[发明专利]一种纳米颗粒基各向异性双相复合磁体及制备方法

说明书

本发明一种纳米颗粒基各向异性双相复合磁体的制备方法，其特征在于，双相磁体是由硬磁相内核和软磁相外壳构成的核壳结构纳米颗粒；通过施加强磁场对上述核壳结构纳米颗粒进行取向，用环氧树脂将取向后的核壳结构纳米颗粒固化，得到纳米颗粒基各向异性双相复合磁体。该制备方法工艺简单，操作方便，不需要复杂设备；硬磁相内核粒径以及软磁相外壳厚度均可以在很宽的范围内调节，进而实现了对矫顽力、饱和磁化强度、最大磁能积等性能的调控。同时该方法所制备的纳米双相永磁体性能优异，剩余磁化强度与饱和磁化强度的比值(即剩磁比)可达0.85，最大磁能积可达20MG Oe。

技术领域

本发明涉及一种纳米颗粒基各向异性双相复合磁体及制备方法，属于新型纳米复合磁体领域。

背景技术

永磁材料是一类重要的功能性材料，以永磁材料为基础制成的各类功能器件在人们的生产和生活中起到不可替代的作用。最大磁能积(BH)_max是永磁材料最重要的性能指标之一，提高最大磁能积能够带来巨大的经济效益和环境效益。然而，近些年来单相永磁材料(如SmCo₅、Sm₂Co₁₇以及NdFeB)的发展进入瓶颈期，工业化生产的烧结NdFeB磁能积已经超过400KJ/m³，这已经十分接近该材料的理论值，因此其磁能积很难再有大幅度的提高。

在这种背景下，纳米双相复合磁体成为了新的研究热点。纳米双相复合磁体由高矫顽力的硬磁相和高饱和磁化强度的软磁相复合而成，这使得复合磁体同时具有软硬磁材料的性能特点，进而极大提高了材料的磁能积。1993年，Skomski和Coey预测了各向异性纳米复合磁体Sm₂Fe₁₇N/α-(Fe,Co)具有1MJ/m³的磁能积[Phys Rev B,1993,48,15812-15816]，是NdFeB磁体理论磁能积的两倍。经过二十多年的理论分析与实验研究，复合磁体的磁能积得到很大的提高，展现了可观的应用前景。

为了进一步优化纳米双相复合磁体的性能，科研工作者在软磁相的比例和尺寸、软硬磁相的相对分布、中间层组分和形貌以及非磁性中间层等许多方面做了大量的研究。遗憾的是，这些研究往往集中在各向同性复合磁体，对于各向异性双相复合磁体的研究比较少。2014年，Liu等人用化学合成的方法制备了FePt/Co核壳结构纳米颗粒，促进了人们对交换耦合双相复合磁体的研究[Angew.Chem.Int.Ed.2014,53,2176-2180]。然而该纳米颗粒软硬磁相的相对比例调节区间比较小，无法实现对材料磁性能的精确调控；而且该纳米颗粒是各向同性的，没有经过取向，剩磁比和最大磁能积等性能参数都很低。

根据Stoner-Wohlfarth模型[Mathematical and Physical Sciences,1948,240,599-642]，对于没有相互作用的随机分布的单畴纳米颗粒，其剩磁比为0.5，磁能积仅为完全取向颗粒的四分之一。因此，实现单畴纳米颗粒的取向，对于提高材料的性能有着非常重要的意义。另一方面，单畴纳米颗粒的退磁过程只涉及到磁畴的转动，没有畴壁的位移，这为本发明提供了研究纳米颗粒基各向异性双相复合磁体的理想模型。

然而，随着软磁相含量的增加，材料的磁晶各向异性降低，取向的驱动力也降低，这使得磁场取向变得非常困难；另外软硬磁交换耦合纳米颗粒的制备方法非常复杂，制备条件也很严苛。这些因素导致纳米颗粒基各向异性复合磁体的制备仍是永磁材料领域的一个空白。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种制备纳米颗粒基各向异性双相复合磁体及制备方法，该方法具有操作方便，设备简单的特点，所得到的纳米颗粒基各向异性双相复合磁体具有剩磁比为0.85，最大磁能积20MG Oe。