當(dāng)代磁學(xué)的發(fā)展和特征

1、當(dāng)代磁學(xué)的發(fā)展和特征一、前言 磁學(xué)是一門古老的學(xué)科，我國在春秋戰(zhàn)國時(shí)期已有磁石的記載和描述。 東漢著名學(xué)者王充論衡一書描述的“司南勺”被公認(rèn)為最早的磁性指南工具。 11世紀(jì)北宋科學(xué)家沈括夢溪筆談“ 方家以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也?！?西方人最早對磁現(xiàn)象是13世紀(jì)的P.Peregrinus 首次引進(jìn)了“磁極”的概念，并總結(jié)出“異性相吸，同性相斥”特點(diǎn)，比電的對應(yīng)現(xiàn)象早了四個多世紀(jì)。 在磁學(xué)發(fā)展的最初階段，只是圍繞磁石和地磁進(jìn)行觀察和研究。 它的轉(zhuǎn)機(jī)是1820年Oersted發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)和1831年Faraday發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象之后，人們才把磁現(xiàn)象在于作為更普遍的自然現(xiàn)象

2、來研究，并把磁現(xiàn)象和電現(xiàn)象密切的聯(lián)系起來。 今天在許多自然科學(xué)和高新技術(shù)中，都涉及到廣義磁學(xué)的研究和應(yīng)用，形成了當(dāng)代磁學(xué)一門具有生命力的學(xué)科。當(dāng)代磁學(xué)基礎(chǔ)磁學(xué)材料磁學(xué)應(yīng)用磁學(xué)邊緣磁學(xué)生物磁學(xué)微觀磁學(xué)宇觀磁學(xué)磁學(xué)的基本物理問題磁性材料的分類和多種特性磁性器件和磁技術(shù)的應(yīng)用（交叉磁學(xué)）原子核磁學(xué)和基本粒子磁學(xué)宇宙磁學(xué)二、基本磁學(xué)1、尋找磁荷 在1931英國物理學(xué)家保羅狄拉克利用數(shù)學(xué)公式預(yù)言磁單極子存在于攜帶磁場的管（所謂的狄拉克弦）的末端。 他認(rèn)為既然帶有基本電荷的電子在宇宙中存在，那么理應(yīng)帶有基本“磁荷”的粒子存在，并證明了 科學(xué)家們曾通過種種方式尋找磁單極子，包括使用粒子加速器人工制造磁單極子

3、，但均無收獲。 德國亥姆霍茲聯(lián)合會研究中心的研究人員在德國德累斯頓大學(xué)、圣安德魯斯大學(xué)、拉普拉塔大學(xué)及英國牛津大學(xué)同事的協(xié)作下，首次觀測到了磁單極子的存在，以及這些磁單極子在一種實(shí)際材料中出現(xiàn)的過程。該研究成果發(fā)表在2009年9月3日出版的科學(xué)雜志上。 德國亥姆霍茲聯(lián)合會研究中心的喬納森莫里斯和阿蘭坦南特在柏林研究反應(yīng)堆中進(jìn)行了一次中子散射實(shí)驗(yàn)。他們研究的材料是一種鈦酸鏑單晶體，這種材料可結(jié)晶成相當(dāng)顯著的幾何形狀，也被稱為燒錄石晶格。在中子散射的幫助下，研究人員證實(shí)材料內(nèi)部的磁矩已重新組織成所謂的“自旋式意大利面條”，此名得自于偶極子本身的次序。如此一個可控的管（弦）網(wǎng)絡(luò)就可通過磁通量的傳輸?shù)?/p>

4、以形成，這些弦可通過與自身攜帶磁矩的中子進(jìn)行反應(yīng)觀察到，于是中子就可作為逆表示的弦進(jìn)行散射。 在中子散射測量過程中，研究人員對晶體施加一個磁場，利用這個磁場就可影響弦的對稱和方向，從而降低弦網(wǎng)絡(luò)的密度以促成單極子的分離。結(jié)果，在到2K溫度條件下，這些弦是可見的，并在其兩端出現(xiàn)了磁單極子。 研究人員也在熱容量測量中發(fā)現(xiàn)了由這些單極子組成的氣體的特征。這進(jìn)一步證實(shí)了單極子的存在，也表明它們和電荷一樣以同樣的方式相互作用。2、物質(zhì)磁性的研究物質(zhì)磁現(xiàn)象是普遍存在和多樣性的磁性弱磁性強(qiáng)磁性順磁質(zhì)抗磁質(zhì)(邁斯納（Meissner）效應(yīng)超導(dǎo)體具有將磁場完全排斥在外的抗磁性)鐵磁性亞鐵磁性序磁性反鐵磁性宏觀磁

5、性微觀磁性介觀磁性 2007年諾貝爾物理學(xué)獎由法國科學(xué)家阿爾貝費(fèi)爾和德國科學(xué)家彼得格林貝格爾因先后獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了“巨磁電阻”效應(yīng)而分享。1000萬瑞典克朗（1美元約合7瑞典克朗）。 巨磁電阻效應(yīng)是指在一定的磁場下電阻急劇變化，變化的幅度比通常磁性金屬與合金材料的磁電阻數(shù)值高10余倍。 利用“巨磁電阻”效應(yīng)在不同的磁化狀態(tài)具有不同電阻值的特點(diǎn)，可以制成隨機(jī)存儲器，由于其具有可在無電源的情況下繼續(xù)保留信息的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、3等電器必備的存儲元件。 20世紀(jì)90年代，人們在多種納米結(jié)構(gòu)的多層膜中觀察到了顯著的“巨磁電阻”效應(yīng)，巨磁電阻多層膜在高密度讀出磁頭、磁存儲元件上有廣泛的應(yīng)用

6、前景。 1994年，公司研制成“巨磁電阻”效應(yīng)的讀出磁頭，將磁盤記錄密度一下子提高了17倍，目前已達(dá)到50倍且使硬盤小型化。 3、磁場的研究地磁場磁場（超強(qiáng)磁場）生物磁場 超強(qiáng)磁場是指采用超導(dǎo)技術(shù)產(chǎn)生的5 T以上的磁場，同時(shí)也包括采用脈沖技術(shù)、或者混合磁體技術(shù)或者超高功率電磁鐵技術(shù)產(chǎn)生的超高強(qiáng)磁場，也不排除探討宇宙中黑洞產(chǎn)生的108 T的極限磁場。但從時(shí)效性和經(jīng)濟(jì)的角度考慮，能長時(shí)間經(jīng)濟(jì)地維持5 T以上的磁場目前還只有依靠超導(dǎo)技術(shù)。 超導(dǎo)或者采用其他技術(shù)產(chǎn)生的強(qiáng)磁場是自然界沒有的一種高能物理場，在這種高能場中，將發(fā)生許多奇特的現(xiàn)象。例如，水的變形，非導(dǎo)磁的木材、水滴、塑料、蟲子、草莓等物質(zhì)在超

7、強(qiáng)磁場（5 T以上）中將懸浮起來；金屬凝固過程中，晶粒將發(fā)生轉(zhuǎn)動，進(jìn)而融合，形成類似單晶的組織；此外，強(qiáng)磁場對凝固過程的成核過程也產(chǎn)生顯著的影響，起到細(xì)化晶粒的作用。 超強(qiáng)磁場的作用可以直接達(dá)到原子尺度，因此，它對眾多領(lǐng)域的影響是極為深遠(yuǎn)的。 超強(qiáng)磁場極強(qiáng)的能量還可以引起納米材料晶格的崎變，從而為制備高性能的納米材料提供了一 此外，在這種各向異性納米材料成型時(shí)，超強(qiáng)磁場的作用可以使納米粉體在燒結(jié)過程中仍能保持很高的各向異性，而這是采用其它方法難以達(dá)到的。 在納米材料制備領(lǐng)域中，納米材料形狀和性能的控制是非常關(guān)鍵的問題。而利用超強(qiáng)磁場極強(qiáng)的磁力作用，有可能控制液相法制備納米材料的成核過程，它可以

8、控制納米顆粒朝某一優(yōu)先方向生長，從而獲得高度各向異性的納米材料。 磁化學(xué)的研究一直是化學(xué)化工工作者致力研究的領(lǐng)域，但在二十世紀(jì)六十年代以前的近四十年中，人們只能獲得0.11 T左右的磁場，這種磁場對化學(xué)反應(yīng)的影響幾乎可以忽略. 由于磁場對物質(zhì)體系能量的影響隨著磁場強(qiáng)度的平方呈正比增加，因此，在10 T20 T甚至100 T的超強(qiáng)磁場下，磁場對化學(xué)反應(yīng)體系的影響已經(jīng)到了非常顯著的地步，甚至可以影響到化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱、PH值、化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向、反應(yīng)速率、活化能、熵等諸多方面。 鑒于強(qiáng)磁場這些奇妙的效應(yīng)，國外發(fā)達(dá)國家如日本、法國等對強(qiáng)磁場下材料制備給予了極大的關(guān)注，日本有關(guān)這一領(lǐng)域的五年研究計(jì)劃已

9、于2001年啟動。國內(nèi)國家自然科學(xué)基金委今年的重點(diǎn)項(xiàng)目指南中，將這一領(lǐng)域列入指南。關(guān)于地球電磁的起源, 有N多理論, 永磁體說、電流說、壓電效應(yīng)說、溫差電效應(yīng)說、發(fā)電機(jī)理論 由于地球內(nèi)部溫度約4000-5000，而地球表面溫度較低，因此，地球存在一個溫差電電場。地球的溫差電電場將在地球發(fā)生自轉(zhuǎn)的過程中產(chǎn)生出地球的溫差電電磁場，其中的磁場就是地磁場地磁的影響 太陽風(fēng)與地磁場的關(guān)系; 極光的產(chǎn)生; 地磁場對動物的影響.太陽風(fēng)與地磁場的關(guān)系太陽風(fēng)(電離氫和電離氦) 太陽風(fēng)磁場對地球磁場施加作用 磁層。 地球磁層位于地面600-1000公里高處，磁層的外邊界叫磁層頂，離地面5-7萬公里。在太陽風(fēng)的壓縮

10、下，地球磁力線向背著太陽一面的空間延伸得很遠(yuǎn)，形成一條長長的尾巴，稱為磁尾。 在磁赤道附近，有一個特殊的界面，在界面兩邊，磁力線突然改變方向，此界面稱為中性片。中性片上的磁場強(qiáng)度微乎其微，厚度大約有1000公里。中性片將磁尾部分成兩部分：北面的磁力線向著地球，南面的磁力線離開地球。 由于太陽風(fēng)以高速接近地球磁場的邊緣，便形成了一個無碰撞的地球弓形激波的波陣面。波陣面與磁層頂之間的過渡區(qū)叫做磁鞘，厚度為3-4個地球半徑。 x y zFm+NS運(yùn)動電荷所受的磁場力（洛侖茲力）1） 回旋半徑和回旋頻率螺距洛侖茲力帶電粒子在非均勻磁場中的運(yùn)動BF1) 帶電粒子向磁場較強(qiáng)的方向運(yùn)動時(shí)，螺旋的半徑不斷減小

11、(由前已知，螺旋半徑 1/B)2) 洛侖茲力恒有一指向磁場較弱方向的分力(也可用下圖發(fā)現(xiàn)此分力的存在)，此分力阻止帶電粒子向磁場較強(qiáng)的方向運(yùn)動。這可使粒子沿磁場方向的速度減小到零，然后在此分力的作用下,向反方向運(yùn)動。 在范艾侖輻射帶中的帶電粒子圍繞地磁場的磁感線作螺旋運(yùn)動，在兩極處被反射； 地磁場俘獲從外層空間入射的電子和質(zhì)子形成一個帶電粒子區(qū)域范艾侖輻射帶 (Van Allen radiation belts)；極光的產(chǎn)生產(chǎn)生極光的原因是來自大氣外的高能粒子（電子和質(zhì)子）撞擊高層大氣中的原子的作用。這種相互作用常發(fā)生在地球磁極周圍區(qū)域?，F(xiàn)在所知，作為太陽風(fēng)的一部分荷電粒子在到達(dá)地球附近時(shí)，被

12、地球磁場俘獲，并使其朝向磁極下落。它們與氧和氮的原子碰撞，擊走電子，使之成為激發(fā)態(tài)的離子，這些離子發(fā)射不同波長的輻射，產(chǎn)生出紅、綠或藍(lán)等色的極光特征色彩。在太陽活動盛期，極光有時(shí)會延伸到中緯度地帶地磁場對動物的影響北緯30是根神秘莫測的緯線。 一條看不見的曲線,一條地理學(xué)家為方便研究地球劃出的虛擬的線, 然而卻沒有任何一條經(jīng)緯線有著它那么神奇的魔力,它所經(jīng)過的是地球最美麗嘴神奇的風(fēng)景線: 最高的山峰,最深的海溝,最奇怪的湖泊,最瑰麗的山脈,最壯觀的大潮,最洶涌的海流我們驚詫于大自然是如此神奇,是誰帶來遠(yuǎn)古的呼喚,是誰留下不滅的遺跡,是誰雕刻出北緯30這說不清的風(fēng)景線?在美國俄勒岡州格蘭特狹口外

13、，沙甸河一帶，有一個方圓僅50平方米的怪異的地方，被稱為“俄勒岡漩渦”。這里有一座古舊的木屋，其歪斜程度尤如比薩斜塔。在這里:馬會本能地回避飛鳥也會突然地回頭下垂樹干則傾向北極。在這座木房子里，任何成群飄浮著的物體都會聚成漩渦狀有人竟傾斜45度站立而不會倒下 飛機(jī)從它上空飛過，所有的表盤的指示器都瞬間失靈 俄勒岡漩渦“上坡容易下坡難” 在英格蘭斯特拉斯克萊德的克羅伊山公路上，也有同樣令人迷惑的現(xiàn)象。如果駕駛汽車在這條公路上從北向南行駛，遲早總會慢下來，甚至完全停止，令駕駛員不知所措。從北部駛向這座小山，司機(jī)眼看著前面道路向下傾斜，總以為車輛會加速，因而把車速降低，結(jié)果汽車嘎的一聲完全停止。事實(shí)

14、與表面現(xiàn)象相反，那條路并非下坡路，而是上坡路。從南部來的駕駛員也同樣產(chǎn)生顛倒的感覺。他們以為是上坡行駛，于是加速，結(jié)果發(fā)現(xiàn)車子比預(yù)期的速度快得多，其實(shí)那條路是下坡路。迄今尚無人能對克羅伊山這種奇異的現(xiàn)象作出圓滿解釋。曾有人認(rèn)為，那地方周圍的巖石含有大量鐵質(zhì)，存在磁場，因而產(chǎn)生強(qiáng)大的引力，將汽車拖上山坡。 生物磁學(xué)2）外磁場（外加磁場和環(huán)境磁場）對生物的影響1）生物自身產(chǎn)生的微弱磁場（生物磁場）生物磁場產(chǎn)生：1）人體的生物電對生物電研究已有200多年的歷史，但起源問題不清比較公認(rèn)的觀點(diǎn)：生物電來源細(xì)胞的功能。電流周圍有靜磁場人體心臟的生物電心磁場人腦的生物電腦磁場心磁場場強(qiáng)腦磁場場強(qiáng)地磁場場強(qiáng)月

15、球表面磁場場強(qiáng) 太陽表面磁場場強(qiáng)與地球相差不多，當(dāng)在太陽表面的黑子區(qū)域有高達(dá)幾百到幾千倍的磁場。2）人體內(nèi)的弱磁性物質(zhì)，在地磁場或外界磁場作用下會感應(yīng)出磁場肝、脾等呈現(xiàn)出來的磁性就屬于此類少數(shù)生物內(nèi)有微量的強(qiáng)磁性物質(zhì)（Fe3O4），如蜜蜂、鴿子，幫助它們辨別方向醫(yī)學(xué)上靜磁療法、經(jīng)絡(luò)磁場療法明朝李時(shí)珍的本草綱目的描述： “真磁石，豆大，新棉裹塞耳中，口含生鐵一塊，覺耳中如風(fēng)雨聲，即通?！?心磁圖、腦磁圖和肺磁圖比相應(yīng)的心電圖腦電圖具有無接觸干擾，交直流均可測量，可作三維測量和分辨率高的優(yōu)點(diǎn),因而可提高一些疾病的確診率.核磁共振CT技術(shù)可檢測人體組織的成分濃度分布,生理病理狀態(tài)和智能活動等,在幾種

16、CT技術(shù)中具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。核磁共振CT技術(shù)視頻三、材料磁學(xué)無外磁場順 磁 質(zhì) 的 磁 化有外磁場順磁質(zhì)內(nèi)磁場無外磁場抗 磁 質(zhì) 的 磁 化有外磁場抗磁質(zhì)內(nèi)磁場感應(yīng)磁矩 鐵磁性材料類別：O軟磁材料O硬磁材料O矩磁鐵氧體材料實(shí)驗(yàn)表明，不同鐵磁性物質(zhì)的磁滯回線形狀相差很大.出現(xiàn)和應(yīng)用都很早的是永磁材料和軟磁材料 永磁材料是經(jīng)過強(qiáng)磁場磁化以后能長期保留其剩余強(qiáng)磁性的材料,也是歷史上最早發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用的強(qiáng)磁材料.第一二三代稀土永磁材料分別為SmCo5和Sm2Co17系Nd-Fe-B系,其最大磁能積均遠(yuǎn)超過其他的永磁材料,而且還一代超過一代 我國稀土礦儲量約占世界已探明儲量的80%,也是目前生產(chǎn)稀土永磁材料

17、的大國之一。 軟磁材料是現(xiàn)代電力工業(yè)和電子工業(yè)用量大和用途廣的一大類磁性材料.當(dāng)代新發(fā)展的非晶軟磁材料和納米軟磁材料,其軟磁性能好損耗低,正在解決大量生產(chǎn)的工藝問題,是對傳統(tǒng)軟磁材料的一大挑戰(zhàn). 信息磁性材料,簡稱信磁材料,是當(dāng)前信息時(shí)代有著重要和廣泛應(yīng)用的多類磁性材料的統(tǒng)稱. 信磁材料在當(dāng)代電子計(jì)算機(jī)(電腦)微波和衛(wèi)星通信以及光通信等高新技術(shù)中都有著重要的應(yīng)用.半個多世紀(jì)以來,電子計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速,但是磁帶磁盤和磁鼓等磁記錄材料和磁頭材料仍始終獲得應(yīng)用.在不同時(shí)期和不同情況下,磁芯和磁膜存儲器也有著重要的應(yīng)用.磁記錄 磁記錄是利用鐵磁材料的特性與電磁感應(yīng)的規(guī)律來記錄信息(如聲音、圖象或數(shù)字

18、等)的。把鐵磁材料制成粉末狀，用粘接劑涂敷在特制的帶或圓盤表面，稱為磁帶或磁盤，用它們記錄音像信號或數(shù)字信號。 錄音(或錄像)時(shí)，需要一個錄音(像)磁頭，它是一個具有微小氣隙的電磁鐵。工作時(shí)，使磁帶靠近磁頭的氣隙走過，磁頭的線圈內(nèi)通入由聲音或圖像轉(zhuǎn)成的電信號，即強(qiáng)弱和頻率都隨時(shí)間變化的電流。這個電流使鐵芯的磁化狀態(tài)及氣隙中的磁場同步變化。 放音(像)時(shí)，讓已錄有信號的磁帶在放音磁頭的氣隙下面通過。磁帶上磁粉剩磁的強(qiáng)弱將引起磁頭中線圈鐵芯內(nèi)磁通的變化。這個變化的磁通在線圈內(nèi)產(chǎn)生同步變化的感應(yīng)電流。將此電流放大再經(jīng)過電聲(或電像)轉(zhuǎn)換，獲得原來記錄的聲音或圖像。要想把已記錄的聲音或圖象抹去，只要在

19、磁帶通過時(shí)，在磁頭的線圈內(nèi)通入等幅變化的電流即可這個變化著的磁場將使磁帶上磁粉的磁化狀態(tài)發(fā)生相應(yīng)變化，當(dāng)磁帶離開磁頭后，磁粉剩磁的強(qiáng)弱分布對應(yīng)輸入磁頭的電流信號。把信號記錄到磁帶上。磁光盤是以磁疇的磁化方向表示記錄數(shù)據(jù)，常溫下磁疇具有10kOe以上的矯頑力，普通的磁鐵和磁頭都不能改變其磁化方向，但如果受熱，隨著溫度的上升，其矯頑力將迅速變小，當(dāng)溫度上升到居里溫度（矯頑力降為0時(shí)的溫度稱為居里溫度）時(shí)磁疇的磁化方向隨外部磁場的改變而改變。 磁光盤便是利用激光照射產(chǎn)生的熱能結(jié)合磁記錄進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄和擦除：即連續(xù)照射激光，將記錄膜的溫度提高到居里溫度，使矯頑力降為0，從而受磁頭磁場的影響磁疇磁化方向

20、全部向下，完成磁光盤的初始化，也即是通過寫入“0”擦除原有數(shù)據(jù)。磁光盤技術(shù) 記錄數(shù)據(jù)時(shí)，磁頭通電，反轉(zhuǎn)磁場方向，需寫入數(shù)據(jù)的地方受強(qiáng)激光照射，磁化方向也隨磁頭磁場方向的改變而向上，即寫入數(shù)據(jù)“1”。讀出激光入射到磁光盤，反射光的偏振面將隨磁疇磁化方向的改變而旋轉(zhuǎn)（即所謂克爾（kerr）效應(yīng)），順時(shí)針旋轉(zhuǎn)表明數(shù)據(jù)是“1”，反時(shí)針是“0”，這一變化用偏振光分束器轉(zhuǎn)換成光強(qiáng)度的變化，然后導(dǎo)入光探測器取出電信號，從而完成數(shù)據(jù)的讀出。讀出時(shí)的激光強(qiáng)度不到記録擦除時(shí)的1/7，因而不會影響記錄膜的數(shù)據(jù)。磁光盤是以磁疇的磁化方向表示記錄數(shù)據(jù)，常溫下磁疇具有10kOe以上的矯頑力，普通的磁鐵和磁頭都不能改變其磁

21、化方向，但如果受熱，隨著溫度的上升，其矯頑力將迅速變小，當(dāng)溫度上升到居里溫度（矯頑力降為0時(shí)的溫度稱為居里溫度）時(shí)磁疇的磁化方向隨外部磁場的改變而改變。 磁光盤便是利用激光照射產(chǎn)生的熱能結(jié)合磁記錄進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄和擦除：即連續(xù)照射激光，將記錄膜的溫度提高到居里溫度，使矯頑力降為0，從而受磁頭磁場的影響磁疇磁化方向全部向下，完成磁光盤的初始化，也即是通過寫入“0”擦除原有數(shù)據(jù)。磁光盤技術(shù) 記錄數(shù)據(jù)時(shí)，磁頭通電，反轉(zhuǎn)磁場方向，需寫入數(shù)據(jù)的地方受強(qiáng)激光照射，磁化方向也隨磁頭磁場方向的改變而向上，即寫入數(shù)據(jù)“1”。讀出激光入射到磁光盤，反射光的偏振面將隨磁疇磁化方向的改變而旋轉(zhuǎn)（即所謂克爾（kerr）效

22、應(yīng)），順時(shí)針旋轉(zhuǎn)表明數(shù)據(jù)是“1”，反時(shí)針是“0”，這一變化用偏振光分束器轉(zhuǎn)換成光強(qiáng)度的變化，然后導(dǎo)入光探測器取出電信號，從而完成數(shù)據(jù)的讀出。讀出時(shí)的激光強(qiáng)度不到記録擦除時(shí)的1/7，因而不會影響記錄膜的數(shù)據(jù)。 多功能磁性材料和智能磁性材料的研究和應(yīng)用是適應(yīng)當(dāng)代多種高新技術(shù)的需要和相關(guān)學(xué)科的進(jìn)步而發(fā)展起來的. 多功能磁性材料是指同時(shí)具有其他物理功能和磁性功能的材料.智能磁性材料則是指同時(shí)具有對外界環(huán)境的感知反饋和響應(yīng)(或稱執(zhí)行)功能的磁性材料,因?yàn)橥瑫r(shí)具有這幾種功能而類似于人的智能,所以這種磁性材料被稱為智能磁性材料.目前已觀測到多功能磁效應(yīng)的磁性材料：(1)磁場能產(chǎn)生電通密度和電場能產(chǎn)生磁通密度

23、的磁-電材料,如GaFeO3和DyAlO3等;(2)具有電矩有序和磁矩有序的鐵電-鐵磁或序電-序磁材料,如BiFeO3-(Ba,Pb)(Ti,Zr)O3等; （6）已經(jīng)觀測到具有形狀記憶的磁性智能材料有Ni-Ti和Ni-Al等合金,例如已經(jīng)利用Ni-Ti形狀記憶合金研制成可應(yīng)用于宇宙飛船的大小和形狀可改變的無線電通信天線.(5)同時(shí)具有超導(dǎo)電性和磁矩有序的超導(dǎo)-強(qiáng)磁或超導(dǎo)-序磁材料,如ErRh4B4和Gd-Ba-Cu-O系材料等.(3)同時(shí)具有高載流子遷移率和磁矩有序的超導(dǎo)-強(qiáng)磁材料,如EuO和ZnCr2S4等; (4)同時(shí)具有透光和磁矩有序的透光-強(qiáng)磁材料,如FeBO3和KFeF3等;四、各

24、類磁效應(yīng)1、常見磁效應(yīng)磁力電磁感應(yīng)載流導(dǎo)線運(yùn)動電荷磁力OO載流線圈（均勻場）1845年，電磁力將一根金屬棒射出了近20米遠(yuǎn)；電磁炮1991年和1994年美國分別研制成功機(jī)動型的多發(fā)電磁炮和反戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈電磁炮；1978年，澳大利亞國立大學(xué)物理學(xué)家理查德馬歇爾和約翰巴伯等人使用5米長的導(dǎo)軌炮，將質(zhì)量克的塑料彈丸以5900米/秒的高速發(fā)射成功1901年，挪威物理學(xué)家伯克蘭造出了第一門電磁線圈炮，能把10千克的彈體加速到100米秒；1898年美國一位發(fā)明者斷言線圈炮可將炮彈射出230千米。動量定理目前，研制成功的電磁炮已能將彈丸加速到810km/s（火炮僅2km/s），是火炮的4到5倍預(yù)計(jì)將來電磁炮彈丸

25、的速度將達(dá)到100km/s發(fā)射能量的成本：常規(guī)火炮的發(fā)射藥產(chǎn)生每兆焦耳能量需10美元，而電磁炮只需美元 電磁炮是利用電磁力代替火藥曝炸力來加速彈丸的電磁發(fā)射系統(tǒng)，它主要由電源、高速開關(guān)、加速裝置和炮彈四部分組成根據(jù)結(jié)構(gòu)和原理的不同，可分為以下幾種類型：1）線圈炮（交流同軸線圈炮） 加速線圈固定在炮管中，通以交變電流 交變磁場彈丸線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流 感應(yīng)電流的磁場與加速線圈電流的磁場互相作用 產(chǎn)生洛侖茲力 彈丸加速運(yùn)動并發(fā)射出去加速線圈彈丸線圈彈丸線圈2）軌道炮 軌道炮是利用軌道電流間相互作用的安培力把彈丸發(fā)射出去它由兩條平行的長直導(dǎo)軌組成，導(dǎo)軌間放置一質(zhì)量較小的滑塊作為彈丸當(dāng)兩軌接人電源時(shí)，強(qiáng)

26、大的電流從一導(dǎo)軌流入，經(jīng)滑塊從另一導(dǎo)軌流回時(shí)，在兩導(dǎo)軌平面間產(chǎn)生強(qiáng)磁場，通電流的滑塊在安培力的作用下，彈丸會以很大的速度射出，這就是軌道炮的發(fā)射原理3）電熱炮：電熱炮的原理完全不同于上述兩種電磁炮，其結(jié)構(gòu)也有多種形式 最簡單的一種是采用一般的炮管，管內(nèi)設(shè)置有接到等離子體燃燒器上的電極，燃燒器安裝在炮后膛的末端當(dāng)?shù)入x子體燃燒器兩極間加上高壓時(shí)，會產(chǎn)生一道電弧，使放在兩極間的等離子體生成材料（如聚乙烯）蒸發(fā)蒸發(fā)后的材料變成過熱的高壓等離子體，從而使彈丸加速。4）重接炮：重接炮是一種多級加速的無接觸電磁發(fā)射裝置，沒有炮管，但要求彈丸在進(jìn)入重接炮之前應(yīng)有一定的初速度其結(jié)構(gòu)和工作原理是利用兩個矩形線圈上

27、下分置，之間有間隙長方形的“炮彈”在兩個矩形線圈產(chǎn)生的磁場中受到強(qiáng)磁場力的作用，穿過間隙在其中加速前進(jìn)重接炮是電磁炮的最新發(fā)展形式“上帝之箭” DDX未來戰(zhàn)艦可能裝備動力電磁炮武器系統(tǒng)我國的電磁炮的理論論證在上世紀(jì)80年代中期就基本完成，從那時(shí)起就開始進(jìn)行實(shí)用化的研究，經(jīng)過近20年的努力，已經(jīng)結(jié)出豐碩的成果，預(yù)計(jì)2007年前后，將部分裝備部隊(duì)進(jìn)行量產(chǎn)前的定型試用。 一種電磁炮是口徑20mm左右的車載反坦克電磁炮（也可能實(shí)現(xiàn)機(jī)載），該炮的核心設(shè)備包括MW級的高脈沖發(fā)電機(jī)、超導(dǎo)線圈和高速裝彈機(jī)，可以把超過120g的實(shí)心穿甲彈加速到以上,射速在10發(fā)/分到15發(fā)/分之間實(shí)驗(yàn)表明，彈頭雖小，但是由于初

28、速高，完全擊穿現(xiàn)役所有主戰(zhàn)坦克裝甲，效果就和用AK47掃射本田轎車一樣。 法拉第電磁感應(yīng)定律方向：楞次定律動生電動勢感應(yīng)電動勢感生電動勢 磁流體發(fā)電中的帶電流體，它們是通過加熱燃料、惰性氣體、堿金屬蒸氣而得到的。在幾千攝氏度的高溫下，這些物質(zhì)中的原子和電子的運(yùn)動都很劇烈，有些電子甚至可以脫離原子核的束縛，結(jié)果，這些物質(zhì)變成自由電子、失去電子的離子以及原子核的混合物，這就是等離子體。將等離子體以超音速的速度噴射到一個加有強(qiáng)磁場的管道里面，等離子體中帶有正、負(fù)電荷的高速粒子，在磁場中受到洛倫茲力的作用，分別向兩極偏移，于是在兩極之間產(chǎn)生電壓，用導(dǎo)線將電壓接入電路中就可以使用了。磁流體發(fā)電 磁流體發(fā)電的最大好處是可以大大提高發(fā)電效率。普通的火力發(fā)電，燃燒燃料釋放的能量中，只有20%變成了電能。而且，人們從理論上推算出，火力發(fā)電的效率提高到40%就已達(dá)到了極限。而用磁流體發(fā)電，可以將從磁流體發(fā)電管道里噴出來的廢氣，驅(qū)動另一臺汽輪發(fā)電機(jī)，形成組合發(fā)電裝置，這種組合發(fā)電的效率可以達(dá)到50%。如果解決好一些技術(shù)上的問題，發(fā)電效率還有望進(jìn)一步提高到60%以上。 磁流體發(fā)電的另一個好處是產(chǎn)生的環(huán)境污染少。利用火力發(fā)電，燃燒燃料產(chǎn)生的廢氣里含有大量的二氧化硫，這是造成空氣污染的一個重要原因。利用磁流體發(fā)電，不僅使燃料在高溫下燃燒得更加充分，它使用