材料磁性

材料磁性（共12篇）

材料磁性 篇1

0 引言

随着雷达、微波通讯技术和电子工业的发展,各种电子设备的应用日益增多,电磁波辐射已经成为一种新的社会公害。同时,为了满足抗电磁干扰涂料、隐身技术以及微波暗室的需要,电磁波吸收材料在近些年得到了广泛的研究[1]。目前,在诸多种类的吸波材料中,铁氧体是应用最广泛的一种。

铁氧体是一种双复介质,其相对磁导率和相对电导率都是复数形式,因此它既能产生介电损耗又能产生磁滞损耗。铁氧体可分为尖晶石型、石榴石型和磁铅石型。它们都具有旋磁性,这是吸波材料产生电磁损耗的重要性能[1]。许多研究表明,六角晶系磁铅石型铁氧体的吸波性能最好,因为其具有片状结构,而片状是吸收剂的最佳形状;其次六角晶系磁铅石型铁氧体具有较高的磁各向异性等效场,因而具有较高的自然共振频率[2]。铁氧体的电磁波吸收机制主要是畴壁共振和自然共振。六角晶系磁铅石型钡铁氧体(BaFe12-O19,BaM)是铁氧体吸波材料的典型代表之一,因其具有高的饱和磁化强度、矫顽力和磁晶各向异性系数,而被广泛用作微波及电磁波吸收体。

溶胶-凝胶法是近年发展起来的用于制备纳米粉末的一种新工艺,其特点是不需要进行高温热处理,晶粒的形状多为规则的多边形,尺寸均匀,晶粒的磁性能良好,且实验条件易操作,为广大研究者所采用[3,4,5,6]。在用溶胶-凝胶法制备BaM的过程中,主要的影响因素是n(Fe)/n(Ba)值、热处理温度及热处理时间。其中n(Fe)/n(Ba)的选择是决定产物物相组成的关键因素,而且不同的原料、合成方法、热处理条件对应的最佳n(Fe)/n(Ba)也不同。Mendoza-Suárez G等[7] 在实验中发现,当n(Fe)/n(Ba)较低时,煅烧时间是关系到能否得到单相BaM的重要因素。Huang等[8] 采用溶胶-凝胶自蔓延燃烧法和球磨工艺,以硝酸钡、硝酸铁、柠檬酸为原料,选择n(Fe)/n(Ba)=11.5,同时添加少量NaCl-KCl混合物,可以在较低温度得到粒径分布均匀、形貌良好的单相BaM粉体。 Mohsen Q[9] 按化学计量比称取氯化铁和氯化钡,以草酸代替柠檬酸,最终在1200℃煅烧2h得到了单一相的BaM粉体,测得其饱和磁化强度和矫顽力分别为66.36A·m2/kg和509.44kA/m。Mozaffari M等[10] 采用溶胶-凝胶法,以FeOOH为铁源,n(Fe)/n(Ba)=10,在875℃煅烧3h得到单畴BaM;并发现随着煅烧温度的升高,其矫顽力和磁化强度都增大。

目前提高铁氧体性能主要是通过改变磁性材料的微观结构、控制化学组成、粒子尺寸分布及形貌等来实现[11,12,13,14,15]。本实验用溶胶-凝胶法,探索了在以硝酸盐和柠檬酸为原料的情况下,制备单相钡铁氧体粉体的最佳n(Fe)/n(Ba)以及热处理条件,并研究了n(Fe)/n(Ba)对产物化学组成、形貌以及磁性能的影响。

1 实验

1.1 试剂与仪器

硝酸钡(Ba(NO3)2,分析纯,天津市双船化学试剂厂),硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O,分析纯,天津市赢达稀贵化学试剂厂),柠檬酸(C6H8O7·H2O,分析纯,天津市赢达稀贵化学试剂厂),氨水(NH3·H2O,25%,分析纯,天津市赢达稀贵化学试剂厂),水为去离子水。

采用日本Rigaku公司的D/MAX-ⅢA型X射线衍射仪进行XRD分析,Cu靶Kα为辐射源(λ=0.15406nm),管电压为40kV,管电流为200mA,扫描速度为10(°)/min。采用日本JSM-6360LV型扫描电子显微镜(SEM)对制备的BaM粉体和纳米纤维进行形貌观察。采用Lake Shore 7400型振动样品磁强计在室温下测试样品的磁滞回线,研究其磁特性。

1.2 溶胶-凝胶法制备BaFe12O19粉体

按硝酸钡、硝酸铁、柠檬酸的物质的量比为 1∶n∶13(n=2、4、6、8、10、11、12)分别在电子天平上称取药品,将药品放入50mL的小烧杯中,加入约40mL去离子水,磁力搅拌至完全溶解。用浓氨水调整溶液pH值至7左右,得到黄绿色透明溶胶。继续磁力搅拌30min后,在恒温磁力搅拌器上100℃恒温搅拌直至形成湿凝胶。

将湿凝胶倒入瓷方舟中,放进马弗炉(箱式电阻炉)进行热处理。升温速率为2.5℃/min,先在450℃预烧1h,然后在不同温度下烧结处理2h,冷却后取出样品并研磨,得到BaFe12O19粉体。

2 结果与讨论

2.1 BaFe12O19粉体的组成分析

图1为在1000℃煅烧2h得到的不同n(Fe)/n(Ba)样品的XRD图。从图1中可以看出,当n(Fe)/n(Ba)=2时,衍射曲线出现了一定强度的BaFe12O19相的特征峰,但主要是BaFe2O4相,在2θ=18.90°(210)、28.41°(212)、32.70°(610)、33.22°(020)、44.12°(422) 处出现了与BaFe2O4 (PDF No.25-1191)对应的衍射峰。随着n(Fe)/n(Ba)增加,BaFe12O19相的特征峰逐渐增强,而BaFe2O4相的特征峰逐渐减弱。当n(Fe)/n(Ba)=6时,样品中两相的特征峰强度基本相同,n(Fe)/n(Ba)=10时,其中绝大部分都是BaFe12O19相,只含有微弱的BaFe2O4相。当n(Fe)/n(Ba)=12时,在2θ=30.31°(110)、32.20°(107)、34.04°(114)、37.08°(203)、63.06°(220) 处呈现出与BaFe12O19 (PDF No.43-0002)对应的衍射峰,说明得到了单一相的BaFe12O19粉体。

图2为当n(Fe)/n(Ba)=12时不同温度下煅烧2h得到的样品的XRD图。从图2中发现,与非化学计量比样品(n(Fe)/n(Ba)<12)相比,n(Fe)/n(Ba)=12时获得的单相BaFe12O19的煅烧温度要低很多。这可能是由于样品在煅烧过程中先形成的是具有立方尖晶石结构的γ-Fe2O3相(200℃左右煅烧),其化学式为Fe[Fe5/3□1/3] [16],□代表阳离子空位,这个结构与BaFe12O19晶胞中的‘S’块类似,所以γ-Fe2O3相有利于BaFe12O19相的形成,降低了BaFe12O19相的成形温度。但γ-Fe2O3相高温下不稳定,容易转变成α-Fe2O3相,α-Fe2O3必须在长时间高温下才能形成BaFe12O19结构,所以制备过程中引入预烧过程,减少α-Fe2O3相的生成。当煅烧温度达到800℃时,基本获得了纯BaFe12O19相,随着煅烧温度进一步升高到900℃、1000℃、1100℃,XRD图谱上的衍射峰强度进一步增强。

根据 Scherrer 公式(L=kλ/(βcosθ)),以样品中BaFe12-O19相的(114)晶面衍射峰计算出BaFe12O19相的平均晶粒尺寸(见表1),可以看出随着煅烧温度的升高,样品的平均晶粒尺寸逐渐变大。

2.2 BaFe12O19粉体的形貌分析

图3为在1000℃煅烧2h得到的不同n(Fe)/n(Ba)样品的SEM图。从图3中可以看出,当n(Fe)/n(Ba)=2时,样品为不规则的大块状,表面有一些缝隙。当n(Fe)/n(Ba)=6或10时,样品表面高低不平,出现叠加的层状结构,说明样品中的BaFe12O19相逐渐形成其独特的片状结构,并且许多颗粒都堆积在一起。当n(Fe)/n(Ba)=12时,样品基本为具有六边形形貌的六角片状,单一颗粒的边界清晰可见,说明此时BaFe12O19相的结晶度比较高。所以,随着Fe、Ba物质的量比的不断增加,更有利于片状晶体生长,晶形也更加完整。BaFe12O19粒子具有沿六角形c轴方向的磁性,使其按静磁相互作用最大的方向吸引,从而形成明显的沿六角形c轴方向的链状团聚[17],同时六角片状BaFe12O19的平均颗粒尺寸在350nm左右。

2.3 BaFe12O19粉体的磁性能分析

图4为在1000℃煅烧2h得到的不同n(Fe)/n(Ba)样品的磁滞回线,图5为n(Fe)/n(Ba)=12的样品在不同温度下煅烧2h得到的磁滞回线,样品的磁性数据见表1。从图4中可以看出,n(Fe)/n(Ba)对样品磁性能的影响非常大,样品的磁化强度和矫顽力基本是随着n(Fe)/n(Ba)的增加而增加,因为随着n(Fe)/n(Ba)的增加,样品中反磁性的BaFe2O4相逐渐转变为永磁性的BaFe12O19相。当n(Fe)/n(Ba)=2时,由于样品中反磁性物质BaFe2O4相为主要成分,导致样品磁性能比较低;当n(Fe)/n(Ba)=12时,样品中占绝大多数的是BaFe12O19相,所以其矫顽力最大,同时饱和磁化强度达到70.88A·m2/kg,与理论值(Ms=72A·m2/kg[18])相近。同时,在煅烧过程中永磁性的BaFe12O19晶体迅速形成,并长大为较大尺寸的单磁畴颗粒,磁晶各向异性更大。反磁化过程中只有畴内磁矩转动,而没有畴壁位移磁化过程,使粉体的矫顽力增加[19]。当磁性粒子为单磁畴粒子时,矫顽力随着粒子的长大而增加[20]。六角钡铁氧体的理论磁单畴临界尺寸为460nm[21],在本实验中合成的纳米粒子显然属于该范畴。对于溶胶-凝胶法获得的样品,初始曲线明显不同,随磁场的增加,比磁化强度缓慢增加,到较高磁场时,比磁化强度急剧增加,这是随机分布的单磁畴粒子的典型特征[22]。

从图5中可以看出,随着煅烧温度的升高,样品的矫顽力和饱和磁化强度在1000℃煅烧2h时达到最大值,而当煅烧温度升高到1100℃时,样品的矫顽力出现明显的减小。这可能是由于在较高的煅烧温度下,BaFe12O19颗粒发生了烧结和团聚,使得其平均颗粒尺寸超过了磁单畴临界尺寸,畴壁位移代替矢量转动在磁化过程中起主要作用[23],矫顽力减小。

3 结论

(1)以硝酸铁、硝酸钡和柠檬酸为原料,采用溶胶-凝胶法成功制备了单相BaFe12O19纳米粉体。n(Fe)/n(Ba)及热处理温度对样品的组成、形貌和磁性能都有重要影响。

(2)改变n(Fe)/n(Ba)能影响BaFe12O19的组成,进而影响样品的形貌和磁性能,实验表明当n(Fe)/n(Ba)=12时,有利于在较低温度得到单相BaFe12O19。

(3)煅烧温度同样是影响产物组成、形貌和磁性能的重要因素。实验表明,当n(Fe)/n(Ba)=12时,800℃煅烧2h就能得到单一相的BaFe12O19粉体;1000℃煅烧2h得到的样品的平均晶粒尺寸在45nm左右,呈较好的六角片状,样品的矫顽力和饱和磁化强度达到最大值(Hc=372.89kA/m,Ms=70.88A·m2/kg)。

摘要：以硝酸钡、硝酸铁和柠檬酸为原料,采用溶胶-凝胶法制备了单相钡铁氧体(BaFe12O19)纳米粉体,并进一步研究了n(Fe)/n(Ba)、热处理温度对产物组成、形貌以及磁性能的影响。用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和振动样品磁强计(VSM)分别对样品的组成、形貌和磁性能进行了表征。实验结果表明,当煅烧温度不变时,样品的晶粒尺寸随着n(Fe)/n(Ba)的增大而变大,磁性能随n(Fe)/n(Ba)的增大而增强;当n(Fe)/n(Ba)不变时,样品的晶粒尺寸随着煅烧温度的升高而变大。当n(Fe)/n(Ba)=12时,在800℃煅烧2h得到单一晶型的钡铁氧体粉体。1000℃时样品的磁性能最佳,饱和磁化强度(Ms)为70.88A.m2/kg,矫顽力(Hc)为372.89kA/m。

关键词：溶胶-凝胶法,钡铁氧体,n(Fe)/n(Ba),磁性能

材料磁性 篇2

为使我们能更有效地配合您的工作，我们需要您在下订单之前确认以下内容： 1.什么材质，性能? 2.尺寸与公差？

3.是否要充磁? 若要充磁，是何种方式，轴向？径向？ 4.磁铁工作环境的最高温度? 5.订购数量? 6.表面处理？镀锌，镀镍？ 7.如需特别处理, 请告知。2 钕铁硼磁铁有哪些应用？

钕铁硼永磁体以其优异的性能、丰富的原料、合理的价格正得以迅猛的发展和广泛的应用。其主要应用在微特电机、永磁仪表、电子工业、汽车工业、石油化工、核磁共振装置、传感器，音响器材、磁悬浮系统、磁性传动机构和磁疗设备等方面。3 磁性材料类比

铁氧体 性能低和中，价格最低，温度特性良，耐腐蚀，性能价格比好 钕铁硼 性能最高，价格中，强度好，不耐高温和腐蚀 钐钴 性能高，价格最高，脆，温度特性优，耐腐蚀

铝镍钴 性能低和中，价格中，温度特性优，耐腐蚀，耐干扰性差

SmCo，铁氧体，钕铁硼可用烧结和粘结方法制造，烧结磁性能高，成型较差，粘结磁铁成型性好，性能降低很多。

AlNiCo可用铸造和烧结方法制造，铸造磁铁性能较高，成型性较差好，烧结磁铁较低，成型性较好。钕铁硼由那些材料组成？

钕铁硼永磁铁的主要原材料有稀土金属钕（Nd）32%、金属元素铁（Fe）64%和非金属元素硼（B）1%（少量添加镝（Dy）、铽（Tb）、钴（Co）、铌（Nb）、镓（Ga）、铝（Al）、铜（Cu）等元素）。钕铁硼三元系永磁材料是以Nd2Fe14B化合物作为基体的，其成分应与化合物Nd2Fe14B分子式相近。但完全按Nd2Fe14B成分配比时，磁体的磁性能很低，甚至无磁。只是实际的磁体当中钕和硼的含量比Nd2Fe14B化合物的钕和硼含量多时才能获得较好的永磁性能。钕铁硼的磁性能可以持续多久？ 钕铁硼磁铁拥有相当高的矫顽力，自然环境和一般磁场条件下不会出现退磁和磁性变化。假设环境适当，即使经过长时间的使用，磁体的磁性能损失也不会很大。所以在实际应用中，我们往往忽略时间因素对磁性能的影响。6 关于取向方向

取向方向：各向异性的磁体能获得最佳磁性能的方向称为磁体的取向方向。磁铁分为 1各向同性磁体：任何方向磁性能都相同的磁体 2各向异性磁体：不同方向上磁性能会有不同；且存在一个方向即取向方向，在该方向取向时所得磁性能最高的磁体。烧结钕铁硼永磁体是各向异性磁体，因而在生产前需要确定取向方向（充磁方向）。7 影响钕铁硼磁铁磁力的因素？ 环境温度，由于烧结钕铁硼对工作温度极为敏感，环境的瞬间最高温度和持续最高温度都可能会对磁体产生不同程度的退磁，包括可逆的和不可逆的、可恢复的和不可恢复的。8 钕铁硼磁铁的工作温度范围是怎样的？ 钕铁硼磁铁的温度限制引发了一系列等级的磁铁的研发以适应不同的工作温度要求，请参考我们的性能目录比较各等级磁铁工作温度范围。在选择钕铁硼磁铁之前需要确认最大工作温度。如何屏蔽磁场？

一般我们用普通的铁板屏蔽磁场。磁屏蔽需要高导磁率材料，满足这种要求的材料是铁镍合金，这种材料具有很高的磁导率。当需要屏蔽的磁场很强时，仅用单层屏蔽材料，不是达不到屏蔽要求，就是会发生饱和。这时，一种方法是增加材料的厚度。但更有效的方法是使用组合屏蔽，将一个屏蔽体放在另一个屏蔽体内，它们之间留有气隙。气隙内可以填充任何非导磁率材料做支撑，如铝。组合屏蔽的屏蔽效能比单个屏蔽体高得多，因此组合屏蔽能够将磁场衰减到很低的程度。磁铁的储存和运输有哪些注意事项？ 磁体在贮存时要保持室内通风干燥，否则潮湿环境容易使磁体产生锈蚀。环境温度不要超过磁铁最大工作温度；未电镀的产品存放时可适当涂油防锈；充磁产品存放应当远离磁盘、磁卡、磁带、计算机显示器、手表等对磁场敏感的物体。磁体材质较脆，运输、电镀(涂覆)，安装过程中，应确保磁体不受剧烈撞击，如果方法不当，可能会引起磁的破损、崩裂；磁铁充磁状态运输时应该屏蔽，特别是航空运输一定要彻底屏蔽。11 磁铁的操作有哪些注意事项？

磁体在使用过程中应确保工作场所干净，否则容易吸附铁屑等磁性小颗粒影响使用；钕铁硼材质的特点是硬而脆，而其吸力可达自身重量的600倍以上，极易吸合碰损。操作过程对于小规格应当注意避免磕碰破损，对于大规格更要注意的是人身的安全和防护。12 镀层起皮的原因及出现锈斑的原因是什么？

合格的电镀产品，在正常情况下，电镀镀层不应出现锈斑。在过于潮湿、空气流通性不好、温差变化较大时，即使是盐雾试验合格的产品长期存放于恶劣的环境下都可能产生锈斑。当电镀产品存放在环境恶劣的环境下，基底层进一步与凝结水反应，会造成基底层与镀层的结合力降低，严重时还会造成基底局部粉化，进而自然起皮。电镀产品不应长期放置在高湿度地方，应当放置在阴凉、干燥的地方。13 如何衡量磁性能的高低？

主要有三个参量：剩磁Br（Residual Induction）,单位Gauss，从饱和状态去除磁场后，剩余的磁通密度，代表了磁铁对外所能提供磁场强弱；矫顽力Hc（Coercive Force），单位Oersteds，就是把磁体放在一个反向外加磁场中，当外加磁场增加到一定强度时磁体的磁性就会消失，把这个抵抗外加磁场的能力称为矫顽力，代表了衡量抗退磁能力；磁能积BHmax,单位Gauss-Oersteds, 就是单位体积材料所产生的磁场能量，是磁铁所能存储能量多少的一个物理量。常用的磁测仪器

常用的磁测仪器有：磁通计、特斯拉计（又称为高斯计）、磁测仪。磁通计用于测量磁感应通量，特斯拉计用于测量表面磁场强度或气隙磁场强度，磁测仪用于测量综合磁性能。所有仪器使用之前应仔细阅读说明书，根据说明书的要求预热，预热之后按照说明书的要求进行操作。钕铁硼如何制造的？

烧结钕铁硼永磁体是应用粉末冶金工艺制造的一种铁基永磁材料。主要工序有：配方、熔炼、制粉、成型取向、烧结、机械加工、电镀处理等。其中氧含量的控制是衡量工艺水平高低的重要指标。我公司生产装置中选用了高真空熔炼、烧结炉和先进的自动控制气流磨，保证了生产过程基本无氧运行，使产品的性能和使用温度均有突破性提高。16 磁铁的加工成本的影响因素？ 磁铁的加工成本主要受以下因素的影响：性能要求、批量大小、规格形状、公差尺寸。性能要求越高，成本越高，如N45磁铁价格远远高过N35价格；批量越小，加工成本越高；形状越复杂，加工成本越高；公差越严格，加工成本越高。17 关于稀土永磁材料 稀土永磁材料是将钐、钕混合稀土金属与过渡金属组成的稀土永磁合金，用粉末冶金方法压型烧结，经磁场充磁后制得的一种磁性材料。

材料磁性 篇3

关键词：介孔碳；磁性材料；复合材料；制备与应用

多孔材料具有较大的比表面积和独特的孔结构，广泛应用于吸附分离、催化、传感和储能等领域.1992年Mobil公司首次报道了以液晶模板法（liquid-crystal templates）成功制备出介孔分子筛（M41S）材料，从而将多孔材料从微孔扩展到介孔，且在微孔材料（如沸石）与大孔材料（如活性炭）之间架起了一座桥梁.介孔材料具有均一可调控的介孔孔径（2～50nm）、易于修饰的内表面、稳定且易于掺杂的骨架，以及高比表面积和孔容等特性.但是其仍然存在一些缺点，例如，水热稳定性较差，骨架中晶格缺陷少、缺少B酸和L酸中心，使其催化活性较低等另外，由于其较小的纳米颗粒尺寸，将其从液相体系中分离出来比较困难，不利于回收利用，限制了介孔材料的应用.因此需要对介孔材料进行改性，以提高其水热稳定性或催化活性.介孔碳是近年来发现的一类新型非硅介孔材料，它是由有序介孔材料为模板制备的结构复制品.1999年，RYOO课题组以MCM-48为模板，蔗糖为碳源，以及少量硫酸作为催化剂，通过先低温聚合后高温碳化的过程，最后以NaOH或HF蚀刻Si0₂从而合成了有序介孔碳材料CMK-1.此后不久，HYEON课题组报道了有序介孔碳材料SNU-1的合成方法.在随后的研究中，其他的硅基介孔材料，比如SBA系列、MSU-H以及HMS也被作为硬模板来反相复制有序介孔碳材料.介孔碳材料由于其具有更高的比表面积（可高达2500㎡·g^-1）和孔容（可达到2.25cm³·g^-1）、良好的导电性以及对绝大多数化学反应的惰性等优越性能，且易通过煅烧除去，与氧化物材料在很多方面具有互补性，使其在催化、吸附、分离、储氢和电化学等方面得到应用而受到高度重视.

目前介孔碳材料以其特有的性质与结构为介孔材料的研究和應用开辟了新的领域，受到人们的广泛关注.但是在实际的环境应用中，介孔碳成分单一且具有相当的化学惰性，需要对其进行修饰以扩大其应用范围.另外，介孔碳材料纳米粒子难以回收，这大大增加了使用成本.如果能在介孔碳材料内部加入磁性粒子，那么利用外加磁场就可以简便高效地对液相体系中的介孔碳材料进行分离，进而回收材料，极大地提高材料的实用价值.近年来，不少研究者把磁性纳米粒子与介孔碳材料通过一系列的方法结合起来，制备出多功能的磁性介孔碳复合材料.WANG等利用一步法将铁的前驱体FeCl₃·6H₂0浸渍到介孔碳中，然后通过原位转化将前驱体转变成磁性纳米粒子，此种方法得到的磁性介孔碳材料的比表面积高达742㎡·g^-1并且有较强的磁性，可以通过外磁场实现很好的磁性分离.多功能的磁性介孔碳复合材料除了具有介孔碳材料的本身特有性质外，还兼有化学稳定性好、强度高以及生物兼容性好等特点，同时还具有方便的磁分离特性，在分离提纯、生物医药、催化和环境修复等方面有着惊人的应用潜力。

1磁性介孔碳复合材料的制备方法

磁性介孔碳复合材料主要包括两部分：一部分是磁性纳米粒子；另一部分是介孔碳材料.所以其一般制备过程都会涉及到磁性纳米粒子和介孔碳材料的制备.从实际应用的角度，磁性介孔碳复合材料应满足以下要求：（1）磁性组成部分不受腐蚀，能够在应用中较好地保持磁性；（2）在磁分离过程中，具有一定的饱和磁化率以使在外加磁场作用下可以迅速分离；（3）介孔碳部分具有较大的比表面积和大的孔径.除此之外，超顺磁性也是一条重要指标，它可以防止磁性颗粒不可逆聚合，并使得颗粒在外磁场撤去后可以较好地分散.

1.1介孔碳材料的制备

作为介孔材料的一个重要分支，近年来介孔碳材料的发展在介孔材料领域最为迅速，应用前景也更加广泛，日益受到人们的关注.目前，介孔碳材料的合成主要是利用模板法.模板分为硬模板和软模板.

1.1.1硬模板法

硬模板是一些具有相对刚性结构的材料，如阳极Al₂O₃、介孔SiO₂和介孔碳等，它们通过限制空间引导材料的生长.目前人们使用电化学填充、化学聚合填充、溶胶一凝胶沉积和化学气相沉积等方法实现了对硬模板结构的复制，获得反相介孔材料.

硬模板法的合成原理为：将碳前驱体（糠醇、酚醛树脂、聚丙烯腈、中间相沥青、蔗糖和植物油等）填充进入已有的有序介孔分子筛模板中，经高温碳化，用HF或NaOH溶液脱除模板后可得到介孔碳材料.得到的介孔碳材料具有反向结构且孔结构依赖于模板的结构，模板需要具有三维孔道结构，否则将会形成无序的微孔碳结构.介孔SiO₂是最常用的模板.WANG等以棒状SBA-15为模板，首次以天然的豆油为碳源，采用一步固液研磨/模板路线制备了石墨化有序介孔碳材料，其合成路线如图1所示。

1.1.2软模板法

软模板则是一种用来引导介孔材料生长的具有特定结构的软物质.近几年，有机一有机自组装合成有序介孔碳材料的出现，打破了传统的必须由硬模板合成的垄断时代，是介孔碳材料发展史上一个重要的里程碑.通过有机一有机自组装，目前已经开发出一系列高度有序的介孔碳.

近年来溶剂挥发诱导自组装（EISA）路线合成介孔碳材料研究较多.如某研究组通过EISA过程，使PS-P4VP型嵌段共聚物与间苯二酚组装得到周期性复合结构，然后用甲醛蒸汽处理，使间苯二酚聚合得到嵌段共聚物一酚醛树脂复合材料，通过一个直接碳化的过程，除掉模板剂，得到高度有序的介孔碳膜，其孔径为35nm.2005年，MENG等提出以一种低分子量可溶性A阶酚醛树脂为碳前躯体，F127为模板剂，通过溶剂挥发诱导自组装，制备出有不同空间群结构的C-FDU-15和C-FDU-16有序介孔碳材料，其合成过程如图2所示。

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1.2磁性纳米粒子的制备

磁性纳米粒子的制备方法有物理法、生物法以及化学法.物理法以机械球磨法为代表，制得的納米粒子尺寸分布较宽.与物理法相比，生物法制得的纳米粒子体现出更明显的优势，尤其是生物相容性方面.而且磁性纳米粒子广泛存在于各种生物体如细菌（球菌、螺菌等）以及蚂蚁、蜜蜂、鸽子口等体内，但该方法细菌培养困难，粒子提取过程十分繁琐，因此目前磁性纳米粒子的制备主要依赖于化学法.磁性纳米粒子的化学制备方法中常见的主要有共沉淀法、高温分解法、微乳液法、超声化学法以及水热法。

1.2.1共沉淀法

共沉淀法是通过水溶液中同时水解不同价态离子的方法实现磁性纳米粒子的制备.其主要特点是：对设备的要求低，反应可以在较温和的条件下进行，所用的原材料为廉价的无机盐，工艺流程简单.完善后易扩大到工业化生产，且反应过程中成核容易控制，反应产物纯度高，粒子分散性比较好，但在制备过程中要求考虑影响粉末粒径和磁学性能的因素较多，所以需要对反应条件进行严格的控制.MA等以一定量的FeC1₃与FeSO₄在氮气保护下，加入氨溶液并快速搅拌直到pH为9，然后将得到的磁铁矿胶体在乙醇溶液中超声处理30min，之后加入一定量的3一氨丙基三乙氧基硅烷快速搅拌7h，最后经过洗涤干燥后即得到表面包覆氨基硅烷的磁性纳米粒子（图3）.研究表明，这种磁性纳米粒子显著提高了蛋白质的固定化.HONG等采用类似的方法调好pH后，再持续搅拌30min，把所得到的黑色混合物在水浴下超声2h，最后经过滤洗涤，并在真空下干燥12h，就得到了磁性纳米粒子.该方法制备的产物的粒径为8～9nm，饱和磁化强度可达70emu·g^-1.

1.2.2高温分解法

高温分解法是通过在高沸点有机溶剂中加热分解有机金属化合物如Fe（acac）₃、Fe（CO）₅、Co2（CO）₈、FeCup₃（acac、Cup分别指乙酰丙酮与N-亚硝基苯胲）等来制备纳米粒子的一种方法.该法弥补了共沉淀法的缺点，其优势是能够制备出形状规则、粒径均一、单分散的磁性纳米粒子.如WOO等采用在连续通风的条件下热分解Fe（CO）₅，可制得平均粒径大小为11nm的Fe₂O₃纳米粒子

1.2.3微乳液法

将金属盐和一定的沉淀剂在表面活性剂的作用下分别制成微乳状液，然后将两液体混合，分别包含有反应物A和B的微液滴经不断地相互碰撞融合破裂而反应，得到的沉淀经过后续的处理即可得到纳米粒子.由于在微乳液体系中表面活性剂可以自发地形成尺寸均一的自组装结构，因此可以通过控制各种反应物的浓度以及微乳液中水核的大小，来很好地控制生成的磁性纳米粒子的尺寸分布及形貌.所以微乳液法在粒度控制方面具有明显的优势，已广泛用于制备Cu、Co、Ag、CdS和Fe₃O₄等不同类型的纳米粒子.如ZHOU等利用水包油型（0/W）微乳液体系，以Fe（NO₃）₃和FeSO₄溶液作为水相，以环己烷为油相，加入乳化剂NP-5和NP-9，成功制得了粒径<10nm的磁性Fe₃O₄纳米粒子

1.2.4超声化学法

超声化学法是利用超声波的空化作用瞬间产生的高温（≥5000K）、高压（≥20MPa）以及冷却速率（10¹⁰K/s）等极端条件促使氧化、还原、分解和水解等反应的进行来制备纳米粒子超声波对化学反应起作用的主要原因在于超声波所产生的“超声波汽化泡”，它形成局部的高温高压环境和具有强烈冲击力的微射流.与传统搅拌技术相比，超声波空化作用更容易使介质均匀混合，提高反应速度，促进新相的形成，而且它还有利于微小颗粒的形成.超声波技术的应用简单易行，对各种反应介质都有很强的通用性.如GEDANKEN等利用该方法制备出了在空气中稳定而且粒径大小可控的Fe-Fe₂C磁性纳米晶.ZHANG等也采用该方法合成出了一种Fe₃ O₄/Ag复合材料，此材料不仅有较强的磁性，而且对罗丹明B有很好的降解效率.

1.2.5水热法

水热法是在特制的密闭反应容器（高压釜）里，采用水溶液为反应介质，通过对反应容器加热，创造出一个高温（130～250℃）、高压（0.3～4.0MPa）的反应环境，使得通常在大气条件下难溶或不溶的物质溶解、反应并重结晶，从而得到理想的产物水热法具有粒子纯度高、分散性好、晶型好且可控制以及生产成本低等优点.但由于反应是在高温高压下进行，所以对设备的要求较高.如邢蓉在以聚四氟乙烯衬里的高压釜里，高温加热Fe和蒸馏水24h后，得到Fe₃O₄的纳米晶.在不同的水热反应温度下，分别得到了片状和枝晶状的产物.DESHPANDE等也是采用该方法通过一步反应制备了磁性Fe₂O₃纳米粒子

1.3磁性介孔碳复合材料的制备

磁性介孔碳复合材料通常有3种合成路线，包括后引入法、纳米铸造法和一步合成法

1.3.1后引入法

后引入法是先制备介孔碳，然后通过浸渍引入磁性纳米粒子.采用这种方法，且通过微波和化学超声的技术可以提高粒子在介孔碳中分散的均匀性.SEVILLA等将后引入法和共浇铸法结合起来，以全部填充和局部填充SiO₂的方式分别制备出不同的磁性介孔碳复合材料，其具体制备过程如图4所示.由所制备的最终产物的TEM照片（图5）可以看到不同材料分别呈现出了单孔和双孔等不同的介孔结构.这种方法制备出的不同Fe_xO_y含量和分布的磁性有序介孔碳，不但表现出良好的磁分离效果，而且对血红素和溶菌酶也表现出良好的吸附能力。

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1.3.2纳米铸造法

纳米铸造法，即将碳前躯体和金属源浸渍到SiO₂模板的介孔中，然后经过热聚合处理，最后去除siO₂骨架.LU等利用納米铸造法，以糠醇为碳源，SBA-15为模板，成功地将Co纳米粒子嫁接到有序介孔碳中.图6（a）中的低倍TEM照片呈现出SBA-15经典的棒状形貌，图6（b）显示了材料有序的二维六方介孔结构.该磁性介孔碳复合材料Co-OMC可应用于磁性分离以及氢化作用的催化剂载体.WANG等以糠醇为碳源，金属硝酸盐为磁性粒子前驱体，SBA-15为模板，采用共浇铸的方法制备出了含有FeNi磁性纳米粒子的介孔碳复合材料，其制备过程如图7所示.ZHANG等采用一步纳米铸造的方法，以硝酸铁为铁源，豆油为碳源，SiO₂为硬模板，合成出了磁性Fe/y-Fe₂O₃/石墨化介孔碳复合材料.该材料呈现出了较好的超顺磁性，在外加磁场的作用下很好地实现了材料在溶液中的磁性分离。

1.3.3一步合成法

一步合成法是将嵌段共聚物的自组装与碳源，金属盐和嵌段共聚物的直接碳化联系起来.前两种方法制备原理简单，得到了广泛应用.但是步骤繁琐，特别是第2种方法制备过程中需要牺牲硬模板，造成严重的浪费，而一步合成法则避免了这些缺点.采用一步合成法，不需要制备第2种方法中的硬模板，从而避免了浪费.ZHAI等以甲阶酚醛树脂为碳源前驱体，柠檬酸铁为无机粒子前驱物，三嵌段非离子表面活性剂F127为模板剂，采用蒸发诱导自组装的方法制备了含y-Fe₂O₃纳米粒子的介孔碳复合材料.该材料具有高度有序的二维六方介孔结构，如图8所示.并且经H₂O₂氧化处理后，材料的亲水性得到了增强，且对水溶液中的碱性品红染料分子表现出良好的吸附性能，在外加磁场的作用下可以实现材料的简易分离.陶金慧等采用一步法得到了含Ni磁性介孔碳（NiO/C）.研究发现，所制备的磁性NiO/C复合材料具有介孔结构，可以很好地分散在水溶液中，且有易于磁性分离.进一步研究发现，该材料可以快速、高效吸附水溶液中的离子液体1-甲基-3-丁基咪唑氯盐.KANG等以聚异戊二烯嵌段聚环氧乙烷为结构导向剂，采用简单的一步合成法制备了内部含有FePt磁性纳米粒子的有序介孔SiAl/C复合材料，其制备过程如图9所示。

2磁性介孔碳复合材料的应用

随着研究的不断深入，磁性介孔碳复合材料展现出引人注目的物理和化学性质，例如：较大的表面积、磁学性质和低毒性.化学修饰后可用于药物、基因、RNA的输运，多模型成像剂，水处理吸附剂及各类反应的催化剂.大量研究工作的开展，使得磁性介孔碳复合材料在形貌调控及功能团修饰等技术方面日趋完善，应用领域得到较大的拓展。

2.1生物医药应用

在生物医药领域，磁性分离是分离DNA、蛋白和其他生物分子的简便而有效的方法，通常应用的为具有超顺磁性的纳米粒子，超顺磁性的粒子可以在外磁场中磁化而产生磁性，外磁场消失后，其磁性也随之消失，纳米粒子又可以均匀散开，另外，具有较高吸附能力的磁性介孔碳复合材料在酶、蛋白质等生物分子的固定、分离中有着广泛的用途.YAN等制备了一种吸附/固定生物分子的磁性介孔碳复合材料.磁性的纳米粒子只能进入介孔碳材料的大孔中，因此大的孔道（约20nm）被磁性纳米粒子占据，而较小的孔道（约5nm）中完全没有纳米粒子.研究发现，磁性介孔碳复合材料具有高效吸附和固定血红蛋白与溶解酶的能力，血红蛋白的固定量可达180mg·g^-1（图10），其反应条件为：pH=6.0、C₀=0.2 mg·mL^-1、10mg样品材料以及10g溶液图10（a）内部插图为含有血红蛋白的S1-Fe_xO_y复合材料的磁性分离.而且固定的生物分子（血红蛋白和溶解酶）具有很好的稳定性，固定后的蛋白质的次级结构仍然是完整的。

2.2催化应用

磁性分离的性质提供了通过外加磁场而简易回收的可能性.这可以防止催化剂在回收过程中团聚，从而提高催化剂的耐久性.近来，许多类型的反应已开始采用磁性介孔碳复合材料作为催化剂，包括酸催化、不对称加氢、不对称Henry反应及烯烃环氧化反应等，TIAN等采用一种温和的方法将磁性Fe₃O₄纳米粒子嫁接到介孔碳材料CMK-3上，在环己烯加氢转变为环己烷的过程中，该磁性介孔碳复合材料呈现出极好的催化性能.尤其是其磁性可分离性，使得催化剂便于回收，延长了使用寿命.为了测试磁性介孔碳复合材料作为催化剂载体的性能，LU等将制备出的复合材料Co-OMC负载钯（Pd）以测试其对辛烯通过氢化作用转化成辛烷的催化活性.如图11所示，LU等把H₂的消耗量作为衡量反应进行的指标，氢气的消耗量保持稳定表明辛烯在连续转变为辛烷.研究发现，第2个循环过程的反应速率几乎和第1次相同.这表明在催化辛烯氢化作用的过程中，负载Pd的Co-OMC材料具有再生性能。

2.3污水吸附应用

磁性介孔碳复合材料具有空间结构可调变、高比表面积、孔径分布均匀可调、无毒且从液相中分离简便等优点，因此可以将其应用于污水中有机污染物的去除.WANG等将铁的前驱体浸渍到介孔碳中，然后将前驱体原位转化为磁性纳米粒子，这种方法所得到的均匀光滑的磁性微球Fe/MC（图13）具有较高的比表面积（742㎡·g^-1），对水中有机污染物的吸附量远超过活性炭AC（图13）.本课题组以SBA-15为模板，金属硝酸盐为磁性粒子前驱体，豆油为碳源，将磁性粒子均匀分散在石墨化介孔碳骨架中.这种方法得到的磁性介孔碳复合材料Fe/GCN不但具有较高的比表面积，对水中有机染料甲基橙也表现出很好的吸附性能（图14）.与此同时，这种超顺磁介孔材料的饱和磁化强度可达到42.1emu·g^-1，在外加磁场的作用下很容易从溶液中分离出来（图15）.ZHANG等首次通过碳化含有钴盐的聚丙烯腈（PAN）而合成出的磁性Co-NPs（纳米颗粒）/介孔碳复合材料.该材料对水中的甲基橙有很高的吸附量（高达380 mg·g^-1），并且在5次吸附/脱附后，复合材料对甲基橙仍有85%的吸附能力（图16）

3结语

磁性介孔碳复合材料既具有介孔碳材料的一般优良性质，同时还具有很好的磁分离性，易于从液相体系中分离出来，所以具有广阔的应用前景，由于磁性介孔碳复合材料是一种磁性纳米粒子和介孔碳材料组成的复合材料，所以关于其制备方法的报道很多，制得材料的纳米结构也多种多样.但是，在保持磁性纳米粒子具有较强磁强度的情况下，探索简便、快速的绿色合成路线，实现介孔碳材料的有序可控及进一步修饰和功能化，提高磁性介孔碳复合材料的特殊性能，以满足不同领域中的应用要求，是目前研究者面临的共同课题，另外，目前制备磁性介孔碳复合材料的成本较高，实际应用范围较窄，材料的市场化还很困难.所以，开发出使用环境温和、成本低廉的高效材料是磁性介孔碳复合材料研究所面临的重要挑战。

磁性材料及其应用研究 篇4

磁性材料主要是指由过渡元素铁、钴、镍及其合金等组成的能够直接或间接产生磁性的物质。现代磁性材料已经广泛的用在我们的生活之中, 例如:将永磁材料用作马达, 应用于变压器中的铁心材料, 作为存储器使用的磁光盘, 计算机用磁记录软盘等。可以说, 磁性材料与信息化、自动化、机电一体化、国防、国民经济的方方面面紧密相关。而通常认为, 磁性材料是指由过度元素铁、钴、镍及其合金等能够直接或间接产生磁性的物质。磁性材料的来源主要是天然磁铁矿, 含钴和铁的人工合金, 现在人工合成的含稀土元素的铁钴合金的磁性都非常强。

2 磁性材料的分类

磁性材料从材质和结构上讲, 分为金属及合金磁性材料和铁氧体磁性材料两大类, 铁氧体磁性材料又分为多晶结构和单晶结构材料。

从应用功能上讲, 磁性材料分为:永磁材料、软磁材料、磁记录-矩磁材料、旋磁材料等等种类。软磁材料、永磁材料、磁记录-矩磁材料中既有金属材料又有铁氧体材料;而旋磁材料和高频软磁材料就只能是铁氧体材料了, 因为金属在高频和微波 频率下将产生巨大的涡流效应, 导致金属磁性材料无法使用, 而铁氧体的电阻率非常高, 将有效的克服这一问题、得到广泛应用。

磁性材料从形态上讲。包括粉体材料、液体材料、块体材料 、薄膜材料等。磁性材料的应用很广泛, 可用于电声、电信、电表、电机中, 还可作记忆元件、微波元件等。可用于记录语言、音乐、图像信息的磁带、计算机的磁性存储设备、乘客乘车的凭证和票价结算的磁性卡等。

2.1 永磁材料

一经外磁场磁化以后, 即使在相当大的反向磁场作用下, 仍能保持一部或大部原磁化方向的磁性。对这类材料的要求是剩余磁感应强度Br高, 抗退磁能力强, 磁能积 (BH) 大。相对于软磁材料而言, 它亦称为硬磁材料。 永磁材料有合金、铁氧体和金属间化合物三类。①合金类:包括铸造、烧结和可加工合金。铸造合金的主要品种有:AlNi (Co) 、FeCr (Co) 、FeCrMo、FeAlC、FeCo (V) (W) ;烧结合金有:Re-Co (Re代表稀土元素) 、Re-Fe以及AlNi (Co) 、FeCrCo等;可加工合金有:FeCrCo、PtCo、MnAlC、CuNiFe和AlMnAg等, 后两种中BHC较低者亦称半永磁材料。②铁氧体类:主要成分为MO·6Fe2O3, M代表Ba、Sr、Pb或SrCa、LaCa等复合组分。③金属间化合物类:主要以MnBi为代表。根据使用的需要, 永磁材料可有不同的结构和形态。有些材料还有各向同性和各向异性之别。

2.2 软磁材料

它的功能主要是导磁、电磁能量的转换与传输。因此, 对这类材料要求有较高的磁导率和磁感应强度, 同时磁滞回线的面积或磁损耗要小。与永磁材料相反, 其Br和BHC越小越好, 但饱和磁感应强度Bs则越大越好。 软磁材料大体上可分为四类。①合金薄带或薄片:FeNi (Mo) 、FeSi、FeAl等。②非晶态合金薄带:Fe基、Co基、FeNi基或FeNiCo基等配以适当的Si、B、P和其他掺杂元素, 又称磁性玻璃。③磁介质 (铁粉芯) :FeNi (Mo) 、FeSiAl、羰基铁和铁氧体等粉料, 经电绝缘介质包覆和粘合后按要求压制成形。④铁氧体:包括尖晶石型——MO·Fe2O3 (M 代表NiZn、MnZn、MgZn、Li1/2Fe1/2Zn、CaZn等) , 磁铅石型——Ba3Me2Fe24O41 (Me代表Co、Ni、Mg、Zn、Cu及其复合组分) 。

2.3 矩磁材料和磁记录材料

主要用作信息记录、无接点开关、逻辑操作和信息放大。这种材料的特点是磁滞回线呈矩形。旋磁材料具有独特的微波磁性, 如导磁率的张量特性、法拉第旋转、共振吸收、场移、相移、双折射和自旋波等效应。据此设计的器件主要用作微波能量的传输和转换, 常用的有隔离器、环行器、滤波器、衰减器、相移器、调制器、开关、限幅器及延迟线等, 还有尚在发展。

3 磁性材料的应用及行业发展

3.1 磁性材料的应用

我们知道, 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。

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, 只是用处不同而已。在磁性卡上有一窄条磁带, 当你乘地铁从甲站到乙站时, 在甲站向仪器中投入从甲站到乙站的票钱 (硬币) , 之后投出一张磁性卡, 在投出这张磁性卡的过程中已录上了到乙站下车的磁记录, 拿这张磁性卡乘车到乙站后投入到仪器中, 门开, 出站。如果没在乙站下车, 而是在比乙站远的丙站下车, 投入的硬币不够, 出站门不开。要拿磁性卡补票后才能出站。在乙站或丙站投入磁性卡的过程, 就是磁记录经过磁头变成电信号的过程。再用电信号控制站门开关。电机的铁芯所用的磁性材料一般用硬磁铁氧体, 这些材料的特点是磁化后不易退磁。对磁通的阻力小。磁性材料的用途广泛, 磁性材料在电子技术领域和其他科学技术领域中都有重要的作用。

3.2 磁性材料的行业发展

中国地大物博, 金属和稀有元素矿藏非常丰富, 有着丰富而天然的原材料资源优势, 磁性材料产业所需的各种原材料几乎国内都能满足。磁性材料行业, 离不开稀土。因为 稀土成本占磁材原料成本的30%, 而中国是稀土的故乡, 世界上80%的稀土储量在中国, 因此中国稀土的资源优势, 决定了磁性材料行业的中国优势。

2006年中国出口各类磁体23万吨, 出口金额仅8.6亿美元;进口各类磁体6.9万吨, 而进口金额达5.7亿美元。2007年1-8月中国电磁铁;永磁铁等;电磁或永磁工件夹具等进口数量为57, 031, 992.00千克, 用汇513, 161, 987.00美元;出口数量为193, 840, 035.00千克, 创汇809, 909, 620.00美元。

中国磁性材料工业在产量方面已经初具规模, 发展速度很快, 但与日本等磁性材料工业发达的国家相比, 无论是管理水平、制造工艺、产品质量及产品档次都存在一定差距。中低档产品占据了较大的国际市场, 但在高档产品上还缺乏竞争力。随着高清晰度电视等消费类电子产品的日益普及, 汽车、通信业的发展, 对高档磁性材料的需求越来越多。中国的磁性材料企业应该抓住这个有利的时机, 开发高档磁性材料产品, 占领国际市场。

“十一五”时期, 是中国磁性材料工业大发展时期, 世界磁性材料产业中心已经转移到中国。预计中国铝镍钴磁钢产量为3, 000吨 (全球产量7, 840吨) , 铁氧体永磁产量195, 000吨 (全球产量676, 000吨) , 稀土钕铁硼磁体9, 400吨 (全球14, 400吨) , 软磁铁氧体产量98, 800吨 (全球431, 000吨) 。到2010年中国各类磁体的产量均稳居世界之首, 占全球的份额还将继续增大。到2020年, 中国磁性材料的产量将占全球一半以上, 成为世界磁性材料产业中心。

参考文献

[1]胡双锋, 黄尚宇, 周玲, 吕书林.磁学的发展及重要磁性材料的应[J].稀有金属材料与工程, 2007, (9) .

[2]余声明.智能磁性材料及其应用[J].磁性材料及器件, 2004, (5) .

材料磁性 篇5

2009年中国磁性材料行业市场发展回顾与2010年展望

一、2009年磁性行业发展回顾 2009年,受世界经济金融危机殃及,中国保持多年的经济增长势头放缓,减速势头超出预料.磁性材料作为中国具有优势出口的产品,由于欧美消费市场的快速下滑而受到严重打击,行业形势异常严峻.

作 者：翁兴园 作者单位：磁性材料与器件行业协会刊 名：新材料产业英文刊名：ADVANCED MATERIALS INDUSTRY年，卷(期)：2010“”(4)分类号：关键词：

为活动注入“磁性” 篇6

——编辑手记

童年的好奇就如磁石，引导着孩子们去探索这个多彩的世界。

校不在大，有魂则灵。多年来，我们尊重儿童与生俱来的好奇心，坚持“磁性教育”的办学理念。如今，“磁性”已成为学校的办学特色和独特标识。在这所“磁性学校”里，儿童沐浴在“磁性”的文化里，可以尽情地嬉戏。儿童在老师的指导下，可以基于自己的兴趣，从自然、社会、学科领域、身边生活中选择自己感兴趣的活动课程。儿童可以通过实践获取知识、应用知识、探索研究、解决问题，在不断的探索和研究中，增强创新意识。

我们借助于学校内外的各种资源，融入丰富的元素，积极开展各类富有创新特色的主题活动课程，促进学生的自我发展、自我完善、自我教育，培养学生的个性。学校以“校园文化节”为依托，设计了以迎世博为主题的特色活动课程；开展了关注心理、体育、艺术等为主题的专场教育活动；开发了以实践、体验、感悟为目的的社会实践课程。我们走出校园，充分利用各种社会资源，开展了丰富的主题实践活动，如“小脚丫走遍卢湾”、“寻访田子坊”、“品味书香绍兴路”等。我们坚信：德育工作不能仅靠学校，必须从封闭的校园中走出来，充分利用社会资源，形成共同育人的氛围。

少先队活动，是少先队的生命。大队部在学校“磁性教育”办学理念的引领下，结合学校三年发展规划，以让少先队员自我服务、自我管理、自我教育为宗旨，开展丰富多彩的雏鹰假日小队活动和主题月活动。同时，我们充分发挥其他校外教育基地的作用，依托周边环境（校园、家庭、社区、图书馆等地）开展小队活动，提高队员的实践能力。

触摸时代的脉搏，我们仰望天空。未来，需要我们去描绘更美好的愿景。我们励志踏着“磁性”的足迹，建设更富有魅力，拥有灵魂的学校……

我校提倡的“磁性教育”为学校的少先队工作注入了新的营养与动力。学校各级少先队组织通过开展富有特色的活动，为队员营造了开放的空间，创设了更多参与的平台。着力打造充满“磁性”的少先队工作特色，是我们不懈努力的目标。

代表任期制 让队的组织有了“磁性”

依托学校少先队代表大会这一工作平台，我们努力探索，提倡队员的民主参与，扩大队员自主管理的渠道，拓展少先队工作新模式。每年10月，学校召开少代会，少先队员通过自荐或推荐的方法，选出新一届的代表，大队部召集代表开见面会，明确工作目的，细化各项工作。少代会召开期间，代表们将出席多次会议，提交多项红领巾提案，探讨学校少先队工作的发展，并由少先队员代表们民主选举出学校新一届大队委员会。少代会闭幕后，代表们的工作将作为少先队常规工作继续开展：制定工作计划、定期参加培训，定时开展例如“相约星期三”少代表接待日、“心灵纽带”队员座谈会、“走近你我”少代表下中队走访、“红领巾的建议”少代表信箱等活动。

我校的少先队代表任期制坚持了多年，每一届代表任期内的活动内容和形式也在不断革新。队员们在参与的过程中，学会了聆听，学会了沟通，学会了合作，享受到民主带来的快乐，少先队组织便因此在队员们的心中充满了磁石般的吸引力。

雏鹰假日小队，让队的活动有了“磁性”

依托周边的校外教育场所开展的雏鹰假日小队活动，孩子们实现了“自己的活动自己搞”，真正成为活动的主人，享受到了参与权和发展权。孩子们流连于田子坊的街巷，捕捉上海地域文化的魅影；孩子们逗留于浓荫蔽路的绍兴路，享受一段静谧的文化时光；孩子们漫步于幽静的思南路，追随革命历史的足迹……

每学期，大队部都会结合学校发展规划，制定雏鹰假日小队的月活动主题。各小队根据主题制定小队活动方案。每月围绕主题开展形式各样，异彩纷呈的小队活动。例如“感恩助人”月中，明星小队来到田子坊给老外当向导；“学习英烈”月中，阳光小队上门慰问老红军朱爷爷；“劳动达人”月中，超级小队在地铁口宣传上下电梯要注意安全；“欢乐节日”月中，动力小队买水果到社区与工作人员共度节日等。每学期，大队部都会开展雏鹰小队分享交流活动。学期末，学校还将对优秀的雏鹰假日小队进行表彰，让雏鹰假日小队活动真正做到“有计划、有准备、有过程、有记录、有交流，有总结”。

富有吸引力的雏鹰假日小队活动，成为一道道靓丽的风景线，孩子们在沿途嬉戏着、成长着。

活动课程，让队的阵地有了“磁性”

2012年，学校被评为城市少年宫活动的试点校。学校利用原有的课程资源，将课外社团活动融入到城市少年宫建设中。

城市少年宫每周开放一次，由第一线的教师担任辅导员。孩子们可以在这一天自由选择自己喜爱的活动课程，参与各类游戏和兴趣活动，享受童年回归的快乐。我校的城市少年宫活动还向家长开放，邀请家长共同参与社团活动。开放日那天，辅导员们精心制作宣传版面、张贴广告、印好活动的奖券，每个社团还特设了一名礼仪接待员，活动现场热闹非凡。

每周一节的班队课，也是队员们最期待的。2011年，我校在区德育室的引领下，尝试设计与开发职业启蒙教育活动课程。职业启蒙课程是基于个体已有经验与未来经验相统整的活动课程。我们通过日常化的职业情境创设、仿真社会活动的创建、职业风采展示节等深受孩子们喜爱的活动形式，让队员对自己有一定的了解，对今后的发展有相对准确的定位，使“争当理想远大的好少年”和实现“中国梦”的目标更具现实意义。活动课程的评价方式也采用孩子们喜爱的形式——“职业风采我来秀”。

各种丰富多彩的活动载体，好比“磁铁石”牢牢地吸引着队员参与，凸显学校“磁性教育”的宗旨，让队员们快乐地学习、幸福地成长。

“磁性教育”旨在创造性地借鉴磁性现象，以诗意化的方式表达瑞二小学对小学教育的理解。我们开展了一系列创意有趣的学生活动，渲染了学校的艺术人文氛围，激发学生兴趣，让学校更富吸引力，让队员更快乐地学习。

“假面舞会”，快乐的大磁场

“假面舞会”是根据我校“磁性课程”的教学理念，以美术为载体，以校园、中队文化建设为重点，策划设计开展的一次别开生面的主题实践活动。

孩子们在美术课堂上学习如何制作面具，在用材上各显神通，在设计上独具匠心：有洒满亮粉、贴满珠片的华丽面具，有装饰着蕾丝花边的公主面具，也有表情荒诞、造型奇异的个性面具。作品生动有趣、无一雷同。活动中，全校队员以中队为单位，戴上自制的创意面具，随着贝多芬的《小步舞曲》缓缓进入“舞池”。舞会上，穿着燕尾服及各种礼服的队员们更为这场秀增添了亮点，孩子们还各自邀请老师或“陌生”朋友为舞伴，说说、笑笑、跳跳，陶醉于这场令人难忘的舞会。

“假面舞会”将众多的课程资源有效整合，不仅是学科间的有机渗透，同时也让队员们亲身体验了一番社交礼仪，感受了学习之余的趣味生活。

“小小世界”，大大的创意

彩泥是孩子们人人喜爱的教学材料之一，它能让队员感受各种材料的特性，合理利用多种材料和工具进行制作活动，提高动手能力。我抓住这个契机，将队员们的彩泥作品组合，开展了名为“小小世界”的学生彩泥作品展。展期一周，对外开放。

参展作品的材质为超轻彩泥和艺术软陶，由三部分主题内容组成：“小小世界”，“美食诱惑”和“恐龙大迁徙”。在作品选用上，我们强调趣味性，贴近队员的生活经验和感兴趣的事物，以此诱发队员的学习兴趣和创意思维。

“小小世界”展现的是人和自然，人和动物和谐相处的场景，其中人物动态各异，表情生动；动物成群，怡然自得，展现了一派欣欣向荣的小小世界；“美食诱惑”是本次展览中深受大家喜爱的展品之一：中式饭菜、日式料理、麦当劳套餐、蛋糕饮料等等。尺寸迷你但精致逼真，队员们津津乐道，驻足于展品前流连忘返；“恐龙大迁徙” 是三年级队员的作品组合，以1米多长的参差列队形式展现，剑龙、霸王龙、翼龙，或左顾右盼，或前后张望，还有小恐龙蛋藏在“草坪”中！

“纯然趣绘”，收获成功的喜悦

结合每年的“六一”活动在全校范围内为队员定期举办“纯然趣绘”学生美术作品展。孩子们一下课就跑到操场上来欣赏大家的作品。“这是我画的！”“这张画得可真好啊！”、“我们什么时候也能上这一课啊！”队员们你一言我一语。

以美术作品汇报展的形式既达到相互交流和促进的目的，又激发了队员的荣誉感和自豪感，吸引队员在实践、体验、感悟中形成认识、增强能力，为每一个队员的自主发展创造充满“磁性”的空间。

我希望能寻求出更多更富创意的活动，为磁性校园文化添彩，丰富队员的课余生活，帮助队员收获成功的喜悦，增强自信心。使队员能在这充满磁性的教育氛围之中，热爱生活，健康、快乐和全面地成长。

“磁性”的中队不同于一般的中队，它应是富有灵魂的中队，是一个有情有爱的大家庭，队员们在此共同成长，一同体验生活中的酸甜苦辣。作为中队辅导员，我尝试着创建富有“磁性”的中队，开展具有“吸引力”的中队活动。

“夸夸大家的优点”

在一学期“好人好事，我来记载”的活动中，我们中队的队员学会了留心身边的人和事，每天带着一双明亮的眼睛与同学相处，成为了一个个“有心人”。于是，我乘热打铁开展了“夸夸大家的优点”中队活动，本次活动犹如一场总结大会，大家将自己观察到的同学优点记录在便签纸上，贴在中队的留言。队员们还想出“将名字写在正面，优点记录在反面”的小招数。

“Ta十分助人为乐，经常默默地为中队作贡献。”“Ta勤俭节约，从不浪费粮食”“Ta宽宏大量，不会为小事而斤斤计较。”一句句赞美的话语，令我不禁感叹：孩子们真在改变，他们心中有他人！令我感到不可思议的是：获得赞美声最多的不是某位队长，也不是平时老师眼中的优等生，而是平时不怎么起眼的一个男生。现在回想一下，他确实为人热心又大度，总能为同学们提供帮助又不斤斤计较自己的得失。这是此次活动有意料之外的收获啊！

“小小处方单，为我改缺点”

为了让每个孩子都有机会客观并全面地认识自己，我们开展了“小小处方单，为我改缺点”的中队活动。

在“谈谈我的缺点”主题队会中，同学们略显紧张，气氛有点尴尬。于是，我首当其冲地说：“袁老师经常丢三落四，总是在寻找我那杯子，有时想批作业本时，找不到红笔，有时又在包包里找出一大捆红笔。你们说，是不是呀？”“嗯，对的！袁老师记性很不好呢！”孩子们叽叽喳喳地应和道。此时，主题队会的气氛总算得到了缓和，孩子们也纷纷踊跃地畅谈自己身上的不足。

主题队会后，每位队员领取一张“处方单”，结合自身的性格、习惯，把自己的陋习填在“症状特征”一栏中。孩子们认真、诚实地记录着自己最大的缺点，如“我总是大声说话”“我丢三落四，总是找不到东西” “我上课会开小差，字迹不端正”……在课余时间，队员们手持自己的“处方单”寻求小干部帮助，请他们提供“专家意见”，帮助自己改正缺点和不足。小干部们认真负责，以他们的“症状特征”为依据，尽量提供宝贵意见，再发还给他们，希望他们能早日改善，药到病除。

“我的理想，我来成就”

“我想成为一名优秀的主持人”、“我想成为一名厨师，烹饪出人间美味”、“我想成为一名科学家”等等，20份“我的成长自测录”中记录着队员们的20个不同的理想。在这次“我的未来我做主”主题队会中，每位队员都寻找到了自己的发展目标，每位队员结合了自己的发展目标和个人特点，认真完善了这一份“我的成长自测录”。

孩子们认真填写“认识自我”，客观并实事求是地告诉大家自己是一个怎么样的学生；在“我的理想”中填写自己的理想，单纯却有抱负；“我的点滴进步”中记录下自己的心路历程和点滴收获；最后“我的感言”中记录了大家对这个活动的小小心声——“成功从零开始，有努力才会有收获。”“一寸光阴一寸金，我一定要珍惜每一分钟，来换取点滴进步，长大后为国家的建设效力！”“只要用心地付出，就会有回报，所以对待每一件事都要用心、负责”。

稀土磁性材料专利分析综述 篇7

本文着重研究了稀土磁性材料在全球的专利申请状况、中国专利申请状况以及重点申请人及其关键技术分布情况进行统计与分析,以期掌握稀土磁性材料的发展状况及研究热点和重点。以期为国内申请人在稀土磁性材料专利布局和研发提供借鉴。

根据稀土功能材料的应用领域的特性,将稀土功能材料分为:稀土磁性材料、稀土催化材料,稀土发光材料和稀土储氢材料。稀土磁性材料是应用领域最为广泛的稀土功能材料。本文着重研究了稀土磁性材料在全球的专利申请状况、在中国的专利申请状况以及重点申请人及其关键技术分布情况进行统计与分析,以期掌握稀土磁性材料的发展状况及研究热点和重点。

研究内容

鉴于发明专利有效期一般为20年,本文利用国家知识产权局专利检索系统的数据库,检索了截止到2015年的稀土磁性材料领域的发明专利情况,并分析了其申请态势、技术构成、重点专利。

全球专利申请状况

在dwpi数据库中检索到稀土磁性材料领域的全球专利申请量为31909项(未经人工筛选)。本节基于该专利数据从专利申请态势、目标市场国家、技术来源分布以及申请人排名等方面进行重点分析。

发展态势分析

图1是稀土磁性材料领域全球专利申请趋势,从图中可以看出在1980年前全球申请量基本维持在200项以下,这是由于早期对于稀土磁性材料的开发合理用存在较多障碍,一些稀土材料的分离困难,并且价格昂贵,抑制了其应用领域的扩展;而在进入1980年以后,随着全球稀土本身的开发,以及应用领域扩展到电子电器、汽车、通信、医疗仪器等领域,成为与人们生活息息相关的基础材料,并且自1983年开始进入第三代的稀土磁性材料,在该领域的全球专利申请迅速增加,出现第一个井喷期,随着风力发电、电动汽车、节能家电等方面对于稀土磁性材料的需求的增加,接着在1995年以后开始第二个井喷期。然后进入持续的增长阶段。

目标市场国家分析

图2是稀土磁性领域全球专利申请的目标市场国家情况,主要反映了该领域专利申请对于全球主要经济体(中国、美国、欧洲、日本、韩国、俄罗斯)的布局情况,由图中可以看出,日本是该领域首要的技术布局地区,进入日本的申请量达到22296件,这与日本的电子工业、汽车工业比较发达,对于稀土磁性材料领域的需求量比较大有关,而中国也是主要的目标市场之一,进入中国的专利申请量达到8327件,这与中国是全球制造业基地以及主要消费市场的地位是相对应的,另外欧美作为全球主要的消费市场,进入美国和欧洲的专利申请分别达到5662和4647件。

技术来源国家分析

图3反应了全球稀土磁性材料领域技术来源国情况,可以看出在该领域主要的技术来源于日本,以日本申请为优先权的申请量达到21238件,反映出日本的稀土磁性材料领域技术处于较为领先的地位,另外来自中国和欧洲的专利申请量达到5904和4647件。

申请人排名分析

图4是稀土磁性材料领域全球专利申请前十位申请人分布,由图中可以看出前十位的申请人全部为日本申请人,并且其中排名第一位的日立金属和第二位的住友均是在稀土磁性材料领域具有技术垄断的巨头,两家企业现在已经将稀土方面的业务合并成为一家公司,对于整个稀土磁性材料领域具有重要的影响。而日本的TDK株式会社也在该领域有着重要的专利布局。总体来说,日本申请人排名靠前与日本的磁性材料技术有一定的领先以及日本的专利申请政策有关。

中国专利申请状况

在CPRS数据库中检索获得经过筛选后的稀土磁性材料领域的中国专利申请量为4768件。本节基于该专利数据从发展态势、重点申请人、区域分布等方面进行重点分析。

发展态势分析

图5反映中国稀土磁性材料专利申请态势,在2004年以前,国内涉及稀土磁性材料的申请量总体变化不大,进入2005年后申请量迅速增加,反映出国内申请人对于该领域的技术研究越来越重视,也与国内的对于磁性材料的需求增加有很大的关系。

中国稀土磁性材料专利申请自1985年开始,在80年代后期主要是由钢铁研究总院、包头稀土研究院、北京三环新材料(中国科学院)、以及住友特殊金属为主的申请人的申请;1985年北京钢铁学院首次提出涉及制造铁-稀土-硼磁性材料的方法(ZL85100860)的申请,而住友特殊金属则在1985年提出生产磁性体的方法的专利(ZL89101649,2001年有效期限届满,涉及使用烧结体经过两阶段热处理获得磁性体的方法,得到的产品磁能积至少为32MGOe,矫顽力至少12.6k Oe),这一阶段,该公司共申请3件相关的生产磁性体方法的专利,均是提高磁能积和矫顽力。

其他的日本申请人如东芝则是在2009开始进行申请,涉及的方法则是用于电动机和发电机方向的磁性体,日立则在1987年开始进行相关的申请,持续到2011年;信越化工和TDK株式会社、株式会社新王磁材也申请了相当数量的稀土磁性专利。

美国通用电气公司自1987年开始进行相关的申请,涉及磁性体的生产方法(其中包括涉及医疗成像系统的磁性体的制造),并且在1999年和我国包头钢铁合作申请含有铈、钕和/或镨的铁-硼-稀土型磁性材料及其生产方法(ZL99102207,2013年费用终止失效);另一家美国稀土巨头麦格昆磁则于2000年申请了涉及通过添加其他元素取代Fe、Nd、B来改变磁性材料磁性的方法,降低成本提高淬火性(ZL00813322),其在中国稀土磁性材料总申请量为3件。

中国稀土磁性材料领域主要申请人

图6是中国稀土磁性材料专利申请人排名,经过对稀土磁性材料领域中国申请人的分析发现国内申请人和日本来华申请人占据申请量前十位,其中国内申请量较大的申请人大多前身是科研院所改制的企业或大学,这其中以北京三环新材料和北京科技大学为代表,前者是中国科学院改制企业为前身,其相关企业包括北京三环新材料、,而北京科技大学作为我国金属材料研究比较集中的院校,在稀土材料的开发以及应用领域扩展发面也有较强科研实力,总体而言,在稀土磁性材料领域我国企业的申请占据了一定的地位,然而日本来华企业不论是在数量还是专利申请质量上都占据主要地位,其中日本来华企业主要是日立、住友、新王磁材料、TDK株式会社、信越化学,而目前日立和住友的稀土材料部门已经合并,其研发实力进一步提升,并且在稀土磁性材料领域的生产技术方面具有绝对的垄断地位。

稀土磁性材料领域中国专利申请地域分布

图7是稀土催化材料领域中国专利申请地域分布,其中来自北京的申请占全国申请重量超过五分之一,反映出北京地区的研发实力较强;另外自美国、日本、联邦德国的申请也占据国内申请地域分布的前列。

结语和建议

通过以上分析,得出以下结论:

1.全球专利状况

稀土磁性材料领域全球专利申请共计31909项,在1980年前全球申请量基本维持在200项以下,而自1983年开始进入第三代的稀土磁性材料,在该领域的全球专利申请迅速增加,出现第一个井喷期,接着在1995年以后开始第二个井喷期。然后进入持续的增长阶段。稀土磁性材料领域日本是全球主要的申请来源国家,其中日立金属和住友金属申请量位居前两位。

2.中国专利申请状况

稀土磁性材料领域中国专利申请量为4768件,中国稀土磁性材料专利申请自1985年开始;中国专利申请量前十位申请人中日本来华企业有日立、住友、新王磁材料、TDK株式会社、信越化学,其余除北京三环新材料以外均是大学申请,并且北京三环新材料前身也是中国科学院改制企业。中国专利申请国内申请量主要是北京、浙江、辽宁。

针对以上结论,提出如下建议:

(1)全面利用国内高校的研究力量,形成产学研一体化,助力国内稀土行业的发展;

我国磁性材料产业专利地图分析 篇8

本文以中国知识产权网为平台, 利用磁性材料专利数据, 制作磁性材料的管理专利地图和技术专利地图, 以期使相关政府部门和企业熟悉磁性材料产业的发展历程、技术动态和未来的研发趋势, 从而为政府和企业做出更加科学合理的决策提供参考。

数据来源与研究方法

本文研究数据来源于中国知识产权网, 检索范围包括国内外在我国申请的所有专利, 时间范围是1985年至2012年12月。共检索到检索摘要中含有“磁性材料”关键词的5450篇磁性材料专利文献。

本文利用检索平台批量下载的功能, 将检索结果以EXCEL文件的形式保存。通过阅览各条专利信息, 剔除不相关专利与重复专利后剩余4928项。利用EXCEL数据分析功能, 对筛选过的4928项专利数据的各个字段进行分析, 绘制出我国磁性材料产业的专利地图, 得出了我国磁性材料产业的现状与发展趋势。

我国磁性材料产业专利管理地图分析

1.专利发展动向

从我国磁性材料产业专利申请数量的趋势 (见图1) 可以看出, 2000年以前, 我国磁性材料产业一直处于低速较平稳的发展态势, 每年专利申请增长量在10~20件。其中有个别年份增长超过50件、个别年份出现负增长, 但每年专利申请量均未超过100件, 增长不够明显。其原因主要是, 磁性材料相关技术在世界范围内已基本成熟, 部分国际磁性材料技术逐步向中国转移。而2000年以后, 随着国际磁性材料产业加大向我国转移, 以及国家产业政策的扶持, 使我国磁性材料市场更加规范, 2001~2006年的专利申请量增速明显。2009~2011年, 专利申请量出现较快增长。这主要得益于国家扩大内需的政策刺激了磁性材料产业的加快发展。2012年, 专利申请量下降, 主要是由于本文统计时间截止2012年10月, 时间上存在差异。总之, 磁性材料产业在我国是一个具有发展潜力的新兴产业, 如果制定并实施合适的专利战略和相关政策, 就有可能在全球磁性材料产业中取得主动。

2.专利国别分布

从申请人的国别来看 (见图2) , 磁性材料在中国知识产权库中分布于29个国家, 其中, 我国申请的磁性材料专利共有3771项, 约占总数的76%。各国在我国申请的专利达到1157项, 约占总数的24%, 比例较大。其中, 日本在我国申请的磁性材料专利高达647项, 其次是美国, 第三是荷兰。韩国、德国、法国、瑞典、瑞士的专利申请量均超过25项。说明日本、美国、荷兰等国高度重视我国市场, 企图通过专利保护形式对我国市场进行专利战略部署, 以期达到控制我国市场的目的。

3.专利地区分布

从专利申请所属地区分布来看 (见图3) , 我国磁性材料产业具有高度集中的地域特点, 主要分布在浙江、江苏、北京、广东、上海、山东、辽宁、四川等省 (市) , 这8个地区申请的专利数量占全国磁性材料产业专利申请总数的67%。事实上, 上述地区或为磁性材料或原料生产基地, 或为磁性材料研发和应用基地。

4.专利类别分布

从专利类别的结构来看 (见图4) , 在磁性材料相关专利中, 发明专利申请量为2862件, 占总量的58%;实用新型专利申请量为1954件, 占总量的40%;外观设计专利极少, 仅占总量的2%。从1985年开始, 发明专利和实用新型的专利申请量呈现递增的趋势, 特别是1997年以来, 发明专利年申请量及年增长速度均超过了实用新型, 而外观设计的申请主要集中在近三年。这表明磁性材料技术在我国正处于技术发展时期, 尚有较大的发展潜力。

5.专利申请人分析

表1列出了国内磁性材料专利申请量前10位的专利申请人。

从表1可看出, 日本企业是我国磁性材料专利最主要的申请人。在排名前10位的申请人中, 日本企业占据6席, 以松下电器表现最为突出, 从1985至今, 共申请了44件, 主要技术领域是H02K (电机) 。东芝、索尼、TDK、日立、住友等其他几个日本企业研发的重点集中在G11B (基于记录载体和换能器之间的相对运动而实现的信息存储) 和H01F (磁体、电感、变压器、磁性材料的选择) 。另外4个研发机构中有3个是科研机构, 其中湖州师范学院申请专利最多, 但都是外观设计类的。浙江大学和金属研究院分别申请了26件和23件, 主要集中在IPC分类中的A (日常生活必须品) 和C (化学、冶金) 类, 也涉及H (电学) 类。值得注意的是, 前10位申请人中属于我国企业的只有1家, 即横店集团东磁股份有限公司, 拥有25件专利, 技术领域涵盖了H、C、B等类别。由此可见, 日本等磁性材料技术发达国家在目标市场上, 往往采用申请专利来达到保护市场的目的。同时, 也说明国内企业对磁性材料的研发投入和研发动力不足, 不能真正发挥研发主体作用。这也正是影响我国磁性材料产业进一步发展的原因之一。

磁性材料产业专利技术地图分析

1.IPC分布

(1) 磁性材料专利IPC分类雷达图 (见图5) 显示, 我国磁性材料产业发明专利与实用新型专利集中分布在H、B、G、F、C类。其中, H类专利最多, 共1415件, 将近占总数的30%;B类和G类专利也较多, 分别为790件和786件, 约占总数的16%;F类和C类专利量分别是453件和449件, 约占总数的9%。这表明我国磁性材料专利技术主要是在电学、物理、作业、运输等领域, 人类生活必需品、纺织、造纸类的数量很少。因此, 未来可进一步拓展磁性材料技术在人类生活必需品方面的应用。

(2) 从IPC小类级分布 (见表2) 可看出, 目前, 我国磁性材料技术的相关专利申请主要集中在, H01F、H02K、G11B、G01R、C04B等类。其中H01F专利最多, 占H类专利的44%。其次是H02K、G11B、G01R、C04B。特别需要指出的是, A61H类69件, 占A类专利的91%, 是磁性材料在理疗装置中的运用。由此表明, 目前国内有关磁性材料的制造方法、技术的研发已达到一定水平。随着下游行业加速向数字化和智能化的方向发展, 对磁性材料的性能要求越来越高, 将促使磁性材料的制备方法和装置进一步发展。同时, 磁性材料在电机、陶瓷、电子元器件、理疗装置等方面的应用仍然是未来比较关注的热点。

2.技术生命周期

(1) 技术生命周期图。将某一技术在不同时间段内专利申请量与专利申请人数之间的关系图形化, 可得到技术生命周期图, 从而可以清楚地了解技术发展状态。技术生命周期大致可以分为, 技术的起步期、发展期、成熟期、衰退期和复活期。从磁性材料专利技术生命周期 (见图6) 可看出, 1985~2000年, 我国磁性材料技术处于起步期, 专利申请量和专利人数都较少, 磁性材料领域内研究者不多, 专利成果较少;从2001年开始, 专利申请数量和申请人数有了较大幅度的增长, 说明磁性材料产业专利正处于发展期, 其中2007年较特殊, 有明显的下降。2008年以后, 专利申请量和专利人数都大量增加, 说明我国磁性材料处于技术生命周期的高速发展阶段。这主要得益于政府相继出台一系列拉动内需的政策, 家电下乡、3G放号等, 对家电、通讯等磁性材料下游产业产生了良好的刺激作用, 从而促进了我国磁性材料产业的迅猛发展。

(2) 技术发展程度计量分析。计量分析专利文献统计参数, 可以度量某一技术的发展阶段, 主要的统计参数如表3所示。由磁性材料专利统计参数时间趋势图 (见图7) 可知, 1999~2011年, 我国磁性材料技术生长率波动较大, 但具有递增趋势, 总体上表现出微弱的生产特性;技术成熟系数总体呈现增长趋势, 表明磁性材料技术在我国尚未成熟;技术衰老系数基本上没有多大变化, 主要是有关磁性材料的外观设计总量较少, 其中, 2011年申请量占多数, 技术衰老系数有所变小, 但总体上没有体现明显的技术衰老特征;新技术特征系数的变化, 基本上和技术生产率的变化规律相同, 总体呈现递增趋势, 表现出一定的新技术特征。计量分析结果表明, 我国磁性材料技术仍处于发展时期, 与技术生命周期分析结果相同。

(注:a为当年某技术领域的发明专利申请 (公布) 数量;b为当年某技术领域的实用新型专利申请 (公布) 数量;c为当年某技术领域的外观设计专利数量;A为追溯5年某技术领域的发明专利申请〈公布〉累积数量)

结论与建议

1.结论

通过制作与分析我国磁性材料产业的专利地图可知, 我国磁性材料技术领域研究与开发虽然起步较晚, 但经过十几年的发展, 已有了一定的基础, 涉及的技术领域较多, 主要集中于磁体、电感、变压器、磁性材料的选择、电机、基于记录载体和换能器之间的相对运动而实现的信息存储、测量电变量和测量磁变量等技术领域。尤其是金融危机之后, 得益于国家刺激内需及鼓励发展战略性新兴产业等政策, 磁性材料产业加快发展, 磁性材料产业的专利申请量呈现快速增长趋势。

从地区分布看, 我国磁性材料技术的研发, 主要集中在浙江、江苏、北京、广东、上海等经济发展较快的地区;从专利类别分布看, 以发明专利和实用新型专利为主, 且发明专利申请量及增长速度均超过实用新型, 体现了技术的成长性;从专利申请人分析可得, 日本等磁性材料技术发达国家的企业在我国申请了较多的专利, 以期采用申请专利来达到保护市场的目的, 也体现了我国企业对于磁性材料的研发投入和研发动力相对不足;从技术生命周期的分析得出, 磁性材料技术在我国仍处于发展时期。

2.建议

(1) 学习发达国家的发展经验, 注重企业的研发投入。一方面政府应加大对企业研发支持的力度, 激发企业研发的积极性;另一方面, 企业之间可以恰当地重组并购, 以提高竞争力, 构建核心研发企业。同时, 我国企业也要进一步提高知识产权保护意识, 积极利用专利对创新成果进行保护。

(2) 浙江、江苏、北京等磁性材料产业重点发展地区, 可以充分发挥产业集群作用, 集聚更多的技术研发力量, 打造研发基地。

(3) 加强科研机构、个人与企业的合作, 提高我国磁性材料技术成果产业化和市场化的程度, 促进磁性材料产业的快速发展。

摘要：本文利用专利地图的理论和方法, 绘制了包括专利发展动向、专利国别分布、专利地区分布、专利类别分布、专利申请人分布等在内的国内磁性材料专利管理地图, 以及包括专利IPC分布、技术生命周期等在内的国内磁性材料专利技术地图, 对我国磁性材料产业的技术发展状况进行了深刻的剖析, 以期促使人们对磁性材料产业技术发展及知识产权保护给与更多的关注。

关键词：磁性材料,专利管理地图,专利技术地图

参考文献

[1]王珊珊, 田金信.基于专利地图的R&D联盟专利战略制定方法研究[J].科学学研究, 2010 (6) :846-852.

[2]王磊.基于专利地图的太阳能产业专利现状与技术研究[J].合肥工业大学学报, 2011 (5) :771-776.

[3]陆斌.国内涂料领域专利地图研究[J].现代涂料与涂装, 2011 (5) :21-25.

[4]宓翠, 袁旭梅, 孟卫东.基于专利地图技术的我国风电产业专利竞争情报研究[J].情报杂志, 2010 (11) :39-43.

材料磁性 篇9

磁性材料的应用很广泛, 可用于电声、电信、电表、电机中, 还可作记忆元件、微波元件等。随着现代社会信息化程度的提高, 对磁性材料的需求越来越高, 同时对磁性材料的性能调整也有相当程度的要求。磁记录材料至今仍是信息工业的主体, 近年来, 磁盘记录密度突飞猛进, 其中最主要的原因是应用了巨磁电阻效应读出磁头, 而巨磁电阻效应是基于电子在磁性纳米结构中与自旋相关的输运特性[1]。对物质磁性质及其机理的研究一直是材料科学和凝聚态物理重要的研究课题之一。特别是近年来, 层状高温超导材料、滋性多层膜、人造磁性超晶格等层状磁性材料的制备技术和实验研究发展迅速, 这些材料表现出了许多奇异并具有广阔应用前景的磁性质, 主要集中在以下几个方面[2,3,4]:一高矫顽力的磁性材料, 即硬磁材料, 二、具有高居里温度的磁性材料, 三、纳米磁性材料。在国际上研究的非常热门的稀磁半导体其中一个重要的方面就是希望通过不同的途径获得具有室温铁磁性的材料。对于磁性材料性能的研究不仅局限于实验, 在理论上也有许多科学家关注, 同时作为一中重要的研究手段计算机模拟在磁性材料的研究方面也发挥了巨大的作用。计算机模拟工作中面临的问题就是如何使模拟结果接近真实体系。由于真实系统中的粒子数非常多, 即便是采用最先进的计算机也无法完成如此大规模的计算。通常的做法是选取一个小的研究单元, 对小单元进行研究, 并通过周期边界条件将小单元无限地重复, 从而得到宏观系统的性质。显然这个小单元的尺寸的选择是很重要的。尺寸选得太小, 模拟的结果会与真实系统有较大的差别, 从而不能得到有意义的结果;尺寸选得太大, 计算机的运算量太大, 使得模拟很难或无法完成。因此在模拟过程中要选取一个模拟单元的有效尺寸, 使得研究结果能正确反映系统的性质, 但运算量又不是太大。本文利用Ising模型研究了材料磁性能与模拟单元大小的关系, 揭示了尺寸效应在计算机模拟中的影响。

1 研究方法

Ising模型是Ising在1925年研究自旋S=1/2的磁自旋系统的自发磁化时提出的[5], 但是它提出以后最成功的却是在分析一类具有合作现象的有序一一无序体系方面的应用。Ising模型提出以后, 许多学者致力于给出二维Ising模型的解析解[6,7,8]到目前能够精确求解的也仅限于S=士1/2的二维Ising模型。在考虑近邻相互作用为常数的情况下及没有外加磁场的情形下, 其哈密顿量具有以下形式:

式 (1) 中表示对所有自旋对求和;Si (Sj) 代表晶格上电子的自旋, 最简单情形假设只有两种取向, 用Si=±1描述;J为交换常数, J>0表示铁磁有序, 因为此时系统的自旋都朝一个方向时系统的能量最低;J<0时, 系统地自旋是相互反平行才能使系统能量最低, 这样一种状态对应反铁磁有序。当存在外加磁场B (以J为约化单位) 的时候, 整个体系的哈密顿量表示成如式 (2) 形式。

在磁自旋系统中, 研究不仅限于前面提到的S=1/2的模型, 还有S=1、3/2、2等情况。在本文中仅考虑S=1的情形。尽管单子格的一维、二维Ising模型已经得到了严格的解析解, 但是在实际研究过程中这样简单的模型仍然具有非常重要的意义。

本文采用MonteCarlo的方法结合Ising模型研究了材料的磁学性能与所研究的体系大小的关系, 即探讨有限尺度效应。我们采用二维Ising模型, 研究了不同大小体系在没有外场的情形下自发磁化强度、磁化率随温度的变化情况, 以及居里温度下的矫顽力。在整个模拟过程中, 体系的初始位型为均是所有各点的自旋都朝上S=1, 即开始状态为铁磁性, 即“冷启动”模型。为了让体系达到热平衡状态, 我们采用了2×105个MonteCarlo步 (以下简称为MCS) 使格点上的自旋翻转, 经历如此过程之后整个系统的自旋不再是统一朝某一方向, 达到随机分布的状态。格点上自旋翻转机率取决与翻转前后体系的能量, 计翻转前体系能量为H0, 反转后体系能量为H, 翻转几率记为P, 他们之间的关系为[9]:

在模拟过程中, 能量以kBT为单位, kBT为波尔茨曼常数, T为绝对温度, 其他物理量也均采用约化单位, 如温度采用kBT/J为单位。达到热平衡状态之后, 再利用4×105个MonteCarlo步求出体系的自发磁化强度M, 磁化率χ。在统计模型中对一个给定的体系状态M、χ与电子自旋的关系分别为:

2 结果与讨论

我们研究了不同尺寸大小L×L行 (或列) 的正方二维体系, 探讨其磁化强度随温度的变化情况, 得到了M-T曲线, 磁化率随温度的变化曲线χ-T曲线, 同时还研究了T=1.0时磁滞回线与体系尺寸变化的关系。图1给出了不同模拟单元大小的一组M-T曲线, 从图中我们可以看出低尺度L=10行的模拟结果显示T<2体系就发生相变, 而理论值Tc=2/ln (1+2) =2.269[10], 这一结果偏离理论值太大, 这说明模拟尺度太小不能正确地显示信息, 进一步增大模拟尺寸L=15行, 其结果与理论值还是存在一定偏差;当模拟单元大小L=30行时, Tc～2.2, 这一结果很接近理论值;当增加模拟单元尺度至L=40行, 此时模拟所得结果Tc≈2.25进一步逼近理论值, 我们可以判断如此大小的模拟单元已经能够给出正确的信息;再进一步增大单元尺寸L=50行, 所得结果与L=40行几乎没有区别。图2给出了磁化率与温度关系的一组χ-T曲线, 同样模拟了L=10、15、30、40、50行大小的单元。在相变温度处磁化率发生很大的转变, 发现在小尺寸的情形下转变处的峰比较宽, 而随着尺寸增加, 峰逐渐变窄;L=40、L=50行尺寸的峰位与峰宽都非常相近。从以上结果我们可以看出在模拟过程中为了得到接近真实体系的相变温度、磁化率, 选取40行×40列的单元大小比较合适。我们还进一步研究了L=10、30、40、50行大小的单元的磁滞回线, 如图3所示。小尺寸单元的由于模拟的自旋数目非常少, 根本无法体现系统的信息, 在T=2.0时, 还有相当大的矫顽力 (B=0时对应的磁化强度, 称为矫顽力, 以B为单位) ;而随着尺寸的增大, 自旋数目增多, 能够提供正确的信息逐渐增多, 发现在T=2.0, 接近居里温度的情形下, 矫顽力逐渐变小, 这也正好符合临近相变温度, 磁有序向磁无序转变;同样模拟结果发现L=40、50行的模拟单元所得到的磁滞曲线几乎重合, 表明再增大尺度对模拟结果并不会有影响, 而L=40行就是合适的模拟单元大小。

3 总结

本文采用Ising模型, 使用MonteCarlo方法模拟了物质的磁学性能随模拟单元的大小变化的关系。模拟结果表明合适的模拟单元大小的选取是非常重要的, 不仅要能正确反映出体系的真实信息, 而且要节约CPU时间。综合这两点考虑, 在我们研究的体系中, 选取的二维正方形格子尺寸L=40行 (或列) 正好合适, 不仅能给出正确的信息, 而且这样大量节约了计算时间。

参考文献

[1] Kennedy. Break through of the year. Science, 2007; 318:1833

[2] Coey J M D. Magnetic materials.J Alloys and Compounds, 2001;326: 2—6

[3] Inoue A, Betal S. Cobalt-based bulk glassy alloy with ultrahigh strength and soft magnetic properties. Nat Mater, 2003; 2:661—663

[4] Sundar S, Deevi S.Soft magnetic FeCo alloys: alloy development, processing, and properties.International Materials Review, 2005; 50: 157—192

[5] Ising E. The theory of ferromagnetism. Z Physics, 1925; 31:253—261

[6] Onsager L. Crystal statistics. I. A. two-dimensional model with an order-disorder transition.Phys Rev, 1944;65:117—149

[7]Kaufman B.Crystal statistics.II.rartition function evaluated by spi-nor analysis.Phys Rev, 1949;76:1232—1243

[8] Yang C N.The spontaneous magnetization of a two-dimensional Ising model. Phys Rev, 1952;85:809—816

[9] Metropolis N, Rosenbluth A W. Computer simulation of liquids.Chem Phys, 1987;10:125—130

材料磁性 篇10

将磁性纳米粒子掺杂到导电高分子中所形成的复合材料既具有导电高分子优良的导电性,同时又具有磁性纳米粒子独特的物理化学性能,并可在力学、光学、电学和磁学等方面赋予材料许多优异的特性而成为纳米材料研究的热点之一。

1 聚苯胺/磁性纳米复合材料的制备方法

聚苯胺/磁性纳米复合材料常见的制备方法有共混法、原位聚合法、溶胶-凝胶法、电化学合成法、自组装法、高能球磨法等。

1.1 共混法

共混法是制备纳米复合材料最简单的方法,根据共混方式,共混法大致可分为机械共混法、溶液共混法、乳液共混法、熔融共混法[4]。但是纳米粒子易团聚,磁性纳米粒子在聚合物基体中难以分散均匀,复合物结构具有不确定性。因此这种方法通常需要在共混前对纳米粒子的表面进行处理,除采用分散剂、偶联剂和(或)表面功能改性剂等综合处理外,还可用超声波辅助分散。

Xue等[5]研究了由DBSA掺杂聚苯胺(DBSA-PANI)和盐酸掺杂的聚苯胺-Fe3O4纳米粒子(HCl-PANI-Fe3O4)机械共混合成的Fe3O4-PANI纳米复合微球。Tang等[6]以阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸(DBSA)修饰的γ-Fe2O3和樟脑磺酸(CSA)掺杂的PANI为原料,采用溶液共混法制备了γ-Fe2O3/PANI复合膜。γ-Fe2O3在复合物中含量为20.8%、47.5%时电导率仍分别可达180S·cm-1、80S·cm-1,是目前所有报道中性能最好的导电高分子磁性纳米复合物。Pant等[7]采用溶液共混法在聚乙烯醇(PVA)聚合物基质中合成了Fe3O4-PANI薄膜。

1.2 原位聚合法

原位聚合法制备聚苯胺/磁性纳米复合物,首先要制备出纳米磁性粒子,再往含有磁性粒子的溶液中加入苯胺单体及引发剂等,使其在纳米磁性粒子表面原位聚合,形成以磁性纳米粒子为核,聚苯胺为壳的微球。为使粒子获得良好分散,大多数情况下需要添加相转移剂或表面改性剂。原位聚合法由于简单易行,已经成为制备无机纳米粒子/导电聚合物复合材料最常用的方法之一。

Li等[8]采用流变相反应法先制备出纳米尺寸Zn0.6Cu0.4Cr0.5Fe1.5-xLaxO4铁酸盐,再与PANI聚合为PANI/铁酸盐纳米复合材料。由于金属氧化物低于零电点pH值时其表面带正电,然而高于零电点pH值时带负电,磁铁矿的零电点pH =6,在磷酸溶液中(pH<6)带正电,因此,HPOundefined和H2PO-4吸附在铁酸盐表面。苯胺单体在酸溶液中为阳离子,吸附在铁酸盐表面的阴离子和苯胺阳离子发生了静电相互作用。室温下苯胺单体在铁酸盐表面由过硫酸氨引发聚合得到复合材料。

Jiang等[9]采用原位聚合法制备了LiNi0.5La0.08Fe1.92O4-PANI核壳结构的纳米复合材料。他们也以磷酸为掺杂剂,先合成铁酸盐,把铁酸盐加入磷酸溶液搅拌,再加入苯胺单体搅拌,最后加入氧化剂过硫酸氨引发聚合,制备出LiNi0.5La0.08Fe1.92O4-PANI复合物。Aphesteguy等[10]首先合成铁酸盐(NiFe1.95Gd0.05O4),在1100℃热处理2h,再采用原位聚合法合成铁酸盐/PANI纳米复合材料。他们研究了复合物的电磁性,当饱和磁化强度急速下降时,复合物的矫顽力几乎没有变化;随着温度的降低,电导率下降,复合物显示出典型的半导体性质。杨青林等[11,11]提出用“修饰-再掺杂法”制备导电聚苯胺/ Fe3O4磁性纳米复合材料。该复合物呈现超顺磁性和半导体的导电性,并具有较好的透明性。

Deng等[12]采用乳液聚合法制备Fe3O4-PANI磁性纳米复合材料,他们先合成Fe3O4磁流体,在Fe3O4磁流体和苯胺混合溶液中加入氧化剂过硫酸铵引发聚合,由此合成了Fe3O4-PANI核壳结构纳米复合材料。该课题组还用这种方法制备了Fe3O4-交联聚苯胺(CLPANI)核壳结构的纳米复合物[13];合成了具有核壳结构的Fe3O4-聚苯胺磁性纳米复合材料,在优化的实验条件下,得到饱和磁化强度Ms为55.4emu·g-1,矫顽力Hc为62Oe的磁性微球[14]。

1.3 溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法是最早用来制备纳米复合材料的方法之一。溶胶-凝胶中通常用酸、碱或中性盐来催化前驱物水解和缩合,因其水解和缩合条件温和,因此在制备上显得特别方便。

Wu等[15]采用溶胶-凝胶法制备有机改性硅酸盐-镍锌铁酸盐/聚苯胺复合涂层。复合涂层以四亚乙基五胺、缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、正硅酸乙酯和Ni0.5Zn0.5Fe2O4/PANI作为前驱体。这些复合薄膜通过旋涂沉淀在铝合金上面提高其防腐性能。

溶胶-凝胶法制备的纳米复合材料的优点是有机和无机组分掺杂紧密,合成条件可控制。但是在凝胶干燥过程中,由于溶剂、小分子的挥发可能导致材料内部产生收缩应力,影响材料的力学性能,该法常用共溶剂,所用聚合物受到溶解性的限制。

1.4 电化学合成法

Singh等[16]以导电聚苯胺与γ-Fe2O3纳米粒子为原料,在十二烷基苯磺酸溶液中采用电化学和化学氧化聚合法制备出 PANI/铁酸盐(γ-Fe2O3)纳米复合材料。导电复合物饱和磁化强度为48.8emu·g-1,电导率为0.13S·cm-1。TEM表明γ-Fe2O3的粒径为8~15nm。

1.5 自组装法

自组装法包括模板自组装法,逐层自组装法,原位自组装法等。这种方法因具有设备简单、复合程度均匀、结构可控制的优点,已成为材料科学研究的前沿方法之一。

Wan的研究小组[17]用模板自组装法制备了平均粒径为80~100nm的PANI-NSA/Fe3O4复合纳米管和纳米棒,电导率为10-2S·cm-1,表现出超顺磁性,电磁性能可以通过改变复合物中Fe3O4含量加以调整。他们还用自组装法制备了PANI-β-NSA/Fe(OH)、Fe3O4 /PANI核壳结构复合材料[18,19]。

Ding等[20]采用原位自组装胶束合成聚苯胺/磁性复合纳米线。制备过程为:将苯胺、十二烷基苯磺酸(DBSA)混合于去离子水中,超声搅拌形成乳液,再加入氧化剂过硫酸铵。然后将FeCl3和FeSO4溶液快速加入到上述乳液中,在磁力搅拌下加入氨水,经放置、洗涤、干燥后得黑色复合物。TEM显示纳米线直径为80nm。

1.6 高能球磨法

高能球磨法是利用球磨机的转动,使硬球对原料进行强烈的撞击、研磨和搅拌,把粉末粉碎为纳米级微粒的方法。这种方法具有成本低、产量高、工艺简单易行等特点,目前高能球磨法已成为制备纳米材料的一种重要方法。

Bao等 [21]以Fe3O4粉体及导电聚苯胺为原料,用高能球磨法制备Fe3O4/PANI纳米复合材料。球磨210h后Fe3O4晶粒大小平均为21nm;对复合物的电磁性能研究发现,球磨初期,复合物的电性能保持得较好,而磁性能发生了明显的改变;球磨后期,复合物的电性能下降明显,而磁性能变化较小。

2 复合材料的性能与应用

2.1 防腐蚀性能

聚苯胺作为一种导电聚合物材料具有成本低、合成简单、高化学稳定性和环境稳定性,通过质子掺杂将其从绝缘体转变为导体。聚苯胺因为这种独特的性质而应用于对金属材料的腐蚀防护。

Kumar等[22]采用循环伏安法合成PANI-Ni、Ni-PANI涂层。涂层防腐效果由电气化学阻抗谱法研究(EIS),结果表明,PANI-Ni涂层比Ni-PANI涂层防腐效果好。PANI-Ni涂层为镍沉积在聚苯胺膜上,PANI-Ni复合膜的防腐性能比单纯的PANI膜的防腐性能优良。

Özyllmaz等[23]在草酸溶液中,采用阳极电解法在镀镍低碳钢和无镀镍低碳钢上制备了聚苯胺膜层。研究表明镀镍低碳钢表面电沉积聚苯胺膜后,耐腐蚀显著提高。

2.2 导电性

聚苯胺是具有共轭π键的导电聚合物,离域的π电子在高分子的长键中有较大的位移空间,受电场作用时定向极化而形成电流。导电聚合物最大特点是电导率可以在绝缘体-半导体-金属态(10-9~105S·cm-1)较宽的范围内变化。加入磁性纳米粒子后,聚合物本身的紧密度、链与链之间的连接性和有序性都会发生变化,从而改变复合物的导电性,同时复合物的导电性与聚苯胺的掺杂状态也有关系。Xue等[24]研究DBSA-掺杂聚苯胺与Fe纳米粒子复合为DBSA-PANI-Fe复合微球。在温度为100~300K时研究其导电性,当Fe纳米粒子含量从0%~70%时,复合物的电导率从0.25±0.02S·cm-1下降到0.07±0.01S·cm-1。Yang等[25]研究了聚苯胺加入γ-Fe2O3磁性纳米粒子后复合物电导率下降5个数量级,经过再掺杂电导率提高3个数量级。Wang等[26]发现,掺杂聚苯胺与FeCl-4复合后,电导率可达到8S·cm-1。

2.3 吸波性

聚苯胺-磁性微粒纳米复合材料兼具介电损耗和磁损耗吸波特征,因此这种材料对电磁波吸收的频带较宽,可望在航天、电磁屏蔽和隐身材料等方面有很好的应用。Pant等[7]制备了含聚苯胺/Fe3O4的PVA复合膜。他们对复合膜的吸波性能作了研究,频率在24.4GHz处,随着Fe3O4含量的增加,复合膜的电磁吸收率从1.05dB增加到1.13dB;成膜时外加磁场,复合膜的吸收率从1.13dB增加到1.35dB。通过进一步研究,有望在隐身材料中获得应用。李元勋等[27]采用原位掺杂聚合法,将聚苯胺对M型钡铁氧体颗粒(BaFe12O9)进行包覆,得到了具有棒状结构的复合材料。对复合材料的吸收特性测试结果表明,该材料反射率小于-20dB时,宽带可以达到15.07GHz。Lee等[28]采用原位聚合法制备了Mn1-xZnxFe2O4-聚苯胺核壳结构复合物。研究发现材料反射率小于-10dB时, 将近50%复合材料的吸收宽带是6GHz (2.5G~8.5GHz), 具有非常好的宽带吸收功能。

2.4 其他方面

聚苯胺/磁性纳米复合材料也保持了磁性纳米粒子的磁性能。笔者用高能球磨法制备出聚苯胺/镍纳米粒子复合材料,磁性能良好。Wan等[29]将高导电性聚苯胺与氨基苯磺酸共聚物溶解于碱性溶液中,以FeCl2为掺杂剂制备了Fe2O3/PANI复合物,其饱和磁化强度最大值达33.2emu·g-1。复合物还具有催化性[30]特点,在这方面的研究也取得不少成果。

3 结 语

在聚苯胺/磁性纳米复合材料制备方法及应用方面的研究虽然已经取得了一定的进展,但也存在一些不足,需要在以下几个方面作进一步的研究:

(1)聚苯胺/磁性纳米复合材料的研究在理论上还不成熟,对材料的复合机理、结构与性能的关系等方面还有待进一步地探索。

(2)聚苯胺/磁性纳米复合物电导率还不是很高,如何提高复合材料的导电性仍是今后研究的重点。

(3)在以前的研究工作中,无机磁性纳米粒子主要使用亚铁磁性的金属氧化物,而对具有更高磁性能的铁磁性金属却研究甚少,应多开展这方面的研究。

摘要：聚苯胺/磁性纳米复合材料具有电磁性,有广泛的应用前景,已成为纳米材料研究的热点之一。主要介绍了聚苯胺/磁性纳米复合材料的制备方法与材料性质及其应用,分析了原位聚合、溶胶-凝胶法、自组装技术等制备方法的优缺点,并指出了聚苯胺/磁性纳米复合材料的研究方向。

磁性课堂语言的魅力 篇11

一、课堂语言要规范、要准确

1.规范 说好普通话是每一个教师必备的技能之一，是成为一个合格的老师的前提条件。我们要求学生用语规范，教师自己更要在这方面做出表率。因此，要长期练习普通话，尤其那些方言色彩较重的老师更要努力提高普通话水平，避免因此而影响学生的听课效率。

2.准确 学生是通过语言来知晓老师要传达的知识内容的，只有理解了教师的语言，才能领悟教师的内在意向。所以教师无论是分析文章，还是概括主题、归纳技巧，都应该表意准确，一语中的，切中肯綮，让学生恰如拨开迷雾见日月，豁然开朗，特别是对于那些重要的概念、定律和原理等的表述，更做到字字较真、字字落实，来不得半点含糊，需要反复推敲所用词汇、句式的意义内涵甚至感情色彩，保证知识传递的恰如其分。而要做到这一点，教师必须用对所讲内容的精辟见解与对知识点的深入研究轻轻移除学生理解过程中的隔膜，使之进入一片洞明之境，自己去感受曲徑通幽的妙处。教师用语要力求达到清晰、严谨，避免不规范的语言出现，为学生创造一个良好的语言环境。

二、课堂语言要含蓄幽默、具有趣味性

优秀的教师无不具有含蓄幽默的语言风格。学生不喜欢“催眠曲”式的课堂，那无疑是一种“煎熬”。若教师在授课中适时穿插一些生动幽默的话语，不仅可以活跃课堂气氛，同时也是联系师生感情的纽带，能够使学生在愉悦的环境中高效率地完成学习任务，收到事半功倍的效果。

在教师幽默语言的熏陶下，学生可以在笑声中得到启迪，领悟其中蕴含的睿智和哲理，激起求知欲，消除疲劳，并使课堂气氛趣而不俗，活而不乱，严而不死。当然，师生之间的幽默要遵循一定的度，这个度就是《诗经》中所提到的“善戏谑兮，不为虐兮”。即它不应该是粗俗的，而应该是健康的；不应该是油滑的，而应该是一种亦庄亦谐的轻幽默。这样才能收到“言谈微中，亦可解纷”的效果。

培根曾说过，“善谈者必善幽默”。因此，教师要广采博闻和教材密切联系的笑话、故事、格言、民间谚语，让幽默的语言为课堂插上快乐的翅膀，让课堂如宜人的春风，拂得学生心智激荡，学而不倦。

三、课堂语言要激情四射、文采飞扬

1.激情四射 同样的一课时，有的教师上得枯燥乏味，学生索然寡味，昏昏欲睡；有的教师上得妙趣横生，学生也学得兴趣盎然，跃跃欲试。究其原因是有的教师语言平淡无味，僵化呆板；有的教师的教学语言抑扬顿挫，声情并茂。特级教师孙芳老师的教学语言独具魅力，在语文界享有很高的声誉，她认为：“语言不是磁铁”，但可以“吸”东西。她正是用自己优美生动富有魅力的语言、饱满的激情去“吸”住学生，让学生始终沉浸在高涨的情绪中的。有位教育家说过：“世界上没有枯燥的知识，只有枯燥的讲授。”为了达到这种效果，教师必须注意语言的音量、速度和节奏使之符合学生听觉的需要；同时还必须在语言组织，修辞，句式的变换方面下功夫，以增强语言的表达效果。我们应鼓励自我陶醉式的教学，尽量使自己的语言绘声绘色，讲人如见其人，讲事如临其境，讲物栩栩如生，讲景历历在目。古人云：“感人心者，莫先乎情。”文章不是无情物，要学会引导学生“披文入情”，达到提高课堂教学效果的目的。

2.文采飞扬 学生文学素养的提高，很大程度上取决于教师的文学修养。所谓“轻拢慢捻皆成妙曲，信笔涂抹皆成妙文。”如果语文教师满腹经纶、才华横溢，周身应弥漫着浓郁的书卷气息，授课时宏论滔滔、妙语连珠，学生也必定会是如沐春风、如饮甘泉。当然只有博闻强识，才能在课堂上厚积薄发、旁征博引，增强课文学习的知识性和文学性，从而激发起学生的学习兴趣。当然，文采飞扬不等于夸夸其谈、离题太远、空发议论，而应言而有物、论之有实。

四、课堂语言要做到简洁练达

莎士比亚说：“简洁是效率的手段，远远胜过冗长肤浅的藻饰。”教学语言作为课堂教学的主要手段，要简洁练达，深刻精辟。精炼简洁，即要言不烦，一语中的。有的老师在课堂上口头语不断，语言重复啰嗦、不得要领；还有的老师在课堂上动辄谈过去拉家常，占用了课堂宝贵而又有限的时间，这恰是教师自身语言素养欠缺的表现。教育者劳心劳力而无功，学习者心烦意乱而无获。要用准确而简明的语言表达复杂而丰富的思想，做到辞约而意丰，高度凝练。

前苏联教育家玛丽莲卡说过“高水平的语文课堂语言艺术，不但能够开启学生的智慧，提高学生的思想水平，而且还能够让学生获得一种美的享受和情感的陶冶”。教学语言表达能力的高低对课堂教学效果的好坏和教学质量的高低有直接影响，优化的课堂教学用语至关重要。

磁性材料在传感器中的应用 篇12

1 差动变压器概述

1.1 工作原理

差动变压器式传感器有初级线圈、两个次级线圈和铁心等组成, 其中两个次级线圈反向串联, 构成差动结构。当差动变压器中初级绕组加激励电压时, 根据变压器原理, 在两个次级绕组中便会产生感应电动势, 如果工艺上保证变压器结构完全对称, 当铁心处于初始平衡位置时, 必然会使变压器两个互感系数相等, 根据电磁感应原理, 在两个次级绕组上产生的感应电动势大小相等, 由于变压器两个次级绕组反向串联, 则差动变压器的输出电压为零。但是, 实际上, 这种情况是绝对达不到的, 当绘制桥路输出电压与活动衔铁位移关系曲线时, 发现实际特性曲线和理想特性曲线不完全重合, 实际特性曲线是不通过原点的, 它们之间总会有很小的差值。我们把传感器在零输入时的输出电压称为零点残余电压。

1.2 零点残余电压

1.2.1 零点残余电压的产生原因及影响

零点残余电压主要由基波分量和高次谐波分量组成。

零点残余电压产生的原因有两个:一是由于电感线圈的电气参数及导磁体几何尺寸不完全对称, 因此在两电感线圈上的电压幅值和相位不同, 从而形成了零点残余电压的基波分量;二是由于传感器导磁材料磁化曲线的非线性 (如铁磁饱和、磁滞损耗) 使得激励电流与磁通波形不一致, 从而形成了零点残余电压的高次谐波分量。

零点残余电压的数值约为零点几毫伏, 有时甚至可达几十毫伏, 并且无论怎样调节衔铁的位置均无法消除。零点残余电压的存在, 使得传感器输出特性在零点附近不灵敏, 限制了分辨率的提高。零点残余电压太大, 将使传感器线性度变坏、灵敏度下降, 甚至会使放大器饱和, 堵塞信号通过, 致使仪器不再反映被测量的变化。

1.2.2 零点残余电压的减小方法

改善零点残余电压的影响, 应从产生原因上入手。减小零点残余电压的方法有:1) 提高框架和线圈的对称性;2) 减少电源中谐波成分;3) 正确选择磁路材料, 同时适当减少线圈的激磁电流, 使衔铁工作在磁化曲线的线性区;4) 采用相敏检波电路, 可以使零点残余电压减小到能够忽略的程度;5) 在线圈上并联阻容移相网络, 补偿相位误差。本文主要从磁性材料的选用上进行论述。

2 铁磁材料

2.1 铁磁材料的分类及特点

铁磁材料是指受到外磁场作用时显示很强磁性的材料, 具有高磁导率、磁饱和性和磁滞效应。如铁、镍、钴、硅钢、坡莫合金、铁氧体等。较高的磁导率, 使它们具有被强烈磁化的特性, 因此被用于变压器的铁心;磁饱和性, 则使其在磁化过程中磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限的增强, 当励磁电流增大到一定值时, 磁化磁场不再变化;而磁滞效应, 使铁心在励磁电流消失时, 依然存在一定的磁性。磁滞特性使永久磁体的制造成为可能, 但却在许多应用中带来不利影响。磁饱和性和磁滞效应形成了零点残余电压的高次谐波分量。

常用的铁磁材料有两大类:软磁材料和硬磁材料。软磁材料的特点是磁导率很大, 剩磁很小, 容易磁化也容易去磁, 因而磁滞损耗小, 如硅钢片、坡莫合金、铁氧体等。硬磁材料的特点是必须用较强的外磁场才能使它们磁化, 但一经磁化, 取消外磁场后磁性就不容易消失, 具有很强的剩磁, 如碳钢、钴钢、铝镍钴合金等。对于变压器我们选用软磁材料。

2.2 传感器中铁磁材料的选用

差动变压器式传感器应选用高导磁体、低矫顽磁力 (使剩磁消失的的反向磁场) 、低剩磁的导磁材料。剩磁愈大, 愈容易饱和, 从磁性材料满足工程设计上的需求来看, 应尽量避免导致传感器中产生高次谐波。

在高频情况下, 大于10千赫兹激励频率的传感器, 起决定因素的是电阻值, 应选用高电阻率材料。但是, 对于消除基波零电压来说, 应尽可能的增大线圈的品质因素, 使线圈的电阻影响减小, 从而保证零电压在电桥输出中所占的比重减小, 这就要求磁性材料有较大的磁导率来增加电感。此时材料的磁导率就成为主要指标了。一般选用铁氧体铁心。

对于环形航向传感器, 所采用的软磁合金应有以下要求:1) 合金的导磁均匀性要好;2) 由于传感器在400赫兹激磁场及地磁场同时作用下工作的, 因此, 要求合金应具有较好的动态磁性和较好的交直流叠加磁性能;3) 合金的剩磁感应要低, 最好低于2000高斯;4) 要求磁性钢带的尺寸均匀, 厚度公差小于0.01～0.015毫米, 以保证传感器的工作讯号大于280毫伏, 零位讯号小于30毫伏。为满足环形航向传感器的设计要求, 合金的成分选择极其重要, 应使合金的饱和磁致伸缩趋近于零, 一般选用铁镍合金, 可以通过适当的热处理使各项异性常数也趋于零, 这样就可以得到导磁均匀性好、磁导率高的合金。

对于计数传感器, 为了用很小的激磁电流就可得到最大磁感应强度, 应选择磁导率较高、矫顽力很小的合金。在给定的工作电压及要求有较大的电势输出时, 为减小体积和绕组匝数, 应选择具有较高饱和磁感应的合金。

3 结语

通过本文的论述我们知道传感器零点残余电压产生原因、减小方法, 为使其测量结果更加准确, 应依据传感器的具体性能合理的选用铁磁材料可使其在各方面性能得到改善。

参考文献

[1]潘雪涛, 李堑.差动变压器零残电压产生的原因及其补偿方法.电子元件与材料, 2006.

[2]郁有文, 常健, 程继红.传感器原理及工程应用.西安电子科技大学出版社, 2008.