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年我國已有磁性指南——司南的記載，其開創(chuàng)了人類對磁學(xué)和磁性材料研究的先河；以磁科學(xué)進行研究的創(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、磁疇概念、X射線衍射分析、原子磁矩、電子自旋、波動力學(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，到1998年華裔的崔琦先生獲諾貝爾物理學(xué)獎，至少有24次諾貝爾獎得主在磁學(xué)領(lǐng)域作出了杰出的貢獻；我國的磁學(xué)前輩當(dāng)數(shù)葉企孫（1924年從美國哈佛大學(xué)獲博士學(xué)位回國，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，為新中國磁學(xué)研究隊伍的組織和培養(yǎng)做出了重要貢獻。

）、施汝為院士（1931年在國內(nèi)發(fā)表了第一篇磁學(xué)研究論文），現(xiàn)我國已有十余所高校、十幾個研究所及幾百個生產(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、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能在磁場方向作機械伸長、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)：反磁性強烈排斥的物質(zhì)：完全反磁性（超導(dǎo)體）按物質(zhì)對磁場的反應(yīng)對其進行分類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作用時，分子的無規(guī)則熱運動：

由于分子的無規(guī)則熱運動,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。

磁介質(zhì)分子的固有磁矩Pm在外磁場中受力矩M=Pm×B

的作用而轉(zhuǎn)向外磁場方向，使各分子的固有磁矩在一定程度上沿外磁場方向排列。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)的磁場加強了。這便是產(chǎn)生順磁效應(yīng)的機理。5.順磁質(zhì)順磁質(zhì)

順磁質(zhì)分子的固有磁矩Pm不為零。在外磁場中，除外磁場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相同。由轉(zhuǎn)向排列引起的束縛電流I′所激起的附加磁場因與外磁場同向而產(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)受到外加磁場作用時，電子軌道運動會發(fā)生變化，而且在與外加磁場的相反方向產(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)在外加磁場作用下的合磁矩(稱為磁化強度)與磁場強度之比值，符號為κ?？勾判援a(chǎn)生的原因抗磁效應(yīng)的機理:假設(shè)電子以角速度ωo繞原子核作半徑為r圓周運動，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B，電子受洛侖茲力F

假設(shè)電子的軌道和外磁場垂直，F(xiàn)

=-ev×B

其中v為電子的速度?？勾刨|(zhì)抗磁質(zhì)總之，△ω方向和外磁場方向總是相同?？勾刨|(zhì)7.強磁質(zhì)強磁質(zhì)P315強磁質(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)的磁化機理。所謂磁疇，是指磁性材料內(nèi)部的一個個小區(qū)域，每個區(qū)域內(nèi)部包含大量原子，這些原子的磁矩都象一個個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)處于外磁場中時，那些自發(fā)磁化方向和外磁場方向成小角度的磁疇其體積隨著外加磁場的增大而擴大并使磁疇的磁化方向進一步轉(zhuǎn)向外磁場方向。另一些自發(fā)磁化方向和外磁場方向成大角度的磁疇其體積則逐漸縮小，這時鐵磁質(zhì)對外呈現(xiàn)宏觀磁性。當(dāng)外磁場增大時，上述效應(yīng)相應(yīng)增大，直到所有磁疇都沿外磁場排列達到飽和。磁疇與磁滯回線Mvs.Hbehaviorofapreviouslyunmagnetizedpolycrystallineironspecimen.AnexamplegrainintheunmagnetizedspecimenisthatatO.(a)Underverysmallfieldsthedomainboundarymotionisreversible.(b)Theboundarymotionsareirreversibleandoccurinsuddenjerks.(c)Nearlyallthegrainsaresingledomainswithsaturationmagnetizationsintheeasydirections.(d)Magnetizationsinindividualgrainshavetoberotatedtoalignwiththefield,H.(e)Whenthefieldisremovedthespecimenreturnsalongdtoe.(f)Todemagnetize