材料的抗磁性

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为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划材料的抗磁性　　顺磁性和抗磁性的原因　　磁性是物质的一种基本属性。物质按照其内部结构及其在外磁场中的性状可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性物质。铁磁性和亚铁磁性物质为强磁性物质，抗磁性和顺磁性物质为弱磁性物质。　　从上面的介绍看出，任何物质都会显示磁性，并且物质从顺磁性到反磁性、磁性从强到弱是逐渐变化的，没有一个明显的界限。物质的磁性到底是怎么产生的，本文就此观点提出我自己的看法。　　一、现在的理论给人们带来的疑惑　　1、顺磁性：现在人们认为，电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成。在晶体中，电子的轨道磁矩受晶格的作用，其方向是变化的，不能形成一个联合磁矩，对外没有磁性作用。因此，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。每个电子自旋磁矩的近似值等于一个波尔磁子。是原子磁矩的单位。因为原子核比电子重XX倍左右，其运动速度仅为电子速度的几千分之一，故原子核的磁矩仅为电子的千分之几，可以忽略不计。目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　我认为上面这段论述是不合理的，我们都知道，原子是由原子核和核外电子组成，原子核又是由质子和中子组成，原子核的体积约为原子体积的几千万亿分之一,(半径约为原子的十万分之一).打个比方,原子相当于足球场那么大,而原子核则只有一只蚂蚁那么大。。电子的质量约为质子质量的1/1836。中子能够通过β衰变过程变成质子、电子和反中微子，。从这些论述可想而知，电子的体积会有多大，电子的体积不会超过质子和中子体积的千分子一。即从电子的角度来看原子，原子就象是一个非常巨大的宇宙一样。由于电子的体积很小很小，即使电子自旋产生的磁场较强，它影响的范围必然很小很小，不可能影响到原子以外，因此电子自旋产生的磁场在宏观　　上是显示不出来的，如果能显示出来，电子产生的磁场就强大的无法想象了。　　上面还提到原子核的磁矩很小，可以忽略，这个观点我觉得也是错误的，人们现在只是从质量上去考虑对磁矩的影响，而把其它因素忽略了，比方说原子核的体积。我们知道质子的质量是电子的1836倍，质子的结构中心又是空的，如图1。。　　不仅质子的结构是空心的，中子和质子一样，也是空心的，而且由质子和中子构成的原子核的结构又是空心的，如图2。。　　即原子的组成与结构如图3。目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　从上面的示意图中看出，原子核的体积比电子的体积不知要大多少倍。体积越大，产生的磁场对外影响的范围必然越远，因此其实原子核具有很强的磁场。　　从上面的分析看出，物质的顺磁性不可能是由电子的自旋引起的，根据我的研究结果表明，恰恰是由原子核产生的磁场引起的。　　2、抗磁性：现在人们认为，当磁化强度M为负时，固体表现为抗磁性。Bi、Cu、Ag、Au等金属具有这种性质。在外磁场中，这类磁化了的介质内部的磁感应强度小于真空中的磁感应强度M。抗磁性物质的原子的磁矩应为零，即不存在永久磁矩。当抗磁性物质放入外磁场中，外磁场使电子轨道改变，感生一个与外磁场方向相反的磁矩，表现为抗磁性。所以抗磁性来源于原子中电子轨道状态的变化。抗磁性物质的抗磁性一般很微弱，磁化率H一般约为-10，为负值。　　上面说到，“外磁场使电子轨道改变，感生一个与外磁场方向相反的磁矩，表现为抗磁性。”这个观点与我的观点相同，但是抵抗磁场必然会使内部能量升高，这并不符合普遍适应的能量最低原理，电子轨道为什么不调节成顺磁性使其能量降低而要调节成与自身不利的抗磁性使其能量升高？我们必须回答出这个问题才有说服力。-5目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　也许你会说这是因为抗磁性的基本来源是电磁感应。电磁感应是法拉第的重大发现：围绕着随时间变化着的磁通量，有感应电动势(或即电场)产生，故能在导线电路中产生电流或在大块导体中产生涡流。这里感应电流所产生的磁场对感应起它们的磁场变化起着反抗作用，这就是楞次定律。。　　这听起来让人感觉是对的，可我们细想一下，产生的感应电流怎么就不会消失，物质是有电阻的，即使开始时产生了感应电流，在电阻的作用下，电流也会很快就消失了，可物质的抗磁性是一直存在的，并不会因时间的推移而减弱，甚至消失，所以说外磁场对原子或分子产生感应电动势的说法是讲不通的。　　从上面的分析看出，物质的抗磁性并不是原子或分子产生感应电动势产生的。它的确是由电子轨道改变引起的。下面我就讲述物质磁性的本质。　　二、物质磁性的本质　　既然物质的顺磁性并不是电子自旋产生的，既然物质的抗磁性并不是外磁场对原子或分子产生感应电动势产生的，那么物质的顺磁性和抗磁性到底是怎么产生的。　　电子受的络仑兹力总是向外的，那么同一电子轨道中两个电子的运动方向必须相同，并且同一原子中所有电子的运动方向也基本上是相同的，如图4所示。目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　任何一个电子的运动方向与s轨道上电子的运动方向之间的夹角不可能超过90°，也就是说同一原子中所有的电子绝不可能出现反向运动的情况，这样就避免了电子之间的碰撞，为了使电子之间不发生碰撞和电子之间的距离最远，在同一轨道上两个电子的运动方向不仅要相同，它们的运动速度也要相同，而且同一主层中所有电子运动的角速度也必须相同，甚至同一原子中所有电子运动的角速度也相同。　　从上面的论述看出，当原子核的磁极固定后，电子的轨道就基本固定了，那么电子轨道产生的磁极也就基本固定了。电子轨道产生的磁极与原子核产生的磁极正好相反，那么一个显示顺磁性，另一个必然显示抗磁性。如图5。　　宽频抗电磁干扰材料和应用研究　　张怀武　　电子科技大学信材学院磁性工程系　　摘要:本文就各种抗电磁干扰材料(EMI)、抗电磁干扰滤波器进行了全面的分析。对近期研制的新型复合抗电磁干扰材料，纳米抗EMI材料，六角抗EMI材料、多层片式滤波器(MCLF)申使用的低温烧结NiZnCu铁氧体材料，以及片式电感的制作工艺难点以及多层片式滤波器进行了大量的理论和实验研究，提出了解决的途径。　　一、引言目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　电磁干扰(EMI：Electro-Magnetic-Interference)是指不需要的电磁信号或噪声信号等对需要的电磁信号的干扰。在如今电子信息时代，随着信息高速公路、卫星通信、移动通信、计算机应用等的高速发展，电磁干扰(EMI)在军事和民用电子信息领域的影响越来越严重，对公共环境和人身安全以及军事保密、安全造成了很大的危害。目前强制性的电磁兼容标准(EMC)已经在世界范围内执行，一些发达国家在电磁兼容设计技术、材料技术、元器件技术等方面从70年代就开始研究，并形成一系列的标准加以应用。我国已于1998年底宣布执行电磁兼容标准。但我国在此方面的研究起步较晚，在技术以及产品方面严重落后于发达国家，因此，对抗EMI材料和技术进行研究，自主研制开发我国的抗EMI器件已是势在必行。电磁兼容问题涉及面很宽，其核心是设法减少自身产生的电磁干扰和提高抗电磁干扰的能力。目前在电子设备和系统中通用的电磁兼容设计技术有接地、屏蔽、滤波三种，通常称之为抑制电磁干扰的三大技术。接地是将干扰信号引入接地端；屏蔽是利用屏蔽体来阻挡或衰减干扰信号的电磁传输；滤波是阻止干扰频率信号通过而允许有用频率信号通过的一种技术。在这三种技术中，滤波技术是目前抑止电磁干扰最常见、最有效、最经济的一种手段。运用的方法也非常简单，在电气设备电源线的入口处插入抗EMI滤波器，滤波器可以把通过电源线传导的电磁干扰信号给予充分地抑制，换而言之，它既能抑制电气设备内部产生的电磁干扰，又能抑制外界电网传入的电磁干扰。目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　美国在70年代就开始了铁氧体抗电磁干扰材料的研制，目前已能生产各类抗电磁干扰材料和器件。美国陶瓷-磁性公司主要产品集中在NiZn铁氧体材料上，通过铁氧体的复数磁导率与频率的关系，改变不同成分配方及掺杂来实现铁氧体阻抗的频率特性和衰减频域;制成宽频域抗EMI铁氧体材料和各种滤波器。美国STEWARD公司，FILTERCONECPTS公司分别研制成功14个系列和4个系列的抗EMI软磁材料，并应用于IBM公司、ZENITH公司和MOTOROLA公司的各种微型计算机、数字设备以及ATT信息系统，取得了良好的效果。同时，也大量用于军用电子装备上，便其更加完善。日本TDK公司有5大类抗EMI材料研制成功，也主要用于PC联网、数字设备中。富士公司则集中于MMIC及IC用抗电磁干扰滤波器材料及器件的开发。国内在此方面的起步较晚，始于80年代。主要在软磁铁氧体材料和器件方面进行了大量的研究。电子科技大学，9所，国营899厂己合作开发出抗EMI材料6种、元器件5个系列，并初步解决了纳米晶软磁抗EMI材料的内层耦合及绝缘问题，使纳米晶软磁材料在抗EMI中得到有效应用。其他如东洋公司等单位也相继开发出系列产品并有了应用。现在国内市场上已有部分抗EMI材料、抗EMI元件、抗EMI滤波器面世。而用磁性和陶瓷材料制备的复合材料作为新型的抗电磁干扰材料(来自:写论文网:材料的抗磁性)，国内外都已有了一定的理论探讨，国内电子科技大学也巳开发出复合双性材料。　　二、抗EMI材料的性能要求目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　作为抗EMI滤波器，要求衰减速度快，频带范围宽，同时应保证工作频率范围内信号不失真，能适应各种环境使用。这就对其磁芯材料提出了以下要求：第一，LC型，π型，T型抗EMI滤波器，要求高μi，高Bs。抗EMI滤波器的电感器尽量减少匝数，以得到小的分布电容，改善高频性能，扩展频带范围。如果是作为滤除较低频率的EMI信号或电源噪声滤波器使用时，磁导率要求更高(μi>1500)第二，低Hc，从而减小磁滞损耗；第三，高ρ，减小高频下涡流损耗；第四，高ωc(fr)，适当的截止频率，以展宽频段；第五，高Tc，以适应各类工作环境；第六，具有某一特定的损耗频率响应曲线，在需要衰减EMI信号的频段内损耗较大，足以把EMI衰减到最低电平，而在需要传输信号的频段内损耗较小，信号容易通过。不过，磁芯性能与其工作频率关系极大，而电磁波干扰信号的频率范围又相当宽，现在完全能满足上面六条要求的磁芯材料还没有。目前主要开发的抗EMI滤波器材料系列主要分为铁氧体系列、纳米晶软磁系列，六角Co2Z系列，复合双性系列四大类。　　表1显示了目前各种抗EMI材料性能指标的国际水平　　表一各种抗EMI材料性能指标的国际水平　　三、Nizncu铁氧体的性能分析　　我们常用的软磁铁氧体主要是MnZn、NiZn两大系列。其中MnZn系产量大、用途广，适用于低频1MHz以下，它具有高μi、低损耗和高稳定性的优点。目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　例如μi可达4×104，μQ积一般为50~100万(100KHz)，最高可达20~300万。Bs可在以上，Hc可在1OA/m以下，ρ为lOΩ/m，αμ/μi与D/μi为10-5~10-6。NiZn系材料在1MHz以下的低频范围内，性能比不上MnZn系，但在1MHz以上，由于它具有多孔性及高电阻率，因而大大优于MnZn系而成为高频应用中性能最好的软磁材料。其电阻率ρ可达108Ω/m，高频损耗小(例如NiZn-40在时,tgδ/μi≦60×l0-6，即Q=400~500)，故特别适用于高频1~30OMHz。而且NiZn材料的居里温度较MnZn高，Bs可高至，Hc亦可小至1OA/m。此外，NiZn系材料可以做到　　λ大，具有较大的非线性，可在高频或高频大功率以及磁致伸缩器件等申应用，又由于NiZn材料在工艺上没有氧化问题，故制造工艺比MnZn材料简单。下表2列出了常用的NiZn系铁氧体的性能指标。　　注：“N”表示Ni，“X”表示Zn　　表2：常用的NiZn系铁氧体的性能指标目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　NiZn铁氧体材料可在lMH~30OMHz范围内使用，如果要进一步提高使用频率范围，可在NiZn材料中掺杂一定的CuO，即得到NiZnCu软磁铁氧体材料，NiZnCu铁氧体材料可工作lOMH~10OOMHz的频率范围内，符合宽频抗电磁干扰材料的设计要求。CuO的加入可以提高材料的Q值，但μ值却要降低，这是因为尖晶石铁氧体中少量的Cu2+离子倾向于占据八面体位(B位)。由于晶场的作用，位于八面体B位的Cu离子产生能级分裂，同时改变了Cu离子核外电子云的分布，造成Cu离子周围的点阵发生畸变，正八面体畸变为沿Z轴方向伸长或缩短的八面体，增大铁氧体材料的应力各向异性，从而使材料μ值有所降低。同时，少量CuO的加入在一定程度上也可以降低材料的烧结温度，CuO含量Xwt%对NiZnCu铁氧体烧结温度的影响如图1所示。　　图1CuO对NiZnCu铁氧体烧结温度的影响　　四、NiZnCu铁氧体的制备　　2+　　2+　　2+　　磁学性能　　1、材料磁性的本源是什么？　　物质磁性的本源是材料内部电子的循轨运动和自旋运动　　2、什么是磁化强度？根据磁化率x的正负和大小将磁性材料分类。　　磁化强度：表征物质被磁化的程度，其物理意义是单位体积的磁矩。　　抗磁性材料：材料被磁化后，磁化矢量与外加磁场方向相反，χ0，使磁场略有增强的材料；目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　铁磁性材料：材料被磁化后，磁化矢量与外加磁场方向相同的，χ>0，使磁场强烈增加的材料。　　3、分别阐述材料抗磁性和顺磁性的来源。　　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；　　顺磁性主要源于原子的固有磁矩，为了降低静磁能，磁矩必将改变与磁场之间的夹角，于是便产生了顺磁磁化。　　4、分别画出铁磁性材料、反铁磁性材料以及亚铁磁性材料的相邻原子自旋磁矩排列情况。铁磁：相邻原子自旋磁矩同向平行排列。图示：↑↑↑↑　　亚铁磁：相邻原子自旋磁矩逆向排列，但相邻自旋磁矩大小不相等。图示：　　反铁磁：相邻原子自旋磁矩反向平行排列，且相邻自旋磁矩大小相等。图示：↑↓↑↓　　5、简述铁磁金属磁化曲线的3个阶段。　　第一阶段：在微弱磁场中，磁感应强度B和磁化强度M均随外磁场强度H的增大而缓慢上升，M与H之间近似直线关系，且磁化可逆；第二阶段：随外磁场强度H继续增大，磁感应强度B和磁化强度M急剧增加，磁化不可逆；第三阶段：H进一步增大，B和M增大趋势逐渐变缓，磁化愈加困难，磁化强度趋于饱和Ms，磁感应强度B继续增加。　　6、画出铁磁材料的磁滞回线并在图中标出Br，Hc。目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　7、画出顺磁材料、抗磁材料、铁磁材料、亚铁磁材料、反铁磁材料的磁化曲线　　导电性能　　1、画出导体、半导体、绝缘体的能带结构，并注明禁带宽度范围。　　2、简述基本热电效应现象：帕尔贴效应、汤姆逊效应、塞贝克效应。　　帕尔帖(Peltier)效应:当电流通过金属-半导体或不同金属接触的界面时，将会发热或者致冷。　　汤姆逊(Thomson)效应：电流通过两端温度不同的金属导线，将产生除焦尔热外的吸放热现象。　　赛贝克(Seeback)效应:两种不同电导体或半导体联成回路，且两接点处温度不同，则回路中将产生电流。　　3、写出超导体的两个基本特性和三个性能指标　　基本特征：零电阻，完全抗磁性　　性能指标：1.临界转变温度Tc；2.临界磁场强度Hc；3.临界电流密度Jc　　4、简述半导体导电具有敏感性的原因并举例3~5种敏感效应。　　半导体的禁带宽度比较小，仅为1eV左右，当外界条件发生改变时，例如温度升目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　高和有光照射时，部分电子会被激发到导带，产生电子空穴对，即其载流子数量发生改变，从而使半导体导电性能发生明显改变，因而半导体材料的导电性具有环境敏感性。　　举例：热敏效应、光敏效应、压敏效用、磁敏效应、气敏效应。　　介电性能　　1、极化、电介质、自发极化、铁电畴　　极化：介质在电场作用下产生感应电荷的现象称之为极化　　电介质:以感应的方式对外电场作出响应，即沿电场方向产生电偶极矩或电偶极矩的改变的材料称为电介质。　　自发极化：极化状态并非由外电场造成，而是由晶体的内部结构特点造成的，晶体中每一个晶胞中存在固有电偶极矩。　　在铁电体中，存在着许多微小自发磁化区域，称为“铁电畴”。　　2、介电常数的含义　　综合反映电介质材料极化行为的宏观物理量。有电介质时电容器的电容比其在真空状态时大，增长的倍数用介电常数表示。　　3、什么是电介质的击穿？分为哪几类？目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。 为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　电介质材料只能在一定的电场强度内保持其绝缘或介电能力；当电场强度超过某一临界值时，材料由介电状态变为导电状态，这就是电介质的击穿。分类：热击穿、电击穿、局部放电击穿。　　4、何为压电体、热电体、铁电体？它们之间的相互关系如何　　压电体：受外应力作用时，能在晶体中诱发介电极化，使其两端产生感应电荷的晶体。　　热电体：含有固有电偶极矩的极性晶体叫热电体。　　铁电体：在一定温度范围内存在自发极化，并且自发极化方向可随外加电场作可逆转动的晶体。目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。