具备硬磁与软磁复合的新型纳米结构

图中左一为侯仰龙教授

FePt是一类具有高磁晶各向异性异性常数的重要的硬磁材料,在信息存储和新型磁体领域具有重要的应用潜力,因此近年来一直是材料领域的研究热点。通过化学方法构建高性能复合磁体被认为是行之有效的方法,但是在以往研究中,制备复合磁体往往需要高温热处理,这种方法难以控制复合磁体中软/硬磁相的成分和尺寸,该项研究遇到了瓶颈和挑战。北京大学侯仰龙教授课题组结合FePt的结晶特点,提出了先行制备L10FePt,再通过晶种二次生长的方法与软磁复合的新思路,获得了预期的硬磁与软磁复合的L10FePt@M纳米结构

在为期八个月研究期内,侯教授的团队曾经考虑在软/硬磁层间引入MgO隔离层,以防止Fe与Pt的相互扩散。然而随着实验的开展,他们发现MgO会对材料的性能产生不利的影响,并且很难在MgO表面实现进一步的生长。在进行实验方案调整后,他们设计了在FePt表面直接生长异质组分的实验方案。

在化学合成FePt基复合磁体时,可控合成的反应条件是需要解决的主要难题。比如化学反应的溶剂、表面活性剂和温度等。侯教授的团队通过仔细观察合成时的反应现象,并对不同条件下所得产物的外观性质、晶体结构、形貌等进行分析,总结出了最优化的合成条件。在此过程中,一方面需要一系列的表征手段(粉末衍射、透射电子显微镜等)分析产物的性质,另一方面需要研究团队内部深入的讨论和分析。

在该项工作中,侯仰龙教授提出了该项工作的初步设计,之后课题组成员也进行了多次的讨论与完善,具体实施是由2010级的博士研究生刘飞同学完成,布朗大学孙守恒教授也对该研究给予了非常宝贵的指导和建议。论文的所有作者在实验设计、材料合成、材料表征、论文撰写等方面均作出了贡献。

侯教授在接受MaterialsViewsChina访问时表示,目前还存在两个尚未解决的科学问题。第一是该体系中两相交换耦合作用的具体机制是什么?第二是如何进一步提高复合磁体的性能?针对第一点问题,他们将寻求磁性物理学方面的研究专家作为合作者,期望通过更精细的表征及理论分析对此机制探究。针对第二个问题,他们将通过实验方案的设计和实验方法的改进,从优化材料的成分、提高材料的抗氧化性以及提高材料的各向异性这三方面来实现。

侯教授的该项研究工作提供了制备复合磁体的一种新方法,有助于我们理解纳米尺度下的交换耦合作用,从而获得更高性能的永磁体。未来的研究将会更加关注交换耦合作用机制、研究体系的拓展以及高性能复合磁体的宏量制备。对交换耦合作用更深入的理解能够使我们更为理性地调控材料的成分、结构、界面等,需要系统的理论与实验相结合。该方法具有普适性,可拓展到FePd、稀土永磁体系等。而高性能磁体的宏量制备,将会促进其在信息存储、新型电机以及医用器件等领域应用与发展。

Xu Guangchen About Xu Guangchen

MaterialsViewsChina专栏作者,同时为WILEY出版集团旗下的材料科学类期刊提供作者服务。