各种磁介质磁介质的分类精选PPT.ppt

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1、各种磁介质磁介质的分类第1页，此课件共18页哦2005.4北京大学物理学院王稼军编抗磁质抗磁质 n抗磁质分子的固有磁矩抗磁质分子的固有磁矩m分子分子=ml+ms0n不存在由非零的分子固有磁矩规则取向引不存在由非零的分子固有磁矩规则取向引起的顺磁效应。磁性来源？起的顺磁效应。磁性来源？n抗磁质磁性起源于电子轨道运动在外磁场抗磁质磁性起源于电子轨道运动在外磁场下的变化下的变化 n电子轨道运动为什么会变化？原因：在外电子轨道运动为什么会变化？原因：在外磁场下受洛伦兹力磁场下受洛伦兹力 第2页，此课件共18页哦2005.4北京大学物理学院王稼军编分子磁矩的由来分子磁矩的由来 n在原子或分子内，一般不止

2、有一个电子在原子或分子内，一般不止有一个电子 n分子磁矩：所有电子的轨道磁矩和自旋磁分子磁矩：所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和矩的矢量和m分子分子=ml+ms0 n电子轨道磁矩电子轨道磁矩与与角动量方向相反角动量方向相反n电子自旋磁矩电子自旋磁矩n若所有电子的总角动量（含轨道和自旋）为零，抗磁若所有电子的总角动量（含轨道和自旋）为零，抗磁n所有电子的总角动量（含轨道和自旋）不为零所有电子的总角动量（含轨道和自旋）不为零 ，顺磁，顺磁 第3页，此课件共18页哦2005.4北京大学物理学院王稼军编外磁场对电子轨道运动的影响外磁场对电子轨道运动的影响 p240n外磁场作用在一个抗磁原子上，考虑电

3、子的轨外磁场作用在一个抗磁原子上，考虑电子的轨道运动道运动(设电子角速度平行于外磁场设电子角速度平行于外磁场)n求无外磁场时的角速度求无外磁场时的角速度 0(电子只受库仑力）电子只受库仑力）n加外磁场加外磁场B0，电子受库仑力、洛伦兹力（指向中心），电子受库仑力、洛伦兹力（指向中心），假设轨道的半径不变（相当于定态假设），设洛伦兹假设轨道的半径不变（相当于定态假设），设洛伦兹力远小于库仑力力远小于库仑力第4页，此课件共18页哦2005.4北京大学物理学院王稼军编洛洛伦伦兹兹力力远远小小于于库库仑仑力力，高高阶阶无无穷小，略穷小，略n考虑电子角速度反平行于外磁场，有同样考虑电子角速度反平行于外磁

4、场，有同样结论，结论，的方向总是与外磁场的方向总是与外磁场B0相同相同 n电子角速度改变将引起电子磁矩改变电子角速度改变将引起电子磁矩改变 总是与外磁总是与外磁场方向相反场方向相反第5页，此课件共18页哦2005.4北京大学物理学院王稼军编n当介质处于磁场中时，每个电子磁矩都受到磁当介质处于磁场中时，每个电子磁矩都受到磁力矩的作用力矩的作用 第6页，此课件共18页哦2005.4北京大学物理学院王稼军编铁磁质铁磁质 n起始磁化曲线起始磁化曲线：Ms、Bs分分别为别为饱和磁化强度饱和磁化强度和和饱和饱和磁感应强度磁感应强度 nMH、BH之间的关系之间的关系是非线性和非单值的是非线性和非单值的 n特

5、点特点 n其中其中M的值相当大；的值相当大；nM与与H不不成成正正比比关关系系，甚甚至至也也不不是是单单值值关关系系。实实验验表表明明，M和和H间间的的函函数数关关系系比比较较复复杂杂，且且与与磁化的历史有关磁化的历史有关。n铁磁质的铁磁质的M与与H、B的关系通常通过实验测定的关系通常通过实验测定 第7页，此课件共18页哦2005.4北京大学物理学院王稼军编磁滞回线磁滞回线 nMR：剩余磁化强度：剩余磁化强度nBR:剩余磁感应强度剩余磁感应强度nHC：矫顽力。：矫顽力。n在在上上述述变变化化过过程程中中，M和和B的的变变化化总总是是落落后后于于H的的变变化化，这这一一现现象象称称为为磁磁滞滞现

6、现象象;上述曲线叫磁滞回线。上述曲线叫磁滞回线。nP244第8页，此课件共18页哦2005.4北京大学物理学院王稼军编磁滞损耗磁滞损耗 n当铁磁质在交变磁场作用下，反复磁化是由当铁磁质在交变磁场作用下，反复磁化是由于磁滞效应，磁体要发热而散失热量，这种于磁滞效应，磁体要发热而散失热量，这种能量损失称为磁滞损耗。能量损失称为磁滞损耗。n可以证明：可以证明：BH图中磁滞回线所包围的图中磁滞回线所包围的“面面积积”代表在一个反复磁化的循环过程中单位代表在一个反复磁化的循环过程中单位体积的铁芯内损耗的能量体积的铁芯内损耗的能量 n磁滞回线越胖，曲线下面积越大，损耗越大；磁滞回线越胖，曲线下面积越大，损

7、耗越大；n磁滞回线越瘦，曲线下面积越小，损耗越小磁滞回线越瘦，曲线下面积越小，损耗越小 n证明证明 p245，算，算电源要抵抗感应电动势做功电源要抵抗感应电动势做功 第9页，此课件共18页哦2005.4北京大学物理学院王稼军编证明证明以有闭合铁芯的螺绕环为例以有闭合铁芯的螺绕环为例 n设设t时刻介质处于某一磁化状态时刻介质处于某一磁化状态P，此处，此处H0，B0ndt内，内，PP，铁心中磁通改变量，铁心中磁通改变量为为d n电源抵抗感应电动势做功电源抵抗感应电动势做功周长周长第10页，此课件共18页哦2005.4北京大学物理学院王稼军编铁磁质铁磁质磁化机制磁化机制 n自发磁化区自发磁化区 n近

8、代科学实验证明，铁磁质的磁性主要来源于电子近代科学实验证明，铁磁质的磁性主要来源于电子自旋磁矩。在没有外磁场的条件下铁磁质中电子自自旋磁矩。在没有外磁场的条件下铁磁质中电子自旋磁矩可以在小范围内旋磁矩可以在小范围内“自发地自发地”排列起来，形成排列起来，形成一个个小的一个个小的“自发磁化区自发磁化区”磁畴磁畴 n自发磁化的原因是由于自发磁化的原因是由于相邻原子中电子之间存在着相邻原子中电子之间存在着一种交换作用一种交换作用（一种量子效应），使电子的（一种量子效应），使电子的原子磁原子磁矩平行排列起来矩平行排列起来而达到自发磁化的饱和状态而达到自发磁化的饱和状态 n单晶和多晶磁畴结构的示意单晶和

9、多晶磁畴结构的示意 第11页，此课件共18页哦2005.4北京大学物理学院王稼军编磁化过程示意磁化过程示意 na：未磁化时状态未磁化时状态nb：畴壁的可逆位移阶段：畴壁的可逆位移阶段OA段段nc：不可逆的磁化：不可逆的磁化AB段段nd：磁畴磁矩的转动：磁畴磁矩的转动BC段段ne：趋于饱和的阶段：趋于饱和的阶段CS段段等于每个磁畴中等于每个磁畴中原有的磁化强度原有的磁化强度 n在外磁场撤消后，铁磁质内在外磁场撤消后，铁磁质内掺杂掺杂和和内应力内应力或因为或因为介质介质存在缺陷存在缺陷阻碍磁畴恢复阻碍磁畴恢复到原来的状态到原来的状态 第12页，此课件共18页哦2005.4北京大学物理学院王稼军编磁

10、磁畴畴 n影响铁磁质磁性的因素影响铁磁质磁性的因素 n 温度对磁性有影响温度对磁性有影响居里点高过居里点铁磁性就消失，变为顺磁居里点高过居里点铁磁性就消失，变为顺磁质。如纯铁的居里点为质。如纯铁的居里点为1043K，镝的居里点为，镝的居里点为89K；n强烈震动会瓦解磁畴强烈震动会瓦解磁畴 n尺寸影响磁畴结构性尺寸影响磁畴结构性介观尺度下有新现象介观尺度下有新现象n介观尺度：即介于宏观尺度与微观尺度之间，一般为介观尺度：即介于宏观尺度与微观尺度之间，一般为0.1100nma 片形畴（片形畴（L=8微米）；微米）；b 蜂窝畴（蜂窝畴（L=75微米）；微米）；c 楔形畴楔形畴图图 几几种种铁铁磁磁材

11、材料料的的磁磁畴畴结结构构，其其中中a、b为为Ba铁铁氧氧体体单单晶晶基基面面上上的的磁磁畴畴结结构，构，L为晶体厚度；为晶体厚度；c 为钴的两个晶粒上的磁畴结构为钴的两个晶粒上的磁畴结构第13页，此课件共18页哦2005.4北京大学物理学院王稼军编宏观铁磁体的尺寸减小到介观尺度宏观铁磁体的尺寸减小到介观尺度 n此此时时磁磁性性材材料料不不再再是是具具有有畴畴壁壁的的多多磁磁畴畴结结构构，而而是是没没有有畴畴壁壁的的单单畴畴结结构构，单单畴畴的的临临界界尺尺度度大大约约在在纳纳米米级级范范围围，例例如如铁铁（Fe）的的球球形形颗颗粒粒产产生单畴的临界直径为生单畴的临界直径为28nm，钴，钴(C

12、o)为为240nm。n由由于于热热扰扰动动的的影影响响，使使这这些些磁磁有有序序物物质质系系统统表表现出特别的磁性质，如现出特别的磁性质，如类似顺磁性的超顺磁性类似顺磁性的超顺磁性 n与与同同类类常常规规块块状状磁磁体体相相比比，纳纳米米量量级级材材料料的的居居里温度低，矫顽力高里温度低，矫顽力高。n磁磁性性液液体体：用用表表面面活活性性剂剂处处理理过过的的超超细细磁磁性性微微粒粒高高度度分分散散在在载载液液中中形形成成一一种种磁磁性性胶胶体体溶溶液液，呈呈现现出超顺磁性出超顺磁性 第14页，此课件共18页哦2005.4北京大学物理学院王稼军编磁性材料的分类及其应用磁性材料的分类及其应用 n按

13、矫顽力大小分类按矫顽力大小分类n软磁材料软磁材料 nHC小小，磁磁滞滞回回线线瘦瘦，磁磁滞滞损损耗耗小；小；n有有的的BR小小，通通电电后后立立即即磁磁化化获获得得强强磁磁场场，断断电电立立即即退退磁磁，适适合合用于强电用于强电n有有的的 起起始始磁磁导导率率大大，适适合合用用于于弱电弱电n硬磁材料硬磁材料 nBR大，大，HC大，大，nHC：104106A/m；n磁滞回线胖，磁滞损耗大；磁滞回线胖，磁滞损耗大；n撤外场后，仍能保持强磁性撤外场后，仍能保持强磁性。第15页，此课件共18页哦2005.4北京大学物理学院王稼军编磁性材料在信息技术中的应用磁性材料在信息技术中的应用n随着信息时代的到来

14、，多种磁性材料在信息高新技术中获得随着信息时代的到来，多种磁性材料在信息高新技术中获得广泛而重要的应用广泛而重要的应用 n磁记录：主要有存储装置和写入、读出设备。存储装置磁记录：主要有存储装置和写入、读出设备。存储装置是用永磁材料制成的设备，包括磁头和磁记录介质是用永磁材料制成的设备，包括磁头和磁记录介质 n磁头磁头：n写入过程中：磁头将电信号写入过程中：磁头将电信号磁场磁场n读读出出过过程程中中：将将磁磁记记录录介介质质的的磁磁场场转转变为电信号变为电信号n磁记录介质磁记录介质：内存、外存、磁盘和磁带等：内存、外存、磁盘和磁带等第16页，此课件共18页哦2005.4北京大学物理学院王稼军编磁

15、性功能材料磁性功能材料n压磁材料也叫磁致伸缩材料压磁材料也叫磁致伸缩材料 n铁磁质磁畴中磁化方向改变会导致介质中晶格间距的改变铁磁质磁畴中磁化方向改变会导致介质中晶格间距的改变 n 磁电阻材料磁电阻材料n磁场可以使许多金属的电阻发生改变，这种现象称为磁电阻效磁场可以使许多金属的电阻发生改变，这种现象称为磁电阻效应，相应的材料为磁电阻材料应，相应的材料为磁电阻材料(MR)n磁电阻材料磁电阻材料(MR)：n巨磁电阻效应（简称巨磁电阻效应（简称GMR）n超巨磁电阻材料超巨磁电阻材料 n在小型化的在小型化的 微型化高密度磁记录读出磁头、随机存储器和微型传感器微型化高密度磁记录读出磁头、随机存储器和微型传感器中获得重要应用中获得重要应用 n液体磁性液体磁性n既具有固体的强磁性，又具有液体的流动性既具有固体的强磁性，又具有液体的流动性 第17页，此课件共18页哦2005.4北京大学物理学院王稼军编参考书目参考书目n纳米材料和纳米结构纳米材料和纳米结构 张立德张立德 牟季美牟季美 科学出版社科学出版社n固固体体物物理理基基础础阎阎守守胜胜 北北京京大大学学出出版版社社（比较深）（比较深）n当代磁学当代磁学李国栋李国栋 编著编著 科大出版社科大出版社动物的磁性动物的磁性，太阳风暴太阳风暴 太阳风暴太阳风暴2第18页，此课件共18页哦