第七章稀土磁化學(xué)與磁性材料

1、u近鄰原子共用電子（交換電子），交換能Al當(dāng)A大于零時(shí)，交換作用使得相鄰原子磁矩平行排列，產(chǎn)生鐵磁性（Iferromagnetism）。l當(dāng)A小于零時(shí)，交換作用使得相鄰原子磁矩反平行排列，產(chǎn)生反鐵磁性（Antiferromagnetism）。 鐵磁性物質(zhì)鐵磁性物質(zhì) 具有極高的磁化具有極高的磁化率，磁化易達(dá)到飽和率，磁化易達(dá)到飽和的物質(zhì)。的物質(zhì)。如如Fe，Co， Ni， Gd等金屬及其合金稱等金屬及其合金稱為鐵磁性物質(zhì)。為鐵磁性物質(zhì)。 磁矩的排列與磁性的關(guān)系磁矩的排列與磁性的關(guān)系 鐵磁性鐵磁性磁場(chǎng)磁場(chǎng) 亞鐵磁性物質(zhì)亞鐵磁性物質(zhì)磁矩的排列與磁性的關(guān)系磁矩的排列與磁性的關(guān)系 亞鐵磁性亞鐵磁性磁場(chǎng)磁場(chǎng)

2、 如鐵氧體如鐵氧體(M2+Fe23+O4)等，等，是一些復(fù)雜的金屬化合物，是一些復(fù)雜的金屬化合物，比鐵磁體更常見(jiàn)。比鐵磁體更常見(jiàn)。 它們相鄰原子磁矩反向平它們相鄰原子磁矩反向平行，但彼此的強(qiáng)度不相等，行，但彼此的強(qiáng)度不相等，具有高磁化率和居里溫度。具有高磁化率和居里溫度。 順磁性物質(zhì)順磁性物質(zhì) 存在存在未成對(duì)電子未成對(duì)電子 永久永久磁矩。磁矩。Pr，MnAl，F(xiàn)eSO47H2O， Gd2O3 ；在居里溫度以上的鐵磁性在居里溫度以上的鐵磁性金屬金屬Fe, Co, Ni等。等。 居里溫度居里溫度 由鐵磁性或亞由鐵磁性或亞鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判缘呐R鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判缘呐R界溫度稱為居里溫度界溫度稱為居里溫

3、度(Tc)。順磁性順磁性磁場(chǎng)磁場(chǎng) 抗磁性物質(zhì)抗磁性物質(zhì) 不存在不存在未成對(duì)電子未成對(duì)電子 沒(méi)有永沒(méi)有永久磁矩。惰性氣體，不久磁矩。惰性氣體，不含過(guò)渡元素的離子晶體含過(guò)渡元素的離子晶體，共價(jià)化合物和所有的，共價(jià)化合物和所有的有機(jī)化合物，某些金屬有機(jī)化合物，某些金屬和非金屬。和非金屬。磁矩的排列與磁性的關(guān)系磁矩的排列與磁性的關(guān)系 反磁性反磁性磁場(chǎng)磁場(chǎng) 反 鐵 磁 性 物 質(zhì)反 鐵 磁 性 物 質(zhì) FeO，F(xiàn)eF3，NiF3，NiO，MnO，各種，各種錳鹽以及部分鐵氧錳鹽以及部分鐵氧體體ZnFe2O4等，它們等，它們相鄰原子的磁矩反相鄰原子的磁矩反向平行向平行，而且彼此，而且彼此的的強(qiáng)度相等強(qiáng)度相等

4、，沒(méi)有，沒(méi)有磁性。磁性。反鐵磁性反鐵磁性磁場(chǎng)磁場(chǎng) 磁矩的排列與磁性的關(guān)系磁矩的排列與磁性的關(guān)系 （1）按化學(xué)組成分類）按化學(xué)組成分類金屬磁性材料、非金屬金屬磁性材料、非金屬(鐵氧體鐵氧體)磁性材料磁性材料（2）按磁化率大小分類）按磁化率大小分類順磁性、反磁性、鐵磁性、反鐵磁性、亞鐵磁順磁性、反磁性、鐵磁性、反鐵磁性、亞鐵磁性性（3） 按功能分類按功能分類軟磁材料、硬磁材料、半硬磁材料、矩磁材料、軟磁材料、硬磁材料、半硬磁材料、矩磁材料、旋磁材料、壓磁材料、旋磁材料、壓磁材料、 磁泡材料、磁光材料、磁磁泡材料、磁光材料、磁記錄材料記錄材料宏觀磁體由許多具有固有磁矩的原子組成。宏觀磁體由許多具有固

5、有磁矩的原子組成。當(dāng)原子磁矩同向平行排列時(shí)，宏觀磁體對(duì)外顯當(dāng)原子磁矩同向平行排列時(shí)，宏觀磁體對(duì)外顯示的磁性最強(qiáng)。示的磁性最強(qiáng)。當(dāng)原子磁矩紊亂排列時(shí)，宏觀磁體對(duì)外不顯示當(dāng)原子磁矩紊亂排列時(shí)，宏觀磁體對(duì)外不顯示磁性。磁性。n宏觀磁體單位體積在某一方向的磁矩稱為宏觀磁體單位體積在某一方向的磁矩稱為磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度M： M = 原子原子/ V（4）任何物質(zhì)在外磁場(chǎng)作用下，除了外磁場(chǎng)任何物質(zhì)在外磁場(chǎng)作用下，除了外磁場(chǎng)H外，外，由于物質(zhì)內(nèi)部原子磁矩的有序排列，還要產(chǎn)生一由于物質(zhì)內(nèi)部原子磁矩的有序排列，還要產(chǎn)生一個(gè)個(gè)附加的磁場(chǎng)附加的磁場(chǎng)M。在物質(zhì)內(nèi)部外磁場(chǎng)和附加磁場(chǎng)的總和稱為在物質(zhì)內(nèi)部外磁場(chǎng)和附加磁場(chǎng)的總和

6、稱為磁感磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)強(qiáng)度B： B = o(H+M) o - 真空磁導(dǎo)真空磁導(dǎo)率率 = M / H - 磁化率磁化率 = B / H - 磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率 各類磁性物質(zhì)各類磁性物質(zhì) 與溫度的關(guān)系與溫度的關(guān)系a.a.抗磁性物質(zhì)抗磁性物質(zhì) 00（1010-3-3- -1010-6-6）隨溫度升高而降低隨溫度升高而降低c.c.鐵磁性物質(zhì)鐵磁性物質(zhì)1010-1-1- -10105 5數(shù)值很大，與溫度的關(guān)系數(shù)值很大，與溫度的關(guān)系復(fù)雜復(fù)雜d.d.亞鐵磁性物亞鐵磁性物質(zhì)質(zhì)同同c c同同c ce.e.反鐵磁性物反鐵磁性物質(zhì)質(zhì)00數(shù)值與順磁性物質(zhì)相近數(shù)值與順磁性物質(zhì)相近n磁疇：磁疇：磁性材料內(nèi)部的一個(gè)個(gè)小區(qū)域，小區(qū)域

7、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。各個(gè)磁疇之間的交界面稱為磁疇壁。n宏觀物體一般總是具有很多磁疇，這樣，磁疇的磁矩方向各不相同，結(jié)果相互抵消，矢量和為零，整個(gè)物體的磁矩為零，它也就不能吸引其它磁性材料。也就是說(shuō)磁性材料在正常情況下并不對(duì)外顯示磁性。只有當(dāng)磁性材料被磁化以后，它才能對(duì)外顯示出磁性。磁疇示意圖磁疇示意圖a、軟磁材料條形疇 ；b、樹(shù)枝狀疇 ；c、薄膜材料中可以見(jiàn)到的磁疇 磁疇壁示意圖Th2Ni17型結(jié)構(gòu)屬于六方晶系，空間群為P63mmc ，其中稀土占據(jù)b和d晶位，Co占據(jù)g，k，f，j晶位化合物化合物a,mc, mM

8、s,T(295K)Ha,Ka/mTc,KLa0.8821.2341.381600530Ce0.8761.2111.172080424Pr0.8801.2231.566000565Nd0.8801.2201.605840585Sm0.8801.2151.5212000616Gd0.8791.2090.891920661Tb0.8771.2050.7017600620Dy0.8761.2010.7112000598Ho0.8751.1990.816000573Er0.8731.1950.90640554Tm0.8731.1931.15640541Yb0.8711.1921.20524Lu0.870

9、1.1851.172080535Y0.8761.2001.412080565Th0.8801.2171.412080481RE2Fe14B化合物的晶體學(xué)和磁學(xué)數(shù)據(jù)ll德國(guó)的德國(guó)的E.Quandt等人設(shè)計(jì)的一種懸臂梁式磁致伸縮等人設(shè)計(jì)的一種懸臂梁式磁致伸縮微閥門，圖微閥門，圖3（a）和（）和（b）分別為閥門關(guān)閉和開(kāi)啟）分別為閥門關(guān)閉和開(kāi)啟時(shí)的示意圖時(shí)的示意圖,圖圖3(c)為閥的為閥的A向截面圖。向截面圖。為為美美國(guó)國(guó)一家公司生一家公司生產(chǎn)產(chǎn)的的揚(yáng)揚(yáng)聲聲器器轉(zhuǎn)換裝轉(zhuǎn)換裝置。置。這個(gè)這個(gè)看似看似鼠鼠標(biāo)標(biāo)的的東東西用西用處處很大，能很大，能把大多把大多數(shù)數(shù)平坦光滑的平坦光滑的堅(jiān)堅(jiān)硬硬物例如物例如牆牆體或家具表面體或家具表面變變成成揚(yáng)聲揚(yáng)聲器，用于播放音器，用于播放音樂(lè)樂(lè)和和語(yǔ)語(yǔ)音。它使用了一種美音。它使用了一種美國(guó)軍國(guó)軍方的方的聲納聲納材料，在磁材料，在磁場(chǎng)場(chǎng)作用下，能通作用下，能通過(guò)過(guò)膨膨脹脹或或收收縮縮，把音，把音頻頻信信號(hào)傳遞號(hào)傳遞到到平坦物體表面，平坦物體表面，從從而把而把這這些物體些物體變變成成傳聲傳聲板。板。 磁性液體在非均勻磁場(chǎng)中將聚集于磁性液體在非均勻磁場(chǎng)中將聚集于磁場(chǎng)梯度最大處磁場(chǎng)梯度最大處，因此利用外磁場(chǎng)可將磁性液體約束在密封部位形成磁性因此利用外磁場(chǎng)可將磁性液體約束在密封部位形成磁性液體液體“O”O(jiān)”型