横店东磁-磁性材料的最新进展.ppt

磁性材料的最新进展磁性材料的分类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；GMIc）.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；MEMSGlobal market for magnetic materials the total in 1999 was about 30b$.（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)370篇稀土永磁第一，二代稀土永磁(1967—1975)第三代稀土永磁(1983)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？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 ～ NMs4磁能积 （BH)m（BH)m（理论）＝oMs2/4第一代第二代第三代第四代稀土永磁SmCo5Sm2Co17Nd2Fe14B ?晶体结构CaCu5型六 角晶系六角或菱 方结构四方晶系低对称晶 系 Js(T)＝ oMs 1.141.251.61.8Tc (oC)727920320>300HA(T)25-446.57  7(BH)m(kJ/m3)200(259)*250(310 )462(512)  600*(--)(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/m3NdFeB软磁材料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 牌号PW1(PC30)PW2 ( PC40) PW3(PC44) PW4(PC50)PW5f(kHz) 15~100 25~200100~300300~1MH1~3MHz发展趋势：高频，低损耗，宽温功率铁氧体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：年代70年代80年代90年代 金属软磁材料非晶纳米微晶块体非晶年代198819901998 牌号FINEMET NANOPERMHITPERM 组成Fe73.5Si13.5 B9Nb3 Cu1(FeSiCuNbB)Fe90Zr7B3(Fe-M-Cu-B)(Fe,Co)88M7B4Cu1M= Zr,Nb,Hf,Ta μe (f=1kHz)据随机各向异性模型：交换相关长度 Lex = (A/), ~K1 /N1/2 (N-交换作用范围内的晶粒数) 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The permeability spectra of （ Fe/SiO2 /C）sample at room temperature。

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，但磁熵变较低磁冰箱原型机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磁记录材料纵向模式 垂直模式全息模式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/in210GB微型硬盘,日立2005量子磁盘示意图SUL-Soft magnetic underlayer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. • 。