摘 要：纳米磁性材料作为重要的一种高新磁性材料，自从被发现以来，得到快速发展和应用，近年来已经成为全球科学家开发的热点，使得满足新应用的新型纳米磁性材料不断涌现。本文综合评述了纳米磁性材料研究开发现状及其发展。
关键词：纳米晶软磁；纳米永磁；纳米磁性液体；纳米信息存储材料；纳米巨磁致伸缩材料；纳米吸波材料
一、引 言
纳米是一个尺度的度量，定义为1×10-9m，以“纳米”命名材料起始于20世纪80年代，颗粒或晶粒大小在100nm之内。纳米材料包括纳米颗粒材料、纳米晶粒材料和纳米复合材料（包括多层膜）等。纳米技术用于新型磁性材料的开发主要有纳米晶软磁材料、纳米永磁材料、纳米磁性液体、纳米信息存储材料、纳米巨磁致伸缩材料、纳米吸波材料等，因其在纳米尺寸和结构具有许多奇异的特性，比传统磁性材料显现出许多优异的性能，用途广泛，具有广阔的发展前景。随着纳米技术的不断进步，各种新的纳米磁性材料将会不断地开发出来，并投入实际应用，其发展必将对经济建设、国防实力、科技发展以至社会进步产生巨大的影响。
二、纳米晶软磁材料
纳米晶软磁材料是1988年由日本发现的，他们将含有Cu、Nb的Fe-Si-B非晶合金条带退火后，发现基体上均匀分布着许多无规则取向的粒径为10～15nm的α-Fe（Si）晶粒。这种退火后形成的纳米合金，其起始磁导率相对于非晶合金不是下降而是大幅提高，同时又具有相当高的饱和磁感应强度，其组成为Fe73.5Cu1.0Nb3.0Si13.5B9.0（命名为Finmet），磁导率高达105，饱和磁感应强度为1.30T，其性能优于铁氧体与非晶磁性材料。用于工作频率为30kHz的2kW开关电源变压器，重量仅为300g，体积仅为铁氧体的1/5，效率高达96%。这种Fe-Cu-Nb-Si-B系纳米材料能够获得软磁性的重点原因是：在Fe-Cu-Nb-Si-B纳米材料中，α-Fe（Si）固溶体晶粒极为细小，每个晶粒的晶体学方向取决于随机无规则分布晶粒间的交换耦合作用，这种交换耦合作用的结果使得局域各向异性被有效地平均掉，致使材料的有效磁各向异性极低。继Fe-Si-B纳米晶软磁材料后，90年代以后，Fe-M-B、Fe-M-C、Fe-M-N、Fe-M-O（M=Zr、Hf、Nb）等系列纳米微晶软磁材料相继出现，近年来为满足片式化和微磁器件的应用需要，以Fe基、Co基为主体的磁性合金纳米颗粒膜和纳米多层膜的研究十分活跃，这种纳米颗粒膜、多层膜同时具备高电阻率、高饱和磁感应强度及宽频带范围的高磁导率特性，是一种十分理想的微磁器件用材料。这种新型薄膜材料已在微磁器件、新型抗EMI器件中得到应用。
在日本发明Finmet合金后，我国也开展了纳米晶软磁材料的研究，1990年已开始小批量生产，并应用于电子和电力电子方面。北京钢铁研究总院已经研究和建设成功年产超过2000吨的纳米晶软磁合金生产线。
由于纳米晶合金兼备了非晶合金和各类传统软磁材料的优点,成为促进电子产品向高效节能、小型轻量化方向发展的关键材料。目前国内外开发的纳米铁基非晶带材已成功应用于配电变压器、中频变压器、功率因数校正器；纳米铁镍基非晶带材已在磁屏蔽、防盗标识方面获得应用；纳米钴基非晶带材已在磁放大器、高频变压器、扼流圈、脉冲变压器、饱和电抗器方面获得广泛应用；铁基纳米晶带材已广泛应用于磁放大器、高频变压器、扼流圈、脉冲变压器、饱和电抗器、互感器等电力电子器件。
新近科学界又发现纳米微晶软磁材料在高频场中具有巨磁阻抗效应，开辟了在磁敏感元件方面的应用。
在至今已研究的Fe基、Co基纳米磁性颗粒膜两大系列中，从目前进展来看，Co基纳米颗粒膜的磁性更优良一些。通过调整靶成分和工艺参数，得到Bs为1T以上、电阻率ρ为1000μΩ·cm左右、各向异性场在1600～3200A/m之间、矫顽力小于80A/m、磁导率μ′在1GHz频率大于100是可行的。最近，对电感元件提出了在GHz频段工作的要求，因此，急需开发高电阻率磁性薄膜。使强磁性金属与绝缘体以纳米级晶粒混合制备的高电阻磁性薄膜，十分引人注目，称之为金属——非金属纳米颗粒膜。最初，采用在Fe靶上配置BN片，在氮和氩混合气氛中溅射，制得细Fe和BN的混合结构材料，这种材料具有强的软磁性，又有BN绝缘，可使其ρ值高达1000μΩ·cm。后来又开发了（Fe，Co）-（B，Si，Hf，Zr，Al，Mg）-（F，O，N）等多种系列。如CoAlO系纳米颗粒膜，在数1000MHz，Bs=1.15t,μ=100,ρ=500Μω·cm，其厚度约1.96μm。它们的高频软磁特性约比铁氧体高1个数量级。可望用作超高密度记录磁头，超高频电源变压器，滤波器等薄膜磁芯。
随着应用研究的不断深入，特别是许多新型微磁器件对这种颗粒膜的要求不断迫切，纳米磁性颗粒膜的开发与应用将会出现大的发展。
目前，纳米晶软磁材料正沿着高频、多功能方向发展，其应用领域将遍及软磁材料应用的各方面，有着广阔的发展前景。
三、纳米永磁材料
现今高技术产品对永磁材料性能的要求是，高剩磁、高的最大磁能积、高矫顽力，此外，还要求高的居里温度、良好的耐蚀性和热稳定性以及低的温度系数。永磁材料的发展经历了AlNiCo永磁体、硬磁铁氧体、Sm-CO系列合金永磁、NdFeB合金、Sm2Fe17Mx（M=C、N）等阶段。
NdFeB纳米晶双相复合永磁合金是近年来出现的一种引人注目的新型永磁合金。这类合金结合了硬磁相高的磁晶各向异性和软磁相高饱和磁化强度等优点，通过纳米尺度下两相间的磁交换耦合作用获得高的综合磁性能。