【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(shuō)】：磁性材料 主要是指由過(guò)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?yàn)榻饘僭诟哳l和微波頻率下將產(chǎn)生巨大的渦流效應(yīng)，導(dǎo)致金屬磁性材料無(wú)法使用，而鐵氧體的電阻率非常高，將有效的克服這一問(wèn)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(jī)中，還可作記憶元件、微波元件等。可用于記錄語(yǔ)言、音樂(lè)、圖像信息的磁帶、計(jì)算機(jī)的磁性存儲(chǔ)設(shè)備、乘客乘車的憑證和票價(jià)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(gè)數(shù)量級(jí)，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(duì)電子的離子、原子或分子時(shí)，存在電子的自旋角動(dòng)量和軌道角動(dòng)量，也就存在自旋磁矩和軌道磁矩。在外磁場(chǎng)作用下，原來(lái)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(diǎn)是原子或分子中含有沒(méi)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(wú)強(qiáng)的相互作用(一般為交換作用)，因此原子磁矩在熱騷動(dòng)的影響下處于無(wú)規(guī)(混亂)排列狀態(tài)，原子磁矩互相抵消而無(wú)合磁矩。但是當(dāng)受到外加磁場(chǎng)作用時(shí)，這些原來(lái)在熱騷動(dòng)下混亂排列的原子磁矩便同時(shí)受到磁場(chǎng)作用使其趨向磁場(chǎng)排列和熱騷動(dòng)作用使其趨向混亂排列，因此總的效果是在外加磁場(chǎng)方向有一定的磁矩分量。這樣便使磁化率(磁化強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)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(wàn)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(dāng)受到外加磁場(chǎng)作用時(shí)，電子軌道運(yùn)動(dòng)會(huì)發(fā)生變化，而且在與外加磁場(chǎng)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(fù)數(shù)(量)。磁化率是物質(zhì)在外加磁場(chǎng)作用下的合磁矩(稱為磁化強(qiáng)度)與磁場(chǎng)強(qiáng)度之比值，符號(hào)為κ。一般抗磁(性)物質(zhì)的磁化率約為負(fù)百萬(wàn)分之一(-10-6)。 磁疇 磁疇(Magnetic Domain)理論是用量子理論從微觀上說(shuō)明鐵磁質(zhì)的磁化機(jī)理。所謂磁疇，是指磁性材料內(nèi)部的一個(gè)個(gè)小區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)部包含大量原子，這些原子的磁矩都象一個(gè)個(gè)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(gè)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(gè)物體的磁矩為零，它也就不能吸引其它磁性材料。也就是說(shuō)磁性材料在正常情況下并不對(duì)外顯示磁性。只有當(dāng)磁性材料被磁化以后，它才能對(duì)外顯示出磁性。 鐵磁性 Ferromagnetism 鐵、鈷、鎳及一些稀土元素存在獨(dú)特的磁性現(xiàn)象稱為鐵磁性，這個(gè)名稱的由來(lái)是因?yàn)殍F是具有鐵磁性物質(zhì)中最常見(jiàn)也是最典型的。釤(Samarium)，釹(neodymium)與鈷的合金常被用來(lái)制造強(qiáng)磁鐵。 鐵磁性材料存在長(zhǎng)程序，即磁疇內(nèi)每個(gè)原子的未配對(duì)電子自旋傾向于平行排列。因此，在磁疇內(nèi)磁性是非常強(qiáng)的，但材料整體可能并不體現(xiàn)出強(qiáng)磁性，因?yàn)椴煌女牭拇判匀∠蚩赡苁请S機(jī)排列的。如果我們外加一個(gè)微小磁場(chǎng)，比如螺線管的磁場(chǎng)會(huì)使本來(lái)隨機(jī)排列的磁疇取向一致，這時(shí)我們說(shuō)材料被磁化。材料被磁化后，將得到很強(qiáng)的磁場(chǎng)，這就是電磁鐵的物理原理。 當(dāng)外加磁場(chǎng)去掉后，材料仍會(huì)剩余一些磁場(chǎng)，或者說(shuō)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(dāng)溫度很高時(shí)，由于無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的增強(qiáng)，磁性會(huì)消失，這個(gè)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(chǎng)下的機(jī)械響應(yīng)，會(huì)發(fā)現(xiàn)在外加磁場(chǎng)方向，材料的長(zhǎng)度會(huì)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(wú)外加磁場(chǎng)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(dāng)加上磁場(chǎng)后其磁矩傾向于沿磁場(chǎng)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(diǎn)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(qiáng)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(gè)子晶格中自發(fā)磁化強(qiáng)度大小相同，方向相反，整個(gè)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(shí)，極小;溫度降低，逐漸增大。在一定溫度時(shí)， 達(dá)最大值。稱為反鐵磁性物質(zhì)的居里點(diǎn)或尼爾點(diǎn)。對(duì)尼爾點(diǎn)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(dāng)溫度上升時(shí)，使自旋反向的作用減弱，增加。當(dāng)溫度升至尼爾點(diǎn)以上時(shí)，熱騷動(dòng)的影響較大，此時(shí)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(chǎng)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(guò)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(yùn)動(dòng)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(duì)中子磁矩作用產(chǎn)生之繞射現(xiàn)象，可以測(cè)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(cè)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(chǎng)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(chǎng)中之取向效應(yīng)受到熱激動(dòng)的抵抗，因而其磁化率隨溫度而變。當(dāng)溫度等于某一溫度-尼爾溫度(Neel Temperature)時(shí)，反鐵磁物質(zhì)的磁化率會(huì)稍微上升，當(dāng)溫度超過(guò)尼爾溫度TN時(shí)，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(wú)外加磁場(chǎng)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(yùn)動(dòng)的影響后，處于部分抵消的有序排列狀態(tài)，以致還有一個(gè)合磁矩的現(xiàn)象。當(dāng)施加外磁場(chǎng)后，其磁化強(qiáng)度隨外磁場(chǎng)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(shí)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(qiáng)磁材料，簡(jiǎn)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(jī)械、運(yùn)輸、醫(yī)療及生活用品等各個(gè)領(lǐng)域中。