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)被公認為是21世紀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)。它使人類的認識和改造物質(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，實現(xiàn)生產(chǎn)方式的跨越式發(fā)展。將對人類產(chǎn)生深遠的影響，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)、納米機械學(xué)、納米制造學(xué)、納米生物學(xué)、納米顯微學(xué)、納米計量學(xué)、納米摩擦學(xué)和微電子機械系統(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（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，再進行適當(dāng)?shù)臒崽幚�，Cu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（納米級）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)率相對于非晶合金不是下降而是大幅提高，同時又具有相當(dāng)高的飽和磁感應(yīng)強度，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105，飽和磁感應(yīng)強度為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96%。Fe-Cu-Nb-Si-B系納米材料能夠獲得軟磁性的重點原因是：在Fe-Cu-Nb-Si-B納米材料中，α-Fe(Si)固溶體晶粒極為細小，每個晶粒的晶體學(xué)方向取決于隨機無規(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��；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。稀土永磁材料已經(jīng)歷了SmCo5，Sm2Co17以及Nd-Fe-B三個發(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)注的對象，目前燒結(jié)Nd-Fe-B稀土永磁的磁能積已高達432kJ/m3(54MGOe)，已接近理論值512kJ/m3(64MGOe)，并迅速走出實驗室，進入規(guī)�；a(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等有利于晶粒細化并形成納米晶，從而獲得較高的Br，達到提高(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度高于永磁材料，而永磁材料的磁晶各向異性又遠高于軟磁材料，如將軟磁相與永磁相在納米尺度范圍內(nèi)進行復(fù)合，就有可能獲得具有兩者優(yōu)點的高飽和磁化強度、高矯頑力的新型永磁材料。目前，納米稀土永磁合金已進入實用化階段，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，成本相對減少。同時合金中含較多的鐵，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。
納米磁流體
磁流體（Magnetic Liquid）是由具有鐵磁性的超細固體微粒（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組分：（1）鐵磁性納米級顆粒；（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動，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。其磁化強度隨磁場強度的增大而上升，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，會產(chǎn)生雙折射效應(yīng)，磁流體流向與外磁場方向平行時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，飽和磁化強度達到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。飽和磁化強度增至17×10－2T，并且具有較高的穩(wěn)定性，成為科技界公認的具有廣泛應(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)外對磁流體的應(yīng)用研究十分活躍，其應(yīng)用范圍不斷拓展。現(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)家們對磁流體物理化學(xué)性質(zhì)的深入認識，以及對超微磁性粒子、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。
納米信息存儲材料
實驗表明，當(dāng)材料的晶粒進入納米尺寸時，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)已有很大的進展。納米磁性多層薄膜是一種有巨大潛力的信息存儲介質(zhì)，迄今為止，納米磁性多層膜已有350多個研究系列，實驗存儲密度已達65Gb/in2。納米巨磁電阻（GMR）材料可使計算機磁盤存儲能力提高30倍左右，使每平方英寸的存儲能力增加到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可使計算機磁盤存儲能力大大提高。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金屬超細粉末的生產(chǎn)工藝。熔點在1500℃以上的所有金屬都可獲得納米級超細粉末。Fe-Ni超細顆粒制作高密度金屬磁帶，已進入實用階段。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微顆粒對電磁波具有強烈的吸收能力，這是由于納米磁性超細微顆粒處于表面的原子數(shù)非常多，大大增強了納米材料的活性，在電磁場的輻射下，原子、電子運動加劇，形成共振，使電磁能轉(zhuǎn)化為熱能，從而增大了對電磁波的吸收。目前被稱作“超黑色”的吸波材料對雷達波的吸收率可達99%，這種吸波材料被認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。
納米材料對電磁波的強烈吸收作用，已受到各國研究機構(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伊拉克進行了大規(guī)�？找u，而無一架作戰(zhàn)飛機受傷，其重要原因之一是美國的作戰(zhàn)飛機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電磁波能量，從而使雷達偵察系統(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會沿著磁化方向發(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。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，美國海軍軍械實驗室的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2000×10－6，比過去已知的磁致伸縮材料大兩個數(shù)量級。自此以后，該類材料的機理和技術(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場會顯著降低，而λs會基本不變。
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)生很大的機械力，彈性模量隨磁場有很大的變化，抗壓強度很高，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，美國、日本、德國、英國等發(fā)達國家都制定了發(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)先支持的項目。我國在納米技術(shù)領(lǐng)域起步并不晚，納米技術(shù)被認為是我國在本世紀趕超和占領(lǐng)國際一席之地的一個重要高技術(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，我國約有近百個研究機構(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)有國家重點實驗室進行納米材料的研究。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)將成為本世紀信息時代的核心。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)象和新進展�？梢婎A(yù)見，各種新的納米磁性材料將會被不斷地開發(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)展必將對經(jīng)濟建設(shè)、國防實力、學(xué)科發(fā)展以至社會進步產(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)、納米機械學(xué)、納米制造學(xué)、納米生物學(xué)、納米顯微學(xué)、納米計量學(xué)、納米摩擦學(xué)和微電子機械系統(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（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，再進行適當(dāng)?shù)臒崽幚�，Cu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（納米級）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)率相對于非晶合金不是下降而是大幅提高，同時又具有相當(dāng)高的飽和磁感應(yīng)強度，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105，飽和磁感應(yīng)強度為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96%。Fe-Cu-Nb-Si-B系納米材料能夠獲得軟磁性的重點原因是：在Fe-Cu-Nb-Si-B納米材料中，α-Fe(Si)固溶體晶粒極為細小，每個晶粒的晶體學(xué)方向取決于隨機無規(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��；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。稀土永磁材料已經(jīng)歷了SmCo5，Sm2Co17以及Nd-Fe-B三個發(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)注的對象，目前燒結(jié)Nd-Fe-B稀土永磁的磁能積已高達432kJ/m3(54MGOe)，已接近理論值512kJ/m3(64MGOe)，并迅速走出實驗室，進入規(guī)�；a(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等有利于晶粒細化并形成納米晶，從而獲得較高的Br，達到提高(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度高于永磁材料，而永磁材料的磁晶各向異性又遠高于軟磁材料，如將軟磁相與永磁相在納米尺度范圍內(nèi)進行復(fù)合，就有可能獲得具有兩者優(yōu)點的高飽和磁化強度、高矯頑力的新型永磁材料。目前，納米稀土永磁合金已進入實用化階段，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，成本相對減少。同時合金中含較多的鐵，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。
納米磁流體
磁流體（Magnetic Liquid）是由具有鐵磁性的超細固體微粒（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組分：（1）鐵磁性納米級顆粒；（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動，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。其磁化強度隨磁場強度的增大而上升，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，會產(chǎn)生雙折射效應(yīng)，磁流體流向與外磁場方向平行時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，飽和磁化強度達到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。飽和磁化強度增至17×10－2T，并且具有較高的穩(wěn)定性，成為科技界公認的具有廣泛應(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)外對磁流體的應(yīng)用研究十分活躍，其應(yīng)用范圍不斷拓展。現(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)家們對磁流體物理化學(xué)性質(zhì)的深入認識，以及對超微磁性粒子、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。
納米信息存儲材料
實驗表明，當(dāng)材料的晶粒進入納米尺寸時，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)已有很大的進展。納米磁性多層薄膜是一種有巨大潛力的信息存儲介質(zhì)，迄今為止，納米磁性多層膜已有350多個研究系列，實驗存儲密度已達65Gb/in2。納米巨磁電阻（GMR）材料可使計算機磁盤存儲能力提高30倍左右，使每平方英寸的存儲能力增加到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可使計算機磁盤存儲能力大大提高。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金屬超細粉末的生產(chǎn)工藝。熔點在1500℃以上的所有金屬都可獲得納米級超細粉末。Fe-Ni超細顆粒制作高密度金屬磁帶，已進入實用階段。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微顆粒對電磁波具有強烈的吸收能力，這是由于納米磁性超細微顆粒處于表面的原子數(shù)非常多，大大增強了納米材料的活性，在電磁場的輻射下，原子、電子運動加劇，形成共振，使電磁能轉(zhuǎn)化為熱能，從而增大了對電磁波的吸收。目前被稱作“超黑色”的吸波材料對雷達波的吸收率可達99%，這種吸波材料被認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。
納米材料對電磁波的強烈吸收作用，已受到各國研究機構(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伊拉克進行了大規(guī)�？找u，而無一架作戰(zhàn)飛機受傷，其重要原因之一是美國的作戰(zhàn)飛機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電磁波能量，從而使雷達偵察系統(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會沿著磁化方向發(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。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，美國海軍軍械實驗室的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2000×10－6，比過去已知的磁致伸縮材料大兩個數(shù)量級。自此以后，該類材料的機理和技術(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場會顯著降低，而λs會基本不變。
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)生很大的機械力，彈性模量隨磁場有很大的變化，抗壓強度很高，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，美國、日本、德國、英國等發(fā)達國家都制定了發(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)先支持的項目。我國在納米技術(shù)領(lǐng)域起步并不晚，納米技術(shù)被認為是我國在本世紀趕超和占領(lǐng)國際一席之地的一個重要高技術(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，我國約有近百個研究機構(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)有國家重點實驗室進行納米材料的研究。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)將成為本世紀信息時代的核心。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)象和新進展�？梢婎A(yù)見，各種新的納米磁性材料將會被不斷地開發(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)展必將對經(jīng)濟建設(shè)、國防實力、學(xué)科發(fā)展以至社會進步產(chǎn)生巨大的影響。
