[发明专利]一种纳米磁性材料的测量装置及其方法

说明书

本发明公开了一种纳米磁性材料的测量装置及其方法，装置包括被测磁性样品、第一电磁线圈、调制磁场控制器、磁性探针、检测磁场励磁装置和磁力显微镜控制部分，所述磁性探针位于被测磁性样品的正上方，所述第一电磁线圈在检测磁场励磁装置的驱动下产生交变磁场，使磁性探针受到相应频率的磁激发并在该频率下进行振动；所述第一电磁线圈还在调制磁场控制器的驱动下产生强度可控的调制磁场，对被测磁性样品进行磁调制，然后通过磁力显微镜控制部分搭载的磁性探针对被测磁性样品进行磁力成像。本发明通用性强，适用于对在大气环境及室温下呈现弱磁性尤其是超顺磁性的样品进行准确观测。本发明可广泛应用于测量技术领域。

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤其是一种纳米磁性材料的测量装置及其方法。

背景技术

目前，关于材料的磁性测量手段主要有：

a.传统的磁力显微镜（Magnetic Force Microscope，简称MFM），通过捕捉磁性探针和磁性样品间的磁相互作用进行磁力成像，能够反映样品表面的漏磁及其二维分布情况，是一种对磁性材料的微观结构和磁特性同时进行表征的重要工具。目前，磁力显微镜的成像通常采取两遍扫描的方式，由于对磁力成像时探针与样品的间距较大，其横向分辨率通常比原子力显微镜要低，故其所能达到的横向分辨率通常为30-100 纳米。因此，磁力显微镜的分辨率和灵敏度不能满足材料在纳米尺度上进行特性表征的需要，通常不能用来对纳米磁性颗粒进行磁力成像。另外，对超顺磁等弱磁性材料来说，因为这些材料与探针之间产生的磁力较弱，因此若仍采用目前的磁力显微镜对弱磁性材料进行成像，会导致其灵敏度较低，成像效果不理想。

b.在MFM的基础上，近十年来国内外的研究者们为了提高磁性显微镜的分辨率和灵敏度，在实验层面通过外加恒定的磁场（据报道所使用的磁场一般在几百毫特斯拉量级水平）取得了较大的成效；在磁力图成像精度方面，据报道，最高精度在真空环境下获得，可达5nm；在理论分析和模拟计算方面，探针模型较为完善，可以较好的模拟恒定磁场作用下的针尖样品相互作用，并结合实验数据能够对仪器的精度进行一定的分析，并能对样品的磁矩进行计算；在应用方面，研究的热点放在了与生物相关性较强的铁蛋白之上，已能够区分马脾铁蛋白和其他非磁性颗粒，并能够观测到铁蛋白内部的铁核。总的来说，在传统磁力显微镜上发展而来的磁性材料测量装置能达到较高的精度。但这些的磁性材料测量装置大多需要外加较大磁场且实验条件较为苛刻，通用性不强；且在大气环境下的测量精度无法达到10nm以下，无法对纳米尺度的弱磁性样品（如超顺磁性纳米颗粒）进行准确观测。

综上所述，目前业内亟需一种通用性强且能在大气环境下对纳米尺度的弱磁性样品进行准确观测的，纳米磁性材料测量装置及其实现方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种通用性强且能在大气环境下对纳米尺度的弱磁性样品进行准确观测的，纳米磁性材料的测量装置。

本发明的另一目的在于：提供一种通用性强且能在大气环境下对纳米尺度的弱磁性样品进行准确观测的，纳米磁性材料的测量方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种纳米磁性材料的测量装置，包括被测磁性样品、第一电磁线圈、调制磁场控制器、磁性探针、检测磁场励磁装置和磁力显微镜控制部分，所述磁性探针位于被测磁性样品的正上方，所述第一电磁线圈在检测磁场励磁装置的驱动下产生交变磁场，使磁性探针受到相应频率的磁激发并在该频率下进行振动；所述第一电磁线圈还在调制磁场控制器的驱动下产生强度可控的调制磁场，对被测磁性样品进行磁调制，然后通过磁力显微镜控制部分搭载的磁性探针对被测磁性样品进行磁力成像。

进一步，所述调制磁场控制器包括交变磁场调制部分、混合磁场调制部分及恒定磁场调制部分这三个可选的档位。