材料性能与测试课件-第十章材料的磁性能.

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1、12引 言 中国是磁的故乡；远古的慈石、战国的司南、四大发明之一的指南针； 材料料磁学性能也是材料物理性能的重要组成部分。磁性不仅是磁性材料的一种使用性能，而且也是许多材料的重要物理参数；磁性材料具有能量转换、能量存储功能，广泛应用于计算机、通讯、自动化、电机、仪器仪表、农业、医疗等领域，是重要的功能材料；因此，发展新型磁性材料是材料科学的一个重要方向。 本章概括地介绍磁性的分类和特点，重点介绍磁性材料的特性参数、测量方法以及主要磁性材料的应用。3目 录 10.1 基本磁学性能及磁性分类基本磁学性能及磁性分类10.2 抗磁性与顺磁性抗磁性与顺磁性10.3 铁磁性与反铁磁性铁磁性与反铁磁性10.

2、4 材料的动态磁性能材料的动态磁性能10.5 磁性测量及常用磁性材料磁性测量及常用磁性材料410.1 基本磁学性能及磁性的分类 10.1.1 磁性基本量1 1、 材料磁性的本质材料磁性的本质 材料磁性是由材料内部电子循轨和自旋运动 产生的 任一封闭电流都具有磁矩，大小为电流强度乘以环流面积，方向右手法则； 2 2、 电子磁矩电子磁矩 分为轨道磁矩和自旋磁矩； 轨道磁矩ml：由电子循轨运动产生的磁矩，垂直于电子运动的轨道平面； 自旋磁矩mS：电子自旋运动产生的磁矩，方向平行于自旋轴； 5BiiSBiilmSSmmllm)1(2)1(l为轨道角量子数，S为自旋量子数，mB为波尔磁子 9.27102

3、4 J/T(Am2)，运动电子的磁矩是轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和; 6 分子、原子产生磁矩由分子、原子的结构决定 原子中的一个次电子层被排满时，这个电子层的磁矩总和为零 原子中的电子层均被排满时，原子没有磁矩只有原子中存在未被排满的电子层时，原子才具有磁矩(固有磁矩）3 3、原子磁矩、原子磁矩4 4、磁化和磁介质、磁化和磁介质磁化：物质在磁场中由于受磁场作用呈现出磁性现象；磁介质：凡是能被磁场磁化的物质；75 5、磁化强度、磁化强度M物质在外磁场中被磁化的程度，单位体积内磁矩大小，A/m，物体的磁化未改变原子固有磁矩的大小，而是改变了它们的取向；HHMHBHmVMrl000)1 ()(16 6

4、、磁感应强度、磁感应强度B通过磁场某中点，垂直于磁场方向单位面积的磁力线数称为磁感应强度；B 单位T；磁化率，反映了物质本身磁化特性；0：真空磁导率，4107H/m; r: 相对磁导率； 都反应磁化速度8 10.1.2 磁性分类按照物质磁化率分为三类: 抗磁性材料、顺磁性材料(包括反铁磁)、铁磁性材料(包括亚铁磁)；抗磁反铁磁顺磁亚铁磁铁磁MHO1、抗磁体：磁化率为10-6量级负数，附加磁矩与外磁场方向相反，减弱磁场；金属中约一半是抗磁体；Ag、Cu、Au、Hg、Zn、Bi等2、顺磁体：磁化率为10310-6量级正数，略微增强磁场；Li、Na、Pt、Pd、K等磁化曲线示意图磁化曲线示意图93、

5、铁磁体：在较弱的磁场下就能产生很大的磁化强度，磁化率为很大的正数，且与外磁场非线性变化，Fe、Co、Ni等，有临界转变温度Tc居里温度；4、亚铁磁和反铁磁：亚铁磁：磁化率值没有铁磁那么大，通常指磁铁矿(Fe3O4，古代谓之慈石，司南、指南针用)、铁氧体；反铁磁：磁化率值很小的正数，与温度有关系；如Mn、Cr、氧化镍、氧化锰等10 10.2.1 抗磁顺磁的物理本质10.2 抗磁性和顺磁性1 1 抗磁性抗磁性 材料的抗磁性来源于电子循轨运动时受外加磁场作用所产生的抗磁矩 1) 电子轨道磁矩大小为mHreml42202) 电子抗磁矩 电子在磁场中循轨运动时受向心力Fc和洛伦兹力影响,增大了向心力(m

6、r2),电子质量半径不变，角速度增加，轨道磁矩ml增加，与外加磁场的方向相反，单个电子增加的附加磁矩即抗磁矩：221reml113) 原子抗磁矩 Z个电子，每个电子产生抗磁矩，轨道半径区别，一个原子的抗磁矩为任何材料在磁场作用下都要产生抗磁性 ziiatomrmHem122042 顺磁性 1) 材料的顺磁性主要来源于原子(离子)的固有磁矩 2) 磁矩与磁场作用，具有较高的静磁能降低静磁能，磁矩改变与磁场的夹角 3) 要使原子磁矩转向磁场方向，克服原子热运动所造成的无序磁矩无序分布； 4) 通常顺磁磁化进行十分困难121314 10.2.2 抗磁顺磁的影响因素1、 原子结构的影响原子结构的影响

7、)自由电子的主要贡献是顺磁性 ) 惰性气体原子磁矩为0，典型的抗磁性物质 ) 绝大多数非金属没有固有磁矩，是抗磁性物质，只 有氧和石墨是顺磁性物质 ) 金属只有当内层电子末被填满, 自旋磁矩未被抵消时，才可能产生较强的顺磁性 金属u、Ag、Au、Cd、Hg等，离子抗磁大于自由电子的顺磁，是抗磁性的碱金属都是顺磁性的碱土金属(除Be外)也都是顺磁性的3价金属也是顺磁性的稀土金属顺磁性较强，磁化率较大，有自旋磁矩； Ti、r、n等过渡族元素，3d电子自旋磁矩大，有强烈的顺磁性，有些合金铁磁性；152、温度的影响、温度的影响 ) 温度对抗磁性影响：基本无影响 ) 温度对顺磁性影响：顺磁的磁化克服原子