【關(guān)鍵詞】:磁性材料、順磁性、抗磁性、磁疇、鐵磁性、反鐵磁性、亞鐵磁性、永磁材料

【專家解說】：磁性材料 主要是指由過度元素鐵,鈷,鎳及其合金等能夠直接或間接產(chǎn)生磁性的物質(zhì). 磁性材料從材質(zhì)和結(jié)構(gòu)上講，分為“金屬及合金磁性材料”和“鐵氧體磁性材料”兩大類，鐵氧體磁性材料又分為多晶結(jié)構(gòu)和單晶結(jié)構(gòu)材料。 從應(yīng)用功能上講，磁性材料分為:軟磁材料、永磁材料、磁記錄-矩磁材料、旋磁材料等等種類。軟磁材料、永磁材料、磁記錄-矩磁材料中既有金屬材料又有鐵氧體材料;而旋磁材料和高頻軟磁材料就只能是鐵氧體材料了，因為金屬在高頻和微波頻率下將產(chǎn)生巨大的渦流效應(yīng)，導致金屬磁性材料無法使用，而鐵氧體的電阻率非常高，將有效的克服這一問題、得到廣泛應(yīng)用。 磁性材料從形態(tài)上講。包括粉體材料、液體材料、塊體材料 、薄膜材料等。 磁性材料的應(yīng)用很廣泛，可用于電聲、電信、電表、電機中，還可作記憶元件、微波元件等。可用于記錄語言、音樂、圖像信息的磁帶、計算機的磁性存儲設(shè)備、乘客乘車的憑證和票價結(jié)算的磁性卡等。 順磁性 paramagnetism 順磁性物質(zhì)的磁化率為正值，比反磁性大1~3個數(shù)量級，X約10-5~10-3，遵守Curie定律或Curie-Weiss定律。物質(zhì)中具有不成對電子的離子、原子或分子時，存在電子的自旋角動量和軌道角動量，也就存在自旋磁矩和軌道磁矩。在外磁場作用下，原來取向雜亂的磁矩將定向，從而表現(xiàn)出順磁性。 順磁性是一種弱磁性。順磁(性)物質(zhì)的主要特點是原子或分子中含有沒有完全抵消的電子磁矩，因而具有原子或分子磁矩。但是原子(或分子)磁矩之間并無強的相互作用(一般為交換作用)，因此原子磁矩在熱騷動的影響下處于無規(guī)(混亂)排列狀態(tài)，原子磁矩互相抵消而無合磁矩。但是當受到外加磁場作用時，這些原來在熱騷動下混亂排列的原子磁矩便同時受到磁場作用使其趨向磁場排列和熱騷動作用使其趨向混亂排列，因此總的效果是在外加磁場方向有一定的磁矩分量。這樣便使磁化率(磁化強度與磁場強度之比)成為正值，但數(shù)值也是很小,一般順磁物質(zhì)的磁化率約為十萬分之一(10-5)，并且隨溫度的降低而增大。 抗磁性 diamagnetism 抗磁性是一些物質(zhì)的原子中電子磁矩互相抵消，合磁矩為零。但是當受到外加磁場作用時，電子軌道運動會發(fā)生變化，而且在與外加磁場的相反方向產(chǎn)生很小的合磁矩。這樣表示物質(zhì)磁性的磁化率便成為很小的負數(shù)(量)。磁化率是物質(zhì)在外加磁場作用下的合磁矩(稱為磁化強度)與磁場強度之比值，符號為κ。一般抗磁(性)物質(zhì)的磁化率約為負百萬分之一(-10-6)。 磁疇 磁疇(Magnetic Domain)理論是用量子理論從微觀上說明鐵磁質(zhì)的磁化機理。所謂磁疇，是指磁性材料內(nèi)部的一個個小區(qū)域，每個區(qū)域內(nèi)部包含大量原子，這些原子的磁矩都象一個個小磁鐵那樣整齊排列，但相鄰的不同區(qū)域之間原子磁矩排列的方向不同，如圖所示。各個磁疇之間的交界面稱為磁疇壁。宏觀物體一般總是具有很多磁疇，這樣，磁疇的磁矩方向各不相同，結(jié)果相互抵消，矢量和為零，整個物體的磁矩為零，它也就不能吸引其它磁性材料。也就是說磁性材料在正常情況下并不對外顯示磁性。只有當磁性材料被磁化以后，它才能對外顯示出磁性。 鐵磁性 Ferromagnetism 鐵、鈷、鎳及一些稀土元素存在獨特的磁性現(xiàn)象稱為鐵磁性，這個名稱的由來是因為鐵是具有鐵磁性物質(zhì)中最常見也是最典型的。釤(Samarium)，釹(neodymium)與鈷的合金常被用來制造強磁鐵。 鐵磁性材料存在長程序，即磁疇內(nèi)每個原子的未配對電子自旋傾向于平行排列。因此，在磁疇內(nèi)磁性是非常強的，但材料整體可能并不體現(xiàn)出強磁性，因為不同磁疇的磁性取向可能是隨機排列的。如果我們外加一個微小磁場，比如螺線管的磁場會使本來隨機排列的磁疇取向一致，這時我們說材料被磁化。材料被磁化后，將得到很強的磁場，這就是電磁鐵的物理原理。 當外加磁場去掉后，材料仍會剩余一些磁場，或者說材料"記憶"了它們被磁化的歷史。這種現(xiàn)象叫作剩磁，所謂永磁體就是被磁化后，剩磁很大。 當溫度很高時，由于無規(guī)則熱運動的增強，磁性會消失，這個臨界溫度叫居里溫度(Curie temperature)。 如果我們考察鐵磁材料在外加磁場下的機械響應(yīng)，會發(fā)現(xiàn)在外加磁場方向，材料的長度會發(fā)生微小的改變，這種性質(zhì)叫作磁致伸縮(magnetostriction)。 概念解析 反鐵磁性(antiferromagnetism )是指在無外加磁場的情況下，磁疇內(nèi)近鄰原子或離子的數(shù)值相等的磁矩，由于其間的相互作用而處于反平行排列的狀態(tài)，因而其合磁矩為零的現(xiàn)象。注: ①這種材料當加上磁場后其磁矩傾向于沿磁場方向排列，即材料顯示出小的正磁化率。但該磁化率與溫度相關(guān)，并在奈爾點有最大值。 ②用主要磁現(xiàn)象為反鐵磁性物質(zhì)制成的材料，稱為反鐵磁材料。 反鐵磁性是指由于電子自旋反向平行排列。在同一子晶格中有自發(fā)磁化強度，電子磁矩是同向排列的;在不同子晶格中，電子磁矩反向排列。兩個子晶格中自發(fā)磁化強度大小相同，方向相反，整個晶體 。反鐵磁性物質(zhì)大都是非金屬化合物，如MnO。 不論在什么溫度下，都不能觀察到反鐵磁性物質(zhì)的任何自發(fā)磁化現(xiàn)象，因此其宏觀特性是順磁性的，M與H處于同一方向，磁化率為正值。溫度很高時，極小;溫度降低，逐漸增大。在一定溫度時， 達最大值。稱為反鐵磁性物質(zhì)的居里點或尼爾點。對尼爾點存在的解釋是:在極低溫度下，由于相鄰原子的自旋完全反向，其磁矩幾乎完全抵消，故磁化率 幾乎接近于0。當溫度上升時，使自旋反向的作用減弱，增加。當溫度升至尼爾點以上時，熱騷動的影響較大，此時反鐵磁體與順磁體有相同的磁化行為。 反鐵磁性物質(zhì)置于磁場中，其鄰近原子之磁矩相等而排列方向剛好相反，因此其磁化率為零。 許多過渡元素之化合物都有這種反鐵磁性。 物質(zhì)之磁矩是由其內(nèi)每一原子內(nèi)之電子之自旋，及軌道運動所產(chǎn)生之磁矩和及原子間之交互作用之和。利用物質(zhì)之磁矩對中子磁矩作用產(chǎn)生之繞射現(xiàn)象，可以測定物質(zhì)內(nèi)原子磁矩之分布方向和次序。利用中子繞射而測得之MnF2和NiO二種反鐵磁性物質(zhì)之磁矩結(jié)構(gòu)。在MnF2反鐵磁性物質(zhì)中，Mn離子其3d軌道未飽和之電子受到磁場磁化之磁矩依面心立方晶格〔Fcc〕而分布，因在每一角落上離子之磁矩都是同一方向。而在其立方面上之離子磁矩都在同一相反方向。其向量和等于零，因而此種物質(zhì)之磁化率，X等于零。 物質(zhì)在磁場中之取向效應(yīng)受到熱激動的抵抗，因而其磁化率隨溫度而變。當溫度等于某一溫度-尼爾溫度(Neel Temperature)時，反鐵磁物質(zhì)的磁化率會稍微上升，當溫度超過尼爾溫度TN時，則反鐵磁性物質(zhì)之磁性近于順磁性。 亞鐵磁性 中文詞條名:亞鐵磁性 英文詞條名:ferromagnetic 在無外加磁場的情況下，磁疇內(nèi)由于相鄰原子間電子的交換作用或其他相互作用。使它們的磁矩在克服熱運動的影響后，處于部分抵消的有序排列狀態(tài)，以致還有一個合磁矩的現(xiàn)象。當施加外磁場后，其磁化強度隨外磁場的變化與鐵磁性物質(zhì)相似。 注: ①用主要磁現(xiàn)象為亞鐵磁性物質(zhì)制成的材料，稱為亞鐵磁材料。在工程技術(shù)上，實用的亞鐵磁材料多為各類鐵氧體和某些金屬間化合物。 ②鐵磁材料與亞鐵磁材料統(tǒng)稱為強磁材料，簡稱磁性材料。 永磁材料 又稱“硬磁材料”。一經(jīng)磁化即能保持恒定磁性的材料。具有寬磁滯回線、高矯頑力和高剩磁。按其成分可分為鐵基、鈷基、錳基和鐵氧基四大類。廣泛用于電子、電氣、機械、運輸、醫(yī)療及生活用品等各個領(lǐng)域中。