納米材料的新穎磁性與應用

納米材料的新穎磁性與應用第一頁，共二十二頁，2022年，8月28日

納米材料即三維空間尺寸中至少有一維處于1—100nm的材料。單磁疇超順磁性高矯頑力計算實驗模型第二頁，共二十二頁，2022年，8月28日納米材料一些特殊的磁學性質及可能的理論解釋我們通過理論計算來論證(1)單磁疇結構第三頁，共二十二頁，2022年，8月28日下圖是鐵磁體未分疇與分疇后的自發(fā)磁化矢量分布簡單圖示：

(a)未分疇(b)分疇第四頁，共二十二頁，2022年，8月28日表面退磁場能對于鐵，Mδ=1.71×106A·m-1,所以=1.8×106J·m-3設L=0.01m，則晶體表面單位面積的退磁場能為:=×（L×1）=1.8×1046J·m-2分疇后，（b）圖知，片狀磁疇表面仍然有交替變化磁極出現，設磁疇寬度為D,則此時表面退磁場能為：=2=2×0.8521×10-7D=1.7×10-7

D第五頁，共二十二頁，2022年，8月28日磁疇壁能分疇后出現疇壁能，設晶體表面單位面積長寬均為一個單位長度，其大小等于1，厚為L,則沿長度方向可分為1/D個磁疇，并有1/D個疇壁，每個疇壁面積為L，則晶體中疇壁總面積為L×1/D=L/D,則單位面積中的疇壁能量代入公式=為單位面積磁疇壁能量=1.7×10-7

D+求其最小值得所以第六頁，共二十二頁，2022年，8月28日對于鐵，=1.71×106A·m-1

=1.59×10-3J·m-2

L=0.01m，所以分疇后E=5.6J·m-2比較知，分疇前后，納米磁性材料與宏觀材料有許許多多的獨特性質，很多也是單磁疇結構的原因所致。第七頁，共二十二頁，2022年，8月28日(2)奇異的超順磁性與較高的矯頑力單磁疇時，材料自發(fā)磁化，磁矩都排列在易磁化方向材料內部的各向異性能與熱運動能相比擬時易磁化方向就會作無規(guī)律變化即宏觀上顯示超順磁性(a)鐵磁性(b)順磁性第八頁，共二十二頁，2022年，8月28日以直徑為9nm的鎳為例磁有序的弛豫時間

k為各項異性常數約為10-11sV為晶粒的體積。對于9納米的鎳在T=631K時，各向異性常數K為5.8×10-2J。由此可得=4.18×10-17s由麥克斯韋平均自由程公式和平均熱速率公式

n為分子數密度為有效直徑=710-17s

第九頁，共二十二頁，2022年，8月28日可見磁有序的弛豫時間與熱運動近似處于同一數量級，從而從另一個角度證明了此時的各向異性能與熱運動能可以相比擬，顯示超順磁性。顆粒直徑Dnm1018385880矯頑力HC×103/4πA*m-1

078195240200第十頁，共二十二頁，2022年，8月28日用Origin作圖得曲線第十一頁，共二十二頁，2022年，8月28日實驗論證不同尺度和形貌的普魯士藍近似物晶體如圖第十二頁，共二十二頁，2022年，8月28日磁滯曲線第十三頁，共二十二頁，2022年，8月28日磁性納米材料的應用利用磁場與磁性納米材料相互作用合成新穎的納米材料第十四頁，共二十二頁，2022年，8月28日磁性納米材料的應用以合成四氧化三鐵單晶為例圖號外加磁場強度（T）產物形貌圖-A0全部是塊狀晶體圖-B0.15產物中出現了少量納米帶圖-C0.25產物中納米帶增多圖圖-D0.35產物為均勻的納米帶第十五頁，共二十二頁，2022年，8月28日簡單的模型納米磁性材料擁有易磁化軸，外有磁場的介入，就有可能使粒子沿著易磁化軸的方向聚集、融合、生長第十六頁，共二十二頁，2022年，8月28日同時，在溶液中，離子定向移動產生電流，當磁場在垂直于電流方向有分量時，會產生洛侖茲力——Q*V*B，在磁場的作用下，反應體系中帶電荷的基團（表面活性劑、無機離子、帶電荷的膠團）可能受到洛侖茲力(Q*V*B)的擾動，呈現出與無磁場是不一樣的分布情況，從而產生不同的吸附如下圖第十七頁，共二十二頁，2022年，8月28日應用強磁場下在砷化鎵襯底下自組裝四氧化三鐵納米顆粒，并觀測到沿磁力線方向上磁性顆粒的長程有序；利用1T磁場把磁性鐵微球排列成整齊的六方堆積；利用磁場成功合成很多納米磁性顆粒和指引碳納米管的定向排列；在磁場輔助下通過簡單的水熱一步合成制備出結構復雜的珍珠鏈狀磁鐵礦和白鐵礦微米線/棒。第十八頁，共二十二頁，2022年，8月28日近期science上發(fā)表的重要文章報道了利用不同尺寸納米材料磁學性能不同進行污水治理和復雜混合物分離的新技術。第十九頁，共二十二頁，2022年，8月28日自下而上(bottom-up)介觀晶體(mesocrystal)自組裝(self-assemble)（A）顆粒（B）介觀晶體第二十頁，共二十二頁，2022年，8月28日引用文獻1]H.Zeng,J.Li,J.P.Liu.“Exchange-couplednanocompositemagnetsbynanoparticleself-assembly”[J]Nature,2002.420:395-398.[2]H.L.Sun,H.T.Shi,F.Zhao,L.M.Qi.“Shape-dependentmagneticpropertiesoflow-dimensionalnanoscalePrussianblueagalogueSmFe(CN)6·4H2O”[J]Chem.Commun.,2005.(DOI:10.1039/b507240a)[3]C.B.Rong,D.R.Li,V.Nandwana.“Size-dependentChemicalandMagneticOrderinginL10-FePtNanoparticles”[J]Adv.Mater.,2006,18:2984-2988.(DOI:10.1002/adma.200601904)[4]D.B.Yu,X.Q.Sun,J.W.Zou.“OrientedAssemblyofFe3O4NanoparticlesintoMonodisperseHollowSingle-CrystallMicrospheres”[J]J.Phys.Chem.B.,2006,110(43):21667-21671.(DOI:10.