材料的磁学性能.ppt

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1、第九章材料的磁学性能磁性材料具有能量转换、存储等功能，被广泛应用于计算机、通讯自动化、电机、仪器仪表、航空航天、农业、生物以及医疗等技术领域，是重要的功能材料。磁性不仅是磁性材料的一种使用性能，而且是许多材料的重要物理参数。了解材料的磁性，不仅对于应用和发展磁性材料是必需的，而且对于研究材料结构、相变也是重要的，因此磁性分析方法已经成为研究材料特别是金属材料的重要手段之一。本章主要介绍材料磁性的本质、抗磁性、顺磁性及铁磁性的特点及其影响因素和磁性参数的测量与应用作。引言材料性能第九章材料的磁学性能第一节材料的基本磁学参量一、磁性1.磁

2、极及其相互作用力磁体有两个磁极。两个距离为r，磁极强度分别为m1和m2的磁极间的相互作用力F为F=k（m1m2/r2）r0式中r0为r的矢量单位（有N极指向S极）；k为系数，k=1/（4πμ0），μ0=4π×10－7（H/m），为真空磁导率；m1和m2的单位为Wb。材料性能第九章材料的磁学性能§9.1材料的基本磁学参量2.磁矩(1)原子中电子的磁矩电子循轨运动，产生轨道磁矩μl，为矢量，与电子运动的轨道平面垂直，大小为μl＝[li(li+1)]1/2μB(Am2)式中:l为轨道角量子数，可取０，１，２，３……（n－１），分别代表s，p

3、，d，f层的电子态，μB为玻尔磁子，是磁矩的最小单元，它等于μB＝eh/(4πm)(Am2)式中e和m分别为电子的电荷和质量，h为普朗克常数。电子自转产生自旋磁矩μS，方向平行于自旋轴，大小为μS=2[si(si+1)]1/2μB式中:s为自旋量子数,其值为1/2.§9.1材料的基本磁学参量材料性能第九章材料的磁学性能(2)原子、分子的磁矩原子（分子）磁矩是电子轨道磁矩和自旋磁矩的总和。3d过渡族金属和4f稀土金属及合金的原子磁矩为μJ=gJμB[J（J+1）]1/2式中：gJ=1+[J(J+1)+S(S+1)－L(L+1)]/[2J

4、(J+1)]，gJ为朗的（lande）因子；J为原子总角量子数，可用洪德法则计算；S为原子总自旋量子数；L为原子总轨道量子数。原子磁矩在磁场中的投影值是量子化的，它仅能取μJ·H=gJmJμB式中：mJ为原子总角动量方向量子数或原子总磁量子数,它可取0、±1、±2、±3…±J，共2J+1个数值。§9.1材料的基本磁学性能材料性能第九章材料的磁学性能★洪德（Hund）法则对那些次层电子（s、p、D、f…等）未被填满电子的原子或离子，在基态下，其总角量子数J，总轨道量子数L和总自旋量子数S存在如下关系：(1)在未填满电子的那些次电子层内，

5、在泡利原理允许的条件下总自旋量子数S和总轨道量子数L均取最大值；(2)次电子层填满不到一半时，原子总角量子数J=L－S；次电子层填满一半或一半以上，原子总角量子数J=L+S。根据洪德法则可计算基态原子或离子的磁矩。但是，洪德法则不能计算块体金属中原子或离子的磁矩。§9.1材料的基本磁学性能材料性能第九章材料的磁学性能★块体金属中的原子磁矩对于3d金属，在大块金属中，4s电子已公有化，3d层电子成为最外层电子。晶体中原子3d电子轨道磁矩被晶场固定，不随外磁场转动，它对原子磁矩无贡献。这种现象称为轨道“冻结”。3d金属原子磁矩主要由电子的

6、自旋磁矩来贡献。4f金属则不同，它们的孤立离子磁矩与晶体中的离子磁矩几乎完全一致。因为在稀土金属晶体中4f电子壳层被外层的5s和5p电子壳层所屏蔽，晶场对4f电子轨道磁矩的作用甚弱或者没有作用。所以4f金属的电子轨道磁矩和自旋磁矩对原子都有贡献。§9.1材料的基本磁学性能材料性能第九章材料的磁学性能◆运动电子有磁矩，一般是轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和。◆原子核磁矩是电子磁矩的1/1836.5。◆原子中一个次电子层被排满时，这个电子层的磁矩总和为零，它对原子磁矩没有贡献。◆当原子中的电子层均被排满，则原子没有磁矩。◆只有原子中存在着未被排

7、满的电子层时，原子才具有磁矩。这种磁矩称为原子的固有磁矩。◆当原子结合成分子或形成晶体时，它们的外层电子磁矩要发生变化，所以分子磁矩并不是单个原子磁矩的总和。结论§9.1材料的基本磁学性能材料性能第九章材料的磁学性能二、磁化1.磁场与磁场强度磁场可由永久磁铁产生，也可由电流产生。一个每米有N匝线圈，通以电流电流强度为i(A)的无限长螺线管中央的磁场强度为H=Ni磁场强度H的单位为安·匝/米，也可简写成安/（A/m）。永久磁铁的磁极极强为m1时，在距离r远处产生的磁场可用单位极强（m2=1）在该处受到的作用力来定义H=F/m2=k（m1

8、/r2）r0若m1为正极（N极），F的方向与H的方向相同；若m1为负极（S极），F的方向与H的方向相反。材料性能第九章材料的磁学性能§9.1材料的基本磁学性能2.磁化及磁化强度物质在磁场中原子磁矩产生有序排列，呈现出磁性