精細(xì)化工之磁性材料

1、精細(xì)化工精細(xì)化工-磁性材料磁性材料我國對精細(xì)化工產(chǎn)品的分類我國對精細(xì)化工產(chǎn)品的分類（1986年由化工部制定）年由化工部制定） (1) 農(nóng)藥；農(nóng)藥； (2) 染料；染料； (3) 涂料涂料(包括油漆和油墨包括油漆和油墨)； (4) 顏料；顏料； (5) 試劑和高純物；試劑和高純物； (6) 磁性材料等能接受電磁波的化學(xué)品；磁性材料等能接受電磁波的化學(xué)品； (7) 食品和飼料添加劑；食品和飼料添加劑； (8) 粘合劑；粘合劑； (9) 催化劑和各種助劑；催化劑和各種助劑； (10) 化學(xué)藥品化學(xué)藥品(原料藥原料藥)和日用化學(xué)品；和日用化學(xué)品； (11) 功能高分子材料功能高分子材料(包括功能膜、偏

2、光材料等包括功能膜、偏光材料等)。磁學(xué)是一門即古老又年輕的學(xué)科司南（戰(zhàn)國時(shí)期）司南（戰(zhàn)國時(shí)期）司南司南利用天然磁石琢磨而成利用天然磁石琢磨而成,樣子像一把勺，重心位于底部正中，樣子像一把勺，重心位于底部正中，底盤光滑，四周刻有二十四向，使用時(shí)把長勺放在底盤上，用底盤光滑，四周刻有二十四向，使用時(shí)把長勺放在底盤上，用手輕撥，停下后長柄就指向南方。手輕撥，停下后長柄就指向南方。司南司南指南車指南車指南魚指南魚“若遇天景噎（陰暗）霾，夜色瞑黑，又不能辨若遇天景噎（陰暗）霾，夜色瞑黑，又不能辨方向方向出指南車或指南魚，以辨所向出指南車或指南魚，以辨所向魚法，魚法，用薄鐵葉剪裁，長二寸闊五分，首尾銳如魚

3、形，用薄鐵葉剪裁，長二寸闊五分，首尾銳如魚形，置炭中燒之，候通赤，以鐵鈐鈐魚首出火，以尾置炭中燒之，候通赤，以鐵鈐鈐魚首出火，以尾正對子位，蘸水盆中，沒尾數(shù)分則止，以密器收正對子位，蘸水盆中，沒尾數(shù)分則止，以密器收之。用時(shí)置水碗于無風(fēng)處，平放魚在水面令浮，之。用時(shí)置水碗于無風(fēng)處，平放魚在水面令浮，其首常南向午也其首常南向午也”。 北宋北宋 曾公亮與丁度編撰的曾公亮與丁度編撰的武經(jīng)總要武經(jīng)總要 （1044年）年）關(guān)于指南針的應(yīng)用和制作方法的記載關(guān)于指南針的應(yīng)用和制作方法的記載“舟師識地理，夜者觀星，晝者舟師識地理，夜者觀星，晝者觀日。陰晦觀指南針。觀日。陰晦觀指南針?！?北宋人北宋人 朱或朱或

4、萍洲可談萍洲可談指南針為什么不叫指北針？指南針為什么不叫指北針？磁性與磁性材料發(fā)展史 指南針指南針 司馬遷司馬遷史記史記描述黃帝作戰(zhàn)用描述黃帝作戰(zhàn)用 1086年年 宋朝沈括宋朝沈括夢溪筆談夢溪筆談指南針的制造方法等指南針的制造方法等 1119年年 宋朝朱或宋朝朱或萍洲可談萍洲可談 羅盤用于航海的記載羅盤用于航海的記載 磁石磁石 最早的著作最早的著作De Magnete W.Gibert 18世紀(jì)世紀(jì) 奧斯特奧斯特 電流產(chǎn)生磁場電流產(chǎn)生磁場 法拉弟效應(yīng)法拉弟效應(yīng) 在磁場中運(yùn)動導(dǎo)體產(chǎn)生電流在磁場中運(yùn)動導(dǎo)體產(chǎn)生電流 安培定律構(gòu)成電磁學(xué)的基礎(chǔ)安培定律構(gòu)成電磁學(xué)的基礎(chǔ) , 電動機(jī)、發(fā)電機(jī)等開創(chuàng)現(xiàn)代電氣工

5、業(yè)電動機(jī)、發(fā)電機(jī)等開創(chuàng)現(xiàn)代電氣工業(yè) 1907年年 P.Weiss的磁疇和分子場假設(shè)的磁疇和分子場假設(shè) 1919年年 巴克豪森效應(yīng)巴克豪森效應(yīng) 1928年年 海森堡模型，用量子力學(xué)解釋分子場起源海森堡模型，用量子力學(xué)解釋分子場起源 1931年年 Bitter在顯微鏡下直接觀察到磁疇在顯微鏡下直接觀察到磁疇 1933年年 加藤與武井發(fā)現(xiàn)含加藤與武井發(fā)現(xiàn)含Co的永磁鐵氧體的永磁鐵氧體 1935年年 荷蘭荷蘭Snoek發(fā)明軟磁鐵氧體發(fā)明軟磁鐵氧體 1935年年 Landau和和Lifshitz考慮退磁場，考慮退磁場， 理論上預(yù)言理論上預(yù)言 了磁疇結(jié)構(gòu)了磁疇結(jié)構(gòu) 1946年年 Bioembergen發(fā)現(xiàn)

6、發(fā)現(xiàn)NMR效應(yīng)效應(yīng) 1948年年 Neel建立亞鐵磁理論建立亞鐵磁理論 1954-1957年年 RKKY相互作用的建立相互作用的建立 1958年年 Mssbauer效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)效應(yīng)的發(fā)現(xiàn) 1964年年 Kondo effect 近藤效應(yīng)近藤效應(yīng) 1965年年 Mader和和Nowick制備了制備了CoP鐵磁非晶態(tài)合金鐵磁非晶態(tài)合金 1970年年 SmCo5稀土永磁材料的發(fā)現(xiàn)稀土永磁材料的發(fā)現(xiàn) 1984年年 NdFeB稀土永磁材料的發(fā)現(xiàn)稀土永磁材料的發(fā)現(xiàn) Sagawa(佐川佐川) 1986年年 高溫超導(dǎo)體，高溫超導(dǎo)體，Bednortz-muller 1988年年 巨磁電阻巨磁電阻GMR的發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)

7、, M.N.Baibich 1994年年 CMR龐磁電阻的發(fā)現(xiàn)，龐磁電阻的發(fā)現(xiàn)，Jin等等La1-xCaxMnO3 1995年年 隧道磁電阻隧道磁電阻TMR的發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn), T.Miyazaki磁學(xué)內(nèi)容是不斷與諾貝爾獎(jiǎng)得主結(jié)緣的學(xué)科從1902 年度的塞曼(P.Zeeman) 洛論茨(H.A.Lorentz) 到后來的居里夫婦(P.Curie and M.Curie) ，愛因斯坦(A.Einstein) ，玻爾(N.H.D.Bohr) ，海森堡(W.K.Heisenberg) ，斯特恩(O.Stern) ，拉比(I.I.Rabi)，泡利(W.Pauli) ，布洛赫(F.Bloch) ，鉑塞爾(E.

8、M.Purcell) ，庫什(P.Kusch) ，穆斯堡爾(R.L.Mssbauer) ，朗道(L.D.Landau) ，阿爾芬(H.O.G.Alfven) ，奈爾(L.E.F.Neel) ，范費(fèi)萊克(J.H.Van Vleck) ，莫特(Sir.N.F.Mott) ，菲利浦. 安德遜(P.W.Anderson) ，克里福德. 沙爾(C.G.Shull) ，伯特倫.N.布洛克豪斯(B.N.Brouhouse) ，崔琦（Daniel CheeTsui），羅伯特.勞克林（RobetLauclin），霍斯特.施特默（HosterStermou），直到2003年度關(guān)于核磁共振成像成就的得主勞特伯（Pa

9、ul C. Lauterbur），曼施費(fèi)爾德(Peter Mansfield)，阿爾貝費(fèi)爾，彼得格林貝格爾 現(xiàn)代磁學(xué)與其他學(xué)科的交叉軟磁材料軟磁材料例如對于變壓器，在線圈中加入磁芯后，將磁通例如對于變壓器，在線圈中加入磁芯后，將磁通限制在低磁阻的磁芯內(nèi)，用較小激勵(lì)電流，產(chǎn)生限制在低磁阻的磁芯內(nèi)，用較小激勵(lì)電流，產(chǎn)生比沒有磁芯時(shí)大得多的磁通，這就大大減少了電比沒有磁芯時(shí)大得多的磁通，這就大大減少了電磁元件的體積。因此，加磁芯的基本目的是為鏈磁元件的體積。因此，加磁芯的基本目的是為鏈合或耦合兩個(gè)或多個(gè)磁單元的磁通，提供容易通合或耦合兩個(gè)或多個(gè)磁單元的磁通，提供容易通過的路徑，將磁源和磁過的路徑，將

10、磁源和磁“負(fù)載負(fù)載”連接起來，作為連接起來，作為磁通磁通“匯流條匯流條”，同時(shí)減少磁元件的體積。，同時(shí)減少磁元件的體積。 共模電感鐵芯共模電感鐵芯 磁放大器鐵芯磁放大器鐵芯 漏電保護(hù)開關(guān)互感器鐵芯漏電保護(hù)開關(guān)互感器鐵芯 大功率開關(guān)變壓器鐵芯大功率開關(guān)變壓器鐵芯 深圳市天為科技有限公司深圳市天為科技有限公司 磁帶磁帶 磁盤磁盤 磁卡磁卡磁記錄媒體的分類：磁記錄媒體的分類： 磁帶結(jié)構(gòu)圖示磁帶結(jié)構(gòu)圖示 磁記錄介質(zhì)磁記錄介質(zhì) 磁頭磁頭磁盤結(jié)構(gòu)磁盤結(jié)構(gòu)4.4 MbyteIBM RAMAC 19552 kbits/in250 x24” dia disks 80 Gbyte Seagate U series

11、 200132.6 Gbits/in22 x 3.5” ”glass disks1996年 數(shù)字式Video磁盤的商品化。1998年，美國IBM開始采用GMR磁頭量產(chǎn)3.5英寸臺式電腦硬盤，東芝也開始供應(yīng)配備該磁頭的2.5英寸筆記本電腦硬盤樣品。當(dāng)時(shí)的面記錄密度約為3Gbit/平方英寸 2004年 東芝垂直磁記錄微硬盤（MK4007GAL，133GBit/in2)2005年 希捷垂直磁記錄硬盤商業(yè)化（130GBit/in2)磁彈性材料磁彈性材料磁性材料在磁場的作用磁性材料在磁場的作用下形狀發(fā)生改變，具體下形狀發(fā)生改變，具體表現(xiàn)可為長度上的伸長表現(xiàn)可為長度上的伸長或縮短，體積上的膨脹或縮短，體積

12、上的膨脹和收縮和收縮磁彈性材料應(yīng)用模型磁彈性材料應(yīng)用模型磁電阻材料磁電阻材料磁性材料的電阻在磁場的作用下發(fā)生改變的現(xiàn)象磁性材料的電阻在磁場的作用下發(fā)生改變的現(xiàn)象Magnetoresistance (MR)磁制冷材料磁制冷材料磁制冷是一種以磁性材料為工質(zhì)的制冷技術(shù)磁制冷是一種以磁性材料為工質(zhì)的制冷技術(shù) ，基本原理，基本原理是借助磁制冷材料的磁熱效應(yīng)（是借助磁制冷材料的磁熱效應(yīng)（magnetocaloric effect）即磁制冷材料等溫磁化時(shí)向外界放出熱量，而等溫退磁即磁制冷材料等溫磁化時(shí)向外界放出熱量，而等溫退磁時(shí)從外界吸取熱量，以達(dá)到制冷目的時(shí)從外界吸取熱量，以達(dá)到制冷目的 環(huán)境友好：無環(huán)境

13、污染和破壞環(huán)境友好：無環(huán)境污染和破壞高效節(jié)能高效節(jié)能: 卡諾循環(huán)效率可達(dá)到卡諾循環(huán)效率可達(dá)到 6070穩(wěn)定可靠穩(wěn)定可靠磁流體磁流體磁流體又稱磁性液體或鐵流體。是一種對磁流體又稱磁性液體或鐵流體。是一種對磁場磁場敏感敏感可可流動的液體磁性材料。流動的液體磁性材料。它是將摻入到載液中的鐵磁性微粒（它是將摻入到載液中的鐵磁性微粒（10nm）用分）用分散劑均勻地分散，使成為某種具有流動性的懸浮狀的散劑均勻地分散，使成為某種具有流動性的懸浮狀的膠態(tài)液體。這種液體具有在通常離心力和磁場作用下膠態(tài)液體。這種液體具有在通常離心力和磁場作用下即不沉降和凝集又能使其本身承受磁性可以被磁鐵所即不沉降和凝集又能使其本

14、身承受磁性可以被磁鐵所吸引的特性。吸引的特性。 用納米金屬及合金粉末生產(chǎn)的磁流體性能優(yōu)異，可廣泛應(yīng)用于密封減震、醫(yī)療器械、聲音調(diào)節(jié)、光顯示等領(lǐng)域。宇航員頭盔的密封是納米宇航員頭盔的密封是納米磁性材料的磁性材料的最早重要應(yīng)用之一最早重要應(yīng)用之一- -磁性磁性液體液體許多生物體內(nèi)就有天然的納米磁性粒子，如磁性細(xì)菌，鴿子，海豚，石鱉，蜜蜂，人的大腦等生物磁性生物磁性19751975年即發(fā)現(xiàn)在磁性細(xì)菌體內(nèi)有一排磁性納米粒子年即發(fā)現(xiàn)在磁性細(xì)菌體內(nèi)有一排磁性納米粒子磁性納米粒子磁性納米粒子具有具有導(dǎo)航作用導(dǎo)航作用蜜蜂腹部的磁性納米顆粒，蜜蜂腹部的磁性納米顆粒，G代表磁性顆粒。代表磁性顆粒。對地磁場的準(zhǔn)確定

15、位，對地磁場的準(zhǔn)確定位，判斷判斷磁偏角和磁傾角磁偏角和磁傾角石鱉齒舌中含有大量一維納米磁性絲石鱉齒舌中含有大量一維納米磁性絲一維納米絲的絲由許多磁性柱構(gòu)成，柱內(nèi)是單疇粒子的集合。一維納米絲的絲由許多磁性柱構(gòu)成，柱內(nèi)是單疇粒子的集合。其生物功能未必只是加強(qiáng)齒舌的耐磨性。其生物功能未必只是加強(qiáng)齒舌的耐磨性。磁性材料的應(yīng)用電磁爐電磁爐 電磁爐的內(nèi)部有一個(gè)金屬線圈，當(dāng)電流通過線圈時(shí)，會產(chǎn)生磁場。這電磁爐的內(nèi)部有一個(gè)金屬線圈，當(dāng)電流通過線圈時(shí)，會產(chǎn)生磁場。這一隨時(shí)間變化的磁場導(dǎo)致在金屬煲內(nèi)產(chǎn)生一感應(yīng)電場。金屬煲內(nèi)的電子受一隨時(shí)間變化的磁場導(dǎo)致在金屬煲內(nèi)產(chǎn)生一感應(yīng)電場。金屬煲內(nèi)的電子受電場影響進(jìn)行運(yùn)動。由

16、于有電阻，電子運(yùn)動時(shí)會放出大量熱能，這些熱能電場影響進(jìn)行運(yùn)動。由于有電阻，電子運(yùn)動時(shí)會放出大量熱能，這些熱能便可用作煮食。便可用作煮食。 金屬煲的電阻必須足夠大，才能產(chǎn)生足夠的熱量，所以一般只能選用金屬煲的電阻必須足夠大，才能產(chǎn)生足夠的熱量，所以一般只能選用鐵和不不銹鋼煲，銅煲就不大可能，更不能用玻璃、陶瓷、塑料等。鐵和不不銹鋼煲，銅煲就不大可能，更不能用玻璃、陶瓷、塑料等。 特點(diǎn)： 直接發(fā)熱，熱效率高達(dá)90% 爐面無明火，無煙無廢氣 電磁火力強(qiáng)勁，安全可靠磁懸浮列車 上海上海磁磁懸浮列車懸浮列車 平均時(shí)速平均時(shí)速300300公里公里/ /小時(shí)，最高時(shí)速小時(shí)，最高時(shí)速430430公里公里/ /小時(shí)小時(shí) 磁懸浮列車是運(yùn)用磁鐵“同性相斥，異性相吸”的性質(zhì)，使磁鐵具有抗拒地心引力的能力，使列車完全脫離軌道而懸浮行駛，成為“無輪”列車。 磁懸浮列車也有兩種相應(yīng)的形式：一種是電磁型，也稱吸力型、常導(dǎo)型。另一種是電動型，也稱斥力型、超導(dǎo)型。 磁懸浮列車原理磁懸浮列車原理 兩種磁懸浮列車系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖：(a)電磁型；(b)電動型 隱身飛機(jī)隱身飛機(jī) F117隱形戰(zhàn)斗機(jī) 為了躲避敵方雷達(dá)的監(jiān)測，在飛機(jī)表面涂一層特殊的磁性材料吸波材料，它可以吸收雷達(dá)發(fā)射的電磁波，使得雷達(dá)電磁波很少發(fā)生反射，因此敵方雷達(dá)無法探測到雷達(dá)回波，不能發(fā)現(xiàn)飛機(jī)，這就