磁性材料課件

磁性材料1.磁性和磁性材料的研究歷史公元前2500年我國(guó)已有磁性指南——司南的記載，其開創(chuàng)了人類對(duì)磁學(xué)和磁性材料研究的先河；以磁科學(xué)進(jìn)行研究的創(chuàng)始者當(dāng)數(shù)吉爾伯特，后經(jīng)安培、奧斯特、法拉第等人開創(chuàng)性的發(fā)現(xiàn)和發(fā)明，初步奠定了磁學(xué)科學(xué)的基礎(chǔ)。從1900年到1930年，先后確立了金屬電子論、順磁性理論、分子磁場(chǎng)、磁疇概念、X射線衍射分析、原子磁矩、電子自旋、波動(dòng)力學(xué)、鐵磁性體理論金屬電子量子論、電子顯微鏡等相關(guān)的的理論。從而形成了完整的磁學(xué)科學(xué)體系。在此后的20~30年間，出現(xiàn)了種類繁多的磁性材料。從1902年P(guān).塞曼和H.A.洛倫茲獲得諾貝爾獎(jiǎng)，到1998年華裔的崔琦先生獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，至少有24次諾貝爾獎(jiǎng)得主在磁學(xué)領(lǐng)域作出了杰出的貢獻(xiàn)；我國(guó)的磁學(xué)前輩當(dāng)數(shù)葉企孫（1924年從美國(guó)哈佛大學(xué)獲博士學(xué)位回國(guó)，1952年院系調(diào)整，他離開清華大學(xué)到北京大學(xué)物理系任教授。北京大學(xué)磁學(xué)教研室成立后，他擔(dān)任室主任，為新中國(guó)磁學(xué)研究隊(duì)伍的組織和培養(yǎng)做出了重要貢獻(xiàn)。

）、施汝為院士（1931年在國(guó)內(nèi)發(fā)表了第一篇磁學(xué)研究論文），現(xiàn)我國(guó)已有十余所高校、十幾個(gè)研究所及幾百個(gè)生產(chǎn)企業(yè)從事磁學(xué)研究、教學(xué)和生產(chǎn)。磁性和磁性材料的研究歷史(1)加強(qiáng)磁性材料的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究.(2)改造和完善現(xiàn)有的磁性材料,提高其磁性能,優(yōu)化制備工藝,降低生產(chǎn)成本.(3)發(fā)展新型的磁性材料,特別是納米磁性材料納米磁性材料是納米材料中最早進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)的功能材料,應(yīng)用廣泛,性能優(yōu)異,特別是在信息存儲(chǔ)、處理與傳輸中占據(jù)重要地位,其基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)正方興未艾.(4)加強(qiáng)研究、生產(chǎn)、應(yīng)用三方面的結(jié)合,不斷開拓磁性材料新的應(yīng)用領(lǐng)域并促使其發(fā)展.磁性材料的研究和發(fā)展將主要集中在以下幾個(gè)方面:

2.磁性材料分類按塊體磁化率來劃分:抗磁性材料順磁性材料強(qiáng)磁性材料(鐵磁性、亞鐵磁性)

(鐵氧體材料、金屬磁性材料)按功能分:軟磁材料永磁材料壓磁材料指磁化時(shí)能在磁場(chǎng)方向作機(jī)械伸長(zhǎng)、縮短的材料。旋磁材料鐵磁材料的共性，在甚高頻乃至微波頻率下才明顯表現(xiàn)出來

磁光材料材料在外加磁場(chǎng)作用下呈現(xiàn)光學(xué)各向異性使通過材料的光波偏振性質(zhì)發(fā)生改變稱為磁光效應(yīng)

3.磁學(xué)基礎(chǔ)概念磁學(xué)基礎(chǔ)磁學(xué)基礎(chǔ)磁學(xué)基礎(chǔ)磁學(xué)基礎(chǔ)磁學(xué)基礎(chǔ)磁學(xué)基礎(chǔ)磁學(xué)基礎(chǔ)SN永磁體F強(qiáng)烈吸引的物質(zhì)：鐵磁性（包括亞鐵磁性）輕微吸引的物質(zhì)：順磁性，反鐵磁性（弱磁性）輕微排斥的物質(zhì)：反磁性強(qiáng)烈排斥的物質(zhì)：完全反磁性（超導(dǎo)體）按物質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的反應(yīng)對(duì)其進(jìn)行分類4.按磁化率分類在磁質(zhì)中截取任一體積元，模擬它在沒有外磁場(chǎng)作用時(shí)，分子的無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)：

由于分子的無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng),分子的固有磁矩取向雜亂無章，宏觀上不顯磁性。

接通電源，螺繞環(huán)的內(nèi)的磁介質(zhì)出現(xiàn)一恒定外磁場(chǎng)。

磁介質(zhì)分子的固有磁矩Pm在外磁場(chǎng)中受力矩M=Pm×B

的作用而轉(zhuǎn)向外磁場(chǎng)方向，使各分子的固有磁矩在一定程度上沿外磁場(chǎng)方向排列。磁介質(zhì)內(nèi)部任一處相鄰的分子電流都是成對(duì)反向相互抵消的，結(jié)果就形成沿橫截面邊緣的圓電流I′使磁介質(zhì)內(nèi)的磁場(chǎng)加強(qiáng)了。這便是產(chǎn)生順磁效應(yīng)的機(jī)理。5.順磁質(zhì)順磁質(zhì)

順磁質(zhì)分子的固有磁矩Pm不為零。在外磁場(chǎng)中，除外磁場(chǎng)引起的分子附加磁矩外，還有分子磁矩的轉(zhuǎn)向排列效應(yīng)。由于分子附加磁矩只及分子磁矩的10-5

，轉(zhuǎn)向排列效應(yīng)將起主要作用，因此順磁質(zhì)磁化引起的附加磁矩的方向總是和外磁場(chǎng)相同。由轉(zhuǎn)向排列引起的束縛電流I′所激起的附加磁場(chǎng)因與外磁場(chǎng)同向而產(chǎn)生了順磁效應(yīng)。順磁質(zhì)順磁質(zhì)6.抗磁質(zhì)物質(zhì)的抗磁性是一些物質(zhì)的原子中電子磁矩互相抵消，合磁矩為零。但是當(dāng)受到外加磁場(chǎng)作用時(shí)，電子軌道運(yùn)動(dòng)會(huì)發(fā)生變化，而且在與外加磁場(chǎng)的相反方向產(chǎn)生很小的合磁矩。這樣表示物質(zhì)磁性的磁化率便成為很小的負(fù)數(shù)(量)。磁化率是物質(zhì)在外加磁場(chǎng)作用下的合磁矩(稱為磁化強(qiáng)度)與磁場(chǎng)強(qiáng)度之比值，符號(hào)為κ?？勾判援a(chǎn)生的原因抗磁效應(yīng)的機(jī)理:假設(shè)電子以角速度ωo繞原子核作半徑為r圓周運(yùn)動(dòng)，由庫侖定律和牛頓定律得其中

:

Z--原子序數(shù)，Ze--原子核的電荷量，-e--電子的電荷量，m--電子質(zhì)量。解得

加上外磁場(chǎng)B，電子受洛侖茲力F

假設(shè)電子的軌道和外磁場(chǎng)垂直，F(xiàn)

=-ev×B

其中v為電子的速度?？勾刨|(zhì)抗磁質(zhì)總之，△ω方向和外磁場(chǎng)方向總是相同?？勾刨|(zhì)7.強(qiáng)磁質(zhì)強(qiáng)磁質(zhì)P315強(qiáng)磁質(zhì)P3168.磁疇與磁滯回線磁疇(MagneticDomain)理論是用量子理論從微觀上說明鐵磁質(zhì)的磁化機(jī)理。所謂磁疇，是指磁性材料內(nèi)部的一個(gè)個(gè)小區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)部包含大量原子，這些原子的磁矩都象一個(gè)個(gè)小磁鐵那樣整齊排列，但相鄰的不同區(qū)域之間原子磁矩排列的方向不同，如圖所示。各個(gè)磁疇之間的交界面稱為磁疇壁。磁疇與磁滯回線當(dāng)鐵磁質(zhì)處于外磁場(chǎng)中時(shí)，那些自發(fā)磁化方向和外磁場(chǎng)方向成小角度的磁疇其體積隨著外加磁場(chǎng)的增大而擴(kuò)大并使磁疇的磁化方向進(jìn)一步轉(zhuǎn)向外磁場(chǎng)方向。另一些自發(fā)磁化方向和外磁場(chǎng)方向成大角度的磁疇其體積則逐漸縮小，這時(shí)鐵磁質(zhì)對(duì)外呈現(xiàn)宏觀磁性。當(dāng)外磁場(chǎng)增大時(shí)，上述效應(yīng)相應(yīng)增大，直到所有磁疇都沿外磁場(chǎng)排列達(dá)到飽和。磁疇與磁滯回線Mvs.Hbehaviorofapreviouslyunmagnetizedpolycrystallineironspecimen.AnexamplegrainintheunmagnetizedspecimenisthatatO.(a)Underverysmallfieldsthedomainboundarymotionisreversible.(b)Theboundarymotionsareirreversibleandoccurinsuddenjerks.(c)Nearlyallthegrainsaresingledomainswithsaturationmagnetizationsintheeasydirections.(d)Magnetizationsinindividualgrainshavetoberotatedtoalignwiththefield,H.(e)Whenthefieldisremovedthespecimenreturnsalongdtoe.(f)Todemagnetize