纳米颗粒、永久磁铁、发动机和发电机制造技术

纳米颗粒（5）具有至少一个伸长的核（10），所述核利用至少一种可磁化的和/或被磁化的第一材料构成和包围所述核的壳（20），所述壳利用至少一种磁晶各向异性的第二材料构成。永久磁铁（40）包括大量（30）这样的纳米颗粒。发动机或发电机（60）具有至少一个这样的永久磁铁（40）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】纳米颗粒（5）具有至少一个伸长的核（10），所述核利用至少一种可磁化的和/或被磁化的第一材料构成和包围所述核的壳（20），所述壳利用至少一种磁晶各向异性的第二材料构成。永久磁铁（40）包括大量（30）这样的纳米颗粒。发动机或发电机（60）具有至少一个这样的永久磁铁（40）。【专利说明】纳米颗粒、永久磁铁、发动机和发电机
本专利技术涉及一种纳米颗粒、一种永久磁铁以及一种发动机和一种发电机。
技术介绍
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。
技术实现思路
因此本专利技术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专利技术的纳米颗粒使得能够实现改进的永磁磁铁材料。此外，本专利技术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。 本专利技术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。 根据本专利技术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。 在此在本专利技术意义上的纳米颗粒可被理解为具有小于100nm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。 在本专利技术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。 根据本专利技术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。 根据本专利技术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闻永磁性能、即闻剩磁，闻矫顽场和闻能广物以及闻长久稳定性。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专利技术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，在根据本专利技术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。 在本专利技术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，在根据本专利技术的纳米颗粒中第二材料是硬磁的。 优选地，在根据本专利技术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。 纳米颗粒和/或纳米颗粒的核在本专利技术的一种优选的改进方案中被构造为纳米棒和/或纳米线(英文:Nanowire),适宜地被构造为伸长的椭圆体。 合适地，在根据本专利技术的纳米颗粒中，纳米颗粒的至少一半体积组成、优选地体积组成的大于百分之90落到该核上。有利地，从而可以实现纳米颗粒的特别高的永久磁化并且因此与纳米颗粒所占据的空间相比也可以实现纳米颗粒总体的高的永久磁化。适宜地，在此第二材料作为/利用自组装单层(SAM, self assembly monolayers)来构成。有利地，在壳的第二材料和核的第一材料之间的交换相互作用不依赖于壳的厚度。因此借助唯一的连续的单层作为壳已经可以实现核磁化的好的稳定。 根据本专利技术的纳米颗粒在一种有利的改进方案中具有外部的保护层，该保护层被构造用于保护免遭腐蚀、特别是氧化。因此避免了根据本专利技术的纳米颗粒的核被腐蚀、特别是被氧化。适宜地，在根据本专利技术的纳米颗粒中，保护层作为/利用自组装单层(SAM，selfassembly monolayers)来构成。优选地，保护层利用FePt和/或MnAlC来构成。 特别优选地，在根据本专利技术的纳米颗粒中，在此壳构成保护层或保护层的至少一部分。理想地，在此选择FePt和/或MnAlC用于壳。有利地，壳在FePt的情况下通过将Pt沉积到Fe上以及紧接着的在界面中的热处理来制造。 替代地并且同样优选地，保护层作为其它的层被布置在壳处/上。优选地，保护层作为/借助自组装单层(SAM, self assembly monolayers)加以施加。 理想地，在根据本专利技术的纳米颗粒中保护层完全并且优选整面地覆盖壳的外表面。以该方式实现核磁化的有效的稳定。 有利地，在根据本专利技术的纳米颗粒中保护层利用FePt、特别是借助将Pt沉积到Fe上以及随后的加热来构成。 根据本专利技术的永久磁铁包括大量的如前面所描述的根据本专利技术的纳米颗粒。这些永久磁铁可以有利地被用在高效的驱动器和发电机中、例如驱动器和发电机的定子和转子中。 在根据本专利技术的永久磁铁的一种有利的改进方案中，纳米颗粒被布置为，使得纳米颗粒的最长尺寸的定向具有从优磁化方向。特别是纳米颗粒关于其最长尺寸被几乎单向地和/或平行地校准，即纳米颗粒的至少一半、优选地至少百分之90在其校准方向上几乎不、即特别是最高20度地偏离该从优磁化方向。 根据本专利技术的发动机具有如之前所描述的根据本专利技术的永久磁铁。 根据本本文档来自技高网...

【技术保护点】
纳米颗粒，具有－至少一个伸长的核（10），该核利用至少一种可磁化的和/或被磁化的第一材料构成，和－包围所述核的壳（20），所述壳利用至少一种磁晶各向异性的第二材料构成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：G里格，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE