信息磁性功能材料.docx

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信息磁性功能材料

信息磁性功能材料

　　在当前信息社会中，除传统的通信技术外，又发展了计算机、微波通信和光通信等高新信息技术。

在这些高新信息技术中需要应用多种信息磁功能材料（简称信磁材料），主要有磁记录材料、磁存储材料、磁微波材料和磁光材料等。

     磁记录材料是磁记录技术所用的磁性材料，包括磁记录介质材料和磁记录头材料（简称磁头材料）。

在磁记录（称为写入）过程中，首先将声音、图像、数字等信息转变为电信号，再通过记录磁头转变为磁信号，磁记录介质便将磁信号保存（记录）在磁记录介质材料中。

在需要取出记录在磁记录介质材料中的信息时，只要经过同磁记录（写入）过程相反的过程（称为读出过程），即将磁记录介质材料中的磁信号通过读出磁头，将磁信号转变为电信号，再将电信号转变为声音（类似电话）、图像（类似电视）或数字（类似计算机）。

对磁记录介质材料的磁特性要求主要是：

（1）适当高的矫顽力Hc，

（2）高的饱和磁化强度Ms，（3）高的剩磁比，（4）高的稳定性。

目前应用的磁记录介质材料主要有：

（1）铁氧体磁记录材料，如γ型三氧化二铁（γ-Fe2O3）等。

（2）金属磁膜磁记录材料，如铁-钴（Fe-Co）合金膜等。

（3）钡铁氧体（BaFe12O19）系垂直磁记录材料等。

对磁记录头材料的磁特性要求主要是：

（1）高的磁导率μ，

（2）高的饱和磁化强度Ms，（3）低的矫顽力Hc，（4）高的磁稳定性。

目前应用的磁记录头材料主要有：

（1）铁氧体磁头材料，如锰-锌-铁氧体（Mn，Zn）Fe2O4系统等，

（2）高硬度磁性金属磁头材料，如铁-镍-铌（Fe-Ni-Nb）系磁性合金等。

（3）非晶磁头材料，如铁-镍-硼（Fe-Ni-B）系非晶合金等。

图4　磁滞回线接近矩形

磁存储材料是电子计算机存储器所用的磁性材料。

较早应用的是磁滞回线接近矩形的矩磁材料，利用其两个剩磁态+Br和-Br表示计算机中的“1”和“0”状态，再利用两个电流重合便可以“写入”（Wx，Wy）和“读出”（Rx，Ry）二进位制的“1”和“0”（如图4所示）。

对矩磁材料的磁特性要求主要是：

（1）高的剩磁比Br/Bm，低的矫顽力Hc，（3）短的开关时间，（4）高的信号/噪声比。

可以应用的矩磁材料有：

（1）铁氧体磁芯材料，如锰-镁铁氧体（Mn，Mg）Fe2O4系统等，

（2）金属磁膜材料，如铁-镍（Fe-Ni）系金属磁膜等。

巨磁电阻材料是正在研究和试验的一类新型磁存储器材料，这种磁存储器同目前应用的半导体磁存储器相比还有其特点和优点，因而受到多方面的重视。

　　磁微波材料是微波电子学技术中常用的材料。

雷达、卫星通信、电子战和射电天文学等都是微波电子学技术的重要应用。

在这些应用中一般要应用三大类磁性材料。

第一类是旋磁材料，应用于各种正反传播方向的特性不同的非互易微波器件，如正反传播方向的阻抗很不相同的旋磁隔离器和旋磁环行器等，所用的旋磁材料主要是高旋磁性高电阻率的旋磁铁氧体材料，如石榴石型的钇铁氧体（Y3Fe5O12）系统，磁铅石型的钡铁氧体（BaFe12O19）系统等。

第二类是磁微波吸收材料，应用于各种吸收微波的器件和设备中，要求磁微波吸收材料具有高的电磁波吸收系数和宽的电磁波吸收频带，在这方面应用的有以磁性金属粉末或薄膜为组元的复合吸收材料，六角晶系复合铁氧体等。

第三类是多种应用磁场的，微波电子管如磁控管、行波管、返波管和自由电子激射器等中所用的永磁材料等。

　　磁光材料是激光、光电子学和正在发展的光子学中所用多种磁光效应器件使用的磁性材料。

对磁光材料的磁特性要求主要是：

（1）高的磁光效应，如高的法拉第磁光旋转角和克尔磁光旋转角，

（2）低的磁光损耗，（3）宽的磁光效应频带，（4）高的稳定性。

当前应用的磁光材料有3大类：

（1）金属磁光材料，如锰-铋（Mn-Bi）系合金等，

（2）铁氧体磁光材料，如石榴石型铋-钆-铁-镓-氧（Bi-Gd-Fe-Ga-O）系铁氧体等，（3）非晶磁光材料，如钆-钴（Gd-Co）系非晶合金等。

瑞典研制成一种能自动消失的新型包装材料

瑞典保洁生态洁净公司研制成一种新型包装材料。

与传统材料不同，这种新材料的生产无需耗费太多的能源，其原料主要是一种储备丰富的天然材料。

经几小时的日晒，这种包装材料就会完全消失。

因此，这种材料对解决世界性的废弃物乱扔问题大有帮助。

现在，无论是包扎、包装的材料还是盛东西的瓶子，似乎都是塑料的，垃圾场里满是塑料废物。

该公司化学家奥克•罗森从20世纪80年代开始，就梦想着能研制成一种混合材料（一部分天然、一部分合成）。

这种材料必须具备普通塑料的耐用、质轻和廉价的特点。

但是当时他认为，这个计划还一时无法实现。

后来，在1995年，罗森辞了职，成立了自己的生态洁净公司，在这里他可以专职地研究梦想中的包装材料。

最初，罗森考虑用淀粉作为基本原料，但是淀粉生物降解速度太快。

他还试用过滑石。

后来，罗森尝试了世上最普通的一种矿物质——碳酸钙，也就是白垩。

事实证明，碳酸钙的应用有非常光明的前景。

生态洁净公司的主要工厂位于瑞典南部的赫尔辛堡。

在工厂的前院竖立着一座纪念碑：

一只巨大的鸡蛋，正是它赋予了罗森灵感。

蛋壳的成分中，有95%是碳酸钙。

对于鸡蛋来说，它是绝好的包装材料，只是太容易碎了。

不过，罗森找到了改进自然配方的办法。

蛋壳中另外5%的成分是重要的“黏合剂”，可以使白垩不至于散成粉状并使蛋壳更加坚硬。

罗森采用了从天然气里提取的塑料聚烯烃，而不是天然蛋白质作为黏合剂。

在尝试了不同的混合比例以后，罗森偶然发现了组成新型环保材料“洁净材料”的最佳比例：

70%的碳酸钙和30%的聚烯烃。

“洁净材料”看起来和摸上去都很像传统的塑料，但它不是塑料。

根据罗森的实验，“洁净材料”像玻璃一样坚硬，像橡皮一样柔软；是塑料、纸板以及铝制包装的可行、廉价的替代品。

对环保人士来说，这种材料有很多好处。

尽管“洁净材料”的成分中含有塑料，其生产耗费了能源，但是聚烯烃对环境的影响却非常小，它可以降解为碳和氧。

另外，较少的塑料意味着使用较少的石油。

石油是塑料的基本成分，是不可再生的资源。

“洁净材料”的主要原料白垩在许多地方都非常丰富，并且便宜，而且很多就蕴藏在地表或接近地表的地方。

与合成塑料以及其他用于包装的纤维、纸和薄纸板相比，开采白垩所耗费的能源要少得多。

罗森说：

“生产纸、塑料和铝需要建化工厂，而一旦建化工厂就会产生污染。

‘洁净材料’仅利用自然资源，是地球自己生产的。

”

“洁净材料”最吸引人的特点在于它是极易处理的垃圾。

由“洁净材料”制成的瓶子、酸奶杯或糖果包装纸都可全部降解。

把它们留在野餐的桌子上，在阳光照射下，一两个月后就会完全变成沙子。

如果把它们扔进焚化炉，剩余的灰烬富含碳酸盐，有助于降低泥土的酸性。

另外，这种材料是没有“记忆”的。

把用“洁净材料”制成的瓶子踩扁，它会保持压扁的状态，不会恢复原状，在垃圾场里只占很少的空间。

纳米多孔材料

www.c-　2005-2-21　中国材料研究学会

纳米多孔材料可将锂离子充电电池功率密度提高数十倍日本产业技术综合研究所（产综研）日前证实：

通过在负极中采用微细管结构的材料，可将锂离子充电电池的功率密度提高数十倍。

锂离子充电电池虽具有可使电动汽车匀速行驶所要求的长时间持续工作的能量密度，但却存在着如何提高起动时所要求的功率密度的课题。

负极采用的材料是产综研2004年2月发布的“结晶性金属氧化物复合纳米多孔材料（TiO2-P2O5，TiO2-P2O5-CuO，TiO2-P2O5-SnO2）”。

其结构由直径SNMP左右的微细管规则地排列而成，通过这种微细管，不仅锂离子与电解液能够容易地流向电极内部，而且还具有增大锂离子吸附的表面面积的作用（图1）。

由此，在维持与现有锂离子充电电池相同的能量密度的同时，还可提高功率密度。

 　　比如，负极采用结晶性金属氧化物纳米多孔材料，正极采用LiCoO2制作电池时，以兼顾到容器重量等因素的能量密度与功率密度值分别约为100Wh/kg和10kW/kg（图2）。

据产综研表示，上述2项数值均超过了电动汽车蓄电装置的开发目标。

现有的锂离子充电电池分别约为100Wh/kg和100W/kg。

新材料TFT“比柔性显示器更精细、更明亮”

日本东京工业大学教授细野秀雄与日本科学技术振兴机构（JST）组成的一个联合研究项目，日前使用开关特性（Switching Behaviour）比非晶硅与有机半导体还要高10多倍的半导体材料，成功地开发出了可弯曲的TFT。

设想在业界正在广泛进行研发的可弯曲显示器领域，应用于开关像素的元件中。

开关特性如若得到提高，就能将TFT设计得更小，就能提高TFT的驱动能力。

比如，如果能缩小TFT的尺寸，就能提高液晶面板的分辨率。

利用TFT电流驱动能力的提高，就更容易使有机EL面板发光。

东京工业大学与JST已经将此次的研究成果发表在11月25日出版的英国《自然》科学杂志上。

 先在塑料底板上形成非结晶状态的InGaZnO4材料，通过将其作为TFT的活性层来使用，在TFT状态下使作为开关特性指标的载流子迁移度达到了10cm2/Vs（图2）。

非晶硅的载流子迁移度为1cm2/Vs左右，很多报告称有机半导体的载流子迁移度也与此差不多。

    在弯曲状态下对此次开发的TFT电气特性进行了测定，即使弯曲到曲率半径30mm左右，TFT仍可正常工作（图3），而不会受到破坏。

弯曲状态下的源漏极电流尽管多少比弯曲前低一些，不过从弯曲状态复原后，电流就会得到恢复。

对于在TFT遭到破坏之前能够弯曲多少次，计划今后进行测试。

日立金属开发成功冷作模具钢新材料

日立金属2004年11月30日宣布，成功开发出了一种金属模具用模具钢新材料——“SLD-MAGIC”。

与过去的材料相比，易于进行切削加工和表面处理，热处理产生的尺寸变化小，表现了良好的易用性。

主要面向冷压模具。

2005年4月开始销售。

    在目前广泛使用的冷作模具钢（Cold Die Steel）中，有“SKD11”以及通过减少碳化物含量而比SKD11更易切削的“SKD11改良钢”等产品。

最近特别是在汽车产业高张力钢板的使用比例越来越高。

但正如它的名称一样，由于高张力钢板的抗拉强度大，因此进行冲压加工时模具发生被卡住和磨损的情况越来越多。

    作为SLD-MAGIC，通过修改合金的配比，实现了超越SKD11及SKD11改良钢的特性。

洛氏硬度（HRC）为62，耐摩特性约为该公司SKD11改良钢“SLD8”的1.35倍。

模具寿命大幅提高。

易用性在如下几个方面也得到了改善：

（1）利用化学蒸镀法形成的硬质陶瓷镀膜附着力比SLD8提高约30%，

（2）热处理产生的尺寸变化比SLD8降低约40%，（3）切削工具的磨损量比SLD8小。

除加工时能够利用特性

（1）防止弯曲和卡接等工件的卡接现象外，还能够利用特性

（2）减少返工量，利用特性（3）减少加工时间与工具采购费。

储氢材料

氢是一种热值很高的燃料。

燃烧1千克氢可放出62.8千焦的热量，1千克氢可以代替3千克煤油。

氢氧结合的燃烧产物是最干净的物质--水，没有任何污染。

未来最有前途的燃料电池也主要是以氢为能源。

目前利用氢能的困难是什么呢？

　　氢的来源非常丰富，若能从水中制取氢，则可谓取之不尽、用之不竭。

氢能的利用，主要包括两个方面：

一是制氢工艺，二是储氢方法。

　　传统储氢方法有两种，一种方法是利用高压钢瓶（氢气瓶）来储存氢气，但钢瓶储存氢气的容积小，瓶里的氢气即使加压到150个大气压，所装氢气的质量也不到氢气瓶质量的1％，而且还有爆炸的危险；另一种方法是储存液态氢，将气态氢降温到－253 0C变为液体进行储存，但液体储存箱非常庞大，需要极好的绝热装置来隔热，才能防止液态氢不会沸腾汽化。

近年来，一种新型简便的储氢方法应运而生，即利用储氢合金（金属氢化物）来储存氢气。

　　研究证明，某些金属具有很强的捕捉氢的能力，在一定的温度和压力条件下，这些金属能够大量“吸收”氢气，反应生成金属氢化物，同时放出热量。

其后，将这些金属氢化物加热，它们又会分解，