第四講磁性材料 [自動(dòng)保存的]

1、第第4 4章章 磁性材料磁性材料 磁性是物質(zhì)的基本屬性，就像物質(zhì)磁性是物質(zhì)的基本屬性，就像物質(zhì)具有質(zhì)量和電性一樣。具有質(zhì)量和電性一樣。 換句更簡(jiǎn)單的話說(shuō)就是：換句更簡(jiǎn)單的話說(shuō)就是： 一切物質(zhì)都具有磁性。一切物質(zhì)都具有磁性。n 5000年前：天然磁石年前：天然磁石(Fe3O4) 磁鐵礦磁鐵礦(Fe3O4)或磁赤鐵礦或磁赤鐵礦(-Fe2O3)在西方，據(jù)傳說(shuō)，磁性首先是被在西方，據(jù)傳說(shuō)，磁性首先是被一個(gè)牧羊人發(fā)現(xiàn)的。他注意到他一個(gè)牧羊人發(fā)現(xiàn)的。他注意到他的木棍的鐵端，被一塊石頭所吸的木棍的鐵端，被一塊石頭所吸引。這種石塊在小亞細(xì)亞引。這種石塊在小亞細(xì)亞(Asia Minor)、馬其頓的、馬其頓的Ma

2、gnesia地區(qū)地區(qū)以及愛(ài)奧尼亞的以及愛(ài)奧尼亞的Magnesia城都被城都被發(fā)現(xiàn)過(guò)。人們相信發(fā)現(xiàn)過(guò)。人們相信“Magnetism”一字就是來(lái)源于這些地名。一字就是來(lái)源于這些地名。磁學(xué)發(fā)展史磁學(xué)發(fā)展史n 1086年：年：沈括沈括，夢(mèng)溪筆談夢(mèng)溪筆談，指南針，指南針 n 1119年：年：朱或朱或，萍洲可談萍洲可談，羅盤(pán)，航海，羅盤(pán)，航海 n 1405-1432年：年：鄭和鄭和，指南儀，航海，指南儀，航海 n 1488-1521年：年：哥倫布，伽馬，麥哲倫哥倫布，伽馬，麥哲倫，指南，指南 儀，航海發(fā)現(xiàn)儀，航海發(fā)現(xiàn)u 十七世紀(jì)：英國(guó)，威廉十七世紀(jì)：英國(guó)，威廉.吉伯吉伯 ，磁體磁體 u 十八世紀(jì)：法國(guó)，庫(kù)

3、侖，十八世紀(jì)：法國(guó)，庫(kù)侖， 庫(kù)侖定律庫(kù)侖定律 n 2300年前：天然磁石，年前：天然磁石，“司南司南”，指南儀，指南儀 u 十九世紀(jì)十九世紀(jì) 1820年：丹麥，年：丹麥，奧斯特奧斯特，電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，電流產(chǎn)生磁場(chǎng) 1831年：英國(guó)，年：英國(guó)，法拉第法拉第，電磁感應(yīng)現(xiàn)象，電磁感應(yīng)現(xiàn)象 1873年：英國(guó)，年：英國(guó)，麥克斯韋麥克斯韋，統(tǒng)一電磁理論，統(tǒng)一電磁理論 1899年：法國(guó)，年：法國(guó)，居里居里，居里溫度，磁性轉(zhuǎn)變，居里溫度，磁性轉(zhuǎn)變法拉第電磁感應(yīng)法拉第電磁感應(yīng)居里（居里（P Curie）u 二十世紀(jì)二十世紀(jì) 1905：法國(guó)，：法國(guó)，郎之萬(wàn)郎之萬(wàn)基于統(tǒng)計(jì)力學(xué)理論解釋了基于統(tǒng)計(jì)力學(xué)理論解釋了順磁性隨溫

4、度的變化。順磁性隨溫度的變化。 1907：法國(guó)，：法國(guó)，外斯外斯提出分子場(chǎng)理論，擴(kuò)展了郎提出分子場(chǎng)理論，擴(kuò)展了郎之萬(wàn)的理論。之萬(wàn)的理論。 1921：奧地利，：奧地利，泡利泡利提出玻爾磁子作為原子磁提出玻爾磁子作為原子磁矩的基本單位。美國(guó)，矩的基本單位。美國(guó)，康普頓康普頓提出電子也具有提出電子也具有自旋相應(yīng)的磁矩。自旋相應(yīng)的磁矩。 1928：英國(guó)，：英國(guó)，狄拉克狄拉克用相對(duì)論量子力學(xué)完美地解用相對(duì)論量子力學(xué)完美地解釋了電子的內(nèi)稟自旋和磁矩，并與德國(guó)物理學(xué)家釋了電子的內(nèi)稟自旋和磁矩，并與德國(guó)物理學(xué)家海森伯海森伯一起證明了靜電起源的交換力的存在，一起證明了靜電起源的交換力的存在，奠奠定了現(xiàn)代磁學(xué)的基

5、礎(chǔ)定了現(xiàn)代磁學(xué)的基礎(chǔ)。 1936：蘇聯(lián)，：蘇聯(lián)，郎道郎道完成了巨著完成了巨著“理論物理學(xué)教理論物理學(xué)教程程”，其中包含全面而精彩地論述，其中包含全面而精彩地論述現(xiàn)代電磁學(xué)現(xiàn)代電磁學(xué)和和鐵磁學(xué)鐵磁學(xué)的篇章。的篇章。 1936-1948：法國(guó)，：法國(guó)，奈耳奈耳提出提出反鐵磁性和亞鐵磁性反鐵磁性和亞鐵磁性的概念和理論。的概念和理論。 1967：奧地利，：奧地利，斯奈特斯奈特在量子磁學(xué)的指導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)在量子磁學(xué)的指導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)了磁能積空前高的了磁能積空前高的稀土磁體稀土磁體(SmCo5)，從而，從而揭開(kāi)揭開(kāi)了永磁材料發(fā)展的新篇章了永磁材料發(fā)展的新篇章。 1974：第二代稀土永磁：第二代稀土永磁Sm2Co17問(wèn)

6、世。問(wèn)世。 1982：第三代稀土永磁：第三代稀土永磁Nd2Fe14B問(wèn)世。問(wèn)世。 1990：原子間隙磁體：原子間隙磁體Sm-Fe-N問(wèn)世。問(wèn)世。 1991：德國(guó)，：德國(guó)，克內(nèi)勒克內(nèi)勒提出了雙相復(fù)合磁體交換作提出了雙相復(fù)合磁體交換作用的理論基礎(chǔ)，用的理論基礎(chǔ)，指出了納米晶磁體的發(fā)展前景指出了納米晶磁體的發(fā)展前景。磁力線與磁極磁力線與磁極粉紋法演示磁力線分布粉紋法演示磁力線分布磁極之間同性相斥、異性相吸磁極之間同性相斥、異性相吸磁鐵不論大小，都有唯一的磁鐵不論大小，都有唯一的N極和極和S極。極。磁學(xué)初步認(rèn)識(shí)磁學(xué)初步認(rèn)識(shí)：奧斯特實(shí)驗(yàn)奧斯特實(shí)驗(yàn)：電流與磁：電流與磁場(chǎng)的相互作用；場(chǎng)的相互作用；螺線管螺線

7、管與磁體的等效與磁體的等效安培分子電流學(xué)說(shuō)：安培分子電流學(xué)說(shuō)：組成磁鐵的每個(gè)分子都具有組成磁鐵的每個(gè)分子都具有一個(gè)小的分子電流，經(jīng)過(guò)磁一個(gè)小的分子電流，經(jīng)過(guò)磁化的磁鐵其小分子電流都定化的磁鐵其小分子電流都定向規(guī)則排列。向規(guī)則排列。磁性的微觀本質(zhì)：磁性的微觀本質(zhì)：1原子中原子中外層電子的軌道磁矩外層電子的軌道磁矩2電子的自旋磁矩電子的自旋磁矩3原子核的原子核的核磁矩核磁矩（原子核的磁矩比電子磁矩小三個(gè)數(shù)量級(jí)，（原子核的磁矩比電子磁矩小三個(gè)數(shù)量級(jí)，一般情況下可忽略不計(jì)。）一般情況下可忽略不計(jì)。）原子的總磁矩應(yīng)是按照原子結(jié)構(gòu)和量子力學(xué)規(guī)律將原子原子的總磁矩應(yīng)是按照原子結(jié)構(gòu)和量子力學(xué)規(guī)律將原子中各個(gè)電

8、子的軌道磁矩和自旋磁矩相加起來(lái)的合磁矩。中各個(gè)電子的軌道磁矩和自旋磁矩相加起來(lái)的合磁矩。（洪德定則）（洪德定則）磁性是物質(zhì)的基本屬性！磁性是物質(zhì)的基本屬性！載流閉合回路小線圈存在載流閉合回路小線圈存在磁矩：磁矩： 磁矩：磁矩： 單位：?jiǎn)挝唬篈 m2 磁矩反應(yīng)了載流線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)的大小，磁矩反應(yīng)了載流線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)的大小，可以把它引用到物質(zhì)的微觀系統(tǒng)中去?？梢园阉玫轿镔|(zhì)的微觀系統(tǒng)中去。Aim 電子的軌道運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于一個(gè)恒定的電流回路，必電子的軌道運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于一個(gè)恒定的電流回路，必有一個(gè)磁矩（有一個(gè)磁矩（軌道磁矩軌道磁矩），自旋也會(huì)產(chǎn)生磁矩（），自旋也會(huì)產(chǎn)生磁矩（自旋自旋磁矩磁矩）。 磁矩磁矩)1(.

9、,3 ,2 ,1 ,0軌道角動(dòng)量量子數(shù)，,101.9電子的質(zhì)量，,106.1電子的電荷，,)1()1(43119nllKgmmCeellllmehiieeiiBiiem軌道磁矩軌道磁矩自旋角動(dòng)量量子數(shù),) 1(2) 1(2iiiBiiBsssssmeh自旋磁矩自旋磁矩電子的填充方式對(duì)磁矩的影響：電子的填充方式對(duì)磁矩的影響： 大多數(shù)元素的原子都存在固有磁矩。這些原子也成為磁大多數(shù)元素的原子都存在固有磁矩。這些原子也成為磁性原子。性原子。 當(dāng)原子中某一電子層完全被電子填滿(mǎn)時(shí)，該電子層的電當(dāng)原子中某一電子層完全被電子填滿(mǎn)時(shí)，該電子層的電子云在空間的分布呈球形對(duì)稱(chēng)，這時(shí)其電子循軌磁矩和自旋子云在空間的

10、分布呈球形對(duì)稱(chēng)，這時(shí)其電子循軌磁矩和自旋磁矩都互相抵消，即該層電子磁矩對(duì)原子磁矩沒(méi)有貢獻(xiàn)。惰磁矩都互相抵消，即該層電子磁矩對(duì)原子磁矩沒(méi)有貢獻(xiàn)。惰性元素沒(méi)有固有磁矩。性元素沒(méi)有固有磁矩。 原子的總磁矩應(yīng)是按照原子結(jié)構(gòu)和量子力學(xué)規(guī)律將原子中原子的總磁矩應(yīng)是按照原子結(jié)構(gòu)和量子力學(xué)規(guī)律將原子中各個(gè)電子的軌道磁矩和自旋磁矩相加起來(lái)的合磁矩各個(gè)電子的軌道磁矩和自旋磁矩相加起來(lái)的合磁矩. .原子總磁矩：原子總磁矩：為什么通常情況下無(wú)磁性表現(xiàn)？為什么通常情況下無(wú)磁性表現(xiàn)？o 大多數(shù)元素的原子存在原子的固有磁距大多數(shù)元素的原子存在原子的固有磁距. .o 物體的磁性取決于原子磁矩的取向，在無(wú)外磁物體的磁性取決于原

11、子磁矩的取向，在無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí)，各原子磁矩的取向是紊亂的，物質(zhì)場(chǎng)作用時(shí)，各原子磁矩的取向是紊亂的，物質(zhì)不呈現(xiàn)宏觀性；而當(dāng)其受外磁場(chǎng)作用時(shí)，則原不呈現(xiàn)宏觀性；而當(dāng)其受外磁場(chǎng)作用時(shí)，則原子呈取向性分布，物質(zhì)呈現(xiàn)宏觀的磁性子呈取向性分布，物質(zhì)呈現(xiàn)宏觀的磁性。 一類(lèi)是分子中各電子的磁矩不完全抵消而整一類(lèi)是分子中各電子的磁矩不完全抵消而整個(gè)分子具有一定的固有磁矩；個(gè)分子具有一定的固有磁矩； 一類(lèi)是分子中各電子的磁矩，完全相互抵消一類(lèi)是分子中各電子的磁矩，完全相互抵消而整個(gè)分子不具有固有磁矩。而整個(gè)分子不具有固有磁矩。物質(zhì)內(nèi)部原子、分子中的每個(gè)電子參與兩種物質(zhì)內(nèi)部原子、分子中的每個(gè)電子參與兩種運(yùn)動(dòng)：運(yùn)動(dòng)：

12、 一是一是軌道運(yùn)動(dòng)軌道運(yùn)動(dòng)，即電子繞原子核的旋轉(zhuǎn)運(yùn)，即電子繞原子核的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)會(huì)形成一個(gè)電流，進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生一個(gè)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)會(huì)形成一個(gè)電流，進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁矩，稱(chēng)為磁矩，稱(chēng)為軌道磁矩軌道磁矩； 二是電子的二是電子的自旋運(yùn)動(dòng)自旋運(yùn)動(dòng)，相應(yīng)地也會(huì)產(chǎn)生一，相應(yīng)地也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁矩，稱(chēng)為個(gè)磁矩，稱(chēng)為自旋磁矩自旋磁矩。 一個(gè)分子中所有電子的各種磁矩之總一個(gè)分子中所有電子的各種磁矩之總和構(gòu)成這個(gè)分子的固有磁矩和構(gòu)成這個(gè)分子的固有磁矩P Pm m，稱(chēng)為分子磁矩，稱(chēng)為分子磁矩，這個(gè)分子固有磁矩可以看成是由一個(gè)等效的圓這個(gè)分子固有磁矩可以看成是由一個(gè)等效的圓形分子電流形分子電流i產(chǎn)生的。產(chǎn)生的。總結(jié)：總結(jié)：根據(jù)物

13、質(zhì)的根據(jù)物質(zhì)的磁化率磁化率，可以把物質(zhì)的磁性分為五類(lèi)：，可以把物質(zhì)的磁性分為五類(lèi)：1、抗磁性抗磁性，為甚小的負(fù)數(shù)（大約在為甚小的負(fù)數(shù)（大約在-10-6量級(jí)）量級(jí)），在磁，在磁場(chǎng)中受微弱的斥力，如金、銀場(chǎng)中受微弱的斥力，如金、銀 。2、順磁性順磁性，為正數(shù)（大約在為正數(shù)（大約在10-310-6量級(jí)）在磁場(chǎng)中受量級(jí)）在磁場(chǎng)中受微弱的引力，如鉑、鈀、奧氏體不銹鋼。微弱的引力，如鉑、鈀、奧氏體不銹鋼。3、鐵磁性鐵磁性，為很大的正數(shù)，為很大的正數(shù)，在較弱磁場(chǎng)作用下可以產(chǎn)在較弱磁場(chǎng)作用下可以產(chǎn)生很大的磁化強(qiáng)度，如鐵、鈷、鎳。生很大的磁化強(qiáng)度，如鐵、鈷、鎳。4、亞鐵磁性亞鐵磁性，處于鐵磁體與順磁體之間，即通

14、常所說(shuō)處于鐵磁體與順磁體之間，即通常所說(shuō)的磁鐵礦、鐵氧體等。的磁鐵礦、鐵氧體等。5、反鐵磁反鐵磁性性， 為小正數(shù)，高于某一溫度時(shí)其行為與順為小正數(shù)，高于某一溫度時(shí)其行為與順磁體相似，低于某一溫度磁化率與磁場(chǎng)的取向有關(guān)。磁體相似，低于某一溫度磁化率與磁場(chǎng)的取向有關(guān)。材料磁性的分類(lèi)材料磁性的分類(lèi) 抗磁性：附加磁化強(qiáng)度與外磁場(chǎng)相反?？勾判裕焊郊哟呕瘡?qiáng)度與外磁場(chǎng)相反。 對(duì)于電子殼層被填滿(mǎn)的物質(zhì)，對(duì)于電子殼層被填滿(mǎn)的物質(zhì)，原子各飽和電子殼層內(nèi)電子成對(duì)出原子各飽和電子殼層內(nèi)電子成對(duì)出現(xiàn)，其自旋和軌道運(yùn)動(dòng)各自相互抵現(xiàn)，其自旋和軌道運(yùn)動(dòng)各自相互抵消，消，原子磁矩為零。原子磁矩為零。 在外磁場(chǎng)作用下，電子運(yùn)動(dòng)將

15、在外磁場(chǎng)作用下，電子運(yùn)動(dòng)將產(chǎn)生一個(gè)附加的運(yùn)動(dòng)（由電磁感應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)附加的運(yùn)動(dòng)（由電磁感應(yīng)定律而定），定律而定），解除部分抵消而顯示解除部分抵消而顯示出與外磁場(chǎng)反平行的感生凈磁矩，出與外磁場(chǎng)反平行的感生凈磁矩，這種性質(zhì)成為抗磁性。這種性質(zhì)成為抗磁性。實(shí)例：惰性氣體、許多有機(jī)化合物、某些金屬（實(shí)例：惰性氣體、許多有機(jī)化合物、某些金屬（Bi、Zn、Ag、Mg）、）、非金屬（如：非金屬（如：Si、P、S）u最基本特征最基本特征: : 磁化率為負(fù)值且絕對(duì)值很小磁化率為負(fù)值且絕對(duì)值很小顯示抗磁性的物質(zhì)在外磁場(chǎng)中產(chǎn)生的磁化強(qiáng)度和磁顯示抗磁性的物質(zhì)在外磁場(chǎng)中產(chǎn)生的磁化強(qiáng)度和磁場(chǎng)反向，在不均勻的磁場(chǎng)中被推向磁場(chǎng)減

16、小的方向場(chǎng)反向，在不均勻的磁場(chǎng)中被推向磁場(chǎng)減小的方向逆磁性逆磁性。典型抗磁性物質(zhì)的典型抗磁性物質(zhì)的磁化率是常數(shù)，不隨溫度、磁場(chǎng)磁化率是常數(shù)，不隨溫度、磁場(chǎng)而變化；而變化；當(dāng)原子各飽和電子殼層內(nèi)電子成對(duì)出現(xiàn)，其自旋和當(dāng)原子各飽和電子殼層內(nèi)電子成對(duì)出現(xiàn)，其自旋和軌道運(yùn)動(dòng)各自相互抵消；軌道運(yùn)動(dòng)各自相互抵消；所有物質(zhì)都具有一定的抗磁性。所有物質(zhì)都具有一定的抗磁性。0,1抗磁質(zhì)的幾點(diǎn)說(shuō)明：抗磁質(zhì)的幾點(diǎn)說(shuō)明：o 任何物質(zhì)都具有抗磁的本性。任何物質(zhì)都具有抗磁的本性。o 物質(zhì)具有抗磁的本性并不是一定會(huì)呈現(xiàn)出抗磁性，而只物質(zhì)具有抗磁的本性并不是一定會(huì)呈現(xiàn)出抗磁性，而只有當(dāng)物質(zhì)的這種抗磁因素超過(guò)其順磁因素時(shí)，物質(zhì)

17、才呈有當(dāng)物質(zhì)的這種抗磁因素超過(guò)其順磁因素時(shí)，物質(zhì)才呈現(xiàn)抗磁性，才稱(chēng)為抗磁質(zhì)?，F(xiàn)抗磁性，才稱(chēng)為抗磁質(zhì)。o 隨外磁場(chǎng)的增加，附加的抗磁磁矩增強(qiáng)，抗磁磁化強(qiáng)度隨外磁場(chǎng)的增加，附加的抗磁磁矩增強(qiáng)，抗磁磁化強(qiáng)度增大。增大。p 周期表中三分之一的元素、絕大多數(shù)的周期表中三分之一的元素、絕大多數(shù)的有機(jī)材料和生物材有機(jī)材料和生物材料料都是抗磁性物質(zhì)。都是抗磁性物質(zhì)。稀有氣體：稀有氣體：He, Ne, Ar, Kr, Xe多數(shù)非金屬和多數(shù)非金屬和少數(shù)金屬少數(shù)金屬：Si, Ge, S, P, Cu, Ag, Au不含過(guò)渡族元素的離子晶體：不含過(guò)渡族元素的離子晶體：NaCl, KBr不含過(guò)渡族元素的共價(jià)鍵化合物：不

18、含過(guò)渡族元素的共價(jià)鍵化合物：H2, CO2, CH4等等幾乎所有的有機(jī)化合物和生物組織幾乎所有的有機(jī)化合物和生物組織反?？勾判晕镔|(zhì)：反常抗磁性物質(zhì)：Bi, Ga, Zn, Pb, 磁化率隨溫度變化。磁化率隨溫度變化?？勾判晕镔|(zhì)抗磁性物質(zhì) 順磁性：附加磁化強(qiáng)度與外磁場(chǎng)相同。順磁性：附加磁化強(qiáng)度與外磁場(chǎng)相同。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：原子中具有未填滿(mǎn)電子的電子層，形成原子的固：原子中具有未填滿(mǎn)電子的電子層，形成原子的固有磁矩。在磁場(chǎng)作用下，原子磁矩轉(zhuǎn)向有磁矩。在磁場(chǎng)作用下，原子磁矩轉(zhuǎn)向H方向，感生出與方向，感生出與H一致的一致的M。 當(dāng)原子中有不成對(duì)抵消的電子時(shí)，在外磁場(chǎng)中這些電子磁當(dāng)原子中有不成對(duì)抵消的

19、電子時(shí)，在外磁場(chǎng)中這些電子磁矩將部分克服熱躁動(dòng)的無(wú)規(guī)排列而在磁場(chǎng)方向獲得微小的凈矩將部分克服熱躁動(dòng)的無(wú)規(guī)排列而在磁場(chǎng)方向獲得微小的凈磁矩分量，磁化率為正值，稱(chēng)為順磁性。磁矩分量，磁化率為正值，稱(chēng)為順磁性。如：稀土金屬和鐵族元素的鹽。如：稀土金屬和鐵族元素的鹽。p最基本特征是最基本特征是磁化率為正值且數(shù)值很小。磁化率為正值且數(shù)值很小。p順磁性物質(zhì)的磁化率是順磁性物質(zhì)的磁化率是溫度的函數(shù)溫度的函數(shù)，一部分服從，一部分服從居里定律居里定律，更多的服從更多的服從居里居里-外斯（外斯（Curie-Weiss)定律。定律。10CT =ppCCTTTT或：C 稱(chēng)作居里常數(shù)，稱(chēng)作居里常數(shù)，Tp 稱(chēng)作居里順磁溫

20、度稱(chēng)作居里順磁溫度 服從居里服從居里- -外斯定律的物質(zhì)都是在某一個(gè)溫度之上才顯示外斯定律的物質(zhì)都是在某一個(gè)溫度之上才顯示順磁性，這個(gè)溫度之下，表現(xiàn)為其它性質(zhì)。順磁性，這個(gè)溫度之下，表現(xiàn)為其它性質(zhì)。o 順磁質(zhì)磁化強(qiáng)度隨外磁場(chǎng)的增大而增大，但很難達(dá)到磁飽和，只有當(dāng)溫度趨近熱力學(xué)零度時(shí)，才能使順磁物質(zhì)的原子磁矩沿外磁場(chǎng)呈完全規(guī)則取向。一點(diǎn)說(shuō)明一點(diǎn)說(shuō)明：p 過(guò)渡族元素、稀土元素和錒系元素金屬過(guò)渡族元素、稀土元素和錒系元素金屬： Mn, Cr, W, La, Nd, Pt, Pap 含有以上元素的化合物含有以上元素的化合物： MnSO4, FeCl3, FeSO4, Gd2O3,p 堿金屬和堿土金屬堿

21、金屬和堿土金屬： Li, Na, K, Ru, Cs, Mg, Ca, Sr, Bap 包含有奇數(shù)個(gè)電子的原子或分子包含有奇數(shù)個(gè)電子的原子或分子： HCl, NO, 有機(jī)化合物中的自由基有機(jī)化合物中的自由基p 少數(shù)含有偶數(shù)個(gè)電子的化合物少數(shù)含有偶數(shù)個(gè)電子的化合物： O2, 有機(jī)物中的雙自由基等有機(jī)物中的雙自由基等順磁性物質(zhì)順磁性物質(zhì)正常順磁體：正常順磁體： 1/T關(guān)系(T為溫度)。反常順磁體：反常順磁體：與溫度無(wú)關(guān)的順磁體，例如鋰、鈉、鉀、銣等金屬。 鐵磁性鐵磁性 在較弱的磁場(chǎng)作用下就能產(chǎn)生很強(qiáng)的磁化強(qiáng)度。在外磁場(chǎng)在較弱的磁場(chǎng)作用下就能產(chǎn)生很強(qiáng)的磁化強(qiáng)度。在外磁場(chǎng)除去后仍保持相當(dāng)大的永久磁性，

22、具有磁滯現(xiàn)象。鐵磁體在溫除去后仍保持相當(dāng)大的永久磁性，具有磁滯現(xiàn)象。鐵磁體在溫度高于居里溫度后變成順磁體。度高于居里溫度后變成順磁體。 原子是否具有未成對(duì)電子，即自旋磁矩貢獻(xiàn)的凈磁矩原子是否具有未成對(duì)電子，即自旋磁矩貢獻(xiàn)的凈磁矩( (本本征磁矩征磁矩) )，有序排列（自發(fā)磁化）；，有序排列（自發(fā)磁化）； 原子在晶格中的排列方式（晶體結(jié)構(gòu)）。原子在晶格中的排列方式（晶體結(jié)構(gòu)）。 具有鐵磁性的金屬有鐵、鈷、鎳等，鐵磁質(zhì)的應(yīng)用最廣泛，具有鐵磁性的金屬有鐵、鈷、鎳等，鐵磁質(zhì)的應(yīng)用最廣泛，特別是在信息的記錄和存儲(chǔ)方面（磁帶、計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器）特別是在信息的記錄和存儲(chǔ)方面（磁帶、計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器） 磁化率數(shù)值很大

23、磁化率數(shù)值很大 磁化率數(shù)值是磁化率數(shù)值是溫度和磁場(chǎng)的函數(shù)溫度和磁場(chǎng)的函數(shù)；1. 存在磁性轉(zhuǎn)變的特征溫度存在磁性轉(zhuǎn)變的特征溫度居里溫度居里溫度，溫度低于居里溫，溫度低于居里溫度時(shí)呈鐵磁性，高于居里溫度時(shí)表現(xiàn)為順磁性，其磁化率度時(shí)呈鐵磁性，高于居里溫度時(shí)表現(xiàn)為順磁性，其磁化率溫度關(guān)系服從居里溫度關(guān)系服從居里-外斯定律。外斯定律。2. 在居里溫度附近出現(xiàn)在居里溫度附近出現(xiàn)比熱等比熱等性質(zhì)的性質(zhì)的反常反常。3. 磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度M和磁場(chǎng)和磁場(chǎng)H之間不是單值函數(shù)，存在之間不是單值函數(shù)，存在磁滯效應(yīng)磁滯效應(yīng)。0 pCTT051010主要特征：主要特征： 反鐵磁性反鐵磁性 在有些材料中，原于磁矩取反向平行排

24、列能量最低，在有些材料中，原于磁矩取反向平行排列能量最低，相鄰原子或離子的磁矩呈反方向平行排列，結(jié)果總磁矩相鄰原子或離子的磁矩呈反方向平行排列，結(jié)果總磁矩為零，叫反鐵磁性。反鐵磁性物質(zhì)有某些金屬如為零，叫反鐵磁性。反鐵磁性物質(zhì)有某些金屬如Mn，Cr等，某些陶瓷如等，某些陶瓷如MnO，NiO等以及某些鐵氧體如等以及某些鐵氧體如ZnFe2O4等。等。 小的正數(shù)，在溫度低于某溫度時(shí)，它的磁化率同磁小的正數(shù)，在溫度低于某溫度時(shí)，它的磁化率同磁場(chǎng)的取向有關(guān)；高于這個(gè)溫度，其行為像順磁體。具體場(chǎng)的取向有關(guān)；高于這個(gè)溫度，其行為像順磁體。具體材料有材料有-Mn、鉻、氧化鎳、氧化錳等。、鉻、氧化鎳、氧化錳等。

25、p 基本特征是存在一個(gè)磁性基本特征是存在一個(gè)磁性轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度，在此點(diǎn)磁化率溫度關(guān)系，在此點(diǎn)磁化率溫度關(guān)系出現(xiàn)出現(xiàn)峰值峰值。基本特征基本特征鐵磁性反鐵磁性亞鐵磁性文獻(xiàn)中也繪成磁化率倒數(shù)和溫度關(guān)系的：文獻(xiàn)中也繪成磁化率倒數(shù)和溫度關(guān)系的：()T K1鐵磁性鐵磁性CT 低溫下表現(xiàn)為反鐵磁性的物質(zhì)，超過(guò)磁性轉(zhuǎn)變溫度低溫下表現(xiàn)為反鐵磁性的物質(zhì)，超過(guò)磁性轉(zhuǎn)變溫度（一般稱(chēng)作（一般稱(chēng)作Neel溫度）后變?yōu)轫槾判缘模浯呕蕼囟葴囟龋┖笞優(yōu)轫槾判缘?，其磁化率溫度關(guān)系服從居里關(guān)系服從居里-外斯定律：外斯定律：注意與鐵磁性的區(qū)別！注意與鐵磁性的區(qū)別！=pCTT磁化率表現(xiàn)復(fù)雜磁化率表現(xiàn)復(fù)雜pCTT 反鐵磁物質(zhì)主要是

26、一些過(guò)渡族元素的氧化物、鹵化物、反鐵磁物質(zhì)主要是一些過(guò)渡族元素的氧化物、鹵化物、硫化物，硫化物， 如：如： FeO, MnO, NiO, CoO, Cr2O3 FeCl2, FeF2, MnF2, FeS, MnS右圖是右圖是1938 年測(cè)到的年測(cè)到的MnO磁化率溫度曲線，它是磁化率溫度曲線，它是被被發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)反鐵磁物質(zhì)發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)反鐵磁物質(zhì)，轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度 122K。 亞鐵磁性亞鐵磁性 亞鐵磁性在宏觀性能上亞鐵磁性在宏觀性能上與鐵磁性類(lèi)似，與鐵磁性類(lèi)似，區(qū)別在于亞區(qū)別在于亞鐵磁性材料的飽和磁化強(qiáng)度鐵磁性材料的飽和磁化強(qiáng)度比鐵磁性的低比鐵磁性的低。 成因是由于材料結(jié)構(gòu)中原成因是由于材料結(jié)構(gòu)

27、中原子磁矩不象鐵磁體中那樣向子磁矩不象鐵磁體中那樣向一個(gè)方向排列，一個(gè)方向排列，而是呈反方而是呈反方向排列，相互抵消了一部分向排列，相互抵消了一部分。鐵磁性和亞鐵磁性宏觀上的區(qū)別：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)系磁化率倒數(shù)和溫度關(guān)系飽和磁化強(qiáng)度溫度關(guān)系飽和磁化強(qiáng)度溫度關(guān)系 亞鐵磁物質(zhì)的亞鐵磁物質(zhì)的磁化率和磁化強(qiáng)度磁化率和磁化強(qiáng)度一般比鐵磁物質(zhì)一般比鐵磁物質(zhì)低低，但其但其電阻率電阻率一般要一般要高高的多。的多。 亞鐵磁物質(zhì)主要是一些人工合成的含過(guò)渡族元素和稀土元亞鐵磁物質(zhì)主要是一些人工合成的含過(guò)渡族元素和稀土元素的某些特定結(jié)構(gòu)的氧化物素的某些特定結(jié)構(gòu)的氧化物，例如：例如：尖晶石

28、結(jié)構(gòu)：尖晶石結(jié)構(gòu)：Fe3O4, MnFe2O4, CoFe2O4石榴石結(jié)構(gòu)：石榴石結(jié)構(gòu)：A3Fe5O12, (A=Y, Sm, Gd, Dy, Ho, Er, Yb )磁鉛石結(jié)構(gòu)：磁鉛石結(jié)構(gòu)：BaFe12O19, PbFe12O19, SrFe12O19,鈣鈦礦結(jié)構(gòu)：鈣鈦礦結(jié)構(gòu)：LaFeO3,亞鐵磁性物質(zhì)亞鐵磁性物質(zhì)同一物質(zhì)在不同的溫度區(qū)域內(nèi)的磁性的變化情況。同一物質(zhì)在不同的溫度區(qū)域內(nèi)的磁性的變化情況?？梢猿尸F(xiàn)不同的磁類(lèi)型，而且與其晶體結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系可以呈現(xiàn)不同的磁類(lèi)型，而且與其晶體結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系室溫附近的金屬鐵為室溫附近的金屬鐵為鐵磁性鐵磁性超過(guò)居里溫度（超過(guò)居里溫度（1040K）后變?yōu)椋┖?/p>

29、變?yōu)轫槾判皂槾判运艿礁哂谒艿礁哂?.51010Pa的高壓時(shí)，其結(jié)構(gòu)從的高壓時(shí)，其結(jié)構(gòu)從bcc變?yōu)樽優(yōu)閔cp，磁性變?yōu)榇判宰優(yōu)榉氰F磁性非鐵磁性。常溫常壓下鐵是鐵磁性物質(zhì)常溫常壓下鐵是鐵磁性物質(zhì)。磁化曲線與磁滯回線磁化曲線與磁滯回線磁滯回線幾個(gè)概念：磁滯回線幾個(gè)概念：飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs；剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br；矯頑力矯頑力Hc。強(qiáng)磁材料的宏觀磁性質(zhì)強(qiáng)磁材料的宏觀磁性質(zhì)鐵磁物質(zhì)和亞鐵磁鐵磁物質(zhì)和亞鐵磁物質(zhì)在磁場(chǎng)中表現(xiàn)物質(zhì)在磁場(chǎng)中表現(xiàn)出強(qiáng)烈的磁性，磁出強(qiáng)烈的磁性，磁化率約為化率約為1105，在，在技術(shù)上有重大應(yīng)用，技術(shù)上有重大應(yīng)用，我們通稱(chēng)為我們通稱(chēng)為強(qiáng)磁性強(qiáng)磁性材料材料。

30、兩個(gè)概念兩個(gè)概念o 自發(fā)磁化自發(fā)磁化n 原子磁矩的整齊排列現(xiàn)象，就稱(chēng)為自發(fā)磁化。o 某些原子的核外電子的自旋磁矩不能抵消，從而產(chǎn)某些原子的核外電子的自旋磁矩不能抵消，從而產(chǎn)生剩余的磁矩。但是，如果每個(gè)原子的磁矩仍然混生剩余的磁矩。但是，如果每個(gè)原子的磁矩仍然混亂排列，那么整個(gè)物體仍不能具有磁性。亂排列，那么整個(gè)物體仍不能具有磁性。o 磁疇磁疇n 磁性材料內(nèi)部包含的一個(gè)個(gè)自發(fā)磁化的小區(qū)域，但相鄰的不同區(qū)域之間原子磁矩排列的方向不同。n 各個(gè)磁疇之間的交界面稱(chēng)為磁疇壁物質(zhì)強(qiáng)磁性來(lái)源與特征物質(zhì)強(qiáng)磁性來(lái)源與特征 磁有序結(jié)構(gòu)，即磁有序結(jié)構(gòu)，即自發(fā)磁化，表現(xiàn)為存在磁疇，是物質(zhì)強(qiáng)磁自發(fā)磁化，表現(xiàn)為存在磁疇，

31、是物質(zhì)強(qiáng)磁性的主要來(lái)源。性的主要來(lái)源。軟磁條形疇薄膜迷宮疇樹(shù)枝狀疇 磁疇磁疇示意圖示意圖物質(zhì)強(qiáng)磁性來(lái)源與特征物質(zhì)強(qiáng)磁性來(lái)源與特征磁疇壁示意圖磁疇壁示意圖 自發(fā)磁化的強(qiáng)磁材料，在磁疇內(nèi)部自發(fā)磁化的強(qiáng)磁材料，在磁疇內(nèi)部磁化方向一致，磁疇之間磁化方向不磁化方向一致，磁疇之間磁化方向不一致，宏觀上表現(xiàn)為沒(méi)有磁性。一致，宏觀上表現(xiàn)為沒(méi)有磁性。 在外場(chǎng)作用下磁化時(shí)，磁疇中磁化在外場(chǎng)作用下磁化時(shí)，磁疇中磁化方向轉(zhuǎn)動(dòng)或者磁疇交界的疇壁發(fā)生移方向轉(zhuǎn)動(dòng)或者磁疇交界的疇壁發(fā)生移動(dòng)，產(chǎn)生宏觀磁化。動(dòng)，產(chǎn)生宏觀磁化。居里溫度居里溫度：對(duì)于所有的磁性材料來(lái)說(shuō)，并不是在任何溫度：對(duì)于所有的磁性材料來(lái)說(shuō)，并不是在任何溫度下都

32、具有磁性。一般地，磁性材料具有一個(gè)臨界溫度下都具有磁性。一般地，磁性材料具有一個(gè)臨界溫度Tc，在這個(gè)溫度以上，由于高溫下原子的劇烈熱運(yùn)動(dòng)，原子磁在這個(gè)溫度以上，由于高溫下原子的劇烈熱運(yùn)動(dòng)，原子磁矩的排列是混亂無(wú)序的。在此溫度以下，原子磁矩排列整矩的排列是混亂無(wú)序的。在此溫度以下，原子磁矩排列整齊，產(chǎn)生自發(fā)磁化，物體變成鐵磁性的。齊，產(chǎn)生自發(fā)磁化，物體變成鐵磁性的。應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例：（：（電飯煲的控制）電飯煲的控制）電飯鍋控溫電飯鍋控溫利用居里溫度利用居里溫度電飯鍋的工作原理電飯鍋的工作原理o 內(nèi)鍋放到發(fā)熱板上，底部與發(fā)熱板中心限溫內(nèi)鍋放到發(fā)熱板上，底部與發(fā)熱板中心限溫軟磁鐵軟磁鐵（鐵氧體）相貼

33、合。按下鍵開(kāi)關(guān)，軟（鐵氧體）相貼合。按下鍵開(kāi)關(guān)，軟磁鐵下方的磁鐵下方的永久磁鐵永久磁鐵上升至與軟磁鐵接觸；上升至與軟磁鐵接觸；此時(shí)鍋尚未升溫，軟磁鐵處于居里溫度以下此時(shí)鍋尚未升溫，軟磁鐵處于居里溫度以下，被永久磁鐵磁化，并將永久磁鐵吸持在高，被永久磁鐵磁化，并將永久磁鐵吸持在高點(diǎn)位置，帶動(dòng)內(nèi)部杠桿，將電路上、下觸點(diǎn)點(diǎn)位置，帶動(dòng)內(nèi)部杠桿，將電路上、下觸點(diǎn)接通，通電加熱鍋內(nèi)食物。接通，通電加熱鍋內(nèi)食物。o 當(dāng)內(nèi)鍋底溫度達(dá)到當(dāng)內(nèi)鍋底溫度達(dá)到1032（軟磁鐵的居里軟磁鐵的居里溫度溫度）時(shí)，軟磁鐵失去磁性，永磁鐵在重力）時(shí)，軟磁鐵失去磁性，永磁鐵在重力及內(nèi)部彈簧的共同作用下落下，并帶動(dòng)杠桿及內(nèi)部彈簧的共

34、同作用下落下，并帶動(dòng)杠桿機(jī)構(gòu)使電路上、下觸點(diǎn)脫離，電路斷開(kāi)，達(dá)機(jī)構(gòu)使電路上、下觸點(diǎn)脫離，電路斷開(kāi)，達(dá)到限溫目的。到限溫目的。磁性材料的基本分類(lèi)磁性材料的基本分類(lèi)按磁性質(zhì)：按磁性質(zhì)： 順磁材料、抗磁材料、鐵磁材料、亞鐵磁材料和反順磁材料、抗磁材料、鐵磁材料、亞鐵磁材料和反鐵磁材料鐵磁材料按應(yīng)用：按應(yīng)用： 永磁材料、軟磁材料、磁致伸縮材料、磁光材料；永磁材料、軟磁材料、磁致伸縮材料、磁光材料；按其導(dǎo)電性：按其導(dǎo)電性： 金屬磁性材料、非金屬磁性材料；金屬磁性材料、非金屬磁性材料；按其原子排列狀態(tài)：按其原子排列狀態(tài)： 單晶磁性材料、多晶磁性材料、非晶磁性材料、磁單晶磁性材料、多晶磁性材料、非晶磁性材料

35、、磁性液體性液體 磁學(xué)基本概念磁學(xué)基本概念磁場(chǎng)強(qiáng)度：磁場(chǎng)強(qiáng)度：指空間某處磁場(chǎng)的大小，用指空間某處磁場(chǎng)的大小，用H表示，它的單表示，它的單位是安位是安/米（米（A/m）。）。磁化強(qiáng)度：磁化強(qiáng)度：指材料內(nèi)部單位體積的磁矩矢量和，用指材料內(nèi)部單位體積的磁矩矢量和，用M表表示，單位是安示，單位是安/米（米（A/m）。）。磁化率：磁化率：物體在磁場(chǎng)中被磁化的程度與磁場(chǎng)的強(qiáng)度有物體在磁場(chǎng)中被磁化的程度與磁場(chǎng)的強(qiáng)度有關(guān)，其關(guān)系為關(guān)，其關(guān)系為M= H，即為磁化率。即為磁化率。磁感應(yīng)強(qiáng)度：磁感應(yīng)強(qiáng)度： 磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B的定義是：的定義是：B=0(H+M)，其中其中H和和M分別是磁化強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度，分別是磁

36、化強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度，0是一個(gè)系數(shù)，是一個(gè)系數(shù)，叫做真空導(dǎo)磁率。磁感應(yīng)強(qiáng)度又稱(chēng)為磁通密度，單位叫做真空導(dǎo)磁率。磁感應(yīng)強(qiáng)度又稱(chēng)為磁通密度，單位是特（是特（T）。）。磁導(dǎo)率：磁導(dǎo)率：磁導(dǎo)率的定義是磁導(dǎo)率的定義是=B/H，是磁化曲線上任意一，是磁化曲線上任意一點(diǎn)上點(diǎn)上B和和H的比值。磁導(dǎo)率實(shí)際上代表了磁性材料被磁的比值。磁導(dǎo)率實(shí)際上代表了磁性材料被磁化的容易程度，或者說(shuō)是材料對(duì)外部磁場(chǎng)的靈敏程度。化的容易程度，或者說(shuō)是材料對(duì)外部磁場(chǎng)的靈敏程度。磁性材料及其應(yīng)用磁性材料及其應(yīng)用 最早最早認(rèn)識(shí)的磁性材料是天然認(rèn)識(shí)的磁性材料是天然磁石（四氧化三鐵磁石（四氧化三鐵Fe3O4），），屬于一種尖晶石結(jié)構(gòu)的鐵氧體，其

37、顯著特點(diǎn)是具有吸鐵的能屬于一種尖晶石結(jié)構(gòu)的鐵氧體，其顯著特點(diǎn)是具有吸鐵的能力，稱(chēng)為永磁材料，也稱(chēng)為硬磁或恒磁材料力，稱(chēng)為永磁材料，也稱(chēng)為硬磁或恒磁材料。 磁滯回線內(nèi)的面積代表了單位體積磁磁滯回線內(nèi)的面積代表了單位體積磁性材料在一個(gè)磁化和退磁周期中的能量損性材料在一個(gè)磁化和退磁周期中的能量損耗，面積愈大損耗愈大。它大小和形狀決耗，面積愈大損耗愈大。它大小和形狀決定了磁性材料的特性，磁性材料分為：定了磁性材料的特性，磁性材料分為： 軟磁材料（軟磁材料（soft magnetic material）、）、 硬磁材料（硬磁材料（hard magnetic material）。）。 較小的矯頑力（矯頑力

38、很小，較小的矯頑力（矯頑力很小，即磁場(chǎng)的方向和大小發(fā)生變化時(shí)即磁場(chǎng)的方向和大小發(fā)生變化時(shí)磁疇壁很容易運(yùn)動(dòng)）和較低磁滯磁疇壁很容易運(yùn)動(dòng)）和較低磁滯損耗，磁滯回線很窄；損耗，磁滯回線很窄； 在磁場(chǎng)作用下非常容易磁化；在磁場(chǎng)作用下非常容易磁化； 取消磁場(chǎng)后很容易退磁化；取消磁場(chǎng)后很容易退磁化；具有較高的磁導(dǎo)率和較高的飽具有較高的磁導(dǎo)率和較高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度 軟磁材料軟磁材料 磁化狀態(tài)易隨外磁場(chǎng)變化的一類(lèi)材料磁化狀態(tài)易隨外磁場(chǎng)變化的一類(lèi)材料軟磁材料軟磁材料:Hc0表示沿著磁化表示沿著磁化方向上的尺寸伸長(zhǎng)，稱(chēng)為正磁致伸縮，例如鐵；反方向上的尺寸伸長(zhǎng)，稱(chēng)為正磁致伸縮，例如鐵；反之稱(chēng)為負(fù)磁致伸縮

39、，例如鎳。之稱(chēng)為負(fù)磁致伸縮，例如鎳。磁致伸縮材料磁致伸縮材料：具有磁致伸縮效應(yīng)的磁具有磁致伸縮效應(yīng)的磁- -機(jī)械能轉(zhuǎn)換機(jī)械能轉(zhuǎn)換材料，具有較大線磁致伸縮系數(shù)。材料，具有較大線磁致伸縮系數(shù)。磁致伸縮材料應(yīng)用磁致伸縮材料應(yīng)用在磁（電）在磁（電）- -聲換能器中的應(yīng)用；聲換能器中的應(yīng)用；聲納、超聲換能器、揚(yáng)聲器的應(yīng)用；聲納、超聲換能器、揚(yáng)聲器的應(yīng)用；磁（電）磁（電）- -機(jī)械致動(dòng)器中的應(yīng)用；機(jī)械致動(dòng)器中的應(yīng)用；精密流體控制、超精密加工、超精密定位、精精密流體控制、超精密加工、超精密定位、精密閥門(mén)、微馬達(dá)以及振動(dòng)控制等工程領(lǐng)域；密閥門(mén)、微馬達(dá)以及振動(dòng)控制等工程領(lǐng)域；傳感器敏感元件傳感器敏感元件 超磁致

40、伸縮材料除用于驅(qū)動(dòng)之外，利用其磁致伸縮超磁致伸縮材料除用于驅(qū)動(dòng)之外，利用其磁致伸縮效應(yīng)或逆效應(yīng)還可以制作檢測(cè)磁場(chǎng)、電流、應(yīng)變、位移、效應(yīng)或逆效應(yīng)還可以制作檢測(cè)磁場(chǎng)、電流、應(yīng)變、位移、扭矩、壓力和加速度等的傳感器敏感元件。扭矩、壓力和加速度等的傳感器敏感元件。主要要求：主要要求： 飽和磁致伸縮應(yīng)變飽和磁致伸縮應(yīng)變s要大；要大； 磁致伸縮應(yīng)變對(duì)磁場(chǎng)的變化率要大；磁致伸縮應(yīng)變對(duì)磁場(chǎng)的變化率要大； 電磁能與機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換效率要高；電磁能與機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換效率要高； 機(jī)電耦合系數(shù)越大越好。機(jī)電耦合系數(shù)越大越好。磁致伸縮材料的分類(lèi)磁致伸縮材料的分類(lèi)磁致伸縮材料傳統(tǒng)磁致伸縮材料磁致伸縮的金屬與合金鐵氧體磁

41、致伸縮材料稀土超磁致伸縮材料傳統(tǒng)磁致伸縮材料傳統(tǒng)磁致伸縮材料 磁致伸縮的金屬與合金磁致伸縮的金屬與合金，如：鐵（，如：鐵（FeFe）基合金、鎳）基合金、鎳（NiNi）基合金、鈷（）基合金、鈷（CoCo）基合金；）基合金； 鐵氧體磁致伸縮材料鐵氧體磁致伸縮材料，如：，如： Ni-CoNi-Co和和 Ni-Co-CuNi-Co-Cu鐵鐵氧體材料等。氧體材料等。 （磁致伸縮系數(shù)）值（在（磁致伸縮系數(shù)）值（在2080ppm2080ppm之間）過(guò)小，沒(méi)有得到推廣應(yīng)用。之間）過(guò)小，沒(méi)有得到推廣應(yīng)用。稀土超磁致伸縮材料稀土超磁致伸縮材料 稀土超磁致伸縮材料，如：（鋱稀土超磁致伸縮材料，如：（鋱(Tb)(Tb

42、)、鏑、鏑(Dy)(Dy)）FeFe2 2化合物為基體的合金，化合物為基體的合金，達(dá)到達(dá)到15002000ppm15002000ppm，比前兩，比前兩類(lèi)材料的類(lèi)材料的大大1212個(gè)數(shù)量級(jí)。個(gè)數(shù)量級(jí)。 特點(diǎn)：磁致伸縮應(yīng)變及推力大、室溫下機(jī)械能電能轉(zhuǎn)換特點(diǎn)：磁致伸縮應(yīng)變及推力大、室溫下機(jī)械能電能轉(zhuǎn)換率高、穩(wěn)定性好和可靠性高等，有電磁能與機(jī)械能或聲能轉(zhuǎn)換率高、穩(wěn)定性好和可靠性高等，有電磁能與機(jī)械能或聲能轉(zhuǎn)換的功能，因而用途廣泛的功能，因而用途廣泛。1 1、聲學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域聲學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域2 2、力傳感領(lǐng)域力傳感領(lǐng)域3 3、磁場(chǎng)探測(cè)領(lǐng)域磁場(chǎng)探測(cè)領(lǐng)域4 4、精密控制領(lǐng)域精密控制領(lǐng)域5 5、動(dòng)力輸出領(lǐng)域動(dòng)力輸出領(lǐng)

43、域稀土超磁致伸縮材料的應(yīng)用稀土超磁致伸縮材料的應(yīng)用（2）超聲應(yīng)用系統(tǒng) 用途：用途：破碎、焊接、醫(yī)療器械、分離、清洗等等領(lǐng)域。 作用：作用：使化工過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)加速、農(nóng)作物大幅度增產(chǎn)等。 原理：線圈中通入交流電，產(chǎn)生交變驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)使超磁致伸縮棒頻繁伸長(zhǎng)、縮短，隨著伸縮棒的伸長(zhǎng)及縮短，輸出桿產(chǎn)生超聲振動(dòng)，從而傳遞出大功率聲能。圖圖2 2 超磁致伸縮大功率超聲換能器超磁致伸縮大功率超聲換能器Fig.2 Giant magnetostrictive Fig.2 Giant magnetostrictive high power ultrasonic high power ultrasonic t

44、ransducertransducer1 1、聲學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域聲學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域2 2、力傳感領(lǐng)域力傳感領(lǐng)域施加應(yīng)力超磁致伸縮棒空氣隙永磁鐵軛鐵圖3 3 超磁致伸縮力傳感器Fig.3 Giant magnetostrictive force sensors原理：原理：磁致伸縮逆效應(yīng)磁致伸縮逆效應(yīng)。優(yōu)點(diǎn)：比壓電陶瓷傳感器優(yōu)點(diǎn)：比壓電陶瓷傳感器的性能更突出，體積輕巧、的性能更突出，體積輕巧、抗干擾能力強(qiáng)、過(guò)載能力好、抗干擾能力強(qiáng)、過(guò)載能力好、工藝簡(jiǎn)單、長(zhǎng)壽命。工藝簡(jiǎn)單、長(zhǎng)壽命。用途：靜態(tài)力測(cè)量、動(dòng)態(tài)用途：靜態(tài)力測(cè)量、動(dòng)態(tài)力的測(cè)量、重工業(yè)、化學(xué)化力的測(cè)量、重工業(yè)、化學(xué)化工、自動(dòng)化控制系統(tǒng)等領(lǐng)域。工、自動(dòng)化控制

45、系統(tǒng)等領(lǐng)域。3 3、磁場(chǎng)探測(cè)領(lǐng)域磁場(chǎng)探測(cè)領(lǐng)域利用磁致伸縮材料的正效應(yīng)，可制成多種多種測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度的磁強(qiáng)計(jì)。國(guó)防科技大學(xué)的劉吉延等采用超磁致伸縮薄膜制成的光纖磁場(chǎng)傳感器，采用了磁控濺射工藝，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，在裸光纖表面鍍制均勻的TbDyFe超磁致伸縮薄膜。新型的磁光類(lèi)型傳感器比傳統(tǒng)的磁電類(lèi)型傳感器靈敏度更大。用途：地質(zhì)探礦、生物工程、軍事制導(dǎo)等領(lǐng)域。4 4、精密控制領(lǐng)域精密控制領(lǐng)域 GMM的特點(diǎn)：高響應(yīng)速度、磁致伸縮靈敏、輸出應(yīng)力大等。普遍用于航天定位、精密油吸、微機(jī)器人等精密控制領(lǐng)域。 目前為止，GMM在此領(lǐng)域的應(yīng)用及及對(duì)它的研究是最廣泛、最前沿的，GMM制備的精密控制器件：薄膜型執(zhí)行器、納

46、米級(jí)致動(dòng)器、微型泵、高速開(kāi)關(guān)等。5 5、動(dòng)力輸出領(lǐng)域動(dòng)力輸出領(lǐng)域 利用GMM高能量密度度，可制作大功率微型馬達(dá)動(dòng)力輸出裝置。與傳統(tǒng)的電磁馬達(dá)或壓電超聲波馬達(dá)相比，體積小輸出力大、控制精度高。 目前的微型馬達(dá)：步進(jìn)式和橢圓模態(tài)驅(qū)動(dòng)式馬達(dá)。圖9 9 尺蠖式馬達(dá)Fig.9 Canker worm-type motor 1988 1988年由德國(guó)柏林大學(xué)的年由德國(guó)柏林大學(xué)的L.KiesewetterL.Kiesewetter教授利用超磁教授利用超磁致伸縮材料棒作為驅(qū)動(dòng)元件致伸縮材料棒作為驅(qū)動(dòng)元件研制出來(lái)的，世界上第一臺(tái)研制出來(lái)的，世界上第一臺(tái)超磁致伸縮馬達(dá)。當(dāng)線圈通超磁致伸縮馬達(dá)。當(dāng)線圈通入電流并且位

47、置發(fā)生變化時(shí)，入電流并且位置發(fā)生變化時(shí)，超磁致伸縮棒交替伸縮，像超磁致伸縮棒交替伸縮，像蟲(chóng)子一樣蠕動(dòng)前進(jìn)，故稱(chēng)之蟲(chóng)子一樣蠕動(dòng)前進(jìn)，故稱(chēng)之為尺蠖式馬達(dá)。為尺蠖式馬達(dá)。圖圖10 10 步進(jìn)馬達(dá)步進(jìn)馬達(dá)Fig. 10 Stepper motorFig. 10 Stepper motor美國(guó)的美國(guó)的J.M.VranishJ.M.Vranish等在尺蠖式馬達(dá)蠕動(dòng)等在尺蠖式馬達(dá)蠕動(dòng)原理的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)原理的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出了轉(zhuǎn)動(dòng)式步進(jìn)馬達(dá)。出了轉(zhuǎn)動(dòng)式步進(jìn)馬達(dá)。 鐵氧體磁性材鐵氧體磁性材料料 鐵的氧化物和幾種其他金屬氧化物組成的復(fù)合鐵的氧化物和幾種其他金屬氧化物組成的復(fù)合氧化物等稱(chēng)為鐵氧體。氧化物等稱(chēng)為鐵氧體。

48、 具有亞鐵磁性的鐵氧體是一種強(qiáng)磁性材料，通具有亞鐵磁性的鐵氧體是一種強(qiáng)磁性材料，通稱(chēng)為鐵氧體磁性材料。稱(chēng)為鐵氧體磁性材料。 磁性薄膜磁性薄膜 磁記錄薄膜；磁記錄薄膜； 磁光薄膜；磁光薄膜； 磁阻薄膜（磁阻效應(yīng)）。磁阻薄膜（磁阻效應(yīng)）。 高分子磁性材高分子磁性材料料 是純有機(jī)物質(zhì)的磁性材料是純有機(jī)物質(zhì)的磁性材料 軟磁材料軟磁材料：高磁導(dǎo)率，低矯頑力，易磁化又易退磁的材料，交變場(chǎng)下磁損：高磁導(dǎo)率，低矯頑力，易磁化又易退磁的材料，交變場(chǎng)下磁損耗小，是電工和電子技術(shù)的基礎(chǔ)材料，用于電機(jī)，變壓器，繼電器，電感，耗小，是電工和電子技術(shù)的基礎(chǔ)材料，用于電機(jī)，變壓器，繼電器，電感，互感等。互感等。 永磁（硬磁

49、）材料永磁（硬磁）材料：高矯頑力、高剩余磁化強(qiáng)度的材料，用作產(chǎn)生磁場(chǎng)。：高矯頑力、高剩余磁化強(qiáng)度的材料，用作產(chǎn)生磁場(chǎng)。綜合指標(biāo)是磁能積。綜合指標(biāo)是磁能積。 磁記錄材料磁記錄材料：包括磁記錄介質(zhì)材料和磁讀出頭及寫(xiě)入頭。磁隨機(jī)存儲(chǔ)器：包括磁記錄介質(zhì)材料和磁讀出頭及寫(xiě)入頭。磁隨機(jī)存儲(chǔ)器（MRAM)等。等。 旋磁材料旋磁材料：利用旋磁性的材料。：利用旋磁性的材料。 特殊磁性材料特殊磁性材料：利用磁致伸縮，磁光、磁卡等效應(yīng)的材料，磁性液體等。：利用磁致伸縮，磁光、磁卡等效應(yīng)的材料，磁性液體等。強(qiáng)磁材料的應(yīng)用強(qiáng)磁材料的應(yīng)用HBHBHBBH軟磁軟磁永磁永磁矩磁矩磁指南針的鼻祖指南針的鼻祖司南司南 地磁場(chǎng)是指

50、南的前提地磁場(chǎng)是指南的前提戰(zhàn)國(guó)末年（先秦）戰(zhàn)國(guó)末年（先秦）韓非子韓非子：“先王立司南以端朝夕。先王立司南以端朝夕。”東漢時(shí)的王充在他的著作東漢時(shí)的王充在他的著作論衡論衡中對(duì)司南的形狀和用法做中對(duì)司南的形狀和用法做了明確的記錄。了明確的記錄。指南針指南針磁性材料的最早應(yīng)用磁性材料的最早應(yīng)用指南針指南針中國(guó)古代四大發(fā)明之一中國(guó)古代四大發(fā)明之一指南針指南針磁性材料的最早應(yīng)用磁性材料的最早應(yīng)用北宋，曾公亮北宋，曾公亮武經(jīng)總要武經(jīng)總要：“用薄鐵用薄鐵葉剪裁，長(zhǎng)二寸，闊五分，首尾銳如魚(yú)葉剪裁，長(zhǎng)二寸，闊五分，首尾銳如魚(yú)型，置炭火中燒之，侯通赤，以鐵鈐鈐型，置炭火中燒之，侯通赤，以鐵鈐鈐魚(yú)首出火，以尾正對(duì)子位，蘸水盆中，魚(yú)首出火，以尾正對(duì)子位，蘸水盆中，沒(méi)尾數(shù)分則止，以密器收之。用時(shí)，置沒(méi)尾數(shù)分則止，以密器收之。用時(shí)，置水碗于無(wú)風(fēng)處平放，魚(yú)在水面，令浮，水碗于無(wú)風(fēng)處平放，魚(yú)在水面，令浮，其首常向午也。其首常向午也?！保ɡ玫卮艌?chǎng)人工磁（利用