【摘 要】
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由于薄膜间交换耦合相互作用,纳米尺寸下的复合永磁材料呈现出明显的剩磁增强效应。理论研究表明:软硬磁相间的交换耦合使材料同时获得软磁性相高饱和磁化强度和硬磁性相的高矫顽力,从而实现取向分布的复合永磁体具有很高的磁能积（1MJ/m3）。但根据实验结果表明:复合永磁材料的剩磁随薄膜厚度的减小虽有很大的提高,但同时矫顽力却下降太快致使实验测到的磁能积远小于其理论值。为了减小理论与实验值间的差距和揭示纳米磁
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由于薄膜间交换耦合相互作用,纳米尺寸下的复合永磁材料呈现出明显的剩磁增强效应。理论研究表明:软硬磁相间的交换耦合使材料同时获得软磁性相高饱和磁化强度和硬磁性相的高矫顽力,从而实现取向分布的复合永磁体具有很高的磁能积（1MJ/m3）。但根据实验结果表明:复合永磁材料的剩磁随薄膜厚度的减小虽有很大的提高,但同时矫顽力却下降太快致使实验测到的磁能积远小于其理论值。为了减小理论与实验值间的差距和揭示纳米磁性材料中磁性特征的尺寸效应,国内外磁学和磁性材料工作者采用各种理论模型对其展开了研究。其中对矫顽力机制的研究一直是热点和焦点,但是到目前为止还是没有得到根本的解决。究其原因:一方面由于数学方面带来的困难使理论分析模型过于简单,没有系统地考虑永磁体磁化反转机制随材料厚度的变化关系;另一方面实验中难以配制出如此精细,均匀的纳米磁体。本文系统的研究了纳米两层永磁体系磁化反转随薄膜厚度的变化关系。以纳米单相两层的Nd2Fe14B和复合相的Nd2Fe14B /α-Fe为例,解析推导各种可能的成核模型并分析了单/复合相纳米永磁体在不同厚度下的实际成核场﹑矫顽力和磁滞回线随材料厚度的变化;探讨了材料厚度对系统磁化反转机制的影响并和实验结果进行比较。本文主要研究结果如下:1.研究单相(Nd2Fe14B)和复合相(Nd2Fe14B/α-Fe)两层薄膜体系的成核场机制,推导出一致和非一致转动下成核场解析表达式;分析了成核场的尺寸效应并且通过计算比较给出材料在不同厚度下的实际成核模型;给出了平均各向异性场的使用范围。2.在易轴相互垂直的单相双层的Nd2Fe14B磁性体系中,研究了交换耦合作用下该体系磁性的尺寸效应。研究表明:固定上层厚度L,两相永磁体系的矫顽力随下层厚度L’增大而逐渐减小到某常数C,同时常数C随L增大由C=0而逐渐增大并饱和于C=0.414。随着材料厚度的增大,该体系的磁化反转模型由成核模型过渡到钉扎模型,对应的磁滞回线由“S”型曲线变到椭圆。3.数值分析交换耦合作用的纳米复合相Nd2Fe14B /α-Fe两层薄膜体系磁特性对软硬相厚度和角度的依赖关系。固定硬磁相厚度Lh,矫顽力随软磁相厚度Ls增大先剧烈减小然后逐渐饱和到某常数C’。当硬磁相厚度足够大时,常数C’分别趋近540（Oe）（易轴取向分布的纳米复合永磁体）/-540（Oe）（易轴相互垂直的纳米复合永磁体）;研究表明:复合永磁体系的反转机制随着软相厚度的增大由成核过渡到钉扎。比较理论计算和实验结果,给出合理的高磁能积所具的软、硬磁相尺寸范围,为寻找配制出高性能纳米复合永磁材料提供可能的设计方案。
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