第一章磁學(xué)基礎(chǔ)知識

第一章磁學(xué)基礎(chǔ)知識第1頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章磁學(xué)基礎(chǔ)知識（二）材料的磁化(一)基本磁性參量(三）物質(zhì)磁性的分類（四）溫度對物質(zhì)磁性的影響(五）磁各向異性

（六）磁致伸縮（七）磁化過程與技術(shù)磁參量第2頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月磁與電究竟存在什么聯(lián)系?磁學(xué)基礎(chǔ)－物質(zhì)的磁性第3頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月物質(zhì)的磁性環(huán)型電流的磁矩:磁矩大小=電流強(qiáng)度·回路所圍面積磁矩的方向：右手螺旋定則確定ni第4頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月磁性的起源

OriginofMagnetism磁學(xué)基礎(chǔ)－物質(zhì)的磁性第5頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月電子的軌道磁矩和自旋磁矩

電子軌道運(yùn)動產(chǎn)生電子軌道磁矩電子自旋產(chǎn)生電子自旋磁矩構(gòu)成原子的總磁矩物質(zhì)磁性的起源磁學(xué)基礎(chǔ)－物質(zhì)的磁性第6頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月磁矩:μm=iS(A·m2)

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ｍ=IS。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)形的面積的乘積IΔS。磁偶極矩:jm=ml(Wb·m),其中m為磁偶極子的磁極強(qiáng)度.兩個磁極間作用力：F=（m1m2）/（4πμ0r2)jm=μ0μm,其中μ0=4π×10-7H/m1.1磁學(xué)基礎(chǔ)－基本磁性參量MagneticTerminology&Units第7頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月磁化強(qiáng)度M

定義為物質(zhì)單位體積的磁矩：

是一個面積為s

的電流為i

的環(huán)形電流的磁矩。單位是A﹒m2,因此磁化強(qiáng)度的單位是A﹒m-1,它和磁場強(qiáng)度

H的單位是一樣的。磁極化強(qiáng)度Jm

定義為物質(zhì)單位體積的磁偶極矩：jm

是一個長度為l,磁荷為±qm的磁偶極子，其單位是：Wb﹒m，因此磁極化強(qiáng)度的單位是：Wb﹒m-2(和磁感應(yīng)強(qiáng)度B單位T一致)兩個物理量之間的關(guān)系為：1.1磁學(xué)基礎(chǔ)－基本磁性參量磁化強(qiáng)度M和磁極化強(qiáng)度Jm第8頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月磁場強(qiáng)度（H）：電流為I的電流在一個每米有N匝線圈的無限長螺旋管軸線中央產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度H為：

H=n×I

A/m（安/米）無限長載流直導(dǎo)線的磁場強(qiáng)度H為：H=I/（2πr）磁感應(yīng)強(qiáng)度(B):物質(zhì)在外磁場作用下，其內(nèi)部原子磁矩的有序排列還將產(chǎn)生一個附加磁場。在磁性材料內(nèi)部外加磁場與附加磁場的和,單位為T（特斯拉）或Wb/m2。1.1磁學(xué)基礎(chǔ)－基本磁性參量磁場強(qiáng)度（H）和磁磁感應(yīng)強(qiáng)度(B):磁化強(qiáng)度(M):單位體積磁體內(nèi)各磁疇磁矩的矢量和，單位[A/m]B=μ0(H+M)SIB單位是[T]或[Wb/m2]）B=μ0H+4πM)CGSB單位是高斯（Gauss）第9頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月在真空中磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁場強(qiáng)度H間的關(guān)系為：

B=μ0H

在磁性材料中：

B=μ0（H+

M）

在均勻的磁性材料中，上式的矢量和可改成代數(shù)和：

B=μ0（H+M）

磁性材料的磁導(dǎo)率定義為磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度之比：

μ=B/H

μ0

:真空磁導(dǎo)率;μ:絕對磁導(dǎo)率，單位為H/m，μr:相對磁導(dǎo)率

μr=μ/μ0

磁化率定義為磁化強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度之比：

χ=M/H

1.1磁學(xué)基礎(chǔ)－基本磁性參量磁導(dǎo)率和磁化率第10頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月磁化率

和磁導(dǎo)率

χ反映物質(zhì)磁化的難易程度。MHχH磁化率(c)(MagneticSusceptibility)

：

(thesameforS.I.andcgsunits).1.1磁學(xué)基礎(chǔ)－基本磁性參量第11頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月磁感應(yīng)強(qiáng)度:B(特斯拉)磁場強(qiáng)度:H(安/米)磁化強(qiáng)度:M(安/米)物質(zhì)磁化后的總磁場為B：B=μ0（H+M）B=μ0

（1+χ）HB=μH=B/HμHBMHsHMB1.1磁學(xué)基礎(chǔ)－基本磁性參量

磁導(dǎo)率μ

第12頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月DefinitionsofThreeMagneticVectors:H

Magneticfield,磁場強(qiáng)度

M

Magnetization,磁化強(qiáng)度

B

Magneticinduction,磁感應(yīng)強(qiáng)度

1.1磁學(xué)基礎(chǔ)－基本磁性參量磁場強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B第13頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月

電磁學(xué)的單位由于歷史的原因曾有過多種，有靜電制(CGSE)，靜磁制(CGSM)

，高斯制，以及目前規(guī)定通用的國際單位制（MKSA)，加之歷史上對磁性起源有過不同的認(rèn)識，至目前為止，磁學(xué)量單位的使用上仍存在著一些混亂，較早的文獻(xiàn)多使用高斯制，目前雖多數(shù)文獻(xiàn)采用了國際單位制，但仍不時有使用高斯單位制出現(xiàn)的情況。因此必須熟悉兩種單位制之間的換算：國際單位制（SI）高斯單位制（EMU）沒有

0！1.1磁學(xué)基礎(chǔ)－基本磁性參量第14頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月TwoUnits:CGS:

(centimeter,gram,second),fictitiousmagneticpoles

SI:(SI:systmeinternationale),currentsources國際單位制（SI）高斯單位制（EMU）單位:B：高斯（Gauss）

H：奧斯特（Oe）單位:B：特斯拉（T）或Wb/m2H：（A/m）第15頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月磁學(xué)量符號SI單位制高斯單位emu→SI磁場強(qiáng)度

H

A﹒m-1

Oe×103/4π磁感應(yīng)強(qiáng)度

B

T

Gs×10-4磁化強(qiáng)度

M

A﹒m-1

Gs×103磁通量

Wb

Mx×10-8磁矩

A﹒m2

emu×10-3磁偶極矩

jm

Wb﹒m

emu×4π×10-10磁化率×4π磁導(dǎo)率×1磁極化強(qiáng)度

JT

Gs×4π×10-4

第16頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月QuantityGaussian

(cgsunits)S.I.UnitsConversionfactor

(cgstoS.I.)MagneticInduction(B)GT10-4AppliedField(H)OeAm-1103/4pMagnetisation(M)emucm-3Am-1103Magnetisation(4pM)G--MagneticPolarisation(J)-T-SpecificMagnetisation(s)emug-1JT-1kg-11Permeability(μ)DimensionlessHm-14p.10-7RelativePermeability(μr)-Dimensionless-Susceptibility(c)emucm-3Oe-1Dimensionless4pMaximumEnergyProduct(BHmax)MGOekJm-3102/4pB:1T=104GH:1kAm-1=4πOeM:1kAm-1=emucm-3(BH)max:1kJm-3=4p10-2MGOe第17頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月退磁場

當(dāng)鐵磁體由于磁化，在表面具有面磁極(荷)或體磁極(荷)時，在鐵磁體內(nèi)將產(chǎn)生與磁化強(qiáng)度方向相反的退磁場Hd。如果磁化均勻，則退磁場也是均勻磁場，且與磁化強(qiáng)度成比例而方向相反，因此這時磁性體內(nèi)部的有效磁場為：N稱作退磁因子，它的大小與M無關(guān)，只依賴于樣品的幾何形狀及所選取的坐標(biāo)，一般情況下它是一個二階張量。1.1磁學(xué)基礎(chǔ)－基本磁性參量第18頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月HexMHd++++----

均勻磁化的磁性體中外磁場、退磁場、有效磁場三者關(guān)系示意圖第19頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月旋轉(zhuǎn)橢球形狀樣品的磁化是均勻的，我們選取坐標(biāo)系與橢球的主軸重合，則退磁場的三個分量可以表示為：如果磁性體不是橢球形狀，即使在均勻外場中，磁化也是不均勻的，這時退磁場的大小和方向隨位置而變，很難用退磁因子來表示。在CGS單位值中第20頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月旋轉(zhuǎn)橢球的極限情況：第21頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月NiFe坡莫合金：Hc=2A/m；Ms=9.24×105A/mHd=NMs=1/3×9.24×105

=3.08×105A/m第22頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月退磁場能：它是在磁化強(qiáng)度逐步增加的過程中逐步積累起來的，單位體積內(nèi)對于均勻材料制成的橢球樣品，容易得出;N是磁化方向的退磁因子。對于非球形樣品，沿不同方向磁化時退磁場能大小不同，這種由形狀造成的退磁場能隨磁化方向的變化，通常也稱形狀各向異性能。退磁能的存在是自發(fā)磁化后的強(qiáng)磁體出現(xiàn)磁疇的主要原因。鐵磁體在外磁場H中的能量密度(單位體積)1.1磁學(xué)基礎(chǔ)－基本磁性參量退磁場能第23頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2材料的磁化磁化曲線（起始磁化曲線）磁滯回線退磁曲線第24頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月退磁場對樣品磁性能的影響是明顯的：有退磁場是曲線傾斜

所有材料性能表給出的磁導(dǎo)率等數(shù)值都是針對有效磁場的數(shù)值，材料性能的實際測量中必須盡量克服退磁場的影響。第25頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)狀樣品退磁場為零第26頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月見應(yīng)用磁學(xué)p20球形樣品

容易修正第27頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3磁學(xué)基礎(chǔ)－物質(zhì)磁性的分類物質(zhì)磁性分類順磁性被磁化后，磁化場方向與外場方向相同，χ：

1–104

鐵磁性被磁化后，磁化場方向與外場方向相同，χ：10-3-10-6被磁化后，磁化場方向與外場方向相反，χ：－（10-5–10-6

）抗磁性與外加磁場的關(guān)系第28頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月順磁性起因于原子或分子磁矩，在外加磁場作用下趨于沿外場方向排列，使磁質(zhì)沿外場方向產(chǎn)生一定強(qiáng)度的附加磁場。順磁性是一種弱磁性。順磁性材料多用于磁量子放大器和光量子放大器，在工程上的應(yīng)用極少。順磁金屬主要有Mo，Al，Pt，Sn等?？勾判允怯捎谕獯艌鲎饔孟?，原子內(nèi)的電子軌道繞場向運(yùn)動，獲得附加的角速度和微觀環(huán)形電流，從而產(chǎn)生與外磁場方向相反的感生磁矩。原子磁矩疊加的結(jié)果使宏觀物質(zhì)產(chǎn)生與外場方向相反的磁矩。由于屬于此類的物質(zhì)有C，Au，Ag，Cu，Zn，Pb等。

1.3磁學(xué)基礎(chǔ)－物質(zhì)磁性的分類第29頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月HmmDmkkDkDkDm產(chǎn)生抗磁性的原理m：磁矩Dm：附加磁矩Dk

：附加向心力k：向心力抗磁性具有普遍性物質(zhì)是否表現(xiàn)出抗磁性要看物質(zhì)的抗磁場是否大于其順磁場1.3磁學(xué)基礎(chǔ)－物質(zhì)磁性的分類第30頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月物質(zhì)內(nèi)部原子磁矩的排列a:順磁性b:鐵磁性c:反鐵磁性d:亞鐵磁性

由于原子間的交換作用使原子磁矩發(fā)生有序的排列，產(chǎn)生自發(fā)磁化，鐵磁質(zhì)中原子磁矩都平行排列（在絕對零度時)1.3磁學(xué)基礎(chǔ)－物質(zhì)磁性的分類第31頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月磁性的分類弱磁性:1.抗磁性：

χ是甚小的負(fù)常數(shù)，約~10-6數(shù)量級。M與H反向.2.順磁性：χ是正常數(shù)，約10-3~10-6數(shù)量級.3.反鐵磁性：χ為甚小的正常數(shù).強(qiáng)磁性4.鐵磁體：

χ為很大的正變數(shù)，約在10~106數(shù)量級。5.亞鐵磁體：與鐵磁體相似，但χ值較小，如磁鐵礦（Fe3O4)。MH抗磁性順磁性亞鐵磁性鐵磁性反鐵磁ClassesofMagneticMaterials第32頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月物質(zhì)的各種磁性A.是否有固有原子磁矩？B.是否有相互作用？

C.是什么相互作用？

1.抗磁性：沒有固有原子磁矩

2.順磁性：有固有磁矩，沒有相互作用

3.鐵磁性：有固有磁矩，直接交換相互作用

4.反鐵磁性：有固有磁矩，間(直)接交換相互作用

5.亜鐵磁性：有固有磁矩，間接交換相互作用

6.自旋玻璃和混磁性：有固有磁矩，RKKY相互作用

7.超順磁性：磁性顆粒的磁晶各向異性與熱激發(fā)的競爭物質(zhì)磁性分類的原則第33頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月順磁性順磁性定義:當(dāng)材料被磁化后,磁化矢量與外加磁場的方向相同時，固體表現(xiàn)為順磁性。順磁性物質(zhì)的磁化率一般很小，室溫下約為10-3~10-6

數(shù)量級。原子內(nèi)部存在固有磁矩(離子有未填滿的電子殼層)。如過渡元素、稀土元素：3d-金屬Ti,V;4d-金屬鈮Nb,鋯Zr,鉬Mo，鈀Pd；5d-金屬(Hf,Ta,W,鉑Pt）。自由電子的順磁性大于離子的抗磁性。如：堿金屬和堿土金屬離子雖然是填滿的殼層，但Li，Na,K，Mg，Al是順磁性金屬。順磁性物質(zhì)的磁化率與溫度的關(guān)系服從居里-外斯定律：磁性的分類第34頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月

在反鐵磁性中，近鄰自旋反平行排列，它們的磁矩因而相互抵消。因此反鐵磁體不產(chǎn)生自發(fā)磁化磁矩，顯現(xiàn)微弱的磁性。反鐵磁的相對磁化率的數(shù)值為10-5到10-2。與順磁體不同的是自旋結(jié)構(gòu)的有序化。當(dāng)施加外磁場時，由于自旋間反平行耦合的作用，正負(fù)自旋轉(zhuǎn)向磁場方向的轉(zhuǎn)矩很小，因而磁化率比順磁磁化率小。隨著溫度升高，有序的自旋結(jié)構(gòu)逐漸被破壞,磁化率增加，這與正常順磁體的情況相反.然而在某個臨界溫度以上，自旋有序結(jié)構(gòu)完全消失，反鐵磁體變成通常的順磁體。因而磁化率在臨界溫度(稱奈耳溫度Neelpoint)顯示出一個尖銳的極大值。四、反鐵磁性第35頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月反鐵磁自旋有序，首先是由舒爾和司馬特利用中子衍射實驗在MnO上證實。MnO的晶體結(jié)構(gòu)是Mn離子形成面心立方晶格，O離子位于每個Mn-Mn對之間。從中子衍射線，超過奈耳點(diǎn)的室溫衍射圖與奈耳點(diǎn)以下80K溫度的衍射圖比較，看到低于奈耳點(diǎn)的衍射圖有額外的超點(diǎn)陣線，通過分析得到反鐵磁的磁結(jié)構(gòu)。奈耳點(diǎn)以上奈耳點(diǎn)以下第36頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月反鐵磁性是1936年首先由法國科學(xué)家Neel從理論上預(yù)言、1938年發(fā)現(xiàn)，1949年被中子實驗證實的，它的基本特征是存在一個磁性轉(zhuǎn)變溫度，在此點(diǎn)磁化率溫度關(guān)系出現(xiàn)峰值。4.反鐵磁性（antuferromagnetism)第37頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月反鐵磁性反鐵磁性反鐵磁性物質(zhì)大都是非金屬化合物，如MnO。不論在什么溫度下，都不能觀察到反鐵磁性物質(zhì)的任何自發(fā)磁化現(xiàn)象，因此其宏觀特性是順磁性的磁性的分類第38頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月反鐵磁性第39頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月（見應(yīng)用磁學(xué)P9）文獻(xiàn)中也繪成磁化率倒數(shù)和溫度關(guān)系的：鐵磁性低溫下表現(xiàn)為反鐵磁性的物質(zhì)，超過磁性轉(zhuǎn)變溫度（一般稱作Neel溫度）后變?yōu)轫槾判缘?，其磁化率溫度關(guān)系服從居里-外斯定律：注意與鐵磁性的區(qū)別！磁化率表現(xiàn)復(fù)雜第40頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月反鐵磁物質(zhì)主要是一些過渡族元素的氧化物、鹵化物、硫化物，如：

FeO,MnO,NiO,CoO,Cr2O3,FeCl2,FeF2,MnF2,

FeS,MnS右圖是1938年測到的MnO磁化率溫度曲線，它是被發(fā)現(xiàn)的第一個反鐵磁物質(zhì)，轉(zhuǎn)變溫度122K。第41頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月該表取自Kittel書2005中文版p236，從中看出反鐵磁物質(zhì)的轉(zhuǎn)變溫度一般都很低，只能在低溫下才觀察到反鐵磁性。第42頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月鐵磁性鐵磁性有一類物質(zhì)如Fe,Co,Ni，室溫下磁化率可達(dá)10~106數(shù)量級，這類物質(zhì)的磁性稱為鐵磁性鐵磁性物質(zhì)即使在較弱的磁場內(nèi)，也可得到極高的磁化強(qiáng)度，而且當(dāng)外磁場移去后，仍可保留極強(qiáng)的磁性（有剩磁）。各類磁性物質(zhì)的-曲線示于下圖磁性的分類第43頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月鐵磁性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。這一溫度稱為居里點(diǎn)其磁化率與溫度的關(guān)系服從居里一外斯定律

鐵磁性磁性的分類第44頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月這是人類最早發(fā)現(xiàn)并利用的強(qiáng)磁性，它的主要特征是：1.

磁化率數(shù)值很大。磁化率數(shù)值是溫度和磁場的函數(shù)；存在磁性轉(zhuǎn)變的特征溫度——居里溫度，溫度低于居里溫度時呈鐵磁性，高于居里溫度時表現(xiàn)為順磁性，其磁化率溫度關(guān)系服從居里-外斯定律。在居里溫度附近出現(xiàn)比熱等性質(zhì)的反常。磁化強(qiáng)度M和磁場H之間不是單值函數(shù)，存在磁滯效應(yīng)。構(gòu)成這類物質(zhì)的原子也有一定的磁矩，但宏觀表現(xiàn)卻完全不同于順磁性，解釋鐵磁性的成因已成為對人類智力的最大挑戰(zhàn)，雖然經(jīng)過近100年的努力已經(jīng)有了比較成功的理論，但仍有很多問題有待后人去解決。3.鐵磁性（Ferromagnetism)第45頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月鐵磁質(zhì)：磁矩的有序排列隨著溫度升高而被破壞，溫度達(dá)到居里溫度（Tc）以上時有序全部被破壞，磁質(zhì)由鐵磁性轉(zhuǎn)為順磁性。

Tc是材料的M-T曲線上MS2→0對應(yīng)的溫度。順磁質(zhì)：朗之萬（Langevin）順磁性：磁化率服從居里(Curie)定律，即：χ=c/T。泡利（Pauli）順磁性：服從居里-外斯（Curie-Weiss）定律，即：χ=C/(T-Tc)。

溫度對物質(zhì)磁性的影響Tcχ1.3磁學(xué)基礎(chǔ)－物質(zhì)磁性的分類第46頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月表現(xiàn)為鐵磁性的元素物質(zhì)只有以下幾種：

一些過渡族元素和稀土元素金屬：

但以上面元素為主構(gòu)成的鐵磁性合金和化合物是很多的，它們構(gòu)成了磁性材料的主體，在技術(shù)上有著重要作用，例如：

Fe-Ni,Fe-Si,Fe-Co,AlNiCo,CrO2,EuO,GdCl3,室溫以上，只有4種元素是鐵磁性的。第47頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月見Kittel固體物理學(xué)8版p227，姜書p52也有此數(shù)據(jù)，稍有差別。第48頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月α-Fe→γ-Fe(910℃);

γ-Fe→δ-Fe(1401℃);1/χ5009001300t/℃鐵在高溫時順磁磁化率的變化第49頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月強(qiáng)順磁性過渡族金屬Pd溶于Cu,Ag,Au中情況：χrPd×100500-20×10-820×10-8Cu-PdAg-Pd第50頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月人類最早發(fā)現(xiàn)和利用的強(qiáng)磁性物質(zhì)天然磁石Fe3O4就是亞鐵磁性物質(zhì)，上世紀(jì)30～40年代開始在此基礎(chǔ)上人工合成了一些具有亞鐵磁性的氧化物，但其宏觀磁性質(zhì)和鐵磁物質(zhì)相似，很長時間以來，人們并未意識到它的特殊性，1948年Neel在反鐵磁理論的基礎(chǔ)上創(chuàng)建了亞鐵磁性理論后，人們才認(rèn)識到這類物質(zhì)的特殊性，在磁結(jié)構(gòu)的本質(zhì)上它和反鐵磁物質(zhì)相似，但宏觀表現(xiàn)上卻更接近于鐵磁物質(zhì)。對這類材料的研究和利用克服了金屬鐵磁材料電阻率低的缺點(diǎn)，極大地推動了磁性材料在高頻和微波領(lǐng)域中的應(yīng)用，成為今日磁性材料用于信息技術(shù)的主體。5.亞鐵磁性（ferrimagnetism)第51頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月亞鐵磁性體：相鄰原子磁體反平行，磁矩大小不同，產(chǎn)生與鐵磁性相類似的磁性。一般稱為鐵氧體的大部分鐵系氧化物即為此。磁性材料：鐵磁性與亞鐵磁性的統(tǒng)稱。亞鐵磁性體磁性的分類第52頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月鐵磁性和亞鐵磁性宏觀上的區(qū)別：磁化率倒數(shù)和溫度關(guān)系飽和磁化強(qiáng)度溫度關(guān)系亞鐵磁物質(zhì)的磁化率和磁化強(qiáng)度一般比鐵磁物質(zhì)低，但其電阻率一般要高的多。第53頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月亞鐵磁物質(zhì)主要是一些人工合成的含過渡族元素和稀土元素的某些特定結(jié)構(gòu)的氧化物，例如：尖晶石結(jié)構(gòu)：Fe3O4,MnFe2O4,CoFe2O4石榴石結(jié)構(gòu)：A3Fe5O12,(A=Y,Sm,Gd,Dy,Ho,Er,Yb)磁鉛石結(jié)構(gòu)：BaFe12O19,PbFe12O19,SrFe12O19,鈣鈦礦結(jié)構(gòu)：LaFeO3,第54頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.把晶體中的磁性歸為五類并分析出它們的起因是人類對物質(zhì)磁性認(rèn)識的一次飛躍，1950年前后出版了第一批以解釋五種磁性起因為主的現(xiàn)代磁學(xué)理論專著，標(biāo)志著磁學(xué)成為一個獨(dú)立完整的學(xué)科。它極大地推動了20世紀(jì)后半葉磁性材料的基礎(chǔ)研究和開發(fā)利用。50年后的今天，我們不但對上述五種磁性有了更深入的認(rèn)識，而且發(fā)現(xiàn)了一些新的磁結(jié)構(gòu)。

2.嚴(yán)格說來上面的分類是針對物質(zhì)磁性質(zhì)進(jìn)行的，同一物質(zhì)在不同的溫度區(qū)域可以呈現(xiàn)出不同的磁類型，而且與其晶體結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系：例如室溫附近的金屬鐵為鐵磁性，超過居里溫度（1040K）后變?yōu)轫槾判?，它受到高?.5×1010Pa的高壓時，其結(jié)構(gòu)從bcc變?yōu)閔cp,磁性變?yōu)榉氰F磁性。我們只可以說常溫常壓下鐵是鐵磁性物質(zhì)。

小結(jié)第55頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)習(xí)題

何謂磁矩?磁矩的最小單元是什么？電子磁矩可分哪幾部分？原子的總磁矩與原子結(jié)構(gòu)有何關(guān)系？

何謂鐵磁性?鐵磁性物質(zhì)與順磁性物質(zhì)有何區(qū)別?何謂抗磁性?產(chǎn)生抗磁性的根源是什么?列表給出主要磁學(xué)量的國際單位和高斯單位，并給出它們之間的換算關(guān)系。第56頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月鐵磁質(zhì)：磁矩的有序排列隨著溫度升高而被破壞，溫度達(dá)到居里溫度（Tc）以上時有序全部被破壞，磁質(zhì)由鐵磁性轉(zhuǎn)為順磁性。

Tc是材料的M-T曲線上MS2→0對應(yīng)的溫度。順磁質(zhì)：朗之萬（Langevin）順磁性：磁化率服從居里(Curie)定律，即：χ=c/T。泡利（Pauli）順磁性：服從居里-外斯（Curie-Weiss）定律，即：χ=C/(T-Tc)。

溫度對物質(zhì)磁性的影響Tcχ1.3磁學(xué)基礎(chǔ)－物質(zhì)磁性的分類第57頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月磁各向異性

磁性材料在不同方向上具有不同磁性能的特性。包括：磁晶各向異性，形狀各向異性，感生各向異性和應(yīng)力各向異性等。單晶體的易磁化和難磁化方向

1.4磁學(xué)基礎(chǔ)－磁各向異性第58頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月（五）磁致伸縮磁性材料磁化過程中發(fā)生沿磁化方向伸長(或縮短)，在垂直磁化方向上縮短(或伸長)的現(xiàn)象，叫做磁致伸縮。它是一種可逆的彈性變形。材料磁致伸縮的相對大小用磁致伸縮系數(shù)λ表示，即：

λ=Δl/l式中，Δl和l分別表示磁場方向的絕對伸長與原長。在發(fā)生縮短的情況下，l為負(fù)值，因而λ也為負(fù)值。當(dāng)磁場強(qiáng)度足夠高，磁致伸縮趨于穩(wěn)定時，磁致伸縮系數(shù)λ稱為飽和磁致伸縮系數(shù)，用λs表示。對于3d金屬及合金:λs約為10-5—10-6。

1.4磁學(xué)基礎(chǔ)－磁致伸縮第59頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月(一)磁疇結(jié)構(gòu)在鐵磁性材料中，原子磁矩平行排列，以使交換作用能最低。但大量原子磁矩的平行排列增大了體系的退磁能，因而使一定區(qū)域內(nèi)的原子磁矩取反平行排列，出現(xiàn)了兩個取向相反的自發(fā)磁化區(qū)域，降低退磁能，直至形成封閉疇。每一個磁矩取向一致的自發(fā)磁化區(qū)域就叫做一個磁疇。立方結(jié)構(gòu)單晶鐵磁材料的磁疇結(jié)構(gòu)示意圖1.5磁學(xué)基礎(chǔ)－磁疇結(jié)構(gòu)第60頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月Co中的磁疇結(jié)構(gòu)1.5磁學(xué)基礎(chǔ)－技術(shù)磁化過程第61頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月磁疇結(jié)構(gòu)包括磁疇和疇壁兩部分。磁疇的體積為10-1～10-6cm3。疇壁是指磁疇交界處原子磁矩方向逐漸轉(zhuǎn)變的過渡層疇壁布洛赫(Bloch)磁疇壁疇壁兩側(cè)的原子磁矩的旋轉(zhuǎn)平面與疇壁平面平行，兩個疇的磁化方向相差180奈耳（Neel）磁疇壁疇壁內(nèi)原子磁矩的旋轉(zhuǎn)平面與兩磁疇的磁矩在同一平面平行于界面1.5磁學(xué)基礎(chǔ)－技術(shù)磁化過程第62頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月布洛赫奈爾壁1.5磁學(xué)基礎(chǔ)－技術(shù)磁化過程第63頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月磁化過程：磁性材料在外磁場作用下由宏觀的無磁狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛写艩顟B(tài)的過程。磁化是通過磁疇的運(yùn)動來實現(xiàn)。（二）磁疇移動與磁化過程受外磁場作用時，疇內(nèi)整齊排列在易磁化方向上原子磁矩一致地偏離易磁化方向而向外磁場方向轉(zhuǎn)動。外場愈強(qiáng)，材料的磁各向異性愈弱，則磁矩就愈偏向外場方向。運(yùn)動方式轉(zhuǎn)動移動各磁疇內(nèi)部的磁矩平行或反平行于外加磁場，不受這一磁場的力矩。而疇壁附近的磁矩方向發(fā)生改變，使疇壁產(chǎn)生橫向移動。1.5磁學(xué)基礎(chǔ)－技術(shù)磁化過程第64頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月疇壁的移動

磁疇的轉(zhuǎn)動

1.5磁學(xué)基礎(chǔ)－技術(shù)磁化過程第65頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）磁化曲線

磁化過程四階段：（1）M隨H呈線性地緩慢增長，可逆疇壁移動過程。（2）M隨H急劇增長，不可逆疇壁移動過程，的巴克豪森（Barkhausen）跳躍。（3）M的增長趨于緩慢。磁疇的磁化矢量已轉(zhuǎn)到最接近H方向，M的增長主要靠可逆轉(zhuǎn)動過程來實現(xiàn)。（4）磁化曲線極平緩地趨近于水平線而達(dá)到飽和狀態(tài)。1.5磁學(xué)基礎(chǔ)－技術(shù)磁化過程第66頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月(四）磁性材料的技術(shù)磁參量技術(shù)磁參量內(nèi)稟磁參量:MS、Tc外稟磁參量:Hc、Mr或Br、磁導(dǎo)率、損耗、磁能積MS:飽和磁化強(qiáng)度Hc：矯頑力Mr或Br：剩磁主要取決于材料的化學(xué)成分對材料結(jié)構(gòu)（如晶粒尺寸、晶體缺陷、晶粒取向等）敏感，可以通過適當(dāng)?shù)墓に嚫淖?.5磁學(xué)基礎(chǔ)－技術(shù)磁化過程第67頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月?lián)p耗：軟磁材料磁化一周總的能量損耗W，由渦流損耗，磁滯損耗Wh和剩余損耗Wr三部分組成，通常以每公斤材料損耗的功率表示，即: