第8章 无机材料的磁学性能12.3

1、第第8章章无机材料的磁学性能v物质的磁性物质的磁性 v磁畴与磁滞回线磁畴与磁滞回线 v磁性材料磁性材料n磁性磁性n磁矩磁矩磁矩是表示磁体本质的一个物理量。磁矩是表示磁体本质的一个物理量。任何一个封闭的电流都具有磁矩。任何一个封闭的电流都具有磁矩。其方向与环形电流法线的方向一致，其方向与环形电流法线的方向一致，其大小为电流与封闭环形的面积的乘其大小为电流与封闭环形的面积的乘积积ISIS。磁化强度(M) 磁化强度M也是描述磁质被磁化后其磁性强弱的一个物理量。磁质的磁化过程实质上是其内部原子磁矩取向的过程，所以定义磁化强度为单位体积内原子磁矩的总和。另一方面，磁化过程是由于外磁场的作用而引起的，磁化

2、强度M必随外磁场H的增大而增强，故：MH， 称为磁化率或磁化系数。 n电子的磁矩电子的磁矩电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成 物质的磁性不是由电子的轨道磁矩引起，而物质的磁性不是由电子的轨道磁矩引起，而是主要由自旋磁矩引起是主要由自旋磁矩引起 孤立原子的磁矩决定于原子的结构孤立原子的磁矩决定于原子的结构 某些元素具有各层都充满电子的原子结构，某些元素具有各层都充满电子的原子结构，其电子磁矩相互抵消，因而不显磁性其电子磁矩相互抵消，因而不显磁性本征磁矩：为本原子中电子的轨道磁矩和电子的自旋磁矩构成了原子固有磁矩。原子中每个电子都可以看作是一个小磁体，具有

3、永久的轨道磁矩和自旋磁矩。若原子中所有电子壳层都是填滿的，由于形成一个球形对称的集体，则电子轨道磁矩和自旋磁矩各自相对消，此时原子本征磁矩m=0。如He, Ne, Ar以及某些离子材料。注意：OrbitalSpin2.物质的磁性分类 (1)抗磁性(2)顺磁性(3)铁磁性(4)反铁磁性(5)亚铁磁性每一种材料至少表现出其中一种磁性，这取决于材料的成分和结构。根据物质磁化率，可将物质的磁性大致分为5类：v抗磁性抗磁性当磁化强度为负时，固体表现为抗磁性 Bi,Cu,Ag,Au 等金属具有这种性质抗磁性物质的抗磁性一般很微弱，磁化率一般约为-10-5，为负值 v顺磁性顺磁性顺磁性物质的主要特征是不论外

4、顺磁性物质的主要特征是不论外加磁场是否存在，原子内部存在加磁场是否存在，原子内部存在永久磁矩永久磁矩 顺磁性物质的磁性除了与顺磁性物质的磁性除了与H有关有关外，还依赖于温度，其磁化率与外，还依赖于温度，其磁化率与绝对温度成反比绝对温度成反比 顺磁性物质的磁化率一般也很小，顺磁性物质的磁化率一般也很小，室温下约为室温下约为10-5 过渡元素、稀土元素、锕系元素，过渡元素、稀土元素、锕系元素，还有铝铂等金属，都属于顺磁物还有铝铂等金属，都属于顺磁物质质 TCv铁磁性铁磁性有一类物质如有一类物质如Fe,Co,Ni，室温下磁化率可达室温下磁化率可达103数量级，这类物质的磁性称为铁磁性数量级，这类物质

5、的磁性称为铁磁性铁磁性物质即使在较弱的磁场内，也可得到极铁磁性物质即使在较弱的磁场内，也可得到极高的磁化强度，而且当外磁场移去后，仍可保高的磁化强度，而且当外磁场移去后，仍可保留极强的磁性。各类磁性物质的留极强的磁性。各类磁性物质的-曲线示于下图曲线示于下图v铁磁性铁磁性铁磁体的铁磁性只在某一温度以下才表现出铁磁体的铁磁性只在某一温度以下才表现出来，超过这一温度，铁磁性消失。这一温度来，超过这一温度，铁磁性消失。这一温度称为称为居里点居里点其磁化率与温度的关系服从居里其磁化率与温度的关系服从居里一外斯定律一外斯定律 CTTC 利用这个特点，人们开发出了很多控制元件。 例如，我们使用的电饭锅就利

6、用了磁性材料的居里点的特性。在电饭锅的底部中央装了一块磁铁和一块居里点为105度的磁性材料。当锅里的水分干了以后，食品的温度将从100度上升。当温度到达大约105度时，由于被磁铁吸住的磁性材料的磁性消失，磁铁就对它失去了吸力，这时磁铁和磁性材料之间的弹簧就会把它们分开，同时带动电源开关被断开，停止加热。铁磁体的居里温度 - 应用实例v反铁磁性反铁磁性反铁磁性物质大都是非反铁磁性物质大都是非金属化合物，如金属化合物，如MnO。 不论在什么温度下，都不论在什么温度下，都不能观察到反铁磁性物不能观察到反铁磁性物质的任何自发磁化现象，质的任何自发磁化现象，因此其宏观特性是顺磁因此其宏观特性是顺磁性的性

7、的u亚铁磁性亚铁磁性这类磁体有些像铁磁体，但这类磁体有些像铁磁体，但值没有铁磁体那样大。如：值没有铁磁体那样大。如：磁铁矿、铁氧体等。磁铁矿、铁氧体等。磁畴与磁滞回线磁畴与磁滞回线n磁畴磁畴n铁磁性材料所以能使磁化强度显著增大，铁磁性材料所以能使磁化强度显著增大，在于其中存在着磁畴结构在于其中存在着磁畴结构; ; n在未受到磁场作用时，磁畴方向是无规的，在未受到磁场作用时，磁畴方向是无规的，因而在整体上净磁化强度为零因而在整体上净磁化强度为零; ;n每个磁矩方向一致的区域就称为一个磁畴。每个磁矩方向一致的区域就称为一个磁畴。n不同的磁畴方向不同，两磁畴间的区域就不同的磁畴方向不同，两磁畴间的区

8、域就称为磁畴壁称为磁畴壁 。 任何铁磁体和亚铁磁体，在温度低于居里温度Tc时，都是由磁畴组成的。 磁畴是自发磁化到饱和（即其中的磁矩均朝一个方向排列）的小区域。 相邻磁畴之间的界线叫磁畴壁 磁畴壁是一个有一定厚度的过渡层，在过渡层中磁矩方向逐渐改变。右图表示磁畴右图表示磁畴壁的移动和磁壁的移动和磁畴的磁化矢量畴的磁化矢量的转向及其在的转向及其在磁化曲线上起磁化曲线上起作用的范围作用的范围v图中图中Br称为剩余磁感应强度（剩磁）。为了消称为剩余磁感应强度（剩磁）。为了消除剩磁，需加反向磁场除剩磁，需加反向磁场Hc。Hc称为矫顽磁场称为矫顽磁场强度，亦称强度，亦称“矫顽力矫顽力”。加。加Hc后，磁

9、体内后，磁体内B=0。n磁导率是磁性材料最重要的物理量之一，磁导率是磁性材料最重要的物理量之一，表示磁性材料传导和通过磁力线的能力表示磁性材料传导和通过磁力线的能力用用表示；表示；n生产上为了获得高磁导率的磁性材料，生产上为了获得高磁导率的磁性材料，一方面要提高材料的一方面要提高材料的MsMs值，这由材料的值，这由材料的成分和原子结构决定；成分和原子结构决定；n另一方面要减小磁化过程中的阻力，这另一方面要减小磁化过程中的阻力，这主要取决于磁畴结构和材料的晶体结构。主要取决于磁畴结构和材料的晶体结构。铁氧体磁性材料铁氧体磁性材料软磁材料软磁材料软软磁材料适合于交变磁材料适合于交变磁场的器件，如变压磁场的器件，如变压器的铁芯，这时，铁器的铁芯，