文摘要：介绍了纳米磁性材料的用途,阐述了纳米颗粒型、纳米微晶型和磁微电子结构材料三大类纳米磁性材料的研究和应用现状。

1引言

磁性材料一直是国民经济、国防工业的重要支柱与基础，广泛地应用于电信、自动控制、通讯、家用电器等领域，在微机、大型计算机中的应用具有重要地位。信息化发展的总趋势是向小、轻、薄以及多功能方向进展，因而要求磁性材料向高性能、新功能方向发展。纳米磁性材料是指材料尺寸限度在纳米级，通常在1～100nm的准零维超细微粉，一维超薄膜或二维超细纤维（丝）或由它们组成的固态或液态磁性材料。当传统固体材料经过科技手段被细化到纳米级时，其表面和量子隧道等效应引发的结构和能态的变化，产生了许多独特的光、电、磁、力学等物理化学特能，有着极高的活性，潜在极大的原能能量，这就是“量变到质变”。纳米磁性材料的特殊磁性能主要有：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。

2纳米磁性材料的研究概况

纳米磁性材料根据其结构特征可以分为纳米颗粒型、纳米微晶型和磁微电子结构材料三大类。

2.1纳米颗粒型

磁存储介质材料：近年来随着信息量飞速增加，要求记录介质材料高性能化，特别是记录高密度化。高记录密度的记录介质材料与超微粒有密切的关系。若以超微粒作记录单元，可使记录密度大大提高。纳米磁性微粒由于尺寸小，具有单磁畴结构，矫顽力很高的特性，用它制作磁记录材料可以提高信噪比，改善图像质量。

纳米磁记录介质：如合金磁粉的尺寸在80nm，钡铁氧体磁粉的尺寸在40nm，今后进一步提高密度向“量子磁盘”化发展，利用磁纳米线的存储特性，记录密度达400gbit/in2，相当于每平方英寸可存储20万部红楼梦小说。

磁性液体：它是由超顺磁性的纳米微粒包覆了表面活性剂，然后弥漫在基液中而构成。利用磁性液体可以被磁场控制的特性，用环状永磁体在旋转轴密封部件产生一环状的磁场分布，从而可将磁性液体约束在磁场之中而形成磁性液体的“o”形环，且没有磨损，可以做到长寿命的动态密封。这也是磁性液体较早、较广泛的应用之一。此外，在电子计算机中为防止尘埃进入硬盘中损坏磁头与磁盘，在转轴处也已普遍采用磁性液体的防尘密封。磁性液体还有其他许多用途，如仪器仪表中的阻尼器、无声快速的磁印刷、磁性液体发电机、医疗中的造影剂等等。

纳米磁性药物：磁性治疗技术在国内外的研究领域在拓宽，如治疗癌症，用纳米的金属性磁粉液体注射进人体病变的部位，并用磁体固定在病灶的细胞附近，再用微波辐射金属加热法升到一定的温度，能有效地杀死癌细胞。另外，还可以用磁粉包裹药物，用磁体固定在病灶附近，这样能加强药物治疗作用。

电波吸收（隐身）材料：纳米粒子对红外和电磁波有吸收隐身作用。由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，因此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材料要强得多，这就大大减少波的反射率，使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱，从而达到隐身的作用；另一方面，纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大3-4个数量级，对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多，这就使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低，因此很难发现被探测目标，起到了隐身作用。

2.2纳米微晶型

纳米微晶稀土永磁材料：稀土钕铁硼磁体的发展突飞猛进，磁体磁性能也在不断提高，目前烧结钕铁硼磁体的磁能积达到50mgoe，接近理论值64mgoe，并已进入规模生产。为进一步改善磁性能，目前已经用速凝薄片合金的生产工艺，一般的快淬磁粉晶粒尺寸为20-50nm，如作为粘结钕铁硼永磁原材料的快淬磁粉。为克服钕铁硼磁体低的居里温度，易氧化和比铁氧体高的成本价格等缺点，目前正在探索新型的稀土永磁材料，如钐铁氮、钕铁氮等化合物。另一方面，开发研制复合稀土永磁材料，将软磁相与永磁相在纳米尺寸内进行复合，就可获得高饱和磁化强度和高矫顽力的新型永磁材料。

纳米微晶稀土软磁材料：在1988年，首先发现在铁基非晶的基体中加入少量的铜和稀土，经适当温度晶化退火后，获得一种性能优异的具有超细晶粒（直径约10nm）软磁合金，后被称为纳米晶软磁合金。纳米晶磁性材料可开发成各种各样的磁性器，应用于电力电子技术领域，用作电流互感器、开关电源变压器、滤波器、漏电保护器、互感器及传感器等，可取得令人满意的经济效益。

2.3磁微电子结构材料

巨磁电阻材料：将纳米晶的金属软磁颗粒弥散镶嵌在高电阻非磁性材料中，构成两相组织的纳米颗粒薄膜，这种薄膜最大特点是电阻率高，称为巨磁电阻效应材料，在100mhz以上的超高频段显示出优良的软磁特性。由于巨磁电阻效应大，可便器件小型化、廉价，可作成各种传感器件，例如，测量位移、角度，数控机床、汽车测速，旋转编码器，微弱磁场探测器（squids）等

磁性薄膜变压器：个人电脑和手机的小型化，必须采用高频开关电源，并且工作频率越来越高，逐步提高到1～2mhz或更高。要想使高频开关电源进一步向轻薄小方向发展，立体的三维结构铁芯已经不能满足要求，只有向低维的平面结构发展，才能使高度更薄、长度更短、体积更小。对于10～25w小功率开关电源，将采用印刷铁芯和磁性薄膜铁芯。几个微米厚的磁性薄膜，基本上不成形三维立体结构，而是二维平面结构，其物理特性也与原来的立体结构不同，可以获得前所未有的高性能和综合性能。

磁光存储器：当前只读和一次刻录式的光盘已经广泛应用，但是可重复写、擦的光盘还没有产业化生产。最具有发展前途的是磁性材料介质的磁光存储器，其可以像磁盘一样反复多次地重复记录。目前大量使用的软磁盘，由于材料介质和记录磁头的局限性，其存储密度已经达到极限；另外其已经不能满足信息技术的发展要求，无法在一张盘上存储更多的图象和数据。采用磁光盘存储，就能在一张盘上记录数千兆字节到数十千兆字节的容量，并且能反复地擦写使用。

3展望

纳米技术是本世纪前20年的主导技术,纳米材料是纳米技术的核心,是21世纪最有前途的材料,也是纳米技术的应用基础之一。纳米科技的发展给传统磁性产业带来了跨越式发展的重大机遇和挑战,纳米级磁性材料的开发和研究是磁性材料发展的一个必然方向,但同时也应重视用纳米技术改造传统产业和对现有材料进行纳米改性方面的研究,以全面提高企业的技术水平和竞争能力,在世界民族之林树立中华民族的大旗。

参考文献

［1］王瑞金.磁流体技术的应用与发展［j］.新技术新工艺,2001,(10):15-18.

［2］许改霞，王平，李蓉等.纳米传感技术及其在生物医学中的应用［j］.国外医学生物工程分册，2002，25（2）：49-54.

磁性材料篇4

1空间电机对永磁材料的要求

空间电机的性能、应用环境和寿命有着特殊的要求，故对永磁材料的磁性能和机械性能也提出更高的要求。本文以一种主流的航天机电产品用电机的结构为例（如图1所示），该电机为分装式，分为转子组件和定子组件。其中，导磁轭一般由软磁材料组成。每块磁钢之间由不导磁材料（如铝条等）隔开。每个磁钢与导磁轭之间有一定厚度胶层，故整个磁钢组件由4种不同种类材料组成。工作时，定子组件安装在转子组件的内外磁回路之间，相当于有内、外2个工作气隙。这种结构的无刷直流电机具有双定转子气隙特点，其磁间隙在0.4mm左右。为保证磁间隙的精度和一致性，在电机工艺中要求导磁轭、铝条和磁钢按照工艺基准通过胶层固定好之后再加工精磨到位，而在此过程中极易发生脆性磁钢崩角或开裂，这也是使用钐钴磁钢时遇到的最大问题，且目前工业上使用的工艺方法均无法根本杜绝钐钴磁钢材料脆性引发的自身隐患。新一代钕铁硼永磁材料发展至今，其室温下剩余磁感应强度Br已达到1.47T，内禀矫顽力HcJ已达到2786kA/m，最大磁能积(BH)max高达421.8kJ/m3，磁性能和机械性能都明显优于钐钴磁钢。如果能将钕铁硼永磁材料应用到机电产品上，就能从根本上解决电机磁钢加工和使用过程中易脆、易崩角的问题。

2钕铁硼永磁材料的稳定性

钕铁硼磁性材料的磁性能随环境、磁场、温度、化学以及时间变化而变化[4]，其温度系数大、居里点低，在应用时要注意工作温度对磁性能的影响。另外，钕铁硼磁性材料含有约30%的铁元素，极易氧化生锈，克服其化学不稳定性也是其应用中需要解决的重要问题。

2.1热稳定性钕铁硼永磁材料热稳定性，即其由于所处环境温度改变而产生的磁性能变化用材料的温度系数来表征。永磁材料的磁性能变化分为不可逆损失和可逆损失2部分：不可逆损失是指温度恢复到原来温度后永磁材料的磁性能不能恢复到原值，从而导致有的电机随着使用电气性能逐步下降[7]，应尽量避免；而可逆损失是难以避免的，在电机设计之初就必须充分考虑在稳定温升运行时必须达到的性能。随着钕铁硼永磁材料的发展，温度系数很小的永磁材料已经问世，可小到万分之一[6]。结合实际使用的磁钢尺寸和性能要求，选择目前国内大部分磁钢厂家生产的几种具有代表性的型号，结合退磁曲线、内禀矫顽力曲线和磁能积曲线对永磁材料性能进行测试，表1是几种钕铁硼永磁材料性能。文献[8]中分别对几种材料进行模拟使用条件温度发生变化的时效处理研究，一般钕硼永磁材料在处理后，如果使用温度不超过时效处理温度则不再产生不可逆磁性能下降。对比这几种材料：1）40SH剩余磁感应强度最高、矫顽力高、最大磁能积高，但其价格贵、内禀矫顽力低、时效后磁性能下降最多、温度系数较大，适用于温度要求较低、体积要求小、不太重要的场合。2）38SH同40SH或35SH相比，剩余磁感应强度适中、矫顽力较高、内禀矫顽力和最大磁能积均处于较高水平、价格适中、温度系数中等、时效后磁性能下降最小，适用于温度低于150℃，要求体积小、重量轻的场合。3）38UH剩余磁感应强度适中、内禀矫顽力高、价格最贵、但其使用温度最高，适用于温度低于180℃、要求稳定性好、可靠性高的场合。结合我国航天机电产品的工作温度以及过程温度均低于130℃的实际情况，剩余磁感应强度适中、矫顽力较高、性价比较高的38SH钕铁硼永磁材料是最优之选，对该型号材料进行了一系列的环境试验后再进行磁性能测试，其温度系数α均小于万分之一。试验结果证明了该材料的热稳定性满足航天机电产品的应用要求。

2.2化学稳定性和防腐蚀试验根据对Fe-Cr-Ni相图的分析，某些成分范围内的Fe-Cr-Ni系合金在特定状态下有能获得α/Y相变型合金类似的组织结构，可望得到具有一定永磁特性的不锈钢永磁材料，但同时带来价格大幅度上涨、磁性能下降的缺点。随着永磁电机在航天机电产品上应用的迫切性，钕铁硼永磁材料的防腐蚀问题将成为重要课题。钕铁硼粉末合金中的稀土元素钕性质活泼，使得整个合金的耐蚀性能很差，在湿热的气候环境中极易生锈、腐蚀，缩短了磁体的寿命，降低了产品的稳定性和可靠性。目前基于成本和磁性能的考虑，国内外大都采用电镀、涂覆、化学镀、电泳、封闭等保护方法来达到钕铁硼永磁材料的防腐蚀要求。2.2.1防腐层方式选择由于钕铁硼永磁材料是一种多孔隙材料，经粉末冶金而成，而粉末合金的高活泼性和高孔隙度使其曝露于空气和水溶液中极易氧化和腐蚀，氧化法成膜厚度一般，防腐效果有限；电镀方法结合力不好，并且多孔隙，长期使用防腐能力也不强，尤其针对航天机电产品用电机是对钕铁硼永磁材料组合件进行整体镀，有多种材料同时参与，常规的电镀工艺很难保证产品的品质稳定，镀层起泡、变色时有发生。结合空间电机的磁钢组件表面处理需求，化学镀镍是最优选择。在本文的研究工作中，一般的化学镀镍方法针对图1电机结构中不同种类材料组合镀也存在如下问题：1）由于组件中包含几种活性金属材料和非金属材料，且材料中的活性元素排列相差较远，分布于氯离子前后，故在镀层工艺中应严格控制含氯离子的酸性溶液的使用量，对前处理镀液的酸碱度和浸泡时间要有严格要求；2）化学反应速率快，镀层较易脱落；3）钕铁硼永磁材料活性大，如果镀层脱落会导致镀液的分解加速，因此在含钕铁硼永磁材料的磁钢组件上进行化学镀必须解决镀液酸碱度控制和镀层防脱落的问题，这就需要严格的前处理控制，合适的化学镀液配比、反应时间和后处理措施。

2.2.2镀层选择在众多的镀层工艺中，适合钕铁硼合金并符合经济性原则的镀层工艺有镀锌、镀铜、镀镍和镀镍磷合金。其中，镀镍磷合金成本最高，对维护管理及设备要求较高。镀铜则易氧化变色，影响外观装饰性，只能作底层（一般不作面层）。镀锌成本低，操作控制简便，耐蚀性也较好，可以应用在钕铁硼永磁体上。镀镍虽然成本较镀锌高，可耐蚀性和装饰性都优于镀锌，属于理想的工艺选择。镀锌和镀镍的防护原理不同，锌相对于钕铁硼而言，是一个阳极性镀层，这使得腐蚀主要局限在镀锌层之中，这时锌的铬酸盐转化膜的耐蚀性将直接影响镀锌层的外观和耐蚀性能；而镍镀层对于钕铁硼基体，因钕的活泼性和腐蚀电偶中的阳极加速作用，腐蚀一旦发生则会很快加剧，减少镀层的孔隙，将有利于提高镀层的耐蚀性，可以采用多层的复合镀层来满足实际的使用要求。本文中的空间电机用钕铁硼永磁材料的工艺特殊性给钕铁硼的表面处理工作增加了更大的困难。如前所述，由于磁钢防锈是在加工形成磁钢组件后才进行的，所以对磁钢组件进行表面处理时实际是对钕铁硼永磁材料、铝条、胶层和软磁材料4种材料的结合体进行表面处理，要求在这4种不同类型材料上均能形成合格的镀层质量。针对镀锌层和镀镍层的腐蚀特点，结合我国目前的镀层工艺水平，试验选用了化学镀镍的镀层方法。通过试验研究发现，电镀时要做好前处理，包括去锈、去油、磷化处理；由于钕铁硼永磁材料对酸、碱都发生反应，结合其他3种材料的要求，镀液酸碱度应控制在中性为宜；钕铁硼永磁材料的酸洗和其后的清洗都非常重要，应采用酸洗+活化及多次用超声波清洗，并严格控制各工序的镀液配比和反应时间；同时钕铁硼永磁材料施镀过程中渗氢现象较为严重，必须进行除氢处理。

2.2.3试验验证结合以上分析，经过几轮试验摸索之后，确定了一种专用表面处理工艺，可以实现对目前航天机电产品用电机使用钕铁硼永磁材料的磁钢组件的高耐蚀性表面处理。使用该工艺得到8～12µm的镀镍层，镀层光亮平整、结合力优良，如图2(a)所示。将该磁钢组件经过3.5个-20～+130℃温度区间的热循环试验观察其镀层质量和磁性能的变化，试验后的组件照片如图2(b)所示，通过对镀层质量的检查发现其在热循环试验前后没有发生变化。同时通过试验前后的磁性能测试对比发现，表面处理工艺中的120℃高温过程对38SH型号钕铁硼永磁材料的磁性能基本没有影响。

3结论

磁性材料篇5

以电子自旋的自由度为基础的自旋电子学的新进展引发了一场概念性革命，开始了一种名为“自旋电子学”的新技术，这为新一代器件提供了机会。该器件将标准电子学与自旋相关效应结合起来。自旋相关效应由载体自旋与材料磁性能相互作用引起磁致伸缩材料的长度可随外磁场交变而反复伸长和缩短产生机械波，能够实现电磁能(或电磁信息)与机械能、声能(或机械位移信息与声信息)之间的转换，可以广泛用于功率电一声换能器、电—虮换能器、传感器和电子器件等方面。稀土超磁致伸缩材料已广泛用于各尖端技术和军事应用中。对传统产业起着重要的影响。近年来，国外发达国家在这方面的工艺研究和应用基本完成，开始向商品化阶段过渡，并开发出近千种应用器件。

吸波材料因军民两用的殊异身份，各国竞相研究。几十年来，通过掺杂、改变结构、放置方式，使吸波材料作用发挥得愈来愈好。但是，在军用方面，它不能完全“隐身”。在民用方面，它不能完全抗干扰。因此，这也是当今研究的热门课题之一。最近有报道，在一定入射角范围。随着入射角的增大，吸波材料的反射相应增大，故可以采用双(多)基地雷达组网j】唱虽反隐身能力。若要“隐身”，则可从反方向思维进行。吸波材料的用途，大致有微波暗室、桥梁、建筑、隐形飞机、隐身坦克、舰船、隐形导弹等。

美国

美国作为一个军事大国，其科技+分发达，在微波领域尤其如此。目前，美国从事微波多晶和单晶铁氧体材料与器件研制生产的厂家约60多家，其产品占整个软磁铁氧体市场的2/3。表1为部分公司及其产品，这些产品主要用于雷达、卫星、通信、航空航天飞行器、电子对抗系统等领域。美国军方2003年与Raytheon.LockheedMartin,NorthropGrumman以及IBM等军品公司签订了共约33.5亿美元的合同，用于研发雷达报苦系统、空中运输控制、全球定位系统(GPS)、地面系统传感器、宽范围搜索系统、战术照射系统、雷达天线、舰载防御导弹、PAC一3导弹、SM一3导弹等，其中海军投入近20亿美元。美国《微波与射频》杂志总结了40年来的微波进展史，预计军用及光通信市场为行业的重头之一。在2002年美国加州召开的第10届无线系统年会上，最热门的话题为“WLAN"(无线局域网)，会上村田电子北美公司介绍了集成双道有源滤波器件，它可滤掉9GHz以上的频率，尺寸为9.5mmx12.5mmx2.2mmoIBM微电子公司了两条标准IC生产线，包括功率放大器和电压控制振荡器。美国新近成立的VIDA产品公司集中研究高Q、宽调谐滤波器、振荡器和频率合成器的军事和商业应用。该公司凭借其独特的YIG技术优势的进一步发展而得以扩大。这些进展包括:拓宽温度范围性能，振动不灵敏性，很低的驱动功率要求以及利用薄膜丫IG《丁F丫)共振器。

200，年。美国《国防报告》将太空和信息作为未来战争的两个制高点。下大力气改善太空、信息和情报技术。建立全球化网络系统。把通信设施延伸到部队的各个单位。逐步向信息化军队迈步。国防部将“网络中心战”列为未来美军的主要作战方式。还有，美国正启动一系列传感器计划。支持陆军的FCS(未来作战系统)和“目标部队”计划。重要技术包括多传感器融合。磁传感器，交叉弓I导(Cross-Cueing)和动目标指示。美国陆军直升机的A闪/ALA一212先进威胁红外对抗(ATIRCM)系统是直升机的自卫系统。可以防止来自任何方向和处于任何飞行阶段的红外制导导弹的攻击。该系统包括AN/AAR一57通用导弹告警系统(CMWS)、红外干扰头、对抗干扰箱和对抗干扰弹。另外.美国波音公司设计并研制X波段雷达阵列.从结构上要求能够融入到将来的飞机设计中.如美国空军的下一代传感器飞机情报、监视和侦察平台.此项目将在2005年10月完成。

对于新式武器电磁炮.美国在2002年8月拨款1640万美元.研究高能微波武器《日PM)对目标系统的杀伤力和美国自己的系统遇到日PM时的受损程度。2003年1月，美国与加拿大Metatech公司签署了一份为期7年的合同。研究美国卫星遇到诸如激光等直接能量攻击时的受损程度。

日本

虽然日本在二战后被限制发展军队.但其先进的工业技术、发达的经济实力必然要影响到军事。日本对于磁性材料及器件的研发.不仅用于商业.也用于军事。例如.日本在其研究的新式潜艇上将采用很多新技术.包括安装新型声纳.进一步提高探测能力.开发AIP技术;采用无浆推进、泵喷射推进、磁流体推进等新的推进技术.磁流体推进技术已在日本的超导电磁推进船“大和”号上进行了成功实验。

日本是磁性材料及器件研制与生产大国.著名公司有大同、日立、川崎等。下面略举几家公司最新研究动向。

大同特殊钢公司近年开发出挠性电磁波吸收体“DPR”系列。其主要特点是高温环境下抗电磁干扰，可满足电子机器、光纤通信多方面需求。该公司还估计到粘结磁体在电动机等方面的市场需求必将进一步增长。已计划到2005年度其产量增长8成。即2005年生产能力由2003年的4000万个增长到7000万个。磁体年销售额估计增长1.5倍达120亿日元。

日立金属公司生产的“Finemet”纳米晶磁性材料，主要用于电子机器防干扰共态扼流圈。过去月产量30t，目前已猛增至120to2002年销售额20亿日元，计划2006年要达到120亿日元。该公司前不久吞并了美国Honewel公司的非晶金属材料事业部。收买金额达数+亿日元。以图占领软磁材料市场。

户佃工业公司与明治大学共同研制成由Co.Ni和氧化铁组成的只有30一40nm的纳米磁粉，可获得239一542kA/m(3000一6800Oe)的矫顽力，并可以在50℃保持，ODOh的热稳性。

川崎钢铁公司新近开发出电磁线材。据称为世界首创。可用于倒相电路中的变压器或扼流圈，满足了电磁器件小型化、异型化需求。

韩国

韩国在磁学研究方面的投入基金每年均有增加。目前，韩国与磁学有关的公司及产品见表20韩国现存公司的产业化需要与研究间的技术差距日益增大，如果韩国无法实现以自旋电子相关技术或其他为基础的新产业，则无法在短期内轻易解决这个问题。

印度

印度从2003年1月开始，实施“萨姆尤科塔”电子战;ii浅。“萨姆尤科塔”技术由印度国防研究与发展组织(DRDO)负责开发，硬件设备由印度国家电子有限公司生产，所使用的电子干扰器使用频率在1.5一500MHz之间，涵盖了从高频中频之间的所有敌方电子频率使用范围;计划中用的重要设施一拉简德拉相控阵雷达，由印度巴拉特电子有限公司生产。该技术的有效使用寿命将持续到2020年。印度陆军官员称，首批26辆电子战车辆已交付陆军并投入使用，这些电子战车辆装备有印度自行研制的综合监视系统。除“萨姆尤科塔”计划外，印度陆军还准备从海外引进一批电子战干扰系统，开展反情报行动。

入到现役战略、战术飞机和防空导弹的改进工作上。俄对图一160和图95MS进行的中期改造中，不会对发动机或机身进行改进，而将重点放在导航、观察和武器系统上。俄现役飞机所保留的升级项目苏一27SM和苏一34飞机，均采用了全新的电子设备。表3列出俄罗斯部分微波铁氧体厂家及其产品。

欧盟

现在国家的边界概念正在发生变化，整个欧洲国防工业正在朝着相互融合、相互协作的趋势发展。欧盟第5个框架计划(，998一2002)为信息社会技术(IST)设立了33亿欧元的基金，其中关于磁性与光存储方面的项目包括:磁光存储、集成光学磁头、超高密度存储、磁噪声与巨磁电阻效应(GMR)、磁学中的隧道结、电磁元件、平行光盘与多频道系统。欧盟第6个框架计划(2003一2007)分成两步:一是生产公司与高技术研究实验室结合，投入1000万欧元基金用于建立完善的应用和短期产业化项目。二是促进高技能研发实验室间的研究，以开发IST领域未来的技术。此框架计划预算资金为36亿欧元，其中一些关键项目包括移动通信、无线通信、可靠与安全性、纳米电子学及月n胃的“电子健康”(e-i}alfn)。此计划将继续推进在过去5年中扮演重要角色的海t存储技术。

欧盟在微波方面的研究项目包括:微波真空器件用碳纳米管，微波与先进CMOS(补充型金属氧化物)技术集成，微电机系统集成相阵天线等英国国家物理实验室(NPL)，主要研究实现微波测t在功率、衰减阻抗和噪声方面所用标准的新方法，以及EMC和介电材料的测}oNPL的一个特别研究项目是利用新的非接触电光传感器对高架电源线的测t。英国日elfast大学高频电子研究小组的典型研究项目包括毫米波前端和集成自追踪天线用的灵敏结构，其中关键技术是研制具有低反射损耗的空间移相器。英国Loughborough大学的无线通信研究小组主要研究天线与无线系统，包括在移动和卫星通信系统、微波和毫米波工程中的应用。

法国政府为2003年到2008年的军事预算提交了一个新法案，增加了国防开支。其中2003年开支达133亿美元，比当前(2002年)增加11亿美法国Lille大学电子、微电子、纳米技术研究所的研究项目有现代电子、新钊料、微电子、纳米电子、微波、光电子、电磁、声学、超声波、微系统、传感器及测试设备。

磁性材料篇6

本文用电化学实验方法、盐雾实验法分别研究了Sm2Co17永磁体镀层前后在海水环境中的腐蚀行为。结果表明Sm2Co17永磁体的耐腐蚀性能较差，不利于应用于海水环境，而镀锌能够在一定程度上对材料的耐腐蚀性有所改善。

关键词：Sm2Co17永磁体、耐腐蚀性

中图分类号：TM273

一、 稀土永磁材料及发展概况

稀土永磁材料是以稀土金属元素与过渡族金属间所形成的金属间化合物为基体的永磁材料。例如SmCo5永磁材料是以一个钐（Sm）原子和5个钴（Co）原子组成的化合物SmCo5永磁；又如，Sm2Co17永磁材料，是以两个Sm原子和17个Co原子组成的2：17型化合物Sm2Co17永磁；再例如Nd-Fe-B系永磁材料，它是以Nd2Fe14B化合物为基体，含有少量富Nd相和富B相的永磁材料。通常称为稀土金属间化合物永磁，简称为稀土永磁。1968年内斯毕特等[1]人首先研究了用Cu部分取代Co的Sm（Co，Cu5）永磁体。这一发现为1：5型RCo永磁体向2：17型R-TM永磁体过渡尊定了基础。1977年小岛等[2]人用粉末冶金法研制出（B.H）m为2388.0KJ/m-3（30MGOe）的Sm（Co，Cu，Fe，Zr）7.2永磁体，创造了实用稀土永磁体磁能积最高纪录，使之成为第二代稀土永磁材料。

2：17型的钐钴永磁体（Sm2Co17）是一种两元金属化合物，Sm：Co=2：17（原字比），化学成分为Sm18%～22%（或24%），Co48%～50%（或76%）。Sm2Co17熔点1220℃～1350℃。用烧结法生产的Sm2Co17的磁性能如下：最大磁能积（BH）m=15-30MGQL，Br=1.14T，Hc=10.05KQS ，Tc=820K，使用温度（t）=350℃。Sm2Co17磁体具有很高的居里温度（～825℃），较高的内禀矫顽力和饱和磁化强度以及较低的矫顽力温度系数，是一种优良的永磁材料，在现代工业中具有重要的应用。尤其在航空，航天及国防领域，近来对永磁材料的要求也越来越高，不仅要求磁性能优良，而且要求材料随环境，温度变化时的稳定性和可靠性好。本文研究2：17型的钐钴永磁体（Sm2Co17）镀层前后在海水环境中的抗腐蚀性能。

二、电化学实验

1.实验方法

加工Sm2Co17永磁体样品尺寸为10*10*2mm，介质为模拟海水溶液，测试温度为室温。样品表面用水砂纸打磨到1000#，铜导线焊接，环氧树脂（加乙二胺固化）封样，预留表面1cm×1cm表面积。实验采用上海正方仪器厂生产的ZF9恒电位仪，扫描速率设置为20mV/s，扫描范围分别为-600mV――-420mV（原始样品）和-550mV――100mV（镀锌样品）。溶液为人工海水溶液，化学成分见表一

2.实验结果

为了更好的判定2：17型的钐钴永磁体（Sm2Co17）的抗腐蚀性能，将双相不锈钢作为参考材料测出电化学计划曲线，结果如图一

3.结论

通过对比可以看到材料的耐腐蚀性比不锈钢相差较大， Sm2Co17永磁体镀锌后材料的腐蚀电位上升了约250mV，表明样品表面镀层对样品起到了一定的防腐蚀作用。

三、盐雾实验法

1.试验方法

实验采用中性盐雾试验的人工加速腐蚀试验方法。实验全程时间为9天，计算3、6、9天样品的失重及腐蚀速率（公式1）以得到材料随腐蚀程度加深抗腐蚀性能的变化。

式中V――腐蚀速度，g/m2。h；

WO――金属的初始质量，g；

Wt―― 金属表面除去腐蚀产物后的质量，g；

S―― 金属的表面积，m2；

t―― 腐蚀进行的时间，h。

将Sm2Co17材料线切割加工成10mm 10mm 2mm小块，水砂纸打磨到1000#，去离子水洗净吹干，对样品进行称重并标号，502胶封样使样品单面暴露，将样品暴露于盐雾试验箱中，放入24块样品，其中1#―12#为原始样品，13#―24#是镀锌样品。实验时喷入经雾化的5%NaCl溶液，实验过程中保证盐雾实验箱的溶液容量充足 。

2.实验结果

分别计算实验3、6、9天的样品腐蚀速率的平均值，结果如图二所示。

3.结论

图是样品盐雾实验的腐蚀速率曲线，星形曲线表示原始样品腐蚀速率，方形曲线表示镀锌样品腐蚀速率。由曲线可以看出对于原始样品来说样品的腐蚀速率随腐蚀时间的增加呈现增大并逐渐趋于平缓的趋势；而对于镀锌样品来说，样品的腐蚀速率随着腐蚀的进行逐渐减小，并有可能趋于平缓。而纵向比较可以看出镀锌后样品的腐蚀速率比原始样品明显减小了，表明镀锌增强了材料的抗腐蚀性能。

四、总结

本文研究Sm2Co17永磁体原始及镀层样品极化曲线可得腐蚀电位：双相不锈钢>镀层Sm2Co17>原始Sm2Co17。不锈钢和原始Sm2Co17腐蚀电位相差较大，说明，材料在海水中抗腐蚀性能较差，而镀层Sm2Co17腐蚀电位比原始样品约有升高，说明样品表面镀层对样品的抗腐蚀性能有一定的提高。

采用中性盐雾试验可得镀层样品趋于平缓时的腐蚀速率将近原始样品的一半，说明，样品表面镀层改善了样品抗腐蚀能力，这也论证了上述结论。

参考文献：

磁性材料篇7

【关键词】 纳米磁性材料; 生物相容性; 评价方法; 文献综述

随着人们生活水平的不断提高，恶性肿瘤已经成为威胁人类健康的劲敌。各种报道和调查显示[1]，全世界每年新发现的肿瘤患者多达1 090万，而且肿瘤的发病率持续上升，成为仅次于心血管疾病的第二大致死原因。但是，目前临床上对肿瘤的治疗手段仍然十分有限，预后也比较差。肿瘤磁感应热疗[2-5]是一种新型的肿瘤治疗手段，它通过各种方法将纳米磁性材料精确地分布于肿瘤组织中，在外加交变磁场的作用下，纳米材料感应发热，使肿瘤组织达到一定的温度，从而达到治疗肿瘤的效果。有研究表明[6]，肿瘤细胞在高温的环境下对放射线更为敏感。研究发现[7]，越小的纳米颗粒越有可能穿透细胞并产生毒性作用。所以，纳米磁性材料能否用于人体，首先必须考察其是否具有良好的生物相容性。

生物相容性一般包括细胞相容性、血液相容性和组织相容性3个方面。下面就生物相容性的概念、生物相容性的3个方面及生物相容性评价工作中存在问题的研究进展作一综述。

1 生物相容性的概念

相容性[8]是指两种或两种以上的体系共存时互相之间的影响。如果这些体系在共存时互不影响，互不损伤，互不破坏，就可以说这些体系间有完全的相容性。如果这些体系在共存时相互影响，相互破坏，导致不能长期共存时，就可以说这些体系之间的相容性差或没有相容性。生物相容性[9]是指任何一种外源性物质，包括天然材料[10]、治疗用的外源性细胞、植入的器官、人工材料的植入体或纳米粒子，为治疗目的植入或通过某种方式进入生物体，或与生物组织共存时，对生物体和生物组织造成损伤，或引起生物体、生物组织发生反应的能力和性质，和(或)生物体容许这种材料在体内存在及与这种材料的相互作用的能力和性质。普遍认为生物相容性包括两大原则[11]：一是生物安全性原则即消除生物材料对人体的破坏性;二是生物功能性原则(或称为机体功能的促进作用)，指其在特殊应用中“能够激发宿主恰当地应答”的能力。纳米材料对于宿主是异物，在体内必定会产生某种应答或出现排异现象。纳米材料要使发生的反应能被宿主接受，不产生有害的作用，因此要对纳米材料进行生物安全性评价，即生物学评价。对纳米磁性材料进行生物相容性评价是纳米磁性材料能否进入临床研究的关键环节[12]。

2 细胞相容性评价

细胞相容性[13]是材料对细胞的生长、附着、增殖及代谢功能的影响，以存活的有功能的细胞或(和)细胞生长增殖情况作为材料的生物相容性评价指标。常用的细胞相容性评价实验方法有 MTT试验、流式细胞光度术等。一般选用L929细胞和HeLa细胞来进行试验，这两种细胞[14]具有传代容易、繁殖迅速、体外培养条件低、易储存，同时这两种已建立成系的细胞株能为实验提供稳定传代的细胞、能为许多材料细胞毒性评价所共用等优点，1982年美国质量标准协会将L929细胞推荐为细胞毒性试验中的标准细胞。

2.1 MTT试验

MTT试验是大部分磁性介质生物相容性评价工作采用的基本试验项目。它是一种比较准确、快速和简便、可作定量评价的常用方法，现已广泛应用于医用材料的生物学评价。其原理是活细胞中的线粒体脱氢酶将MTT分子还原产生紫色结晶物，紫色结晶物形成数目的多寡与活细胞数目和功能状态呈正相关，用DMSO溶解结晶后，在酶联免疫检测仪上测吸光度，即可代表细胞数量。将测得的吸光度带入细胞相对增殖率的公式来计算。细胞相对增殖率(RGR)= 实验组OD均值/阴性对照组OD均值×100%。把RGR值转换成6级反应[15]：0级反应RGR值为≥100%，1级反应RGR值为75%～99%，2级反应RGR值为50%～74%，3级反应RGR值为25%～49%，4级反应RGR值为1%～24%，5级反应RGR值为0。实验结果是0或 1级反应为合格，实验结果是2级反应需要结合细胞形态综合评价，实验结果是3～5级反应为不合格。

目前已进行过细胞学评价的纳米磁性材料有纳米Fe2O[15]3、纳米Fe3O[16]4、纳米镍铜热籽[17]、纳米Mn0.5Zn0.5Fe2O[18]4等。例如颜士岩等[15]研究指出，不同浓度的Fe2O3纳米磁性粒子浸提液作用于L929细胞72 h 后，其细胞RGR分别为91.3%、76.9%、76.6%、81.9%，依相对增殖率与毒性分级转换表标准判定不同浓度的Fe2O3纳米磁性粒子浸提液其细胞毒性均为1级，均属对细胞无毒性范畴，而阳性对照组0.7%的丙烯酰胺单体溶液的细胞RGR为11.6%，其毒性评定为4级，为不合格生物材料，证实其自制的F2O3纳米磁性粒子体外试验无细胞毒性作用。该法简便迅速、不接触同位素、敏感性高，缺点是紫色结晶物有时易聚集成团影响结果的准确性[19]。

2.2 流式细胞光度术(flow cytometry，FCM)[20]

该法利用鞘流原理，使被荧光标记的单个悬浮细胞排成单列，按重力方向流动。细胞被激光照射后发射荧光，检测器可逐个对细胞的荧光强度进行测定，常用来检测细胞周期和细胞凋亡。邓凌燕[21]研究发现，随着Fe3O4磁微粒浸提液干预浓度的增高，肺泡上皮细胞和血管内皮细胞的凋亡率无增高的趋势，差异无统计学意义(P>0.05)。证实不同浓度Fe3O4磁微粒浸提液对肺泡上皮细胞和人血管内皮细胞凋亡无影响。FCM法能提供具体明确的凋亡率值，为评价凋亡提供客观的数值指标，同时可为分析材料对细胞周期的影响提供证据。

2.3 乳酸脱氢酶(LDH)试验[22]

LDH定位于细胞胞浆内。一般情况下，LDH不能透过细胞膜。当细胞受损伤或死亡时可释放到细胞外，此时细胞培养液中LDH活性与细胞死亡数目成正比。这一方法已被用来检测碳纳米管的细胞毒性[23-24]。王晓娜等[25]发现，随着Fe2O3纳米颗粒作用浓度的升高(267.5、535、1 070 μg·ml-1)，可致细胞内LDH漏出量增加。此法通过检测细胞培养液上清中LDH的活性，可判断细胞受损的程度。

2.4 单细胞凝胶电泳技术检测细胞DNA损伤

单细胞凝胶电泳又称彗星实验，由Singh等[26]和Ostling等[27]在中性凝胶电泳技术基础上改进和建立，是检测单个细胞DNA链断裂的实验方法，该方法具有灵敏、简便、快速、样品用量少及不需放射性等优点。李倩等[28]运用单细胞凝胶电泳技术检测发现，纳米Fe2O3可造成小鼠肝、脾、肾组织细胞、外周血细胞和骨髓细胞的DNA断裂，其研究表明DNA断裂与细胞的氧化损伤有密切关系。Lacava等[29]发现，磁流体还可以致小鼠发生炎症反应，导致巨噬细胞内氧自由基和氧化亚氮的生成，从而造成DNA损伤。

除此之外，还有一些研究者进行过其他相关实验，如体外CHI细胞染色体畸变试验[30]DNA合成检测方法、细胞膜完整性测定、人工计算细胞数[1]等细胞相容性试验。

3 血液相容性评价

血液相容性试验[31]通过生物材料和医疗器械与血液相接触(体外、半体内或体内)，评价其对血栓形成、血浆蛋白、血液有形成分和补体系统的作用。通过对材料与血细胞体外接触过程中所致红细胞溶解和血红蛋白游离程度的测定，对材料的体外溶血进行评价，能敏感地反映试样对红细胞的影响，在生物安全性评价中起重要作用。

体外溶血试验是鉴定血液相容性最基本方法之一[32]，它不仅可以评价样品的体外溶血性，还可以敏感地提示样品的毒性。Zhang等[33]通过体外溶血试验发现，Fe3O4纳米磁性粒子的溶血率为0.514%，远小于5%，表明实验用Fe3O4纳米磁性粒子无溶血作用，符合医用材料的溶血试验要求。Zhang等[34]研究发现MgZnMn合金的溶血率高达65.75%。Li[35]研究发现单纯的镁溶血率是59.3%。因此说溶血试验在生物安全性评价中起着重要的作用。

由于体内环境的复杂性及多变性和血凝机理，ISO标准中也只能提出一个评价方向的基本要求，到目前为止还没有建立一套相关的评价标准。新近研究建立的新方法[36]有血小板黏附及血小板消耗量、复钙时间、凝血因子Ⅳ、血浆总蛋白和球蛋白计数等诸多方面的血液相容性试验方法，但对纳米磁性材料进行定量化的评价有一定的难度，需要不断成熟和完善，将其标准化。

4 组织相容性评价

组织相容性[37]是指生物材料与人体组织接触后，在材料组织界面发生一系列相互作用，最终被人体组织所接受的性能。常用的组织相容性试验有体内植入试验、微核试验、肝脏穿刺试验等。

4.1 体内植入试验

植入试验[31]将生物材料和医疗器械植入动物的合适部位，如皮下、肌肉和骨，在观察一定时期(短期为7、15、30、60、90 d，长期为180、360或720 d)后，评价对活体组织局部毒性作用。主要通过病理切片观察组织的变化。根据产品使用部位可选择皮下组织植入试验、肌肉植入试验或骨内植入试验。体内植入试验可从宏观和微观水平来评价组织工程支架材料对组织的局部反应，包括早期的炎症反应和随后的纤维结缔组织增生反应。通过体内埋植实验可以直接观察动物机体对材料中的抗原或化学物质产生的免疫应答[38-39]。材料植入机体后[40]被视为异物，在无其他因素影响的情况下，如材料有毒性，会导致其周围组织死亡;如材料无毒性，机体组织对植入物的反应主要是无菌性炎症反应和纤维结缔组织包膜产生。组织反应在早期呈现异物刺激引起轻中度的无菌性急性炎症反应比如水肿、组织充血和中性粒细胞的浸润等等，两周后转为慢性炎症反应包括巨噬细胞、淋巴细胞和纤维母细胞的增生。机体通过吞噬和酶消化方法消除异物，或者通过纤维囊的包裹隔离材料。材料中任何成分分解产生的小分子都会影响炎症反应的过程。白雪[17]研究发现，其自制的镀金镍铜热籽植入肌肉后，植入后的局部组织无明显的毒性及刺激作用，组织相容性较好。 Fulzele等[41]研究发现甘油酯(GMR)和季戊四醇酯(PMR)植入局部组织无明显的炎症反应。

4.2 微核试验

微核试验是一种检测材料致畸致突变作用的方法，能够简便、快速地检测样品的短期遗传毒性。间隔24 h给药2次，首次给药后第30小时处死小鼠，常规制片。每只动物计数1 000个嗜多染红细胞，计算微核率。Zhang等[42]研究发现，其制备的热敏磁性复合纳米粒通过检测各组嗜多染红细胞中的微核(MN)出现率，未发现复合纳米粒组与阴性对照组间有显著性差异，认为该复合纳米粒无致畸或致突变作用。

4.3 肝脏穿刺试验

肝脏穿刺试验是将磁性材料置入组织器官一段时间后，观察材料对创伤性组织炎症防御性反应和主要代谢器官、血液系统的功能影响的一种方法。方法: 在无菌条件下，用3%戊巴比妥钠麻醉后在超声导向定位下肝脏穿刺注入0.9%生理盐水和纳米粒悬液，1个月后处死，取心、肝、脾、肺、肾等进行病理形态观察.实验前后试验动物静脉采血作血常规及肝肾功能检查。丛小明等[18]研究发现，沿穿刺方向切开肝脏，见黑色材料浸润在注射路径周围，材料和周围肝组织边界清晰，无瘀血及炎症改变，在材料分布区，部分材料微粒被肝细胞吞噬，肝小叶结构完整无变形以及纤维化，心肝脾肺肾脑等脏器未见明显组织形态学变化。血常规、肝肾功能无明显变化，证明其自制的纳米材料具有良好的组织相容性，适宜应用于肝内局部注射治疗肿瘤。

5 生物相容性评价工作中存在的问题

近年来，多种纳米磁性材料的生物相容性接受了不同程度的评价研究，有了更多新的试验方法和检测指标，使生物相容性研究不断深入。但是，其中仍然存在一定的问题，首先是存在纯度的问题，目前进行实验的材料往往混有其他杂质， 在使用高纯材料进行实验之前，这些杂质所起到的作用是无法排除的。其次，存在粒度均匀性问题，目前进行实验的材料，粒度分布很宽，从几个纳米到几百纳米的颗粒都存在，不同粒径的性质无法检验出来，目前的实验结果到底是小颗粒作用的结果，还是大颗粒的结果，有待于粒径均匀颗粒实验结果的证明[43]。再次，很多研究[44-47]报道纳米颗粒在介质(如水、细胞培养液)中会发生团聚的现象，发生团聚后，纳米颗粒的物理化学性质可能会发生改变，从而影响其生物学效应。纳米颗粒在细胞培养液中的溶解度对其细胞生物学效应的影响，也是需要特殊考虑的[48-49]。最后，目前所有的评价，都没有一个统一的标准的方法，不同方法之间的结果不具有可比性。这些都需要科研工作者在以后的实验中不断深入探索和研究。

参考文献

[1] 杨晓芳，奚廷斐.生物材料生物相容性评价研究进展[J].生物医学工程杂志，2001，18(1):123128.

[2] PANKHURST Q A， CONNOLLY J， JONES S K， et al. Applications of magnetic nanoparticles in biomedicine[J]. J Phys D: Appl Phys，2003，36(13):167 181.

[3] GUPTA A K， GUPTA M. Synthesis and surface engineering of iron oxide nanoparticles for biomedical applications[J]. Biomaterials，2005，26(18):39954021.

[4] ITO A， SHINKAI M， HONDA H， et al. Medical application of functionalized magnetic nanoparticles[J]. J Biosci Bioeng，2005， 100(1):111.

[5] ROSENSWEIG R E. Heating magnetic fluid with alternating magnetic field[J]. J Magn Magn Mater，2002，252: 370374.

[6] RAAPHORST G P， ROMANO S L， MITCHELL J B， et al. Interinsic differences in heat and/or Xray sensitivity of seven mammalian cell lines cultured and treated under identical conditions[J]. Cancer Res，1979，39(2 Pt 1):396401.

[7] AACR. Nan particles can damage DNA， increase cancer risk[EB/OL]./physorg.com/news96041735.html.

[8] 张英鸽.纳米毒理学[M].北京:中国协和医科大学出版社，2010:517.

[9] BLACK J. Biological performance of materials: fundamentals of biocompatibility[M]. 3rd ed.New York: Marcell Dekker，1999.

[10] KHOR E. Chitin: fulfilling a biomaterials promise[M]. Amsterdam： Elsevier Science Ltd，2001.

[11] 夏启胜，刘轩，李红艳，等.热籽感应加温治疗肿瘤的实验与临床研究进展[J].中华物理医学与康复杂志，2005，27(6):380382.

[12] 范成相，陈亮.分子生物学在生物材料评价研究中的应用现状[J].国外医学生物医学工程分册，2004，27(6):375379.

[13] 梁卫东，石应康.细胞培养法评价生物材料生物相容性研究进展[J].生物医学工程学杂志，1999，6(1)：8690.

[14] RICHARDSON R R Jr， MILLER J A， REICHERT W M. Polyim ides as biomaterials Preliminary biocompatibility testing[J]. Biomaterials， 1993，14(8)：627635.

[15] 颜士岩，张东生，顾宁，等.肿瘤热疗用Fe2O3纳米磁性粒子的生物相容性研究[J].东南大学学报：医学版，2005，24(1):812.

[16] 杜益群，张东生，倪海燕，等.肿瘤热疗用Fe3O4磁性纳米粒子的生物相容性研究[J].南京大学学报：自然科学版，2006，42(2):4349.

[17] 白雪.磁感应肿瘤热疗用镍铜热籽生物相容性的研究[D].佳木斯：佳木斯大学，2007.

[18] 丛小明，张东生，唐秋莎，等.肿瘤热疗用Mn0.5Zn0.5Fe2O4纳米粒的生物相容性[J].东南大学学报：自然科学版，2007，37(3):476480.

[19] 梁卫东，石应康.细胞培养法评价生物材料生物相容性研究进展[J].生物医学工程学杂志，1999，16(1)：8690.

[20] 翟建才，赵南明，张其清.生物材料与血液界面作用机制及相容性评价的研究技术[J].国外医学生物医学工程分册，1995，18(1):6.

[21] 邓凌燕.肺靶向治疗药物载体Fe3O4磁微粒的安全性研究[D].湖南:中南大学，2008.

[22] WANG T W， WU H C， WANG W R， et al. The development of magnetic degradable DPBioglass for hyperthermia cancer therapy[J]. J Biomed Mater Res A，2007，83(3):828837.

[23] MULLER J， HUAUX F， MOREAU N， et al. Respiratory toxicity of multi wall cardon nanotubes[J]. Toxicol Appl Pharmacol，2005，207(3):221 231.

[24] UO M， TAMURA K， SATO Y， et al. The cytotoxicity of metal encapsulating carbon nanocapsules[J]. Small，2005，1(89):816819.

[25] 王晓娜，唐萌，张婷，等.磁性三氧化二铁纳米粒子对小鼠腹腔巨噬细胞的氧化损伤作用[J].中国组织工程研究与临床康复，2007，11(13): 25752577.

[26] SINGH N， MCCOY M， TICE R， et al. A simple technique for quantitation of low levels of DNA damage in inpidual cells[J]. Exp Cell Res， 1988， 175(1):184191.

[27] OSTLING O， TOHANSON K.Microelectrophoretic study of radiation induced DNA damages in inpidual mammalian cells[J]. Biochem Biophys Res Commun，1984，123(1):291298.

[28] 李倩，唐萌，马明，等.纳米Fe2O3对小鼠的氧化损伤作用[J].毒理学杂志，2006，20(6):380382.

[29] LACAVA Z G M， AZEVEDO R B， MARTINS E V， et al. Biological effects of magnetic fluids: toxicity studies[J]. J Magn Magn Mater，1999，201(17):431434.

[30] 刘岚，唐萌，何整，等.Fe3O4及Fe3O4Gul纳米颗粒的毒性和致突变性研究[J].环境与职业医学，2004，21(1):1417.

[31] 奚廷韭.医疗器械生物学评价(二)[J].中国医疗器械信息，1999， 5(4):914.

[32] 何惠明，毛勇，高勃，等.新型钛材专用烤瓷粉的溶血试验[J].牙体牙髓牙周病学杂志，2000，10(1):48.

[33] ZHANG D S， DU Y Q. The biocompatibility study of Fe3O4 magnetic nanoparticles used in tumor hyperthermia(extended summary)： proceedings of the 1st IEEE international conference on Nano/Micro engineered and molecular systems，January 1821，2006[C].Zhuhai，2006.

[34] ZHANG E， YIN D S， XU L P， et al. Microstructure，mechanical and corrosion properties and biocompatibility of MgZnMn alloys for biomedical application[J]. Mater Sci Eng，2009，29:987993.

[35] LI L. Surface modification of pure magnesium and its biocompatibility studies for biomedical application[D]. Chongqing:Chongqing University，2004.

[36] 霍丹群，詹东妮，侯长军，等.生物材料的生物相容性综合评价研究[J].生物医学工程学杂志，2006，23(6):13501354.

[37] KA A R. Closure of palatal defects without a surgical flap: an experimental study in rabbits[J]. J Oral Maxillofac Surg，2001，59(11):13191325.

[38] SCHOONMAKER J P， FLUHARTY F L， LOERCH S C. Effect of source and amount of energy and rate of growth in the growing phase on adipocyte cellularity and lipogenic enzyme activity in the intramuscular and subcutaneous fat depots of Holstein steers[J]. J Anim Sci，2004，82(1):137148.

[39] BURGUERA E F， XU H H， TAKAGI S， et al. High early strength calcium phosphate bone cement:effects of dicalcium phosphate dihydrate and absorbable fibers[J]. J Biomed Mater Res A，2005，75(4):966975.

[40] 黄强，裴福兴，田家亮，等.掺锶硫酸钙复合骨修复材料体内组织相容性研究[J].生物骨科材料与临床研究，2009，6(3):1822.

[41] FULZELE S V， SATTURWAR P M， DORLE A K. Study of the biodegradation and in vivo biocompatibility of novel biomaterials[J]. Eur J Pharm Sci，2003，20(1):5361.

[42] ZHANG J， ZHANG D S. The biocompatibility of the temperature sensitive pHspHSVTK/As2O3 magnetic complex and Its antitumor effect on HepG2 cell[C]. INEC 20102010 3rd Internation Nanoelectornics Conference， proceeding，Jan 57，2010[C]，Hong Kong， 2010.

[43] 任红轩.人造纳米材料安全性研究进展及存在问题[J].自然杂志，2007，29(5):270272.

[44] ADAMS L K， LYON D Y， ALVAREZ P J J. Comparative ecotoxicity of nanoscale TiO2， SiO2， and ZnO water suspensions[J]. Water Res，2006，40:35273532.

[45] FRANKLIN N M， ROGERS N J， APTE S C， et al. Comparative toticity of nanoparticulate ZnO， bulk ZnO，and ZnCl2 to a freshwater microalga(Pesudokirchneriella subcapitata): the importance of particle solubility[J]. Environ Sci Technol，2007，41(24):84848490.

[46] ZHU X， ZHU L， DUAN Z， et al. Comparative toxicity of several metal oxide nanoparticle aqueous suspensions to zebrafish(danio rerio) early developmental stage[J]. J Environ Sci Health Part A，2008，43(3):278284.

[47] LIN D， XING B. Phytotoxicity of nanoparticles: inhibition of seed germination and root growth[J]. Environ Pollut，2007，150(2):243250.

磁性材料篇8

论文摘要 ：铁磁材料在现代科学技术中得到广泛的应用,随着材料科学的发展,它已成为一种重要的智能材料。本文主要介绍铁磁材料的原理，分类，及其应用；并对三类主要铁磁材料详细介绍，包括软磁材料，硬磁材料，矩磁材料。

引言

随着电力工及电讯技术的兴起，开始使用低碳钢制造电机和变压器，在电话线路中的电感线圈的磁芯中使用了细小的铁粉。氧化铁。细铁丝等。到20世纪初，研制出了硅钢片代替低碳钢，提高了变压器的效率，降低了损耗。直至现在硅钢片在电力工业用软磁材料中仍居首位。到20年代，无线电技术的兴起，促进了高导磁材料的发展，出现了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等。从40年代到60年代，是科学技术飞速发展的时期，雷达。电视广播。集成电路的发明等，对软磁材料的要求也更高，生产出了软磁合金薄带及软磁铁氧体材料。进入70年代，随着电讯。自动控制。计算机等行业的发展，研制出了磁头用软磁合金，除了传统的晶态软磁合金外，又兴起了另一类材料—非晶态软磁合金。

铁磁材料是受到外磁场作用时显示很强磁性的材料。例如铁，钴，镍和它们的一些合金，稀土族金属以及一些氧化物都属于铁磁材料，具有明显而特殊的磁性。首先，它们都有很大的磁导率μ；其次，它们都有明显的磁滞效应。

磁导率（magnetic permeability）：表征磁介质磁性的物理量。常用符号μ表示，μ为介质的磁导率，或称绝对磁导率。磁滞----铁磁体在反复磁化的过程中，它的磁感应强度的变化总是滞后于它的磁场强度，这种现象叫磁滞。高磁导率是铁磁材料应用特别广泛的主要原因。磁滞特性使永磁体的制造成为可能，但在许多其他应用中却带来不利影响。当铁磁材料处于交变磁场中时将沿磁滞回线反复被磁化。在反复磁化的过程中要消耗额外的能量，以热的形式从铁磁材料中释放，这种能量损耗称为磁滞损耗，磁滞损耗不仅造成能量的浪费，而且使铁芯的温度升高，导致绝缘材料的老化，所以应尽量减少。

软磁材料（soft magnetic material）：具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料。软磁材料易于磁化，也易于退磁，广泛用于电工设备和电子设备中。软磁材料在工业中的应用始于19世纪末。软磁材料主要有，以金属软磁材料（以硅钢片，坡莫合金等为代表，包括fe系，fesial系和 fego系等）和铁氧体软磁材料（如mnzn系，nizn系和mgzn系等）为代表的晶体材料，非晶态软磁合金（主要分为fe基和go基两种）以及近年来发展起来的纳米晶软磁合金，如纳米粒状组织软磁合金，纳米结构软磁薄膜和纳米线等等。应用最多的软磁材料是铁硅合金(硅钢片)以及各种软磁铁氧体等。

硬磁材料是指磁化后不易退磁而能长期保留磁性的一种铁氧体材料，也称为永磁材料或恒磁材料。硬磁铁氧体的晶体结构大致是六角晶系磁铅石型，其典型代表是钡铁氧体bafe12o19。这种材料性能较好，成本较低，不仅可用作电讯器件如录音器、电话机及各种仪表的磁铁，而且在医学、生物和印刷显示等方面也得到了应用。硬磁材料常用来制作各种永久磁铁、扬声器的磁钢和电子电路中的记忆元件等。在电学中硬磁材料的主要作应是产生磁力线，然后让运动的导线切割磁力线，从而产生电流。

磁带录音原理：硬磁性材料被磁化以后，还留有剩磁，剩磁的强弱和方向随磁化时磁性的强弱和方向而定。录音磁带是由带基、粘合剂和磁粉层组成。带基一般采用聚碳酸脂或氯乙烯等制成。磁粉是用剩磁强的r－fe2o3或cro2细粉。录音时，是把与声音变化相对应的电流，经过放大后，送到录音磁头的线圈内，使磁头铁芯的缝隙中产生集中的磁场。随着线圈电流的变化，磁场的方向和强度也作相应的变化。当磁带匀速地通过磁头缝隙时，磁场就穿过磁带并使它磁化。由于磁带离开磁头后留有相应的剩磁，其极性和强度与原来的声音相对应。磁带不断移动，声音也就不断地被记录在磁带上。

    矩磁材料，这里是指具有矩形磁滞回线的铁氧体材料。它的特点是，当有较小的外磁场作用时，就能使之磁化，并达到饱和，去掉外磁场后，磁性仍然保持与饱和时一样。如镁锰铁氧体，锂锰铁氧体等就是这样。这种铁氧体材料主要用于各种电子计算机的存储器磁芯等方面。应用于计算机磁性存储设备和作为乘客乘车的凭证和票价结算的磁性卡所用的磁性材科及作用原理，同磁带所用的磁性材料及作用原理基本相同。但材料是矩磁材料（易磁化不易去磁）。

磁性材料篇9

铁磁材料在现代科学技术中得到广泛的应用,随着材料科学的发展,它已成为一种重要的智能材料。本文主要介绍铁磁材料的原理，分类，及其应用；并对三类主要铁磁材料详细介绍，包括软磁材料，硬磁材料，矩磁材料。

随着工及电讯技术的兴起，开始使用低碳钢制造电机和变压器，在电话线路中的电感线圈的磁芯中使用了细小的铁粉。氧化铁。细铁丝等。到20世纪初，研制出了硅钢片代替低碳钢，提高了变压器的效率，降低了损耗。直至现在硅钢片在电力用软磁材料中仍居首位。到20年代，无线电技术的兴起，促进了高导磁材料的发展，出现了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等。从40年代到60年代，是科学技术飞速发展的时期，雷达。广播。集成电路的发明等，对软磁材料的要求也更高，生产出了软磁合金薄带及软磁铁氧体材料。进入70年代，随着电讯。自动控制。等行业的发展，研制出了磁头用软磁合金，除了传统的晶态软磁合金外，又兴起了另一类材料—非晶态软磁合金。

铁磁材料是受到外磁场作用时显示很强磁性的材料。例如铁，钴，镍和它们的一些合金，稀土族金属以及一些氧化物都属于铁磁材料，具有明显而特殊的磁性。首先，它们都有很大的磁导率μ；其次，它们都有明显的磁滞效应。

磁导率（magnetic permeability）：表征磁介质磁性的量。常用符号μ表示，μ为介质的磁导率，或称绝对磁导率。磁滞----铁磁体在反复磁化的过程中，它的磁感应强度的变化总是滞后于它的磁场强度，这种现象叫磁滞。高磁导率是铁磁材料应用特别广泛的主要原因。磁滞特性使永磁体的制造成为可能，但在许多其他应用中却带来不利影响。当铁磁材料处于交变磁场中时将沿磁滞回线反复被磁化。在反复磁化的过程中要消耗额外的能量，以热的形式从铁磁材料中释放，这种能量损耗称为磁滞损耗，磁滞损耗不仅造成能量的浪费，而且使铁芯的温度升高，导致绝缘材料的老化，所以应尽量减少。

软磁材料（soft magnetic material）：具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料。软磁材料易于磁化，也易于退磁，广泛用于电工设备和设备中。软磁材料在工业中的应用始于19世纪末。软磁材料主要有，以金属软磁材料（以硅钢片，坡莫合金等为代表，包括fe系，fesial系和 fego系等）和铁氧体软磁材料（如mnzn系，nizn系和mgzn系等）为代表的晶体材料，非晶态软磁合金（主要分为fe基和go基两种）以及近年来发展起来的纳米晶软磁合金，如纳米粒状组织软磁合金，纳米结构软磁薄膜和纳米线等等。应用最多的软磁材料是铁硅合金(硅钢片)以及各种软磁铁氧体等。

硬磁是指磁化后不易退磁而能长期保留磁性的一种铁氧体材料，也称为永磁材料或恒磁材料。硬磁铁氧体的晶体结构大致是六角晶系磁铅石型，其典型代表是钡铁氧体bafe12o19。这种材料性能较好，较低，不仅可用作电讯器件如录音器、电话机及各种仪表的磁铁，而且在、生物和印刷显示等方面也得到了应用。硬磁材料常用来制作各种永久磁铁、扬声器的磁钢和电路中的记忆元件等。在电学中硬磁材料的主要作应是产生磁力线，然后让运动的导线切割磁力线，从而产生电流。

磁带录音原理：硬磁性材料被磁化以后，还留有剩磁，剩磁的强弱和方向随磁化时磁性的强弱和方向而定。录音磁带是由带基、粘合剂和磁粉层组成。带基一般采用聚碳酸脂或氯乙烯等制成。磁粉是用剩磁强的r－fe2o3或cro2细粉。录音时，是把与声音变化相对应的电流，经过放大后，送到录音磁头的线圈内，使磁头铁芯的缝隙中产生集中的磁场。随着线圈电流的变化，磁场的方向和强度也作相应的变化。当磁带匀速地通过磁头缝隙时，磁场就穿过磁带并使它磁化。由于磁带离开磁头后留有相应的剩磁，其极性和强度与原来的声音相对应。磁带不断移动，声音也就不断地被记录在磁带上。

磁性材料篇10

摘要：SYCF-3L新型永磁磁浮选机磁系采用铁氧体永磁磁系，磁系结构有条形磁系和挤压型磁系两种。采用此种磁系的永磁磁浮选机可有效回收夹杂在泡沫产品中的磁性矿物，提高选别指标。关键词：SYCF-3L型永磁磁浮选机 条形磁系 挤压型磁系 磁场特性 ANSYS中图分类号： G353

文献标识码： A随着永磁材料的发展，工业上应用的钕铁硼永磁体的磁能积已接近400KJ/m3，这使得磁选设备中磁系的种类有了更多的选择。永磁设备中应用最多的永磁材料是铁氧体和烧结钕铁硼材料，将磁系用于浮选设备，可以改善浮选环境，提高浮选中磁性矿物和非磁性矿物的有效分离。 1 SYCF-3L型永磁磁浮选机磁系结构设计 磁浮选设备的磁场特性是指磁系所产生的磁感应强度，磁通密度及其分布规律，一般情况下可以通过实际测量或软件模拟获得。在磁路设计过程中，只要设备所需要的磁感应强度不是太高，磁极组一般均采用永磁磁系。永磁磁系结构的磁场特性除与磁系本身的结构有关系，还极大地依赖于高性能的稀土永磁材料的问世及其磁性能的快速提高，本课题所用的永磁磁浮选机设计了两种磁系结构：轴向条形磁系和挤压型磁系。共四组磁系，磁系主要由铁芯和磁极组粘连而成，磁极组的轴向条形磁系是在圆周方向上磁极组以NS极交替排列的方式固定在铁芯面上，采用永磁铁氧体材料作为磁极组其原因是对于比磁化系数较高的矿物，不需要太高的磁感应强度，永磁铁氧体材料组成的磁系在磁极表面的磁感应强度最高为320mT，距磁极表面10mm的磁感应强度最高为200mT。轴向磁系磁极表面的磁感应强度不高，只适用于处理比磁化系数较高的矿物，而挤压型磁极可以有效的提高磁极表面的磁感应强度，其磁极表面的磁感应强度可以高于350mT，但这种磁路结构的磁场梯度大，磁场作用深度小，适用于非金属矿除铁和微细粒物料选铁作业，用铁氧体永磁材料设计的此种磁系，其有效作用深度小于10mm，所以要想提高其作用深度必须采用高性能的钕铁硼永磁材料，对于此磁浮选设备挤压型磁系选用了三种材料：铁氧体永磁材料、钕铁硼永磁材料、铁氧体-钕铁硼复合体，以满足不同的需求。 2 磁系材料的选择在提高设备的磁感应强度中，采用了钕铁硼磁性材料，这样可以将传统的磁系磁感应强度提高到了800mT以上。钕铁硼材料的特点有：1）磁性能高，最大磁能积相当于铁氧体的5～12倍。他的矫顽力相当于铁氧体永磁的5～10倍。2）钕铁硼系永磁体以铁为基体，不含战略元素Co和Ni，价格较便宜，资源丰富。3）机械力学性能好，可进行切削和钻孔。所以不管从磁能积方面还是在造价和稳定性方面综合考虑，在设计更高场强时选用目前磁性能最高的钕铁硼永磁材料。钕铁硼磁系与铁氧体磁系相比的另外一个优点就是所需的磁性材料较少，且场强分布均匀，使矿粒在分选区内受到一相对均匀的磁力作用，分选效果明显改善。每个磁块之间选用电工纯铁导磁材料，电工纯铁是含铁量在99.5%以上的优质的钢，是一种低碳低硫低磷的铁，是一种很软很软的金属，之所以选用电工纯铁的原因有一下几点：1）电工纯铁的电磁性能好，矫顽力低，导磁率高，饱和磁感高，磁性稳定又无磁时效，可以冲压成极复杂的形状；2）钢质纯净度高，电工纯铁为镇静钢，其内部组织致密，均匀，气体含量少，这就为简化和缩短零件退火工艺创造了可靠的条件；3）冷、热加工性能好，在轧的过程中红脆敏感性小，无红脆区，可保证在较大的温度范围内进行加工；4）表面质量好，具有良好的焊接和电镀性能；5）尺寸精度高，可提供超精度冷轧板。综合考虑本设计采用DT3牌号的电工纯铁。3 磁系的磁场特性根据以上的分析共设计出了四组磁系，其中利用多梯度挤压磁系结构增加磁场作用深度和磁场梯度，挤压型磁系采用了铁氧体、钕铁硼复合体、钕铁硼三种永磁材料，达到的场强分别为150mT、200mT、250mT，条形磁系采用铁氧体永磁材料，场强为75mT。在设计制造弱磁场磁系时，考虑到生产制造的成本，采用了铁氧体永磁材料作为磁源。条形磁系的磁极是由宽度1.2cm厚1cm长5cm的条形永磁体组成，圆周方向共五块，径向由三块组成，整个磁系长15cm，其磁系结构图和用高斯计测量的磁场分布曲线如下图所示：

1-20为沿圆周方向测试点

图1 条形磁系沿圆周方向结构图

图2 条形磁系径向磁场特性由图可知此种磁路的磁场梯度较小。图3 条形磁系径向磁场变化曲线由此可见磁体表面的磁场强度沿径向呈指数形式变化，且这种磁路的磁场作用深度较挤压型磁系大，距离磁系表面50mm时，仍存在磁感应强度。2 有限元模拟 磁系的磁场特性对于结构简单且形状规则的磁系可通过解析法求的，但对于结构复杂并且形状不规则的磁系结构，解析法变得比较困难，一般是借助于有限元软件通过数值方法求得近似解，而且借助有限元分析软件辅助磁路设计，可简化磁路计算，缩短时间，降低成本，提高设计的效率。本设计采用ANSYS电磁场软件对两种磁系进行了仿真模拟，此软件模拟精度高，可解决各种复杂的电磁场问题，并且可以得到二维或三维的静态或动态磁场特性。 在进行数值模拟之前，需要作如下假设：（1）永磁铁氧体材料的退磁曲线看做线性；（2）不考虑装配带来的误差；（3）不考虑磁系的漏磁。通过有限元模拟可以得到结果：采用同样的材料不同的磁块排列得到的磁场强度和磁感应强度不同，作用深度也不同，挤压型磁系所产生的磁场强度和磁感应强度均大于条形磁系，其梯度大于条形磁系，但作用深度小于条形磁系。通过软件模拟可以很直观的观察到磁系表面产生的场强大小以及磁系的作用深度，并且可以验证实际测量值，为磁系结构的进一步优化提供依据。3 结论 （1）利用铁氧体材料作为磁系可以根据不同的场强需求制成条形和挤压形磁系，用其设计的永磁磁浮选机磁场特性符合对弱磁性矿物的选别要求，其结构简单，性能可靠，用其代替传统的浮选可大大减少磁性矿物与脉石的夹杂，提高金属的回收率，降低尾矿的品味。（2）各磁系结构的磁场特性由很多参数决定，应用软件模拟为其设计和优化提供了一种有效的手段，从而为设计高效节能的永磁磁系提供参考依据。参考文献[1] 孙仲元. 磁选理论及应用[C]. 中南大学出版社. 2009： 142-145.[2] 郭天纲，潘德强，郑广智.浅析磁选机磁路结构设计及磁场特性[J].矿山机械，2010（16）：77～77.[3] 刘晨敏，刘鹏，何权富等.对极式永磁磁选机的数值模拟研究[J].矿山机械，2010（13）：96～97.作者简介：李静 女 汉族 助教 主要从事矿物分选理论及工艺研究。