[发明专利]纳米颗粒、永久磁铁、发动机和发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米颗粒、一种永久磁铁以及一种发动机和一种发电机。

背景技术

对新型永磁的磁铁材料的寻找由于纳米工艺已经经历强烈的复苏。其原因在于，永磁特性除了高的磁化（磁极化）之外由于合适的原子和结晶的结构还在很大程度上依赖于介观尺度上的磁化过程。通过将微结构构建为纳米级的单磁畴微粒，有利于永磁特性，这在理论上被预言过并且实验上通过在应用快速凝固技术情况下的微结构构造而已知。

然而，由具有高自发磁化的纳米颗粒对永磁材料的合成构建由于纳米颗粒中增加的氧化敏感度而受到阻碍。此外，可通过所谓的形状各向异性实现的矫顽场强不可以在实验上实现。

在当今的基于稀土的永久磁铁（例如SmCo或NdFeB）中，通过在微晶的、以冶金方式产生的微结构中的高磁晶各向异性产生对于几乎所有当前的应用足够高的矫顽场强，而在这些系统中的剩余磁化保持限制到硬磁相的自发磁化（例如Nd₂Fe₁₄B是1.6T）上。

通过纳米工艺的合成方法，基于成型可能性可以制造被校准的单磁畴纳米颗粒的总体。然而，基于形状效应的各向异性场（作为矫顽场的上限）在此是受限的。

因为由于来自总体的影响、但是也由于矫顽场通过表面以及角和棱边处的缺陷而被减小这一事实而直至如今也不清楚各向异性在纳米颗粒的总体中是否可以被增加并且是否有其它同样导致更小矫顽场的反复磁化模式（卷曲、铺开）附加地显露。

发明内容

因此本发明的任务是实现一种改进的纳米颗粒，利用该纳米颗粒可以克服现有技术的前述缺点。特别是应该利用根据本发明的纳米颗粒使得能够实现改进的永磁磁铁材料。此外，本发明的任务是实现一种改进的永久磁铁以及一种改进的发动机和一种改进的发电机。

本发明利用具有在权利要求1中所说明的特征的纳米颗粒，利用具有在权利要求13中所说明的特征的永久磁铁以及利用具有在权利要求15中所说明的特征的发动机和发电机来解决。

根据本发明的纳米颗粒具有至少一个伸长的核，该核利用至少一种可磁化的和/或被磁化的第一材料来构成。

在此在本发明意义上的纳米颗粒可被理解为具有小于1000nm的横向直径的颗粒。特别是该纳米颗粒具有小于300nm的横向直径。

在本发明意义上的伸长的核可被理解为具有至少1.5的纵横比的核，该纵横比是纵向尺寸对横向尺寸的比值。适宜地，该纵横比是至少5，理想地是至少10。

根据本发明的纳米颗粒此外具有包围核的壳，该壳利用至少一种磁晶各向异性的第二材料来构成。适宜地，壳的第二材料利用界面与核的第一材料邻接。

根据本发明的纳米颗粒因此具有所谓的核壳结构，至少两种材料参与在该核壳结构中，这些材料有利地导致高永磁性能、即高剩磁，高矫顽场和高能产物以及高长久稳定性。具有第一材料的核（英文：Core）具有高磁化和/或可磁化性，其中壳（英文：Shell）的第二材料具有高磁晶各向异性。该磁晶各向异性使核的表面、特别是核和壳之间的适宜存在的界面稳定，并且防止由于在该表面或界面处的缺陷所导致的反复磁化。此外，通过第一和第二材料的选择实现磁交换耦合，该磁交换耦合导致单相的反复磁化行为并且因此在高矫顽场的情况下促进均匀的旋转。在此可以实现能量密度相对于现有技术增加至少一倍。因此可以利用根据本发明的纳米颗粒提供适合于构建改进的永久磁铁的总体。

优选地，在根据本发明的纳米颗粒中第一材料至少作为体积材料是软磁的。有利地，作为软磁的金属和合金已知的材料、如特别是铁磁体、如NiFe或CoFe作为体积材料由于形状各向异性而赢得具有显著的反复磁化稳定性的永磁特性。

在本发明的一种优选的改进方案中，在纳米颗粒中第一材料被利用铁磁材料、特别是Fe来构成。合适地，在此铁磁材料由或利用具有Fe的合金和/或混合晶体、特别是NiFe或CoFe来构成。适宜地，第一材料具有特别是具有高Fe组成的一种或多种过渡金属或FeCo。

适宜地，在根据本发明的纳米颗粒中第二材料是硬磁的。

优选地，在根据本发明的纳米颗粒中第二材料由或利用MnBi和/或MnAlC和/或FePt来构成。特别是在后一种情况下，第二材料借助将Pt沉积到Fe上以及随后的加热来构成。

替代地或附加地，第二材料由或利用CoPt、FePt、FePd、硬磁的稀土化合物如SmCo和NdFeB或由/利用硬铁氧体如SrBa铁氧体来构成。优选地，在此第一材料由或利用FeCo来构成。