磁學(xué)性能學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1磁學(xué)性能磁學(xué)性能(xngnng)第一頁，共30頁。分子電流觀點：分子電流觀點： 物質(zhì)中的每個分子中都存在環(huán)形電流（分子中原子、離子核外電子循物質(zhì)中的每個分子中都存在環(huán)形電流（分子中原子、離子核外電子循規(guī)、自旋運動，核子自旋運動規(guī)、自旋運動，核子自旋運動) )，每個環(huán)形電流都將產(chǎn)生磁場。，每個環(huán)形電流都將產(chǎn)生磁場。 無外磁場時，各分子環(huán)流取向雜亂無章，作用抵消，不顯磁性；無外磁場時，各分子環(huán)流取向雜亂無章，作用抵消，不顯磁性； 施加外磁場后，分子電流的磁矩在磁場場作用下趨于定向排列，而呈施加外磁場后，分子電流的磁矩在磁場場作用下趨于定向排列，而呈現(xiàn)出宏觀磁性?，F(xiàn)出宏觀磁性。 磁化強度磁化

2、強度(M)：磁介質(zhì)磁化單位體積產(chǎn)生的磁介質(zhì)磁化單位體積產(chǎn)生的總磁矩總磁矩（單位體積內(nèi)環(huán)電（單位體積內(nèi)環(huán)電流磁矩流磁矩矢量和矢量和Pm/VPm/V）。衡量物質(zhì)的磁化強弱和狀態(tài)（強度和方向）。）。衡量物質(zhì)的磁化強弱和狀態(tài)（強度和方向）。等效磁荷觀點：等效磁荷觀點： 把材料的磁分子看成磁偶極子，末磁化時各磁偶極子取向呈無序狀態(tài)，把材料的磁分子看成磁偶極子，末磁化時各磁偶極子取向呈無序狀態(tài)，其偶極矩的矢量和為其偶極矩的矢量和為0，不顯磁性；當(dāng)施加外磁場后，偶極子受外磁場作，不顯磁性；當(dāng)施加外磁場后，偶極子受外磁場作用而轉(zhuǎn)向外場方向，使材料呈現(xiàn)宏觀磁性。用而轉(zhuǎn)向外場方向，使材料呈現(xiàn)宏觀磁性。 磁極化強度

3、（磁極化強度（J）：單位體積的：單位體積的磁偶極矩磁偶極矩的矢量和（的矢量和（jm/V）。）。 材料內(nèi)一個磁矩為材料內(nèi)一個磁矩為PmPm的電流環(huán)可看成是一個偶極矩為的電流環(huán)可看成是一個偶極矩為j jm m0 0PmPm的磁偶的磁偶極子，故有：極子，故有：J0M 0真空磁導(dǎo)率真空磁導(dǎo)率（ ）。）。第1頁/共29頁第二頁，共30頁。 研究材料磁性的最基本的任務(wù)是確定材料的磁化強度研究材料磁性的最基本的任務(wù)是確定材料的磁化強度M與外磁場強度與外磁場強度H和溫度和溫度T的關(guān)系，在一定溫度下，定義：的關(guān)系，在一定溫度下，定義：MH 稱為物質(zhì)的磁化率，即單位外磁場強度下材料的磁化強度。它的大小反映了物稱為

4、物質(zhì)的磁化率，即單位外磁場強度下材料的磁化強度。它的大小反映了物質(zhì)磁化的難易程度，是材料的一個重要的磁參數(shù)。同時，它也是物質(zhì)磁性分類的質(zhì)磁化的難易程度，是材料的一個重要的磁參數(shù)。同時，它也是物質(zhì)磁性分類的主要依據(jù)。主要依據(jù)。 基本磁化曲線：不同磁介質(zhì)其磁化曲線不同，曲線上任意一點都對應(yīng)著材料的基本磁化曲線：不同磁介質(zhì)其磁化曲線不同，曲線上任意一點都對應(yīng)著材料的某種磁化狀態(tài)某種磁化狀態(tài)(zhungti)，它與坐標(biāo)原點連線的斜率即表示材料在該磁場下的磁，它與坐標(biāo)原點連線的斜率即表示材料在該磁場下的磁化率?；?。 磁化率三種表示形式：磁化率三種表示形式： V表示單位體積的磁化率，表示單位體積的磁化率

5、， A表示每摩爾的磁化率，表示每摩爾的磁化率，g表示單位質(zhì)量（每克）的磁化率。表示單位質(zhì)量（每克）的磁化率。 根據(jù)磁化率符號和大小，可把磁介質(zhì)分為五類。根據(jù)磁化率符號和大小，可把磁介質(zhì)分為五類。2. 磁化率與物質(zhì)磁化率與物質(zhì)(wzh)磁性的磁性的分類分類M鐵磁性材料亞鐵磁性材料順磁性材料反鐵磁性材料抗磁性材料H0第2頁/共29頁第三頁，共30頁。2. 磁化率與物質(zhì)磁性磁化率與物質(zhì)磁性(cxng)的分類的分類1 1）抗磁體）抗磁體 為甚小負常數(shù)，約在為甚小負常數(shù)，約在10-610-6數(shù)量級，即數(shù)量級，即M M與與H H方向方向(fngxing)(fngxing)相反，在磁場中使磁場相反，在磁場中

6、使磁場稍減弱，受微弱斥力，約有一半的簡單金屬是抗磁體。分為：稍減弱，受微弱斥力，約有一半的簡單金屬是抗磁體。分為： (1)“ (1)“經(jīng)典經(jīng)典”抗磁體，抗磁體，不隨不隨T T變化，如銅、銀、金、汞、鋅等。變化，如銅、銀、金、汞、鋅等。 (2) (2)反常抗磁體，反常抗磁體，隨隨T T變化，為前者變化，為前者1010100100倍，如鉍、鎵、銻、錫等。倍，如鉍、鎵、銻、錫等。2 2）順磁體）順磁體 為正常數(shù)，約為為正常數(shù)，約為10103 310106 6數(shù)量級，即數(shù)量級，即M M與與H H方向方向(fngxing)(fngxing)相同，在磁場中使相同，在磁場中使磁場稍增強，受微弱引力，分為：磁

7、場稍增強，受微弱引力，分為： （l l）正常順磁體，）正常順磁體， 隨隨T T變化，且符合與變化，且符合與T T反比關(guān)系，如鉑、鈀、奧氏體不銹鋼、反比關(guān)系，如鉑、鈀、奧氏體不銹鋼、稀土金屬等。稀土金屬等。 （2 2） 與與T T無關(guān)的順磁體，如鋰、鈉、鉀、銣等。無關(guān)的順磁體，如鋰、鈉、鉀、銣等。3 3）反鐵磁體）反鐵磁體 是甚小的正常數(shù)，當(dāng)是甚小的正常數(shù)，當(dāng)T T高于某個溫度時（尼爾溫度高于某個溫度時（尼爾溫度TNTN），轉(zhuǎn)換為順磁體，），轉(zhuǎn)換為順磁體，T T 曲線？如曲線？如MnMn、鉻、氧化鎳、氧化錳等。、鉻、氧化鎳、氧化錳等。4 4）鐵磁體）鐵磁體 為很大的正變數(shù)，約在為很大的正變數(shù)，約

8、在1010106106數(shù)量級，且不大的數(shù)量級，且不大的H H就能產(chǎn)生很大的就能產(chǎn)生很大的M M，在磁場中，在磁場中被強烈磁化，受強大的吸力，如鐵、鈷、鎳等。其被強烈磁化，受強大的吸力，如鐵、鈷、鎳等。其M MH H 、 H H曲線？曲線？5 5）亞鐵磁體）亞鐵磁體 類似鐵磁體，但類似鐵磁體，但值沒有鐵磁體大，如磁鐵礦（值沒有鐵磁體大，如磁鐵礦（Fe3O4Fe3O4）等。）等。第3頁/共29頁第四頁，共30頁。3. 磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率 磁感應(yīng)強度磁感應(yīng)強度（B）：通過磁場中某點，垂直于磁場方向單位面積的磁）：通過磁場中某點，垂直于磁場方向單位面積的磁力線數(shù)。單位：特斯拉。力線數(shù)。單位：特斯拉。 在真空

9、中：在真空中： 真空磁導(dǎo)率真空磁導(dǎo)率。 磁場中有磁介質(zhì)時（非真空）：磁介質(zhì)被磁化，使該處的磁場發(fā)生變磁場中有磁介質(zhì)時（非真空）：磁介質(zhì)被磁化，使該處的磁場發(fā)生變化，則，總磁感應(yīng)強度：化，則，總磁感應(yīng)強度： 稱為附加磁場強度，其值等于磁化強度稱為附加磁場強度，其值等于磁化強度M。 令令 稱為稱為相對磁導(dǎo)率相對磁導(dǎo)率，無綱量。，無綱量。 稱為介質(zhì)的稱為介質(zhì)的磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率（絕對磁導(dǎo)率絕對磁導(dǎo)率），反應(yīng)磁感應(yīng)強度隨），反應(yīng)磁感應(yīng)強度隨外磁場的變化速率，單位與外磁場的變化速率，單位與 相同，為亨相同，為亨/米米 。其大小與磁介質(zhì)和外加。其大小與磁介質(zhì)和外加磁場強度有關(guān)。磁場強度有關(guān)。 第4頁/共29頁第

10、五頁，共30頁。 1）磁化曲線）磁化曲線 對原先不存在宏觀磁性的材料，施加一由對原先不存在宏觀磁性的材料，施加一由0逐漸增大的磁場，所得到的逐漸增大的磁場，所得到的M-H曲曲線，即材料磁化強度隨外磁場變化的曲線。線，即材料磁化強度隨外磁場變化的曲線。 鐵磁性材料的磁化曲線：鐵磁性材料的磁化曲線： M、 B、 隨隨 H變化曲線。變化曲線。 微弱微弱H階段：階段：B、M隨隨H的增大緩慢增加，的增大緩慢增加，M與與H近似呈直線關(guān)系，磁化可逆。近似呈直線關(guān)系，磁化可逆。 H繼續(xù)增大：繼續(xù)增大： B、M隨隨H急劇增加，急劇增加，增加很快并出現(xiàn)極大值，即達到最大磁導(dǎo)增加很快并出現(xiàn)極大值，即達到最大磁導(dǎo)率率

11、max ，過程不可逆（去掉，過程不可逆（去掉H后，仍保持部分磁化）。后，仍保持部分磁化）。 H再進一步增大：再進一步增大： B、M隨隨H增加變緩，磁化進行越來越困難，增加變緩，磁化進行越來越困難， 當(dāng)當(dāng)H達到達到Hs時，時， 逐漸趨近于逐漸趨近于0，M達到飽和值達到飽和值Ms。Ms稱為飽和磁化強度，對應(yīng)的磁感應(yīng)強度稱稱為飽和磁化強度，對應(yīng)的磁感應(yīng)強度稱為飽和磁感應(yīng)強度為飽和磁感應(yīng)強度Bs。 H Hs時，時，M不變，不變，B繼續(xù)緩慢增大。繼續(xù)緩慢增大。 所有鐵磁性材料的磁化曲線都有以上規(guī)律所有鐵磁性材料的磁化曲線都有以上規(guī)律(gul)，只是各階段區(qū)間、，只是各階段區(qū)間、Ms大小及大小及上升的陡度

12、不同。上升的陡度不同。 鐵磁性材料從完全退磁狀態(tài)到飽和之前的磁化過程稱為技術(shù)磁化。鐵磁性材料從完全退磁狀態(tài)到飽和之前的磁化過程稱為技術(shù)磁化。 起始磁導(dǎo)率起始磁導(dǎo)率i ： H=0時的磁導(dǎo)率。時的磁導(dǎo)率。 4. 4. 鐵磁性材料鐵磁性材料(cilio)(cilio)的磁化曲線和磁滯的磁化曲線和磁滯回線回線第5頁/共29頁第六頁，共30頁。4. 4. 鐵磁性材料的磁化鐵磁性材料的磁化(chu)(chu)曲線和磁滯回線曲線和磁滯回線 2）鐵磁性材料的磁滯回線：）鐵磁性材料的磁滯回線： 鐵磁性材料從飽和磁化狀態(tài)逐漸降低鐵磁性材料從飽和磁化狀態(tài)逐漸降低H時，時，M不再沿原來的基本磁化曲線降低，而不再沿原來

13、的基本磁化曲線降低，而是降低的慢得多，當(dāng)是降低的慢得多，當(dāng)H降至降至0時，時，M0，而保留一定的值，而保留一定的值Mr， Mr稱為剩余磁化強度，稱為剩余磁化強度，這種現(xiàn)象這種現(xiàn)象(xinxing)稱為剩磁現(xiàn)象稱為剩磁現(xiàn)象(xinxing)。要使。要使M降至降至0，必須施加一反向磁場，必須施加一反向磁場Hc， Hc稱為磁矯頑力。繼續(xù)增加反向磁場至稱為磁矯頑力。繼續(xù)增加反向磁場至Hs，磁化強度達到，磁化強度達到Ms。從。從 Ms改改為正向磁場，隨為正向磁場，隨H的增加，的增加，M沿另一曲線逐漸增大至沿另一曲線逐漸增大至Ms。 可見，整個過程中可見，整個過程中M的變化總是落后于的變化總是落后于H的變

14、化，這種現(xiàn)象的變化，這種現(xiàn)象(xinxing)稱為磁滯效稱為磁滯效應(yīng)。應(yīng)。 由于磁滯效應(yīng)的存在，磁化一周，得到一關(guān)于原點對稱的閉合曲線，稱為磁滯回線。由于磁滯效應(yīng)的存在，磁化一周，得到一關(guān)于原點對稱的閉合曲線，稱為磁滯回線。是鐵磁性材料的重要特征之一。是鐵磁性材料的重要特征之一。 磁滯現(xiàn)象磁滯現(xiàn)象(xinxing)表明，鐵磁性材料的磁化過程存在著不可逆過程，磁化過程要表明，鐵磁性材料的磁化過程存在著不可逆過程，磁化過程要消耗能量。磁滯回線包圍的面積相當(dāng)于磁化一周所產(chǎn)生的損耗，稱為磁滯損耗。消耗能量。磁滯回線包圍的面積相當(dāng)于磁化一周所產(chǎn)生的損耗，稱為磁滯損耗。第6頁/共29頁第七頁，共30頁。

15、3）鐵磁性材料）鐵磁性材料(cilio)的退磁：的退磁： 磁滯回線的起點不是飽和點，而在飽和點以下時，磁滯回線的起點不是飽和點，而在飽和點以下時，H減小時，減小時，Mr和和Hc減小，即磁減小，即磁滯回線變得短而窄，若施加的交變磁場幅值滯回線變得短而窄，若施加的交變磁場幅值H趨于趨于0時，則回線將成為趨于坐標(biāo)原點的時，則回線將成為趨于坐標(biāo)原點的螺線，直至交變磁場的螺線，直至交變磁場的H 0，鐵磁體將完全退磁。，鐵磁體將完全退磁。 4）鐵磁性參數(shù)、軟磁材料）鐵磁性參數(shù)、軟磁材料(cilio)與硬磁材料與硬磁材料(cilio) 鐵磁性參數(shù)主要包括鐵磁性參數(shù)主要包括、Mr、Hc、Ms， 它們的大小決定

16、了其磁滯回線的形狀，主它們的大小決定了其磁滯回線的形狀，主要取決于材料要取決于材料(cilio)的化學(xué)組成與相組成，同時與材料的化學(xué)組成與相組成，同時與材料(cilio)的組織結(jié)構(gòu)有關(guān)，即的組織結(jié)構(gòu)有關(guān)，即與制備工藝有關(guān)。不同鐵磁性材料與制備工藝有關(guān)。不同鐵磁性材料(cilio)，磁滯回線的形狀不同，據(jù)此將鐵磁性材料，磁滯回線的形狀不同，據(jù)此將鐵磁性材料(cilio)分為軟磁材料分為軟磁材料(cilio)和硬磁（永磁）材料和硬磁（永磁）材料(cilio)。 軟磁材料軟磁材料(cilio)：磁滯回線瘦長，：磁滯回線瘦長， 高、高、 Ms高、高、 Hc小、小、 Mr低，如變壓器鐵芯，低，如變壓器鐵

17、芯， 常用材料常用材料(cilio)如工業(yè)純鐵、硅鐵、鐵鎳合金、鐵鈷合金等。如工業(yè)純鐵、硅鐵、鐵鎳合金、鐵鈷合金等。 硬磁（永磁）材料硬磁（永磁）材料(cilio)：磁滯回線短粗，：磁滯回線短粗，低、低、 Hc與與 Mr高，常用材料高，常用材料(cilio)如鐵氧體、鋁鎳、稀土鈷、稀土鎳合金等，如鐵氧體、鋁鎳、稀土鈷、稀土鎳合金等，80年代發(fā)展的年代發(fā)展的Nd-Fe-B系合金。系合金。 Mr/Ms接近于接近于1的矩形回線材料的矩形回線材料(cilio)即矩磁材料即矩磁材料(cilio)是理想的磁記錄材料是理想的磁記錄材料(cilio)。4.4.鐵磁性材料鐵磁性材料(cilio)(cilio)的

18、磁化曲線和磁滯回線的磁化曲線和磁滯回線第7頁/共29頁第八頁，共30頁。1.1.原子的磁性原子的磁性1 1）材料磁性產(chǎn)生的本源）材料磁性產(chǎn)生的本源 任何物質(zhì)由原子組成，原子又有帶正電的原子核（核子）和帶負電的電子構(gòu)成。任何物質(zhì)由原子組成，原子又有帶正電的原子核（核子）和帶負電的電子構(gòu)成。核子和電子本身都在做自旋運動核子和電子本身都在做自旋運動(yndng)(yndng)，電子又沿一定軌道繞核子做循規(guī)運動，電子又沿一定軌道繞核子做循規(guī)運動(yndng)(yndng)。它們的這些運動。它們的這些運動(yndng)(yndng)形成閉合電流，從而產(chǎn)生磁矩。形成閉合電流，從而產(chǎn)生磁矩。 材料磁性的本源

19、是：材料內(nèi)部電子的循軌運動材料磁性的本源是：材料內(nèi)部電子的循軌運動(yndng)(yndng)和自旋運動和自旋運動(yndng)(yndng)。 核子自旋運動核子自旋運動(yndng)(yndng)哪？（約為電子磁矩的哪？（約為電子磁矩的1/20001/2000） 2 2）電子磁矩）電子磁矩 軌道磁矩：電子循規(guī)運動軌道磁矩：電子循規(guī)運動(yndng)(yndng)（繞核子在（繞核子在s s、p p、d d、f f等軌道運動等軌道運動(yndng)(yndng)）產(chǎn)生的磁矩。）產(chǎn)生的磁矩。 大小：大?。?I I與閉合環(huán)面積與閉合環(huán)面積S S的乘積。的乘積。 方向方向: :垂直于電子運動垂直于電子

20、運動(yndng)(yndng)的軌跡平面，符合右手定則。的軌跡平面，符合右手定則。 自旋磁矩：電子自旋運動自旋磁矩：電子自旋運動(yndng)(yndng)產(chǎn)生的磁矩，方向平行于自旋軸。產(chǎn)生的磁矩，方向平行于自旋軸。 電子磁矩：軌道磁矩和自旋磁矩的矢量和。電子磁矩：軌道磁矩和自旋磁矩的矢量和。 原子核自旋產(chǎn)生的磁矩很?。ㄖ?，速度很低），約為電子磁矩的原子核自旋產(chǎn)生的磁矩很?。ㄖ?，速度很低），約為電子磁矩的1/20001/2000，一般，一般可忽略?？珊雎浴５诘? 2節(jié)節(jié) 物質(zhì)的磁性及其物理物質(zhì)的磁性及其物理(wl)(wl)本質(zhì)本質(zhì)第8頁/共29頁第九頁，共30頁。1.1.原子原子(yunz)

21、(yunz)的磁性的磁性3）原子、分子磁矩）原子、分子磁矩 理論證明，原子中電子層被排滿的殼層中總磁矩為理論證明，原子中電子層被排滿的殼層中總磁矩為0，只有原子中存在只有原子中存在未被排滿的電子層時未被排滿的電子層時，未排滿的電子層中總磁矩不為，未排滿的電子層中總磁矩不為0，原子才有磁矩原子才有磁矩，叫叫固有磁矩固有磁矩。原因原因：因：因排滿時排滿時，在每一亞軌道上都有一對電子，它們自旋和循規(guī)運動的，在每一亞軌道上都有一對電子，它們自旋和循規(guī)運動的方向相反，成對電子的磁矩抵消；電子層方向相反，成對電子的磁矩抵消；電子層未被填滿時未被填滿時，根據(jù)洪特法則，電，根據(jù)洪特法則，電子盡量占據(jù)不同的亞軌

22、道，且單電子間自旋、循規(guī)方向相同，電子磁矩不子盡量占據(jù)不同的亞軌道，且單電子間自旋、循規(guī)方向相同，電子磁矩不被抵消。被抵消。 如如Fe：在：在3d軌道上未排滿，只有軌道上未排滿，只有6個電子（個電子（ ），），3d的的5個亞軌道上，有個亞軌道上，有4個只有一個電子，故個只有一個電子，故Fe原子的固有磁矩是這原子的固有磁矩是這4個電子個電子磁矩的總和。磁矩的總和。 原子結(jié)合成分子時，外層電子磁矩發(fā)生變化，故原子結(jié)合成分子時，外層電子磁矩發(fā)生變化，故分子磁矩不等于單個分子磁矩不等于單個原子磁矩之和原子磁矩之和。第9頁/共29頁第十頁，共30頁。2. 物質(zhì)物質(zhì)(wzh)的抗的抗磁性磁性 如前所述，電

23、子殼層已填滿的原子總磁矩為如前所述，電子殼層已填滿的原子總磁矩為0，但這只是在無外，但這只是在無外H的情的情況下，在外況下，在外H作用下，即使對于總磁矩為作用下，即使對于總磁矩為0的原子，也會產(chǎn)生磁矩。這是的原子，也會產(chǎn)生磁矩。這是由于由于電子的循規(guī)運動在外電子的循規(guī)運動在外H作用下都會產(chǎn)生抗磁矩作用下都會產(chǎn)生抗磁矩(不管循規(guī)運動的方向是不管循規(guī)運動的方向是繞繞H軸向順時針還是逆時針軸向順時針還是逆時針),即產(chǎn)生的附加磁矩總是與外即產(chǎn)生的附加磁矩總是與外H方向相反。方向相反。為什為什么？么？ 取兩個軌道平面與取兩個軌道平面與H方向垂直而循規(guī)方向相反的電子為例：方向垂直而循規(guī)方向相反的電子為例：

24、 電子循規(guī)運動所產(chǎn)生的電子循規(guī)運動所產(chǎn)生的軌道磁矩軌道磁矩： ，同時必然受一同時必然受一向心力向心力 ，在磁場中運動，磁場還要對其產(chǎn)生一，在磁場中運動，磁場還要對其產(chǎn)生一附加力附加力K（方向符（方向符合左手定則）。設(shè)合左手定則）。設(shè)H方向由下向上：方向由下向上： 電流方向順時針（電子逆時針）時電流方向順時針（電子逆時針）時：K與與K方向相同，等于向心力增方向相同，等于向心力增加，根據(jù)加，根據(jù) ，m和和r不變，故不變，故增大，使增大，使Pl增大，即產(chǎn)生的附加磁矩增大，即產(chǎn)生的附加磁矩P的方向與外的方向與外H方向相反。方向相反。 電流方向順時針（電子逆時針）時電流方向順時針（電子逆時針）時：K與與

25、K方向相反，等于向心力減方向相反，等于向心力減小，根據(jù)小，根據(jù) ，m和和r不變，故不變，故減小，使減小，使Pl減小，也等于產(chǎn)生的附加減小，也等于產(chǎn)生的附加磁矩磁矩P的方向與外的方向與外H方向相反。方向相反。 即不管電子循軌運動方向是順時針還是逆時針，在外即不管電子循軌運動方向是順時針還是逆時針，在外H中產(chǎn)生的附加中產(chǎn)生的附加磁矩方向總是與磁矩方向總是與H方向相反，這就是物質(zhì)產(chǎn)生抗磁性的原因方向相反，這就是物質(zhì)產(chǎn)生抗磁性的原因。 第10頁/共29頁第十一頁，共30頁。 顯然，物質(zhì)的抗磁性不是電子循軌、自旋本身產(chǎn)生的，而是在外顯然，物質(zhì)的抗磁性不是電子循軌、自旋本身產(chǎn)生的，而是在外H H中電中電子

26、循規(guī)運動產(chǎn)生的附加磁矩產(chǎn)生的，所以抗磁磁化是可逆的，且子循規(guī)運動產(chǎn)生的附加磁矩產(chǎn)生的，所以抗磁磁化是可逆的，且P P與與H H成成正比。但抗磁體正比。但抗磁體(ct)(ct)的磁化率很小。的磁化率很小。 對于一個原子，有多個電子，具有不同的軌道半徑，且軌道平面不對于一個原子，有多個電子，具有不同的軌道半徑，且軌道平面不一定與一定與H H方向垂直。產(chǎn)生的抗磁磁矩：方向垂直。產(chǎn)生的抗磁磁矩： 思考：為什么說所有的物質(zhì)都是磁介質(zhì)？思考：為什么說所有的物質(zhì)都是磁介質(zhì)？ 物質(zhì)中為什么會產(chǎn)生抗磁性？物質(zhì)中為什么會產(chǎn)生抗磁性？ 為什么說任何物質(zhì)在磁場中都要產(chǎn)生抗磁性？（不是說任為什么說任何物質(zhì)在磁場中都要產(chǎn)

27、生抗磁性？（不是說任何物質(zhì)何物質(zhì) 都是抗磁體都是抗磁體(ct)(ct)，電子殼層未被填滿的物質(zhì)不是抗磁，電子殼層未被填滿的物質(zhì)不是抗磁體體(ct)(ct)）。）。2. 物質(zhì)物質(zhì)(wzh)的抗磁的抗磁性性第11頁/共29頁第十二頁，共30頁。3. 物質(zhì)物質(zhì)(wzh)的順磁的順磁性性 來源來源：原子（離子）的固有磁矩。：原子（離子）的固有磁矩。 無外無外H時時：由于熱運動的影響，固有磁矩取向無序，宏觀上無磁性。由于熱運動的影響，固有磁矩取向無序，宏觀上無磁性。 外外H作用下作用下：固有磁矩與：固有磁矩與H作用，有較高的靜磁能，為降低靜磁能，固作用，有較高的靜磁能，為降低靜磁能，固有磁矩改變與有磁矩

28、改變與H的夾角，趨于排向外的夾角，趨于排向外H方向，表現(xiàn)為正向磁化。在常溫和方向，表現(xiàn)為正向磁化。在常溫和H不是很高的情況下，不是很高的情況下，M與與H成正比，磁化要克服熱運動的干擾，磁矩難成正比，磁化要克服熱運動的干擾，磁矩難以有序排列，故順磁化進行十分困難，磁化率較小。以有序排列，故順磁化進行十分困難，磁化率較小。 常溫下順磁體達到飽和磁化所需的常溫下順磁體達到飽和磁化所需的H非常大，技術(shù)上難以達到，但溫度非常大，技術(shù)上難以達到，但溫度降至接近降至接近0K時，就容易了。時，就容易了。 根據(jù)順磁磁化率與溫度的關(guān)系，可把順磁體分為三類根據(jù)順磁磁化率與溫度的關(guān)系，可把順磁體分為三類： 正常順磁體

29、正常順磁體：磁化率隨溫度升高而降低的順磁體。：磁化率隨溫度升高而降低的順磁體。 符合符合居里定律居里定律： 或或居里外斯定律居里外斯定律： 磁化率與溫度無關(guān)的順磁體磁化率與溫度無關(guān)的順磁體：如堿金屬，其順磁性是由價電子產(chǎn)生的。：如堿金屬，其順磁性是由價電子產(chǎn)生的。 存在反鐵磁體轉(zhuǎn)變的順磁體存在反鐵磁體轉(zhuǎn)變的順磁體：在居里點或稱尼爾點：在居里點或稱尼爾點TN以上，與正常順磁以上，與正常順磁體一樣符合居里外斯定律；在體一樣符合居里外斯定律；在TN以下呈反鐵磁性，隨溫度降低，磁化率以下呈反鐵磁性，隨溫度降低，磁化率降低，降低，T0時，磁化率趨近于一常數(shù)，在時，磁化率趨近于一常數(shù)，在TN 溫度磁化率最

30、大。溫度磁化率最大。第12頁/共29頁第十三頁，共30頁。4. 金屬金屬(jnsh)的抗磁性與順的抗磁性與順磁性磁性 金屬由點陣離子和自由電子構(gòu)成，其磁性取決于：金屬由點陣離子和自由電子構(gòu)成，其磁性取決于： 正離子的抗磁性：正離子的抗磁性： 源于其電子的循規(guī)運動源于其電子的循規(guī)運動 正離子的順磁性：正離子的順磁性： 源于原子的固有磁矩源于原子的固有磁矩 自由電子的抗磁性：源于自由電子的運動自由電子的抗磁性：源于自由電子的運動 自由電子的順磁性：源于電子的自旋磁矩自由電子的順磁性：源于電子的自旋磁矩 自由電子的順磁性大于其抗磁性，所以表現(xiàn)自由電子的順磁性大于其抗磁性，所以表現(xiàn)(bioxin)(b

31、ioxin)為順磁性。為順磁性。 金屬的磁性是離子磁性和自由電子磁性的綜合結(jié)果。金屬的磁性是離子磁性和自由電子磁性的綜合結(jié)果。第13頁/共29頁第十四頁，共30頁。5. 抗磁性、順磁性的影響抗磁性、順磁性的影響(yngxing)因素因素 1 1）原子結(jié)構(gòu)）原子結(jié)構(gòu) （會解釋不同物質(zhì)（會解釋不同物質(zhì)(wzh)(wzh)具有不同磁性的原因。）具有不同磁性的原因。） 材料內(nèi)部既存在產(chǎn)生抗磁性的因素，也存在產(chǎn)生順磁性的因素，屬哪種磁性的材料材料內(nèi)部既存在產(chǎn)生抗磁性的因素，也存在產(chǎn)生順磁性的因素，屬哪種磁性的材料取決于哪種因素占主導(dǎo)地位。取決于哪種因素占主導(dǎo)地位。 惰性氣體：固有磁矩為惰性氣體：固有磁矩

32、為0 0，只有電子循規(guī)運動產(chǎn)生抗磁性的本源，所以是典型的抗磁，只有電子循規(guī)運動產(chǎn)生抗磁性的本源，所以是典型的抗磁性物質(zhì)性物質(zhì)(wzh)(wzh)。 非金屬：雖有固有磁矩，但由于它們形成分子時，基本上以共價鍵結(jié)合，共價電子非金屬：雖有固有磁矩，但由于它們形成分子時，基本上以共價鍵結(jié)合，共價電子對的磁矩相互抵消，所以它們是抗磁性物質(zhì)對的磁矩相互抵消，所以它們是抗磁性物質(zhì)(wzh)(wzh)；只有氧和石墨是順磁性物質(zhì)；只有氧和石墨是順磁性物質(zhì)(wzh)(wzh)。 金屬：只有內(nèi)層電子未被填滿時，才產(chǎn)生較強的順磁性（自由電子對順磁性的貢獻金屬：只有內(nèi)層電子未被填滿時，才產(chǎn)生較強的順磁性（自由電子對順磁

33、性的貢獻較小較小) )。 a.Cu a.Cu、AgAg、AuAu、ZnZn、CdCd、HgHg等，離子產(chǎn)生的抗磁性大于自由電子產(chǎn)生的順磁性，屬抗等，離子產(chǎn)生的抗磁性大于自由電子產(chǎn)生的順磁性，屬抗磁體。磁體。 b. b. 堿金屬、堿土金屬（除堿金屬、堿土金屬（除BeBe外）：自由電子產(chǎn)生的順磁性強，占主導(dǎo)地位，表現(xiàn)為外）：自由電子產(chǎn)生的順磁性強，占主導(dǎo)地位，表現(xiàn)為順磁性。順磁性。 c. c. 稀土金屬：表現(xiàn)為較強的順磁性（磁化率較大稀土金屬：表現(xiàn)為較強的順磁性（磁化率較大) )，且遵從居里外斯定律。因它們，且遵從居里外斯定律。因它們4f4f、5d5d電子殼層未被填滿，存在固有磁矩。電子殼層未被填

34、滿，存在固有磁矩。 d. d.過渡族元素：具有強烈的順磁性，因它們存在未填滿電子的過渡族元素：具有強烈的順磁性，因它們存在未填滿電子的d d、f f層，形成了晶體離層，形成了晶體離子的固有磁矩。且其中有些存在鐵磁轉(zhuǎn)變（如子的固有磁矩。且其中有些存在鐵磁轉(zhuǎn)變（如FeFe、CoCo、NiNi），有些存在反鐵磁轉(zhuǎn)變（如），有些存在反鐵磁轉(zhuǎn)變（如CrCr）。）。第14頁/共29頁第十五頁，共30頁。 2 2）溫度）溫度 對抗磁性基本無影響，對順磁性影響很大。因為：溫度升高，質(zhì)點熱振動加劇，對抗磁性基本無影響，對順磁性影響很大。因為：溫度升高，質(zhì)點熱振動加劇，對磁矩排向的干擾增大，使磁矩的定向排向?qū)Υ啪?/p>

35、排向的干擾增大，使磁矩的定向排向H H方向困難，使磁化率降低。方向困難，使磁化率降低。 3 3）相變及組織轉(zhuǎn)變）相變及組織轉(zhuǎn)變 熔化凝固、塑性變形、晶粒細化和同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：電子軌道和原子密度變化，將熔化凝固、塑性變形、晶粒細化和同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：電子軌道和原子密度變化，將使抗磁磁化率變化。使抗磁磁化率變化。 熔化：一般熔化：一般(ybn)(ybn)使抗磁磁化率減小，但使抗磁磁化率減小，但GeGe、AuAu、AgAg相反。相反。 金屬加工硬化：使抗磁性減弱，如金屬加工硬化：使抗磁性減弱，如CuCu高度加工硬化可使其由抗磁性轉(zhuǎn)化為順磁性，高度加工硬化可使其由抗磁性轉(zhuǎn)化為順磁性，退火后又恢復(fù)至抗磁性。退

36、火后又恢復(fù)至抗磁性。 晶粒細化：一般晶粒細化：一般(ybn)(ybn)使抗磁性減弱，如使抗磁性減弱，如BiBi、SbSb、SeSe、TeTe在晶粒高度細化時可在晶粒高度細化時可由抗磁性轉(zhuǎn)化為順磁性。由抗磁性轉(zhuǎn)化為順磁性。 熔化、加工硬化、晶粒細化都使晶體趨于非晶化，且都使原子間距趨于增大，密熔化、加工硬化、晶粒細化都使晶體趨于非晶化，且都使原子間距趨于增大，密度減小，故影響效果類似。度減小，故影響效果類似。 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：使磁化率突變。因：往往引起原子間距和自由電子數(shù)的變化。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：使磁化率突變。因：往往引起原子間距和自由電子數(shù)的變化。5. 抗磁性、順磁性的影響抗磁性、順磁性的影響(yn

37、gxing)因素因素第15頁/共29頁第十六頁，共30頁。 4 4）合金成分與組織的影響）合金成分與組織的影響 形成固溶體形成固溶體 低磁化率金屬間：磁化率與成分間呈平滑曲線關(guān)系。低磁化率金屬間：磁化率與成分間呈平滑曲線關(guān)系。 抗磁性金屬中溶入過渡族的強順磁性金屬：情況復(fù)雜，視具體體系而定，不抗磁性金屬中溶入過渡族的強順磁性金屬：情況復(fù)雜，視具體體系而定，不一定朝順磁性轉(zhuǎn)化。一定朝順磁性轉(zhuǎn)化。 抗磁性金屬中溶入鐵磁性金屬（抗磁性金屬中溶入鐵磁性金屬（FeFe、CoCo、NiNi）：磁化率劇增，甚至在低濃度）：磁化率劇增，甚至在低濃度時，就可轉(zhuǎn)變時，就可轉(zhuǎn)變(zhunbin)(zhunbin)為

38、順磁體。為順磁體。 固溶體有序化：磁化率明顯變化，有的抗磁性減弱，有的增強。固溶體有序化：磁化率明顯變化，有的抗磁性減弱，有的增強。 合金形成中間相合金形成中間相 磁化率突變，磁化率與成分關(guān)系曲線出現(xiàn)極大或極小值。磁化率突變，磁化率與成分關(guān)系曲線出現(xiàn)極大或極小值。 兩相合金兩相合金 磁化率隨成分呈直線變化。磁化率隨成分呈直線變化。5. 抗磁性、順磁性的影響抗磁性、順磁性的影響(yngxing)因素因素第16頁/共29頁第十七頁，共30頁。 磁化特點與抗、順磁質(zhì)不同，其磁化特點與抗、順磁質(zhì)不同，其M M與與H H呈復(fù)雜曲線關(guān)系，存在磁飽和與磁呈復(fù)雜曲線關(guān)系，存在磁飽和與磁滯；磁化不可逆，交變磁場

39、中形成磁滯回線；磁化率大，磁化容易。滯；磁化不可逆，交變磁場中形成磁滯回線；磁化率大，磁化容易。 為什么有這些特點，其磁化本質(zhì)如何？怎么為什么有這些特點，其磁化本質(zhì)如何？怎么(zn me)(zn me)解釋其在外解釋其在外H H中的中的特殊行為？特殊行為？第第3 3節(jié)節(jié) 物質(zhì)物質(zhì)(wzh)(wzh)的鐵磁性及其物理本質(zhì)的鐵磁性及其物理本質(zhì)一、鐵磁質(zhì)的自發(fā)磁化一、鐵磁質(zhì)的自發(fā)磁化1.1.自發(fā)磁化與磁疇：自發(fā)磁化與磁疇： 自發(fā)磁化：鐵磁性材料在沒有外加自發(fā)磁化：鐵磁性材料在沒有外加H H時，原子磁矩趨于同向排列，而發(fā)生的磁化。時，原子磁矩趨于同向排列，而發(fā)生的磁化。鐵磁質(zhì)的磁性是自發(fā)產(chǎn)生的，磁化過

40、程只不過是把鐵磁質(zhì)本身鐵磁質(zhì)的磁性是自發(fā)產(chǎn)生的，磁化過程只不過是把鐵磁質(zhì)本身(bnshn)(bnshn)的磁性顯的磁性顯示了出來，而不是由外界向鐵磁質(zhì)提供磁性。示了出來，而不是由外界向鐵磁質(zhì)提供磁性。 磁疇：鐵磁質(zhì)自發(fā)磁化成的若干個小區(qū)域。由于各個區(qū)域的磁化方向各不相同，磁疇：鐵磁質(zhì)自發(fā)磁化成的若干個小區(qū)域。由于各個區(qū)域的磁化方向各不相同，故其磁性彼此相消，所以大塊鐵磁體對外并不顯示磁性。故其磁性彼此相消，所以大塊鐵磁體對外并不顯示磁性。2.2.鐵磁性產(chǎn)生的兩個條件：原子有未被抵消的自旋磁矩、可發(fā)生自發(fā)磁化。鐵磁性產(chǎn)生的兩個條件：原子有未被抵消的自旋磁矩、可發(fā)生自發(fā)磁化。 鐵磁質(zhì)自發(fā)磁化的起因

41、是源于原子未披抵消的自旋磁矩，而軌道磁矩對鐵磁性幾鐵磁質(zhì)自發(fā)磁化的起因是源于原子未披抵消的自旋磁矩，而軌道磁矩對鐵磁性幾乎無貢獻。過渡族金屬的乎無貢獻。過渡族金屬的3d3d殼層都未填滿，都有未被抵消的自旋磁矩（固有磁矩），殼層都未填滿，都有未被抵消的自旋磁矩（固有磁矩），如如FeFe、CoCo、NiNi是鐵磁性的；但是鐵磁性的；但MnMn雖有剩余自旋磁矩，卻不是鐵磁質(zhì)，說明原子具有雖有剩余自旋磁矩，卻不是鐵磁質(zhì)，說明原子具有未抵消的自旋磁矩僅是產(chǎn)生鐵磁性的必要條件，不是充分條件。金屬要具有鐵磁性，未抵消的自旋磁矩僅是產(chǎn)生鐵磁性的必要條件，不是充分條件。金屬要具有鐵磁性，關(guān)鍵還在于它的自旋磁矩能

42、自發(fā)同向排列，亦即能產(chǎn)生自發(fā)磁化。關(guān)鍵還在于它的自旋磁矩能自發(fā)同向排列，亦即能產(chǎn)生自發(fā)磁化。第17頁/共29頁第十八頁，共30頁。一、鐵磁質(zhì)的自發(fā)一、鐵磁質(zhì)的自發(fā)(zf)(zf)磁磁化化3.3.自發(fā)磁化的產(chǎn)生機理與條件自發(fā)磁化的產(chǎn)生機理與條件 鐵磁質(zhì)的鐵磁質(zhì)的自發(fā)磁化自發(fā)磁化，是由于，是由于電子間的靜電相互作用電子間的靜電相互作用而產(chǎn)生的。而產(chǎn)生的。 據(jù)鍵合理論，原子相互接近形成分子時，電子云要相互重疊，電子要相據(jù)鍵合理論，原子相互接近形成分子時，電子云要相互重疊，電子要相互交換位置。對過渡族金屬，原子的互交換位置。對過渡族金屬，原子的3d3d與與4S4S態(tài)能量接近，它們電子云重疊態(tài)能量接近，

43、它們電子云重疊時引起了時引起了3d3d、4S4S態(tài)電子的交換。交換所產(chǎn)生的靜電作用力稱為態(tài)電子的交換。交換所產(chǎn)生的靜電作用力稱為交換力交換力，交交換力的作用迫使相鄰原子的自旋磁矩產(chǎn)生有序的排列。換力的作用迫使相鄰原子的自旋磁矩產(chǎn)生有序的排列。因交換作用而產(chǎn)生因交換作用而產(chǎn)生的附加能量稱為的附加能量稱為交換能：交換能： A A為為交換能積分常數(shù)交換能積分常數(shù)， 為兩相鄰原子的兩個電子自旋磁矩間夾角?？蔀閮上噜徳拥膬蓚€電子自旋磁矩間夾角?？梢姡粨Q能的正負取決于見，交換能的正負取決于A A和和 。 A A0 0， 0 0時時， 具有最大負值，即自旋磁矩同向排列時才具備能量具有最大負值，即自旋磁矩

44、同向排列時才具備能量最低條件，就是說最低條件，就是說A A0 0時可產(chǎn)生時可產(chǎn)生自發(fā)磁化，自發(fā)磁化，產(chǎn)生產(chǎn)生鐵磁性鐵磁性。 A A0 0， 180180時，時， 具有最大負值，即自旋磁矩反向排列時才具備能具有最大負值，即自旋磁矩反向排列時才具備能量最低條件，就是說量最低條件，就是說A A 0 0時時不能產(chǎn)生自發(fā)磁化不能產(chǎn)生自發(fā)磁化，這種排列產(chǎn)生，這種排列產(chǎn)生反鐵磁性反鐵磁性。 理論表明，理論表明，A不僅與電子運動狀態(tài)的波函數(shù)有關(guān)，且強烈依賴于原子間不僅與電子運動狀態(tài)的波函數(shù)有關(guān)，且強烈依賴于原子間距和未填滿殼層半徑。即距和未填滿殼層半徑。即A A與原子電子結(jié)構(gòu)和晶體的點陣結(jié)構(gòu)有關(guān)與原子電子結(jié)構(gòu)

45、和晶體的點陣結(jié)構(gòu)有關(guān)。 第18頁/共29頁第十九頁，共30頁。3.3.自發(fā)自發(fā)(zf)(zf)磁化的產(chǎn)生機理與磁化的產(chǎn)生機理與條件條件 實際上，實際上，F(xiàn)eFe、CoCo、NiNi及某些稀土元素及某些稀土元素A A為較大為較大(jio d)(jio d)正值，滿足自發(fā)磁化的正值，滿足自發(fā)磁化的條件，為鐵磁性金屬。大部分稀土元素雖條件，為鐵磁性金屬。大部分稀土元素雖A A0 0，但因原子間距，但因原子間距/ /未填滿殼層半徑太大，未填滿殼層半徑太大，電子云重疊很少或不重疊，電子間的靜電電子云重疊很少或不重疊，電子間的靜電交換作用很弱（交換作用很弱（A A較?。?，對電子自旋磁矩較?。?，對電子自旋磁

46、矩的取向影響甚小，故在常溫下為順磁性；的取向影響甚小，故在常溫下為順磁性；過渡族過渡族CrCr、MnMn，A A 0 0，原子磁矩反平行排，原子磁矩反平行排列，為反鐵磁性金屬。列，為反鐵磁性金屬。 可見，鐵磁性產(chǎn)生的充分條件：原子內(nèi)部要有未填滿的電子殼層（或說存在固有磁矩），且可見，鐵磁性產(chǎn)生的充分條件：原子內(nèi)部要有未填滿的電子殼層（或說存在固有磁矩），且A具具有較大的正值（或說可發(fā)生自發(fā)磁化）。前者是指原子的本征磁矩，后者指的是要有一定的晶體有較大的正值（或說可發(fā)生自發(fā)磁化）。前者是指原子的本征磁矩，后者指的是要有一定的晶體點陣結(jié)構(gòu)。點陣結(jié)構(gòu)。 根據(jù)自發(fā)磁化的過程和理論，可解釋許多根據(jù)自發(fā)磁

47、化的過程和理論，可解釋許多(xdu)鐵磁特性。如溫度對鐵磁性的影響，每一鐵鐵磁特性。如溫度對鐵磁性的影響，每一鐵磁體都有一完全確定的溫度（稱磁性轉(zhuǎn)變點或居里點），在此溫度以上鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判?。這磁體都有一完全確定的溫度（稱磁性轉(zhuǎn)變點或居里點），在此溫度以上鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判?。這是由于溫度升高，原子間距加大，交換作用降低，同時熱運動也破壞了原子磁矩的規(guī)則取向，故是由于溫度升高，原子間距加大，交換作用降低，同時熱運動也破壞了原子磁矩的規(guī)則取向，故自發(fā)磁化強度降低，直至居里點，已完全破壞了原子磁矩的規(guī)則取向，自發(fā)磁化不能發(fā)生，材料自發(fā)磁化強度降低，直至居里點，已完全破壞了原子磁矩的規(guī)則取向，自發(fā)磁

48、化不能發(fā)生，材料即由鐵磁性變?yōu)轫槾判?。即由鐵磁性變?yōu)轫槾判?。?9頁/共29頁第二十頁，共30頁。1. 反鐵磁性反鐵磁性 如前所述，當(dāng)交換能積分常數(shù)如前所述，當(dāng)交換能積分常數(shù)A為負值為負值(f zh)時，原子磁矩反向平行排列；若相時，原子磁矩反向平行排列；若相鄰原子的磁矩相等，則相互抵消，使自發(fā)磁化強度趨于零。這種特性稱為反鐵磁性。鄰原子的磁矩相等，則相互抵消，使自發(fā)磁化強度趨于零。這種特性稱為反鐵磁性。除除Mn、Cr外，某些金屬氧化物如外，某些金屬氧化物如MnO、Cr2O3、CuO、NiO等也屬反鐵磁體，等也屬反鐵磁體，目前發(fā)現(xiàn)有目前發(fā)現(xiàn)有40余種反鐵磁性物質(zhì)。余種反鐵磁性物質(zhì)。 其磁化率其

49、磁化率在尼爾點（在尼爾點（TN）出現(xiàn)極大值，）出現(xiàn)極大值，T TN 時呈反鐵磁性，時呈反鐵磁性， 隨溫度的升隨溫度的升高而增大；高而增大； T TN 時呈強順磁性磁性，時呈強順磁性磁性， 隨溫度的升高而降低，符合居里外斯隨溫度的升高而降低，符合居里外斯定律。尼爾點附近存在電阻、熱膨脹、比熱、彈性等反?，F(xiàn)象，據(jù)此，反鐵磁物質(zhì)定律。尼爾點附近存在電阻、熱膨脹、比熱、彈性等反常現(xiàn)象，據(jù)此，反鐵磁物質(zhì)可能成為有實用意義的材料。如近幾年正在研究具有反鐵磁性的可能成為有實用意義的材料。如近幾年正在研究具有反鐵磁性的FeMn合金作為合金作為恒彈性材料。恒彈性材料。二、反鐵磁性和亞鐵磁性二、反鐵磁性和亞鐵磁性

50、TnT第20頁/共29頁第二十一頁，共30頁。 由兩種離子組成，兩亞點陣磁矩的方向相反，但大小不等，自發(fā)磁矩部分抵消，由兩種離子組成，兩亞點陣磁矩的方向相反，但大小不等，自發(fā)磁矩部分抵消，自發(fā)磁化強度不為自發(fā)磁化強度不為0，稱亞鐵磁性。，稱亞鐵磁性。 具有亞鐵磁性的物質(zhì)大部分是金屬氧化物。目前發(fā)現(xiàn)的一般是具有亞鐵磁性的物質(zhì)大部分是金屬氧化物。目前發(fā)現(xiàn)的一般是Fe2O3與二價金屬氧與二價金屬氧化物組成的復(fù)合氧化物，稱化物組成的復(fù)合氧化物，稱 “鐵氧體鐵氧體”，即以氧化鐵為主要成分的磁性氧化物。，即以氧化鐵為主要成分的磁性氧化物。 鐵氧體中磁性離子都被較大的氧離子所隔離，故磁性離子間不存在直接交換

51、作用。鐵氧體中磁性離子都被較大的氧離子所隔離，故磁性離子間不存在直接交換作用。事實上鐵氧體內(nèi)部存在著很強的自發(fā)磁化，是通過夾在磁性離子間的氧離子而形成的事實上鐵氧體內(nèi)部存在著很強的自發(fā)磁化，是通過夾在磁性離子間的氧離子而形成的間接交換，稱超交換作用，使每個亞點陣內(nèi)離子磁矩反向平行排列，大小不等，剩余間接交換，稱超交換作用，使每個亞點陣內(nèi)離子磁矩反向平行排列，大小不等，剩余部分即表現(xiàn)為自發(fā)磁化。部分即表現(xiàn)為自發(fā)磁化。 從已知的反鐵磁結(jié)構(gòu)出發(fā)，利用元素代換可能制成一種保持原來磁結(jié)構(gòu)的反平行從已知的反鐵磁結(jié)構(gòu)出發(fā)，利用元素代換可能制成一種保持原來磁結(jié)構(gòu)的反平行排列但磁矩不等的亞鐵磁晶體排列但磁矩不等

52、的亞鐵磁晶體(jngt)。利用這一原理，已創(chuàng)造出一些新的亞鐵磁體。利用這一原理，已創(chuàng)造出一些新的亞鐵磁體。 同鐵磁體一樣，在鐵氧體內(nèi)也存在交換作用與熱運動的矛盾，隨溫度升高鐵氧體的同鐵磁體一樣，在鐵氧體內(nèi)也存在交換作用與熱運動的矛盾，隨溫度升高鐵氧體的飽和磁化強度降低，達某一足夠溫度時自發(fā)磁化消失，變?yōu)轫槾朋w，這一溫度即為鐵飽和磁化強度降低，達某一足夠溫度時自發(fā)磁化消失，變?yōu)轫槾朋w，這一溫度即為鐵氧體的居里溫度。氧體的居里溫度。 亞鐵磁體屬半導(dǎo)體，其高電阻率的特點使它可以應(yīng)用于高頻磁化。亞鐵磁體屬半導(dǎo)體，其高電阻率的特點使它可以應(yīng)用于高頻磁化。 2.2.亞鐵磁性亞鐵磁性三種磁性質(zhì)的三種磁性質(zhì)的

53、T關(guān)系圖和原子關(guān)系圖和原子(yunz)（離子）磁矩排列示意圖。（離子）磁矩排列示意圖。第21頁/共29頁第二十二頁，共30頁。1. 磁晶各向異性磁晶各向異性 鐵磁單晶體磁化時沿不同晶向的磁化曲線不同，如沿鐵的鐵磁單晶體磁化時沿不同晶向的磁化曲線不同，如沿鐵的100、鎳的、鎳的111和鈷的和鈷的0001方向極易磁化，在很小的方向極易磁化，在很小的H下即可達到磁飽和，故它們是易磁化方向。而沿鐵下即可達到磁飽和，故它們是易磁化方向。而沿鐵的的111、鎳的、鎳的100和鈷的和鈷的1010方向磁化時，則需非常強的方向磁化時，則需非常強的H才能達磁飽和，它們是才能達磁飽和，它們是難磁化方向。像這種在鐵磁單

54、晶體的不同晶向上磁性能不同的性質(zhì)稱為磁性的各向異難磁化方向。像這種在鐵磁單晶體的不同晶向上磁性能不同的性質(zhì)稱為磁性的各向異性。性。2. 磁各向異性的機理磁各向異性的機理 在晶體原子中，電子由于受自旋軌道相互作用，電荷分布為橢球形，而不是球形，在晶體原子中，電子由于受自旋軌道相互作用，電荷分布為橢球形，而不是球形，使得不同磁化方向上相鄰原子電子云重疊程度不同，交換能的大小不同，磁化性質(zhì)不使得不同磁化方向上相鄰原子電子云重疊程度不同，交換能的大小不同，磁化性質(zhì)不同。同。3. 磁晶各向異性能磁晶各向異性能 為使鐵磁體磁化需消耗的能量稱為磁化功。數(shù)量上等于為使鐵磁體磁化需消耗的能量稱為磁化功。數(shù)量上等

55、于M軸與磁化曲線圍成的面積。軸與磁化曲線圍成的面積。易、難磁化方向上磁化功不同。易、難磁化方向上磁化功不同。 磁化強度分量沿不同晶軸方向的能量差稱磁晶各向異性能，簡稱磁晶能（即不同磁磁化強度分量沿不同晶軸方向的能量差稱磁晶各向異性能，簡稱磁晶能（即不同磁化方向的磁化曲線所圍的面積）。化方向的磁化曲線所圍的面積）。 軟磁材料要求具有小磁晶能，而大矯頑力的硬磁材料卻要求較大的磁晶能，研究磁軟磁材料要求具有小磁晶能，而大矯頑力的硬磁材料卻要求較大的磁晶能，研究磁各向異性將為尋求各向異性將為尋求(xnqi)新磁性材料提供線索。新磁性材料提供線索。第第4 4節(jié)節(jié) 磁晶各向異性磁晶各向異性( xin y

56、xn)( xin y xn)和各向異性和各向異性( xin y xn)( xin y xn)能能第22頁/共29頁第二十三頁，共30頁。第第5 5節(jié)節(jié) 磁致伸縮磁致伸縮(shn su)(shn su)與磁彈性能與磁彈性能1. 磁致伸縮與磁致伸縮系數(shù)磁致伸縮與磁致伸縮系數(shù) 鐵磁體鐵磁體在磁場中被磁化時，其形狀和尺寸都會發(fā)生變化的現(xiàn)象稱在磁場中被磁化時，其形狀和尺寸都會發(fā)生變化的現(xiàn)象稱磁致伸縮效應(yīng)磁致伸縮效應(yīng)。此效應(yīng)在技術(shù)上已得到應(yīng)用，如具有高磁致伸縮系數(shù)的材料已被用來做超聲波換能此效應(yīng)在技術(shù)上已得到應(yīng)用，如具有高磁致伸縮系數(shù)的材料已被用來做超聲波換能器、延遲線與存儲器等。器、延遲線與存儲器等。

57、磁致伸縮的大小可用磁致伸縮的大小可用磁致伸縮系數(shù)磁致伸縮系數(shù)表示，表示，L/L 0，表示沿磁場方向的尺寸伸長，為，表示沿磁場方向的尺寸伸長，為正磁致伸縮正磁致伸縮； 0，表示沿磁場方向的尺寸縮短，為，表示沿磁場方向的尺寸縮短，為負磁致伸縮負磁致伸縮。 所有鐵磁體均有磁致伸縮特性，但不同鐵磁體其磁致伸縮系數(shù)不同所有鐵磁體均有磁致伸縮特性，但不同鐵磁體其磁致伸縮系數(shù)不同。 隨隨H提高提高M和和 增加，當(dāng)增加，當(dāng)H增至增至Hs時時M達達Ms， 也達最大值（達飽和），此時也達最大值（達飽和），此時的磁致伸縮系數(shù)的磁致伸縮系數(shù)s稱稱飽和磁致伸縮系數(shù)飽和磁致伸縮系數(shù)，對于一定的鐵磁材料它是一常數(shù)。，對于一

58、定的鐵磁材料它是一常數(shù)。 機理：原子磁矩有序排列時，電子間的相互作用導(dǎo)致機理：原子磁矩有序排列時，電子間的相互作用導(dǎo)致原子間距的自發(fā)調(diào)整原子間距的自發(fā)調(diào)整而引起而引起的。也可認為是其內(nèi)部各的。也可認為是其內(nèi)部各磁疇形變磁疇形變的外觀表現(xiàn)。的外觀表現(xiàn)。 單晶鐵磁體單晶鐵磁體磁致伸縮有各向異性，多晶鐵磁體磁致伸縮無各向異性。磁致伸縮有各向異性，多晶鐵磁體磁致伸縮無各向異性。 對于對于s0的材料，沿的材料，沿H方向施加拉應(yīng)力有利于磁化，施加壓應(yīng)力阻礙磁化；方向施加拉應(yīng)力有利于磁化，施加壓應(yīng)力阻礙磁化； 對于對于s 0的材料相反，這就是鐵磁性材料磁化的的材料相反，這就是鐵磁性材料磁化的應(yīng)力各向異性應(yīng)力

59、各向異性。 2. 磁彈性能磁彈性能 由于磁致伸縮，在材料內(nèi)部產(chǎn)生拉（或壓）應(yīng)力，引起的彈性能，稱由于磁致伸縮，在材料內(nèi)部產(chǎn)生拉（或壓）應(yīng)力，引起的彈性能，稱磁彈性能磁彈性能。物體內(nèi)部缺陷、雜質(zhì)等都可能增加其磁彈性能。物體內(nèi)部缺陷、雜質(zhì)等都可能增加其磁彈性能。 第23頁/共29頁第二十四頁，共30頁。1.磁疇觀察與磁疇壁磁疇觀察與磁疇壁 磁疇：在未加磁場時鐵磁體內(nèi)部已經(jīng)磁化到飽和狀態(tài)的小區(qū)域。各磁疇的磁化方磁疇：在未加磁場時鐵磁體內(nèi)部已經(jīng)磁化到飽和狀態(tài)的小區(qū)域。各磁疇的磁化方向不同，所以大塊鐵磁體對外不顯示磁性。向不同，所以大塊鐵磁體對外不顯示磁性。 磁疇的存在已為實驗觀察所證實，采用磁疇的存在

60、已為實驗觀察所證實，采用“粉紋法粉紋法”，即將待察試樣表面適當(dāng)處理后，即將待察試樣表面適當(dāng)處理后敷一層含鐵磁粉末的懸膠，鐵磁粉末受試樣表面磁疇磁極的作用，聚集在磁疇邊界，敷一層含鐵磁粉末的懸膠，鐵磁粉末受試樣表面磁疇磁極的作用，聚集在磁疇邊界，在顯微鏡下可觀察到鐵磁粉末排列的圖像，看出磁疇的形狀和結(jié)構(gòu)。有的磁疇大而在顯微鏡下可觀察到鐵磁粉末排列的圖像，看出磁疇的形狀和結(jié)構(gòu)。有的磁疇大而長，稱主疇，其自發(fā)磁化方向沿晶體易磁化方向；小而短的磁疇叫副疇，其磁化方長，稱主疇，其自發(fā)磁化方向沿晶體易磁化方向；小而短的磁疇叫副疇，其磁化方向不定。向不定。 相鄰磁疇的界限稱磁疇壁，是磁疇結(jié)構(gòu)的重要相鄰磁疇的