第8章 無機材料的磁學性能12.3

1、第第8章章v物質(zhì)的磁性物質(zhì)的磁性 v磁疇與磁滯回線磁疇與磁滯回線 v磁性材料磁性材料n磁性磁性n磁矩磁矩磁矩是表示磁體本質(zhì)的一個物理量。磁矩是表示磁體本質(zhì)的一個物理量。任何一個封閉的電流都具有磁矩。任何一個封閉的電流都具有磁矩。其方向與環(huán)形電流法線的方向一致，其方向與環(huán)形電流法線的方向一致，其大小為電流與封閉環(huán)形的面積的乘其大小為電流與封閉環(huán)形的面積的乘積積ISIS。磁化強度(M) 磁化強度M也是描述磁質(zhì)被磁化后其磁性強弱的一個物理量。磁質(zhì)的磁化過程實質(zhì)上是其內(nèi)部原子磁矩取向的過程，所以定義磁化強度為單位體積內(nèi)原子磁矩的總和。另一方面，磁化過程是由于外磁場的作用而引起的，磁化強度M必隨外磁場H

2、的增大而增強，故：MH， 稱為磁化率或磁化系數(shù)。 n電子的磁矩電子的磁矩電子磁矩由電子的軌道磁矩和自旋磁矩組成電子磁矩由電子的軌道磁矩和自旋磁矩組成 物質(zhì)的磁性不是由電子的軌道磁矩引起，而物質(zhì)的磁性不是由電子的軌道磁矩引起，而是主要由自旋磁矩引起是主要由自旋磁矩引起 孤立原子的磁矩決定于原子的結(jié)構(gòu)孤立原子的磁矩決定于原子的結(jié)構(gòu) 某些元素具有各層都充滿電子的原子結(jié)構(gòu)，某些元素具有各層都充滿電子的原子結(jié)構(gòu)，其電子磁矩相互抵消，因而不顯磁性其電子磁矩相互抵消，因而不顯磁性本征磁矩：為本原子中電子的軌道磁矩和電子的自旋磁矩構(gòu)成了原子固有磁矩。原子中每個電子都可以看作是一個小磁體，具有永久的軌道磁矩和自

3、旋磁矩。若原子中所有電子殼層都是填滿的，由于形成一個球形對稱的集體，則電子軌道磁矩和自旋磁矩各自相對消，此時原子本征磁矩m=0。如He, Ne, Ar以及某些離子材料。注意：OrbitalSpin2.物質(zhì)的磁性分類 (1)抗磁性(2)順磁性(3)鐵磁性(4)反鐵磁性(5)亞鐵磁性每一種材料至少表現(xiàn)出其中一種磁性，這取決于材料的成分和結(jié)構(gòu)。根據(jù)物質(zhì)磁化率，可將物質(zhì)的磁性大致分為5類：v抗磁性抗磁性當磁化強度為負時，固體表現(xiàn)為抗磁性 Bi,Cu,Ag,Au 等金屬具有這種性質(zhì)抗磁性物質(zhì)的抗磁性一般很微弱，磁化率一般約為-10-5，為負值 v順磁性順磁性順磁性物質(zhì)的主要特征是不論外順磁性物質(zhì)的主要特

4、征是不論外加磁場是否存在，原子內(nèi)部存在加磁場是否存在，原子內(nèi)部存在永久磁矩永久磁矩 順磁性物質(zhì)的磁性除了與順磁性物質(zhì)的磁性除了與H有關(guān)有關(guān)外，還依賴于溫度，其磁化率與外，還依賴于溫度，其磁化率與絕對溫度成反比絕對溫度成反比 順磁性物質(zhì)的磁化率一般也很小，順磁性物質(zhì)的磁化率一般也很小，室溫下約為室溫下約為10-5 過渡元素、稀土元素、錒系元素，過渡元素、稀土元素、錒系元素，還有鋁鉑等金屬，都屬于順磁物還有鋁鉑等金屬，都屬于順磁物質(zhì)質(zhì) TCv鐵磁性鐵磁性有一類物質(zhì)如有一類物質(zhì)如Fe,Co,Ni，室溫下磁化率可達室溫下磁化率可達103數(shù)量級，這類物質(zhì)的磁性稱為鐵磁性數(shù)量級，這類物質(zhì)的磁性稱為鐵磁性鐵

5、磁性物質(zhì)即使在較弱的磁場內(nèi)，也可得到極鐵磁性物質(zhì)即使在較弱的磁場內(nèi)，也可得到極高的磁化強度，而且當外磁場移去后，仍可保高的磁化強度，而且當外磁場移去后，仍可保留極強的磁性。各類磁性物質(zhì)的留極強的磁性。各類磁性物質(zhì)的-曲線示于下圖曲線示于下圖v鐵磁性鐵磁性鐵磁體的鐵磁性只在某一溫度以下才表現(xiàn)出鐵磁體的鐵磁性只在某一溫度以下才表現(xiàn)出來，超過這一溫度，鐵磁性消失。這一溫度來，超過這一溫度，鐵磁性消失。這一溫度稱為稱為居里點居里點其磁化率與溫度的關(guān)系服從居里其磁化率與溫度的關(guān)系服從居里一外斯定律一外斯定律 CTTC 利用這個特點，人們開發(fā)出了很多控制元件。 例如，我們使用的電飯鍋就利用了磁性材料的居里

6、點的特性。在電飯鍋的底部中央裝了一塊磁鐵和一塊居里點為105度的磁性材料。當鍋里的水分干了以后，食品的溫度將從100度上升。當溫度到達大約105度時，由于被磁鐵吸住的磁性材料的磁性消失，磁鐵就對它失去了吸力，這時磁鐵和磁性材料之間的彈簧就會把它們分開，同時帶動電源開關(guān)被斷開，停止加熱。鐵磁體的居里溫度 - 應用實例v反鐵磁性反鐵磁性反鐵磁性物質(zhì)大都是非反鐵磁性物質(zhì)大都是非金屬化合物，如金屬化合物，如MnO。 不論在什么溫度下，都不論在什么溫度下，都不能觀察到反鐵磁性物不能觀察到反鐵磁性物質(zhì)的任何自發(fā)磁化現(xiàn)象，質(zhì)的任何自發(fā)磁化現(xiàn)象，因此其宏觀特性是順磁因此其宏觀特性是順磁性的性的u亞鐵磁性亞鐵磁

7、性這類磁體有些像鐵磁體，但這類磁體有些像鐵磁體，但值沒有鐵磁體那樣大。如：值沒有鐵磁體那樣大。如：磁鐵礦、鐵氧體等。磁鐵礦、鐵氧體等。磁疇與磁滯回線磁疇與磁滯回線n磁疇磁疇n鐵磁性材料所以能使磁化強度顯著增大，鐵磁性材料所以能使磁化強度顯著增大，在于其中存在著磁疇結(jié)構(gòu)在于其中存在著磁疇結(jié)構(gòu); ; n在未受到磁場作用時，磁疇方向是無規(guī)的，在未受到磁場作用時，磁疇方向是無規(guī)的，因而在整體上凈磁化強度為零因而在整體上凈磁化強度為零; ;n每個磁矩方向一致的區(qū)域就稱為一個磁疇。每個磁矩方向一致的區(qū)域就稱為一個磁疇。n不同的磁疇方向不同，兩磁疇間的區(qū)域就不同的磁疇方向不同，兩磁疇間的區(qū)域就稱為磁疇壁稱為

8、磁疇壁 。任何鐵磁體和亞鐵磁體，在溫度低于居里溫度Tc時，都是由磁疇組成的。磁疇是自發(fā)磁化到飽和（即其中的磁矩均朝一個方向排列）的小區(qū)域。相鄰磁疇之間的界線叫磁疇壁磁疇壁是一個有一定厚度的過渡層，在過渡層中磁矩方向逐漸改變。右圖表示磁疇右圖表示磁疇壁的移動和磁壁的移動和磁疇的磁化矢量疇的磁化矢量的轉(zhuǎn)向及其在的轉(zhuǎn)向及其在磁化曲線上起磁化曲線上起作用的范圍作用的范圍v圖中圖中Br稱為剩余磁感應強度（剩磁）。為了消稱為剩余磁感應強度（剩磁）。為了消除剩磁，需加反向磁場除剩磁，需加反向磁場Hc。Hc稱為矯頑磁場稱為矯頑磁場強度，亦稱強度，亦稱“矯頑力矯頑力”。加。加Hc后，磁體內(nèi)后，磁體內(nèi)B=0。n磁

9、導率是磁性材料最重要的物理量之一，磁導率是磁性材料最重要的物理量之一，表示磁性材料傳導和通過磁力線的能力表示磁性材料傳導和通過磁力線的能力用用表示；表示；n生產(chǎn)上為了獲得高磁導率的磁性材料，生產(chǎn)上為了獲得高磁導率的磁性材料，一方面要提高材料的一方面要提高材料的MsMs值，這由材料的值，這由材料的成分和原子結(jié)構(gòu)決定；成分和原子結(jié)構(gòu)決定；n另一方面要減小磁化過程中的阻力，這另一方面要減小磁化過程中的阻力，這主要取決于磁疇結(jié)構(gòu)和材料的晶體結(jié)構(gòu)。主要取決于磁疇結(jié)構(gòu)和材料的晶體結(jié)構(gòu)。鐵氧體磁性材料鐵氧體磁性材料軟磁材料軟磁材料軟軟磁材料適合于交變磁材料適合于交變磁場的器件，如變壓磁場的器件，如變壓器的鐵芯，這時，鐵器的鐵芯，這