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一、有序磁性纳米结构性质及应用
有序磁性纳米结构是一种基于纳米磁性材料结构单元的新体系，它是按照一定的规则构造的。这些基本结构单元主要包括磁性纳米颗粒、纳米管、纳米线、纳米棒、纳米线等。虽然磁性纳米材料具有许多独特的性质，但无序排列不能从宏观上反映这些性质。有序磁性纳米结构在宏观聚集体中具有有序的几何结构，可以很好地控制和修饰宏观磁性效应。在实际应用中，有序磁性纳米结构也是制造诸如磁随机存取存储器、高密度磁记录介质、磁开关和微型机械传感器等微器件的基矗因此，有序磁性纳米结构的制备技术已成为磁性纳米器件发展的关键。
近年来，中国科学院现代物理研究所材料研究组的研究人员利用重离子径迹模板和电化学沉积技术成功地实现了对铜纳米线晶体学特性的调控。相关结果发表在纳米技术上，受到评论界的高度赞扬。
材料科学的特点之一是通过控制材料的结构特征来获得所需的功能响应，纳米材料研究也不例外。纳米材料的可控制备不仅是基础研究的基础，而且为纳米材料的实际应用奠定了基矗金属纳米线是横向尺寸的纳米线。金属纳米线由于其优异的电、光、磁、热性能，在微纳电子器件、光电器件、催化和传感器等领域具有广阔的应用前景。多年来，虽然已经发展了许多制备金属纳米线的物理化学方法，但是控制纳米线的物理结构仍然具有挑战性。
本世纪初以来，近物所材料研究二组一直致力于发展基于重离子径迹的纳米材料可控制备与物理性质研究。利用重离子径迹模板结合电化学沉积技术，先后成功制备了金、银、铜、钯、钻、硫化镉、聚吡咯等金属、半导体和聚合物纳米线，并研究了其电学、磁学、光学、力学和化学性质。通过与德国GSI亥姆霍兹重离子研究中心材料组合作，首次在重离子径迹模板中可控合成了金纳米线，并利用扫描隧道显微镜发现了多晶金纳米线也具有类似于多晶纳米铜的Anti－Hall－Petch效应，研究结果得到了国际同行的认可，论文引用已达40余次。
另外，合作团队还在国际上首次系统研究了金、银、铜、钯、铂和钴纳米线阵列的表面等离子体共振特性。研究结果发现，这些金属纳米线阵列不仅支持表面等离子体共振，而且通过纳米线直径和长度、形状、面密度和入射光角度等参数在很宽的光谱范围内对其实现调控。相关研究结果显示，金属纳米线也许可应用于表面增强光谱学、纳米光学路由器、太阳能电池等应用领域，为拓展金属纳米线的应用范围起到了推进作用。
二、有序磁性纳米结构制备技术研究现状
1.平板印刷术
平版印刷是制备有序磁结构的传统方法。它利用不同的光源照射合适的光刻胶，在外掩模的基础上形成二维或三维图形，然后采用干湿蚀刻或后续沉积技术等一系列手段实现图形的转移过程。印版的分辨率取决于照射光源的波长。因此，为了获得具有不同特征尺寸和几何形状的图案结构，可以使用不同波长的光源，如紫外可见光、电子束、离子束和X射线。目前，制备磁性有序纳米结构最常用的印刷技术有电子束印刷、X射线印刷、干涉或全息印刷，以及基于原子力显微镜和扫描隧道显微镜的一些印刷技术，如浸渍笔纳米印刷。
2.自组装法
自我组装是生活中最基本的内容之一。人体内蛋白质和核酸等复杂的超分子系统是通过自组装形成的。在化学合成方法中，自组装是获得磁性有序纳米结构最有效的方法。自组装是指原子在基底或溶液中自发地排列成有序的空间结构。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆自组装是将溶液中的原子、分子、分子团和组分自动排列成有序的一维、二维甚至三维空间结构，而无需人工干预的过程。自组装的主要原理是通过分子间作用力和空间互补性的协同作用形成一定的结构体系，如静电吸引、氢键、疏水缔合等，自组装过程的关键是界面分子的识别。这是一个过程，其中两个自组装分子通过界面驱动力产生特定的结合，这可以通过添加额外的连接分子，如表面活性剂来实现。驱动力包括氢键、配位键、堆积效应、范德华力、静电力和长程效应。根据不同的合成原理，自组装方法可分为蒸发溶剂组装法、模板诱导组装法和外磁场诱导自组装法。
在蒸发溶剂组装中，范德华力是形成有序结构的主要驱动力。因此，蒸发溶剂组装的关键点是：两个结合单元，界面层分子（表面活性剂），以及在组装过程中由于过大的驱动力而导致的颗粒团聚。因此，颗粒间的排斥力和不可逆聚集力应在一定范围内，但磁性纳米结构由于磁偶极子相互作用而导致材料的不可控团聚，很难通过化学合成得到稳定有序的纳米磁性结构材料。
模板自组装合成原理简单。假设材料在一定尺寸（纳米）的孔中发生形核和生长。反应后，孔的大小和形状决定了产品的大小和结构。这些孔可以理解为模板合成中的模板。多孔氧化铝、介孔分子筛和具有纳米通道阵列的多孔SiO 2是制备有序磁性纳米线或棒阵列最常用的模板。有序磁性纳米结构的模板制备可以有效地消除磁性材料的磁相互作用所引起的团聚，还可以用聚苯乙烯、蛋白质、DNA等人工或天然高分子材料作为有序磁性纳米结构的模板制备。模板合成技术可以同时解决颗粒尺寸、形状控制和分散稳定性等问题，因此模板的使用和设计尤为重要。
一般来说，磁性纳米颗粒的合成和组装性能可以通过调节外部温度、大气和压力来控制。然而，为了更好地操纵纳米颗粒的自组装行为，还应利用磁场来操纵纳米材料的组装行为，构建有序的磁性纳米结构。磁场诱导的自组装方法是在合成过程中，外界磁场人为地干扰了磁性粒子的运动和组装特性。磁场诱导合成有序磁性纳米结构的研究在世界上尚属罕见，国内熊在这方面做了一些工作。他们面临的主要问题是磁性纳米粒子的稳定性和粒子的不可逆团聚。所谓的壳结构可以通过在磁性纳米颗粒表面涂上"惰性"材料而形成。这些壳材料的存在不仅可以解决磁性纳米颗粒的问题。稳定性和不可逆团聚也在一定程度上调节了磁性纳米颗粒之间的相互作用，在结构和性能的调控方面取得了突破。
用平板印刷法制备有序磁性纳米结构已在现代生产中得到应用。然而，由于设备昂贵、工艺复杂、分辨率低等因素，有序磁性纳米结构的发展受到限制。利用各种自组装技术制备有序磁性纳米结构材料逐渐引起研究者的关注，但磁性纳米颗粒之间的磁相互作用很容易被破坏。由于不良结构的有序性，自组装技术仍处于研究阶段，有望在未来的现代有序磁性纳米结构组装中得到广泛应用。
有序磁性纳米结构不仅具有重要的基础研究价值，而且是制作磁记忆等微器件的基矗因此，探索获得有序磁性纳米结构的新方法，揭示有序磁性纳米材料的微观机理，对器件的进一步应用具有重要意义。
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论文作者:李彬
论文发表刊物:《科技尚品》2019年第3期
论文发表时间:2019/7/18
标签：纳米论文; 磁性论文; 结构论文; 颗粒论文; 模板论文; 材料论文; 径迹论文; 《科技尚品》2019年第3期论文;