納米技術(shù)是近年來崛起的一門嶄新技術(shù)，它是在現(xiàn)代物理學(xué)與先進(jìn)工程技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上誕生的，是一門基礎(chǔ)研究與應(yīng)用探索緊密聯(lián)系的新型科學(xué)技術(shù)。納米技術(shù)被公認(rèn)為是21世紀(jì)最具有前途的科研領(lǐng)域，現(xiàn)已成為當(dāng)今世界活躍的研究熱點(diǎn)之一。 所謂納米技術(shù)（nanotechnology）是指在納米尺度（0.1～100nm）上，研究物質(zhì)（包括原子和分子）的特性和相互作用，以及利用這些特性的多學(xué)科相互滲透的高新技術(shù)。它使人類的認(rèn)識(shí)和改造物質(zhì)世界的手段和能力延伸到原子和分子水平，其最終目標(biāo)是以物質(zhì)在納米尺度上表現(xiàn)出來的特性制造具有特定功能的產(chǎn)品，使之微型化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)方式的跨越式發(fā)展。將對(duì)人類產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，改變?nèi)藗兊乃季S和生活方式。
納米技術(shù)的領(lǐng)域主要為納米材料學(xué)、納米物理學(xué)、納米電子學(xué)、納米機(jī)械學(xué)、納米制造學(xué)、納米生物學(xué)、納米顯微學(xué)、納米計(jì)量學(xué)、納米摩擦學(xué)和微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）等。在磁性材料中，納米技術(shù)可用于納米晶軟磁材料、納米晶永磁材料、納米磁流體、納米信息存儲(chǔ)材料、納米吸波磁性材料、納米巨磁致伸縮材料等。
納米晶軟磁材料
納米晶軟磁材料一般是指材料中晶粒尺寸減小到納米量級(jí)（一般≤50nm）而獲得高起始磁導(dǎo)率（μi～105）和低矯頑力（Hc～0.5A/m）的材料。一般是在Fe-B-Si基合金中加少量Cu和Nb，在制成非晶材料后，再進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚恚珻u和Nb的作用分別是增加晶核數(shù)量和抑制晶粒長大以獲得超細(xì)（納米級(jí)）晶粒結(jié)構(gòu)。納米晶軟磁材料由于其特殊的結(jié)構(gòu)其磁各向異性很小，磁致伸縮趨于零，且電阻率比晶態(tài)軟磁合金高，而略低于非晶態(tài)合金，具有高磁通密度、高磁導(dǎo)率和低鐵損的綜合優(yōu)異性能。
納米晶軟磁材料是1988年由日本日立公司的吉澤克仁及同事發(fā)現(xiàn)的，他們將含有Cu、Nb的Fe-Si-B非晶合金條帶退火后，發(fā)現(xiàn)基體上均勻分布著許多無規(guī)取向的粒徑為10～15nm的α-Fe(Si)晶粒。這種退火后形成的納米合金，其起始磁導(dǎo)率相對(duì)于非晶合金不是下降而是大幅提高，同時(shí)又具有相當(dāng)高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，其組成為Fe73.5Cu1.0Nb3.0Si13.5B9.0。他們命名這種合金為Finemet，F(xiàn)inemet的磁導(dǎo)率高達(dá)105，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.30T，其性能優(yōu)于鐵氧體與非晶磁性材料。用于工作頻率為30kHz的2kW開關(guān)電源變壓器，重量僅為300g，體積僅為鐵氧體的1/5，效率高達(dá)96%。Fe-Cu-Nb-Si-B系納米材料能夠獲得軟磁性的重點(diǎn)原因是：在Fe-Cu-Nb-Si-B納米材料中，α-Fe(Si)固溶體晶粒極為細(xì)小，每個(gè)晶粒的晶體學(xué)方向取決于隨機(jī)無規(guī)則分布晶粒間的交換耦合作用，這種交換耦合作用的結(jié)果使得局域各向異性被有效地平均掉，致使材料的有效磁各向異性極低。
吉澤克仁的發(fā)現(xiàn)掀起了世界范圍納米晶軟磁材料的研究熱潮。繼Fe-Si-B納米微晶軟磁材料后，90年代，F(xiàn)e-M-B，F(xiàn)e-M-C，F(xiàn)e-M-N，F(xiàn)e-M-O等系列納米微晶軟磁材料如雨后春筍破土而出。最近又有人研究了在Fe-Si-B-Cu-Nb納米晶材料中加Al對(duì)磁性的影響。隨著Al含量的增加，Hc先顯著降低，然后無大的變化；Ms則線性減小；晶粒大小在最佳熱處理情況下無明顯的變化。我國學(xué)者張延中等人以V、Mo取代Fe-Cu-Nb-Si-B合金中的Nb，制備出的納米晶合金薄帶其軟磁性能亦十分優(yōu)異，成本亦相應(yīng)降低。新近科學(xué)界又發(fā)現(xiàn)納米微晶軟磁材料在高頻場中具有巨磁阻抗效應(yīng)，又為它作為磁敏感元件的應(yīng)用提供了良好的前景。
目前，納米微晶軟磁材料正沿著高頻、多功能方向發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒈榧败洿挪牧蠎?yīng)用的各方面，如功率變壓器、脈沖變壓器、高頻變壓器、扼流圈、可飽和電抗器、互感器、磁屏蔽、磁頭、磁開關(guān)和傳感器等，它將成為鐵氧體的有力競爭者。
納米微晶稀土永磁材料
由于稀土永磁材料的問世，使永磁材料的性能突飛猛進(jìn)。稀土永磁材料已經(jīng)歷了SmCo5，Sm2Co17以及Nd-Fe-B三個(gè)發(fā)展階段。自1983年第三代稀土材料Nd-Fe-B問世以來，以其優(yōu)異的性能和資源豐富的原材料而成為各國研究者所關(guān)注的對(duì)象，目前燒結(jié)Nd-Fe-B稀土永磁的磁能積已高達(dá)432kJ/m3(54MGOe)，已接近理論值512kJ/m3(64MGOe)，并迅速走出實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)入規(guī)模化生產(chǎn)。Nd-Fe-B產(chǎn)值年增長率約為18%～20%，已占永磁材料總產(chǎn)值的40%。但Nd-Fe-B永磁體的主要缺點(diǎn)是居里溫度偏低（TC≈593K），最高工作溫度約為450K，此外化學(xué)穩(wěn)定性較差，易被腐蝕和氧化，價(jià)格也比鐵氧體高，這限制了它的使用范圍。
目前研究方向是一方面探索新型的稀土永磁材料，如ThMn12型化合物，Sm2Fe17Nx，Sm2Fe17C化合物等，另一方面便是研制納米復(fù)合稀土永磁材料。最早研制的納米晶稀土永磁合金是在快淬Nd-Fe-B合金中添加某些微量元素如V、Si、Ga、Nb、Co等有利于晶粒細(xì)化并形成納米晶，從而獲得較高的Br，達(dá)到提高(BH)max的目的。最近Coehoorn[3]和Ding等人提出了“雙相納米晶耦合永磁合金”的新概念。這種合金中至少含有兩個(gè)主要磁性相：軟磁相和硬磁相，并且具有納米尺度的顯微結(jié)構(gòu)。通常軟磁材料的飽和磁化強(qiáng)度高于永磁材料，而永磁材料的磁晶各向異性又遠(yuǎn)高于軟磁材料，如將軟磁相與永磁相在納米尺度范圍內(nèi)進(jìn)行復(fù)合，就有可能獲得具有兩者優(yōu)點(diǎn)的高飽和磁化強(qiáng)度、高矯頑力的新型永磁材料。目前，納米稀土永磁合金已進(jìn)入實(shí)用化階段，最常用的是Nd2Fe14B＋α-Fe或Nd2Fe14B＋Fe3B合金。同其他永磁材料相比，由于納米晶稀土永磁合金含較少的稀土金屬，故具有較好的溫度穩(wěn)定性，并且抗氧化，耐腐蝕，成本相對(duì)減少。同時(shí)合金中含較多的鐵，可望改善合金的脆性和加工性。并且，納米晶稀土永磁合金具有極高的潛在(BH)max值，因此，納米永磁材料有望成為新一代永磁材料，已成為目前研究的熱點(diǎn)。
納米磁流體
磁流體（Magnetic Liquid）是由具有鐵磁性的超細(xì)固體微粒（直徑為幾～十幾nm）高度彌散在基液中而構(gòu)成的穩(wěn)定的膠體溶液。磁流體一般包含三個(gè)組分：（1）鐵磁性納米級(jí)顆粒；（2）包裹顆粒的穩(wěn)定劑；（3）一種適宜的液體作液態(tài)載體。其中鐵磁性顆粒一般選取Fe3O4、鐵、鈷、鎳等磁性好的超細(xì)微顆粒。正是由于鐵磁性顆粒分散在載液中，故而使其呈現(xiàn)磁性。穩(wěn)定劑最常用的有油酸、丁二酸、氟醚酸，能夠防止磁性顆粒相互聚集，使得磁流體即使在重力、電、磁等力作用下亦能長期穩(wěn)定，不產(chǎn)生沉淀與分離。載液種類很多，可以是水、煤油、汞等等。
由于均勻分散在液態(tài)載體中的超微磁粒小到亞疇狀態(tài)，其磁化矢量自發(fā)磁化至飽和，但因粒子微小及涂敷界面活性劑后克服了范德瓦爾斯力，從而使其懸浮在載液中呈布朗運(yùn)動(dòng)，故粒子磁矩任意取向，與順磁體的狀態(tài)相同，即呈現(xiàn)超順磁性。其磁化強(qiáng)度隨磁場強(qiáng)度的增大而上升，甚至在高磁場情況下也很難趨于飽和，并無磁滯現(xiàn)象，矯頑力和剩磁均為零。當(dāng)光通過磁流體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生雙折射效應(yīng)，磁流體流向與外磁場方向平行時(shí)的粘度要比垂直方向的粘度大，其磁導(dǎo)率不但具有頻散現(xiàn)象，而且還有磁粘滯性現(xiàn)象。此外用外磁場還可以控制超聲波在磁流體中傳播的速度和衰減。
磁流體由于兼有磁體的磁性和液體的流動(dòng)性，具有其他固態(tài)磁性材料以及其他液體所沒有的一系列新性質(zhì)，因此引起了各國的廣泛關(guān)注。上世紀(jì)60年代，美國Papell利用磁鐵礦粉，經(jīng)過球磨獲得了鐵氧體磁流體，為美國宇航局解決了宇宙服密封問題。但由于鐵氧體磁流體的磁化強(qiáng)度最大不超過4×10－2T，因此鐵氧體磁流體的應(yīng)用受到限制。80年代日本成功地研制出金屬磁流體，飽和磁化強(qiáng)度達(dá)到12×10－2T。金屬磁流體的磁性能高于鐵氧體磁流體，但是抗氧化性遠(yuǎn)不及后者。90年代日本利用氨化羰基鐵絡(luò)合物熱分解，研制出氮化鐵（ε-Fe3N）磁流體。飽和磁化強(qiáng)度增至17×10－2T，并且具有較高的穩(wěn)定性，成為科技界公認(rèn)的具有廣泛應(yīng)用前途的新型磁流體。
自從美國宇航局利用磁流體克服了失重狀態(tài)燃料不能正常工作的問題以來，國內(nèi)外對(duì)磁流體的應(yīng)用研究十分活躍，其應(yīng)用范圍不斷拓展�，F(xiàn)已廣泛用于磁液密封、電聲器件、阻尼器件、潤滑、選礦、工業(yè)廢液處理、熱交換、磁回路、傳熱器、醫(yī)療衛(wèi)生、生物磁學(xué)等方面。目前，日、美、俄、西歐諸國均可批量生產(chǎn)性能穩(wěn)定的磁流體。我國研究這項(xiàng)技術(shù)也有十余年歷史，一些單位在其應(yīng)用研究方面也取得了可喜成績，如中國西南應(yīng)用磁學(xué)研究所、南京大學(xué)、北京理工大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、北方交通大學(xué)、電子科技大學(xué)等。相信在不久的將來，隨著科學(xué)家們對(duì)磁流體物理化學(xué)性質(zhì)的深入認(rèn)識(shí)，以及對(duì)超微磁性粒子、穩(wěn)定劑和載液的深入研究，穩(wěn)定性更好、性能更高的實(shí)用化磁流體將不斷出現(xiàn)，并將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
納米信息存儲(chǔ)材料
實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)材料的晶粒進(jìn)入納米尺寸時(shí)，具有比通常結(jié)構(gòu)下的同成分的材料特殊得多的磁學(xué)性能，其磁結(jié)構(gòu)從多疇區(qū)變?yōu)閱萎爡^(qū)，其矯頑力達(dá)到最高值，用它制作磁記錄材料可以大大提高信噪比，改善圖象質(zhì)量，而且可以達(dá)到信息記錄高密度化。
納米磁記錄材料的研究現(xiàn)已有很大的進(jìn)展。納米磁性多層薄膜是一種有巨大潛力的信息存儲(chǔ)介質(zhì)，迄今為止，納米磁性多層膜已有350多個(gè)研究系列，實(shí)驗(yàn)存儲(chǔ)密度已達(dá)65Gb/in2。納米巨磁電阻（GMR）材料可使計(jì)算機(jī)磁盤存儲(chǔ)能力提高30倍左右，使每平方英寸的存儲(chǔ)能力增加到100億位。
納米GMR材料已引起越來越多的科學(xué)家和企業(yè)家的重視，利用納米GMR可使計(jì)算機(jī)磁盤存儲(chǔ)能力大大提高。1993年美國IBM的科學(xué)家，在多層膜GMR效應(yīng)方面獲得突破性進(jìn)展，他們發(fā)現(xiàn)了一種在低磁場下產(chǎn)生GMR的方法。利用濺射方法制得納米多層膜，然后將膜迅速退火，該材料在低磁場呈現(xiàn)大的GMR效應(yīng)，將大大增高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件的容量。俄羅斯科學(xué)家已開發(fā)出制備Ni，Cu，Al，Ag，F(xiàn)e，Sn，Mg，Mn，Pt，Au，Mo，W，V以及稀土金屬等納米級(jí)金屬超細(xì)粉末的生產(chǎn)工藝。熔點(diǎn)在1500℃以上的所有金屬都可獲得納米級(jí)超細(xì)粉末。Fe-Ni超細(xì)顆粒制作高密度金屬磁帶，已進(jìn)入實(shí)用階段。目前國內(nèi)外正在研制典型的垂直磁記錄介質(zhì)——納米級(jí)六角晶系鐵氧體，其高頻特性優(yōu)于γ-Fe2O3，化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)于金屬磁粉，現(xiàn)已成為新型的磁記錄介質(zhì)而嶄露鋒芒。
納米吸波材料
納米材料獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使其具有隧道效應(yīng)、量子效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和界面效應(yīng)等。將納米材料作為吸收劑制成涂料，不僅對(duì)電磁波吸收性能好，而且涂層薄，吸收頻帶寬。金屬、金屬氧化物和某些非金屬材料的納米磁性超細(xì)微顆粒對(duì)電磁波具有強(qiáng)烈的吸收能力，這是由于納米磁性超細(xì)微顆粒處于表面的原子數(shù)非常多，大大增強(qiáng)了納米材料的活性，在電磁場的輻射下，原子、電子運(yùn)動(dòng)加劇，形成共振，使電磁能轉(zhuǎn)化為熱能，從而增大了對(duì)電磁波的吸收。目前被稱作“超黑色”的吸波材料對(duì)雷達(dá)波的吸收率可達(dá)99%，這種吸波材料被認(rèn)為最有可能屬于納米材料。法國研制成一種寬頻微波吸收涂層，磁導(dǎo)率的實(shí)部與虛部在0.1～18GHz頻率范圍內(nèi)均大于6，與粘結(jié)劑復(fù)合而成的RAM(Radar Absorption Material)的電阻率大于5Ω·cm，在50MHz～50GHz頻率范圍內(nèi)吸波性能較好。
納米材料對(duì)電磁波的強(qiáng)烈吸收作用，已受到各國研究機(jī)構(gòu)的重視。其最重要的應(yīng)用之一是納米隱身吸波材料。隱身技術(shù)是當(dāng)今舉世矚目的重大軍事高技術(shù)，1991年美國以迅雷不及掩耳之勢對(duì)伊拉克進(jìn)行了大規(guī)�？找u，而無一架作戰(zhàn)飛機(jī)受傷，其重要原因之一是美國的作戰(zhàn)飛機(jī)表面涂有一層吸收電磁波的鐵氧體系列材料，這種材料能夠有效地吸收敵方偵察雷達(dá)電磁波能量，從而使雷達(dá)偵察系統(tǒng)失去作用，把自身隱藏起來。但是傳統(tǒng)的常規(guī)鐵氧體材料，由于密度大，很難適應(yīng)現(xiàn)代的要求。納米材料因其在電磁波吸收方面具有突出的表現(xiàn)，在較寬的頻譜范圍里呈現(xiàn)較大吸收，可作為一種微波毫米波乃至光波的全波段隱身材料，必將取代傳統(tǒng)的常規(guī)鐵氧體材料，成為新一代穩(wěn)身吸波材料。
目前國內(nèi)外研究的納米電磁波吸收材料主要有如下幾種類型：納米金屬與合金吸收劑、納米氧化物吸收劑、納米SiC吸收劑、納米鐵氧體吸收劑、納米石墨吸收劑、納米Si/C/N和Si/C/N/O吸收劑、納米金屬膜/絕緣介質(zhì)膜吸收劑、納米導(dǎo)電聚合物吸收劑、納米氮化物吸收劑等。
納米巨磁致伸縮材料
物體在磁場中磁化時(shí)會(huì)沿著磁化方向發(fā)生伸長或縮短，這一現(xiàn)象叫做磁致伸縮效應(yīng)。磁致伸縮的大小在技術(shù)上，以飽和磁致伸縮系數(shù)λs=ΔL/L來度量，通常λs小于10－5量級(jí)。磁致伸縮現(xiàn)象早已為人們所發(fā)現(xiàn)，但無論是過去常用的鐵鈷、鎳鐵磁性金屬、鐵氧體磁性氧化物，還是新近開發(fā)的非晶態(tài)磁性合金，它們的λs值都很小，應(yīng)用范圍很有限。
60年代初，美國海軍軍械實(shí)驗(yàn)室的Clark等人發(fā)現(xiàn)Tb，Dy等稀土金屬單晶物質(zhì)在低溫下會(huì)產(chǎn)生巨大的磁致伸縮效應(yīng)，稱之為巨磁致伸縮效應(yīng)。這種材料的最大特點(diǎn)是伸縮量比原有的磁性材料大得多，能量密度高，居里溫度高，適于高溫環(huán)境。
70年代，磁性技術(shù)又有了重大進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)一類新的Laves相——稀土(R)-過渡金屬間化合物RFe2，其在室溫下呈現(xiàn)巨大的磁致伸縮應(yīng)變。如TbFe2在160kA/m（2kOe）的磁場作用下λ111可達(dá)2000×10－6，比過去已知的磁致伸縮材料大兩個(gè)數(shù)量級(jí)。自此以后，該類材料的機(jī)理和技術(shù)性能的研究引起了人們的極大興趣，至今該領(lǐng)域的研究仍十分活躍。由于實(shí)際的需要，我們希望能在小的磁場下獲得大的磁致伸縮性能，因而對(duì)材料的低場響應(yīng)特性提出了高的要求。要獲得這樣性能的材料，在磁致伸縮基本保持不變的情況下，關(guān)鍵是降低材料的飽和場Hs（=2K1/Ms）。解決的辦法是利用多層膜技術(shù)。如果膜層的厚度在鐵磁交換作用距離內(nèi)，納米膜層由于交換耦合，將對(duì)外呈現(xiàn)一致的磁化特性，其性能參數(shù)取各層材料的平均值。這種“人工”材料，其飽和Hs場會(huì)顯著降低，而λs會(huì)基本不變。
納米巨磁致伸縮材料具有很高的能量轉(zhuǎn)換效應(yīng)，能產(chǎn)生很大的機(jī)械力，彈性模量隨磁場有很大的變化，抗壓強(qiáng)度很高，是優(yōu)異的換能材料，應(yīng)用前景十分廣闊。目前在聲納、傳感器、超聲發(fā)生器、微距器等方面已有一些應(yīng)用。但由于工藝上的問題，共生產(chǎn)和應(yīng)用還處于起步階段。
展望
納米技術(shù)作為跨世紀(jì)的新學(xué)科，它已成為科學(xué)界和工程技術(shù)界備加關(guān)注的熱點(diǎn)，美國、日本、德國、英國等發(fā)達(dá)國家都制定了發(fā)展納米技術(shù)的國家規(guī)劃，并作為自然科學(xué)基金優(yōu)先支持的項(xiàng)目。我國在納米技術(shù)領(lǐng)域起步并不晚，納米技術(shù)被認(rèn)為是我國在本世紀(jì)趕超和占領(lǐng)國際一席之地的一個(gè)重要高技術(shù)領(lǐng)域。國家科委、國家自然科學(xué)基金委和國防科工委都在組織推進(jìn)這一重大新興科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。目前，我國約有近百個(gè)研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)開發(fā)納米材料研究工作，其中清華、北大、南京大學(xué)、中科院都設(shè)有國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行納米材料的研究。正如70年代微電子技術(shù)引發(fā)了信息革命一樣，納米技術(shù)將成為本世紀(jì)信息時(shí)代的核心。人們正在注視著納米技術(shù)領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)的奇異現(xiàn)象和新進(jìn)展。可見預(yù)見，各種新的納米磁性材料將會(huì)被不斷地開發(fā)出來，納米技術(shù)作為一門新興學(xué)科，必將給傳統(tǒng)的磁性材料帶來一場革命。納米晶軟磁材料、納米晶永磁材料、納米磁流體、納米信息存儲(chǔ)材料、納米吸波磁性材料、納米巨磁致伸縮材料作為納米技術(shù)的重要領(lǐng)域，其前景十分誘人，其有關(guān)發(fā)展必將對(duì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防實(shí)力、學(xué)科發(fā)展以至社會(huì)進(jìn)步產(chǎn)生巨大的影響。
納米技術(shù)的領(lǐng)域主要為納米材料學(xué)、納米物理學(xué)、納米電子學(xué)、納米機(jī)械學(xué)、納米制造學(xué)、納米生物學(xué)、納米顯微學(xué)、納米計(jì)量學(xué)、納米摩擦學(xué)和微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）等。在磁性材料中，納米技術(shù)可用于納米晶軟磁材料、納米晶永磁材料、納米磁流體、納米信息存儲(chǔ)材料、納米吸波磁性材料、納米巨磁致伸縮材料等。
納米晶軟磁材料
納米晶軟磁材料一般是指材料中晶粒尺寸減小到納米量級(jí)（一般≤50nm）而獲得高起始磁導(dǎo)率（μi～105）和低矯頑力（Hc～0.5A/m）的材料。一般是在Fe-B-Si基合金中加少量Cu和Nb，在制成非晶材料后，再進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚恚珻u和Nb的作用分別是增加晶核數(shù)量和抑制晶粒長大以獲得超細(xì)（納米級(jí)）晶粒結(jié)構(gòu)。納米晶軟磁材料由于其特殊的結(jié)構(gòu)其磁各向異性很小，磁致伸縮趨于零，且電阻率比晶態(tài)軟磁合金高，而略低于非晶態(tài)合金，具有高磁通密度、高磁導(dǎo)率和低鐵損的綜合優(yōu)異性能。
納米晶軟磁材料是1988年由日本日立公司的吉澤克仁及同事發(fā)現(xiàn)的，他們將含有Cu、Nb的Fe-Si-B非晶合金條帶退火后，發(fā)現(xiàn)基體上均勻分布著許多無規(guī)取向的粒徑為10～15nm的α-Fe(Si)晶粒。這種退火后形成的納米合金，其起始磁導(dǎo)率相對(duì)于非晶合金不是下降而是大幅提高，同時(shí)又具有相當(dāng)高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，其組成為Fe73.5Cu1.0Nb3.0Si13.5B9.0。他們命名這種合金為Finemet，F(xiàn)inemet的磁導(dǎo)率高達(dá)105，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.30T，其性能優(yōu)于鐵氧體與非晶磁性材料。用于工作頻率為30kHz的2kW開關(guān)電源變壓器，重量僅為300g，體積僅為鐵氧體的1/5，效率高達(dá)96%。Fe-Cu-Nb-Si-B系納米材料能夠獲得軟磁性的重點(diǎn)原因是：在Fe-Cu-Nb-Si-B納米材料中，α-Fe(Si)固溶體晶粒極為細(xì)小，每個(gè)晶粒的晶體學(xué)方向取決于隨機(jī)無規(guī)則分布晶粒間的交換耦合作用，這種交換耦合作用的結(jié)果使得局域各向異性被有效地平均掉，致使材料的有效磁各向異性極低。
吉澤克仁的發(fā)現(xiàn)掀起了世界范圍納米晶軟磁材料的研究熱潮。繼Fe-Si-B納米微晶軟磁材料后，90年代，F(xiàn)e-M-B，F(xiàn)e-M-C，F(xiàn)e-M-N，F(xiàn)e-M-O等系列納米微晶軟磁材料如雨后春筍破土而出。最近又有人研究了在Fe-Si-B-Cu-Nb納米晶材料中加Al對(duì)磁性的影響。隨著Al含量的增加，Hc先顯著降低，然后無大的變化；Ms則線性減小；晶粒大小在最佳熱處理情況下無明顯的變化。我國學(xué)者張延中等人以V、Mo取代Fe-Cu-Nb-Si-B合金中的Nb，制備出的納米晶合金薄帶其軟磁性能亦十分優(yōu)異，成本亦相應(yīng)降低。新近科學(xué)界又發(fā)現(xiàn)納米微晶軟磁材料在高頻場中具有巨磁阻抗效應(yīng)，又為它作為磁敏感元件的應(yīng)用提供了良好的前景。
目前，納米微晶軟磁材料正沿著高頻、多功能方向發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒈榧败洿挪牧蠎?yīng)用的各方面，如功率變壓器、脈沖變壓器、高頻變壓器、扼流圈、可飽和電抗器、互感器、磁屏蔽、磁頭、磁開關(guān)和傳感器等，它將成為鐵氧體的有力競爭者。
納米微晶稀土永磁材料
由于稀土永磁材料的問世，使永磁材料的性能突飛猛進(jìn)。稀土永磁材料已經(jīng)歷了SmCo5，Sm2Co17以及Nd-Fe-B三個(gè)發(fā)展階段。自1983年第三代稀土材料Nd-Fe-B問世以來，以其優(yōu)異的性能和資源豐富的原材料而成為各國研究者所關(guān)注的對(duì)象，目前燒結(jié)Nd-Fe-B稀土永磁的磁能積已高達(dá)432kJ/m3(54MGOe)，已接近理論值512kJ/m3(64MGOe)，并迅速走出實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)入規(guī)模化生產(chǎn)。Nd-Fe-B產(chǎn)值年增長率約為18%～20%，已占永磁材料總產(chǎn)值的40%。但Nd-Fe-B永磁體的主要缺點(diǎn)是居里溫度偏低（TC≈593K），最高工作溫度約為450K，此外化學(xué)穩(wěn)定性較差，易被腐蝕和氧化，價(jià)格也比鐵氧體高，這限制了它的使用范圍。
目前研究方向是一方面探索新型的稀土永磁材料，如ThMn12型化合物，Sm2Fe17Nx，Sm2Fe17C化合物等，另一方面便是研制納米復(fù)合稀土永磁材料。最早研制的納米晶稀土永磁合金是在快淬Nd-Fe-B合金中添加某些微量元素如V、Si、Ga、Nb、Co等有利于晶粒細(xì)化并形成納米晶，從而獲得較高的Br，達(dá)到提高(BH)max的目的。最近Coehoorn[3]和Ding等人提出了“雙相納米晶耦合永磁合金”的新概念。這種合金中至少含有兩個(gè)主要磁性相：軟磁相和硬磁相，并且具有納米尺度的顯微結(jié)構(gòu)。通常軟磁材料的飽和磁化強(qiáng)度高于永磁材料，而永磁材料的磁晶各向異性又遠(yuǎn)高于軟磁材料，如將軟磁相與永磁相在納米尺度范圍內(nèi)進(jìn)行復(fù)合，就有可能獲得具有兩者優(yōu)點(diǎn)的高飽和磁化強(qiáng)度、高矯頑力的新型永磁材料。目前，納米稀土永磁合金已進(jìn)入實(shí)用化階段，最常用的是Nd2Fe14B＋α-Fe或Nd2Fe14B＋Fe3B合金。同其他永磁材料相比，由于納米晶稀土永磁合金含較少的稀土金屬，故具有較好的溫度穩(wěn)定性，并且抗氧化，耐腐蝕，成本相對(duì)減少。同時(shí)合金中含較多的鐵，可望改善合金的脆性和加工性。并且，納米晶稀土永磁合金具有極高的潛在(BH)max值，因此，納米永磁材料有望成為新一代永磁材料，已成為目前研究的熱點(diǎn)。
納米磁流體
磁流體（Magnetic Liquid）是由具有鐵磁性的超細(xì)固體微粒（直徑為幾～十幾nm）高度彌散在基液中而構(gòu)成的穩(wěn)定的膠體溶液。磁流體一般包含三個(gè)組分：（1）鐵磁性納米級(jí)顆粒；（2）包裹顆粒的穩(wěn)定劑；（3）一種適宜的液體作液態(tài)載體。其中鐵磁性顆粒一般選取Fe3O4、鐵、鈷、鎳等磁性好的超細(xì)微顆粒。正是由于鐵磁性顆粒分散在載液中，故而使其呈現(xiàn)磁性。穩(wěn)定劑最常用的有油酸、丁二酸、氟醚酸，能夠防止磁性顆粒相互聚集，使得磁流體即使在重力、電、磁等力作用下亦能長期穩(wěn)定，不產(chǎn)生沉淀與分離。載液種類很多，可以是水、煤油、汞等等。
由于均勻分散在液態(tài)載體中的超微磁粒小到亞疇狀態(tài)，其磁化矢量自發(fā)磁化至飽和，但因粒子微小及涂敷界面活性劑后克服了范德瓦爾斯力，從而使其懸浮在載液中呈布朗運(yùn)動(dòng)，故粒子磁矩任意取向，與順磁體的狀態(tài)相同，即呈現(xiàn)超順磁性。其磁化強(qiáng)度隨磁場強(qiáng)度的增大而上升，甚至在高磁場情況下也很難趨于飽和，并無磁滯現(xiàn)象，矯頑力和剩磁均為零。當(dāng)光通過磁流體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生雙折射效應(yīng)，磁流體流向與外磁場方向平行時(shí)的粘度要比垂直方向的粘度大，其磁導(dǎo)率不但具有頻散現(xiàn)象，而且還有磁粘滯性現(xiàn)象。此外用外磁場還可以控制超聲波在磁流體中傳播的速度和衰減。
磁流體由于兼有磁體的磁性和液體的流動(dòng)性，具有其他固態(tài)磁性材料以及其他液體所沒有的一系列新性質(zhì)，因此引起了各國的廣泛關(guān)注。上世紀(jì)60年代，美國Papell利用磁鐵礦粉，經(jīng)過球磨獲得了鐵氧體磁流體，為美國宇航局解決了宇宙服密封問題。但由于鐵氧體磁流體的磁化強(qiáng)度最大不超過4×10－2T，因此鐵氧體磁流體的應(yīng)用受到限制。80年代日本成功地研制出金屬磁流體，飽和磁化強(qiáng)度達(dá)到12×10－2T。金屬磁流體的磁性能高于鐵氧體磁流體，但是抗氧化性遠(yuǎn)不及后者。90年代日本利用氨化羰基鐵絡(luò)合物熱分解，研制出氮化鐵（ε-Fe3N）磁流體。飽和磁化強(qiáng)度增至17×10－2T，并且具有較高的穩(wěn)定性，成為科技界公認(rèn)的具有廣泛應(yīng)用前途的新型磁流體。
自從美國宇航局利用磁流體克服了失重狀態(tài)燃料不能正常工作的問題以來，國內(nèi)外對(duì)磁流體的應(yīng)用研究十分活躍，其應(yīng)用范圍不斷拓展�，F(xiàn)已廣泛用于磁液密封、電聲器件、阻尼器件、潤滑、選礦、工業(yè)廢液處理、熱交換、磁回路、傳熱器、醫(yī)療衛(wèi)生、生物磁學(xué)等方面。目前，日、美、俄、西歐諸國均可批量生產(chǎn)性能穩(wěn)定的磁流體。我國研究這項(xiàng)技術(shù)也有十余年歷史，一些單位在其應(yīng)用研究方面也取得了可喜成績，如中國西南應(yīng)用磁學(xué)研究所、南京大學(xué)、北京理工大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、北方交通大學(xué)、電子科技大學(xué)等。相信在不久的將來，隨著科學(xué)家們對(duì)磁流體物理化學(xué)性質(zhì)的深入認(rèn)識(shí)，以及對(duì)超微磁性粒子、穩(wěn)定劑和載液的深入研究，穩(wěn)定性更好、性能更高的實(shí)用化磁流體將不斷出現(xiàn)，并將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
納米信息存儲(chǔ)材料
實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)材料的晶粒進(jìn)入納米尺寸時(shí)，具有比通常結(jié)構(gòu)下的同成分的材料特殊得多的磁學(xué)性能，其磁結(jié)構(gòu)從多疇區(qū)變?yōu)閱萎爡^(qū)，其矯頑力達(dá)到最高值，用它制作磁記錄材料可以大大提高信噪比，改善圖象質(zhì)量，而且可以達(dá)到信息記錄高密度化。
納米磁記錄材料的研究現(xiàn)已有很大的進(jìn)展。納米磁性多層薄膜是一種有巨大潛力的信息存儲(chǔ)介質(zhì)，迄今為止，納米磁性多層膜已有350多個(gè)研究系列，實(shí)驗(yàn)存儲(chǔ)密度已達(dá)65Gb/in2。納米巨磁電阻（GMR）材料可使計(jì)算機(jī)磁盤存儲(chǔ)能力提高30倍左右，使每平方英寸的存儲(chǔ)能力增加到100億位。
納米GMR材料已引起越來越多的科學(xué)家和企業(yè)家的重視，利用納米GMR可使計(jì)算機(jī)磁盤存儲(chǔ)能力大大提高。1993年美國IBM的科學(xué)家，在多層膜GMR效應(yīng)方面獲得突破性進(jìn)展，他們發(fā)現(xiàn)了一種在低磁場下產(chǎn)生GMR的方法。利用濺射方法制得納米多層膜，然后將膜迅速退火，該材料在低磁場呈現(xiàn)大的GMR效應(yīng)，將大大增高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件的容量。俄羅斯科學(xué)家已開發(fā)出制備Ni，Cu，Al，Ag，F(xiàn)e，Sn，Mg，Mn，Pt，Au，Mo，W，V以及稀土金屬等納米級(jí)金屬超細(xì)粉末的生產(chǎn)工藝。熔點(diǎn)在1500℃以上的所有金屬都可獲得納米級(jí)超細(xì)粉末。Fe-Ni超細(xì)顆粒制作高密度金屬磁帶，已進(jìn)入實(shí)用階段。目前國內(nèi)外正在研制典型的垂直磁記錄介質(zhì)——納米級(jí)六角晶系鐵氧體，其高頻特性優(yōu)于γ-Fe2O3，化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)于金屬磁粉，現(xiàn)已成為新型的磁記錄介質(zhì)而嶄露鋒芒。
納米吸波材料
納米材料獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使其具有隧道效應(yīng)、量子效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和界面效應(yīng)等。將納米材料作為吸收劑制成涂料，不僅對(duì)電磁波吸收性能好，而且涂層薄，吸收頻帶寬。金屬、金屬氧化物和某些非金屬材料的納米磁性超細(xì)微顆粒對(duì)電磁波具有強(qiáng)烈的吸收能力，這是由于納米磁性超細(xì)微顆粒處于表面的原子數(shù)非常多，大大增強(qiáng)了納米材料的活性，在電磁場的輻射下，原子、電子運(yùn)動(dòng)加劇，形成共振，使電磁能轉(zhuǎn)化為熱能，從而增大了對(duì)電磁波的吸收。目前被稱作“超黑色”的吸波材料對(duì)雷達(dá)波的吸收率可達(dá)99%，這種吸波材料被認(rèn)為最有可能屬于納米材料。法國研制成一種寬頻微波吸收涂層，磁導(dǎo)率的實(shí)部與虛部在0.1～18GHz頻率范圍內(nèi)均大于6，與粘結(jié)劑復(fù)合而成的RAM(Radar Absorption Material)的電阻率大于5Ω·cm，在50MHz～50GHz頻率范圍內(nèi)吸波性能較好。
納米材料對(duì)電磁波的強(qiáng)烈吸收作用，已受到各國研究機(jī)構(gòu)的重視。其最重要的應(yīng)用之一是納米隱身吸波材料。隱身技術(shù)是當(dāng)今舉世矚目的重大軍事高技術(shù)，1991年美國以迅雷不及掩耳之勢對(duì)伊拉克進(jìn)行了大規(guī)�？找u，而無一架作戰(zhàn)飛機(jī)受傷，其重要原因之一是美國的作戰(zhàn)飛機(jī)表面涂有一層吸收電磁波的鐵氧體系列材料，這種材料能夠有效地吸收敵方偵察雷達(dá)電磁波能量，從而使雷達(dá)偵察系統(tǒng)失去作用，把自身隱藏起來。但是傳統(tǒng)的常規(guī)鐵氧體材料，由于密度大，很難適應(yīng)現(xiàn)代的要求。納米材料因其在電磁波吸收方面具有突出的表現(xiàn)，在較寬的頻譜范圍里呈現(xiàn)較大吸收，可作為一種微波毫米波乃至光波的全波段隱身材料，必將取代傳統(tǒng)的常規(guī)鐵氧體材料，成為新一代穩(wěn)身吸波材料。
目前國內(nèi)外研究的納米電磁波吸收材料主要有如下幾種類型：納米金屬與合金吸收劑、納米氧化物吸收劑、納米SiC吸收劑、納米鐵氧體吸收劑、納米石墨吸收劑、納米Si/C/N和Si/C/N/O吸收劑、納米金屬膜/絕緣介質(zhì)膜吸收劑、納米導(dǎo)電聚合物吸收劑、納米氮化物吸收劑等。
納米巨磁致伸縮材料
物體在磁場中磁化時(shí)會(huì)沿著磁化方向發(fā)生伸長或縮短，這一現(xiàn)象叫做磁致伸縮效應(yīng)。磁致伸縮的大小在技術(shù)上，以飽和磁致伸縮系數(shù)λs=ΔL/L來度量，通常λs小于10－5量級(jí)。磁致伸縮現(xiàn)象早已為人們所發(fā)現(xiàn)，但無論是過去常用的鐵鈷、鎳鐵磁性金屬、鐵氧體磁性氧化物，還是新近開發(fā)的非晶態(tài)磁性合金，它們的λs值都很小，應(yīng)用范圍很有限。
60年代初，美國海軍軍械實(shí)驗(yàn)室的Clark等人發(fā)現(xiàn)Tb，Dy等稀土金屬單晶物質(zhì)在低溫下會(huì)產(chǎn)生巨大的磁致伸縮效應(yīng)，稱之為巨磁致伸縮效應(yīng)。這種材料的最大特點(diǎn)是伸縮量比原有的磁性材料大得多，能量密度高，居里溫度高，適于高溫環(huán)境。
70年代，磁性技術(shù)又有了重大進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)一類新的Laves相——稀土(R)-過渡金屬間化合物RFe2，其在室溫下呈現(xiàn)巨大的磁致伸縮應(yīng)變。如TbFe2在160kA/m（2kOe）的磁場作用下λ111可達(dá)2000×10－6，比過去已知的磁致伸縮材料大兩個(gè)數(shù)量級(jí)。自此以后，該類材料的機(jī)理和技術(shù)性能的研究引起了人們的極大興趣，至今該領(lǐng)域的研究仍十分活躍。由于實(shí)際的需要，我們希望能在小的磁場下獲得大的磁致伸縮性能，因而對(duì)材料的低場響應(yīng)特性提出了高的要求。要獲得這樣性能的材料，在磁致伸縮基本保持不變的情況下，關(guān)鍵是降低材料的飽和場Hs（=2K1/Ms）。解決的辦法是利用多層膜技術(shù)。如果膜層的厚度在鐵磁交換作用距離內(nèi)，納米膜層由于交換耦合，將對(duì)外呈現(xiàn)一致的磁化特性，其性能參數(shù)取各層材料的平均值。這種“人工”材料，其飽和Hs場會(huì)顯著降低，而λs會(huì)基本不變。
納米巨磁致伸縮材料具有很高的能量轉(zhuǎn)換效應(yīng)，能產(chǎn)生很大的機(jī)械力，彈性模量隨磁場有很大的變化，抗壓強(qiáng)度很高，是優(yōu)異的換能材料，應(yīng)用前景十分廣闊。目前在聲納、傳感器、超聲發(fā)生器、微距器等方面已有一些應(yīng)用。但由于工藝上的問題，共生產(chǎn)和應(yīng)用還處于起步階段。
展望
納米技術(shù)作為跨世紀(jì)的新學(xué)科，它已成為科學(xué)界和工程技術(shù)界備加關(guān)注的熱點(diǎn)，美國、日本、德國、英國等發(fā)達(dá)國家都制定了發(fā)展納米技術(shù)的國家規(guī)劃，并作為自然科學(xué)基金優(yōu)先支持的項(xiàng)目。我國在納米技術(shù)領(lǐng)域起步并不晚，納米技術(shù)被認(rèn)為是我國在本世紀(jì)趕超和占領(lǐng)國際一席之地的一個(gè)重要高技術(shù)領(lǐng)域。國家科委、國家自然科學(xué)基金委和國防科工委都在組織推進(jìn)這一重大新興科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。目前，我國約有近百個(gè)研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)開發(fā)納米材料研究工作，其中清華、北大、南京大學(xué)、中科院都設(shè)有國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行納米材料的研究。正如70年代微電子技術(shù)引發(fā)了信息革命一樣，納米技術(shù)將成為本世紀(jì)信息時(shí)代的核心。人們正在注視著納米技術(shù)領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)的奇異現(xiàn)象和新進(jìn)展。可見預(yù)見，各種新的納米磁性材料將會(huì)被不斷地開發(fā)出來，納米技術(shù)作為一門新興學(xué)科，必將給傳統(tǒng)的磁性材料帶來一場革命。納米晶軟磁材料、納米晶永磁材料、納米磁流體、納米信息存儲(chǔ)材料、納米吸波磁性材料、納米巨磁致伸縮材料作為納米技術(shù)的重要領(lǐng)域，其前景十分誘人，其有關(guān)發(fā)展必將對(duì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防實(shí)力、學(xué)科發(fā)展以至社會(huì)進(jìn)步產(chǎn)生巨大的影響。
