現(xiàn)代磁性材料及實(shí)際有效應(yīng)用

飛速發(fā)展的現(xiàn)代信息技術(shù)信息存儲(chǔ)技術(shù)光盤、磁盤、閃存等信息處理技術(shù)信息傳輸技術(shù)光纖、電磁波等信息技術(shù)的物理基礎(chǔ)半導(dǎo)體物理磁性物理量子物理光學(xué)聲學(xué)磁學(xué)是一門即古老又年輕的學(xué)科司南（戰(zhàn)國時(shí)期）司南利用天然磁石琢磨而成,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(zhǎng)勺放在底盤上，用手輕撥，停下后長(zhǎng)柄就指向南方。磁性與磁性材料發(fā)展史

指南針?biāo)抉R遷《史記》描述黃帝作戰(zhàn)用

1086年宋朝沈括《夢(mèng)溪筆談》指南針的制造方法等

1119年宋朝朱或《萍洲可談》羅盤用于航海的記載磁石最早的著作《DeMagnete》W.Gibert18世紀(jì)奧斯特電流產(chǎn)生磁場(chǎng)法拉弟效應(yīng)在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體產(chǎn)生電流安培定律構(gòu)成電磁學(xué)的基礎(chǔ),

電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等開創(chuàng)現(xiàn)代電氣工業(yè)

1907年P(guān).Weiss的磁疇和分子場(chǎng)假設(shè)

1919年巴克豪森效應(yīng)

1928年海森堡模型，用量子力學(xué)解釋分子場(chǎng)起源

1931年Bitter在顯微鏡下直接觀察到磁疇

1933年加藤與武井發(fā)現(xiàn)含Co的永磁鐵氧體

1935年荷蘭Snoek發(fā)明軟磁鐵氧體

1935年Landau和Lifshitz考慮退磁場(chǎng)，理論上預(yù)言了磁疇結(jié)構(gòu)

1946年Bioembergen發(fā)現(xiàn)NMR效應(yīng)

1948年Neel建立亞鐵磁理論

1954-1957年RKKY相互作用的建立

1958年M?ssbauer效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)

1964年Kondoeffect近藤效應(yīng)

1965年Mader和Nowick制備了CoP鐵磁非晶態(tài)合金

1970年SmCo5稀土永磁材料的發(fā)現(xiàn)

1984年NdFeB稀土永磁材料的發(fā)現(xiàn)Sagawa(佐川)1986年高溫超導(dǎo)體，Bednortz-muller1988年巨磁電阻GMR的發(fā)現(xiàn)1994年CMR龐磁電阻的發(fā)現(xiàn)，Jin等La1-xCaxMnO31995年隧道磁電阻TMR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.CurieandM.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.M.Purcell)，庫什(P.Kusch)，穆斯堡爾(R.L.M?ssbauer)，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.VanVleck)，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（DanielCheeTsui），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（PaulC.Lauterbur），曼施費(fèi)爾德(PeterMansfield)，阿爾貝·費(fèi)爾，彼得·格林貝格爾現(xiàn)代磁學(xué)與其他學(xué)科的交叉磁性是從宇宙天體到基本粒子普存的學(xué)科地球磁場(chǎng)地球就是一塊巨大的磁鐵，它的N極在地理的南極附近，而S極在地理的北極附近.磁性的來源1、早期觀點(diǎn)1）安培分子電流在磁介質(zhì)中分子、原子存在著一種環(huán)形電流——分子電流，分子電流使每個(gè)物質(zhì)微粒都成為微小的磁體在沒有被磁化時(shí)，分子電流雜亂無章排列，不顯磁性；加入磁場(chǎng)，分子電流沿磁場(chǎng)方向規(guī)則排列，顯磁性2）磁荷磁介質(zhì)的最小單元是磁偶極子介質(zhì)沒有被磁化，磁偶極子的取向無規(guī)，不顯磁性；處于磁場(chǎng)中，產(chǎn)生一個(gè)力矩，磁偶極矩轉(zhuǎn)向磁場(chǎng)的方向，各磁偶極子在一定程度上沿著磁場(chǎng)的方向排列，顯示磁性2、現(xiàn)代觀點(diǎn)：物質(zhì)的磁性來源于組成物質(zhì)中原子的磁性1)帶電的粒子漂移或運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生磁場(chǎng)2)電子的自旋電子的軌道運(yùn)動(dòng)：核外電子的運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于一個(gè)閉合電流，具有一定的軌道磁矩4)原子核的磁矩材料的磁性主要來源于電子的軌道磁矩和自旋磁矩。原子核的磁矩很小，只有電子的幾千分之一，通?？梢月匀ゲ挥?jì)磁性材料的應(yīng)用電磁爐

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(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。這一隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)導(dǎo)致在金屬煲內(nèi)產(chǎn)生一感應(yīng)電場(chǎng)。金屬煲內(nèi)的電子受電場(chǎng)影響進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。由于有電阻，電子運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)放出大量熱能，這些熱能便可用作煮食。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，安全可靠電飯鍋

日常使用的電飯鍋利用了磁性材料的居里點(diǎn)的特性。在電飯鍋的底部中央裝了一塊磁鐵和一塊居里點(diǎn)為105℃的磁性材料。當(dāng)鍋里的水分干了以后，食品的溫度將從100度上升。當(dāng)溫度到達(dá)大約105度時(shí)，由于被磁鐵吸住的磁性材料的磁性消失，磁鐵就對(duì)它失去了吸力，這時(shí)磁鐵和磁性材料之間的彈簧就會(huì)把它們分開，同時(shí)帶動(dòng)電源開關(guān)被斷開，停止加熱。磁懸浮列車

上海磁懸浮列車平均時(shí)速300公里/小時(shí)，最高時(shí)速430公里/小時(shí)傳統(tǒng)輪軌技術(shù)：速度低、噪音大磁懸浮技術(shù)：

采用磁力懸浮的方式，使列車懸浮在軌道上方行駛，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

?

減少摩擦力，大幅度提高車輛的行駛速度；

?

不會(huì)造成噪音或空氣污染，并可提高能源的使用效率；

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(dòng)型，也稱斥力型、超導(dǎo)型。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(dòng)型

電磁炮

艦載概念電磁炮及其原理圖

原理：

傳統(tǒng)的火炮都是利用彈藥爆炸時(shí)的瞬間膨脹產(chǎn)生的推力將炮彈迅速加速，推出炮膛。而電磁炮則是把炮彈放在螺線管中，給螺線管通電，那么螺線管產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)炮彈將產(chǎn)生巨大的推動(dòng)力，將炮彈射出。第一個(gè)提出電磁炮這一概念并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的是挪威伯克蘭教授，1901年就獲得了專利。

l978年，澳大利亞科學(xué)家在5米長(zhǎng)的軌道炮上(5.9千米／秒)；現(xiàn)在彈丸初速1.5～1.7千米／秒。?

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(cè)，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(cè)到雷達(dá)回波，不能發(fā)現(xiàn)飛機(jī)，這就使飛機(jī)達(dá)到了隱身的目的。磁性功能材料制冷就是使某一空間內(nèi)物體的溫度低于周圍環(huán)境介質(zhì)的溫度，并維持這個(gè)低溫的過程。

1利用氣體膨脹產(chǎn)生冷效應(yīng)制冷。

2利用物質(zhì)相變(如融化、液化、升華、磁相變)的吸熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)制冷。

3利用半導(dǎo)體的溫差電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)制冷。

制冷磁熱效應(yīng)與磁制冷磁制冷是利用自旋系統(tǒng)磁熵變的制冷方式，是一種以磁性材料為工質(zhì)的全新的制冷技術(shù)。其基本原理是借助磁制冷材料的磁卡效應(yīng)，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，達(dá)到制冷目的。TT+ΔTTT-ΔTΔQΔQAbsorbheatNSNS磁制冷的優(yōu)點(diǎn)磁制冷機(jī)外型圖優(yōu)點(diǎn):效率高噪音低體積小環(huán)保磁電阻效應(yīng)用途：磁傳感，磁盤讀出頭IBM硬盤的發(fā)展磁致伸縮效應(yīng)

磁致伸縮效應(yīng)：材料在電磁場(chǎng)的作用下可以產(chǎn)生微變形或聲能；壓磁效應(yīng)：將微變形或聲能轉(zhuǎn)化為電磁能。

應(yīng)用：在國防、航空航天和高技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，如聲納與水聲對(duì)抗換能器、線性馬達(dá)、微位移驅(qū)動(dòng)（如飛機(jī)機(jī)翼和機(jī)器人的自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)），噪聲與振動(dòng)控制系統(tǒng)、海洋勘探與水下通訊、超聲技術(shù)（醫(yī)療、化工、制藥、焊接等）、燃油噴射系統(tǒng)等領(lǐng)域。它具有磁致伸縮值大，機(jī)械響應(yīng)速度快和功率密度高特點(diǎn)。MTS磁致伸縮位移傳感器：高精度、多種規(guī)格、長(zhǎng)行程、非接觸式測(cè)量模塊組裝、堅(jiān)固耐用敏感元件平均無故障時(shí)間（MTBF）長(zhǎng)達(dá)23年真正的絕對(duì)位置輸出、無需重新標(biāo)定或定期維

適用于高溫、高壓、高振蕩及空間狹小環(huán)境

安裝方便、快捷，不需定期標(biāo)定和維護(hù)

冶金工業(yè)連鑄、冷熱軋、AGC控制、模件成型等磁性納米材料納米材料：1-100nm納米磁性材料可以分成三類：1.零維的磁性納米粒子；2.一維的磁性納米絲；3.二維的磁性納米膜；零維磁性材料：磁性液體

1963年，美國國家航空與航天局的S．Papell采用油酸為表面活性劑，把它包覆在超細(xì)的四氧化三鐵微顆粒上(直徑約為10nm)，并高度彌散于煤油(基液)中，從而形成一種穩(wěn)定的膠體體系。在磁場(chǎng)作用下，磁性顆粒帶動(dòng)著被表面活性劑所包裹著的液體一起運(yùn)動(dòng)，好象整個(gè)液體具有磁性，因此，取名為磁性液體。

主要特點(diǎn)：

1.在磁場(chǎng)作用下，可以被磁化；

2.具有液體的流動(dòng)性，可以運(yùn)動(dòng)。