《磁性功能材料》课件

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1、功能材料FunctionalMaterials朱敏华南理工大学机械工程学院87113924http://www2.scut.edu.cn/mechatronic/zhuminE-mail:memzhu@scut.edu.cn华南理工大学朱敏第三章磁性功能材料磁性功能材料——磁性材料指那些有实际工程意义具有较强磁性的材料。是最古老的功能材料。公元前几世纪人类就发现自然界中存在天然磁体，磁性(Magnetism)一词就因盛产天然磁石的Magnesia地区而得名。早期的磁性材料主要是软铁、硅钢片、铁氧体等。二十世纪六十年代起，非晶态软磁材料、纳

2、米晶软磁材料、稀土永磁材料等一系列的高性能磁性材料相继出现。磁性材料广泛应用于计算机及声像记录用大容量存储装置如磁盘、磁带，电工产品如变压器、电机，以及通讯、无线电、电器和各种电子装置中，是电子和电工工业、机械行业和日常生活中不可缺少的材料之一，华南理工大学朱敏本章主要内容磁学理论——物质的磁性、磁性的基本物理量磁性材料分类——软磁材料、永磁材料、半硬磁材料磁性材料的基本性能与应用第三章磁性功能材料华南理工大学朱敏3.1磁学基础－物质的磁性(一)物质的磁性将一个面积为（A)、通有电流（Is)的环型导体放入磁场中，该环型导体将会在磁场（H)

3、的作用下发生偏转，即环型导体受到力矩的作用。力矩（M)的大小可由下式表示：MIsxAxH定义Pm=IsxA为通过电流为Is、面积为A的环型导体的磁矩。IsI华南理工大学朱敏原子内的电子做循轨运动和自旋运动，所以必然产生磁矩。前者称为轨道磁矩，后者称为自旋磁矩。电子的循轨磁矩Pl=电子的自旋磁矩Ps=e：单位电荷；h:普朗克常数；m:电子质量；l:轨道量子数；s:自旋量子数。原子核的磁矩比电子磁矩小三个数量级，一般情况下可忽略不计。3.1磁学基础－物质的磁性华南理工大学朱敏物质磁性具有普遍性3.1磁学基础－物质的磁性电子的循轨磁矩电子的循

4、轨磁矩原子磁矩物质磁性原子磁矩＝Σ物质表现何种磁性原子磁矩间相互作用外加磁场的作用华南理工大学朱敏3.1磁学基础－物质的磁性细菌细胞中的磁力线200nm的Co粒子中的磁力线华南理工大学朱敏3.1磁学基础－物质的磁性磁场强度：电流强度为I的电流在一个每米有N匝线圈的无限长螺旋管轴线中央产生的磁场强度H为：H=NxIA/m（安/米）距离永磁体r处的磁场强度H为：H=km1r0/r2H/m（亨利/米）m1为磁极的磁极强度，单位为Wb(韦伯)；r0是r的矢量单位；磁化强度(M):单位体积磁性材料内各磁畴磁矩的矢量和，单位为A/m。磁感应强度(B)

5、:物质在外磁场作用下，其内部原子磁矩的有序排列还将产生一个附加磁场。在磁性材料内部外加磁场与附加磁场的和,单位为T（特斯拉）。（二）基本磁性参量B=H+M华南理工大学朱敏3.1磁学基础－物质的磁性磁导率和磁化率在真空中磁感应强度B与磁场强度H间的关系为：B=μ0H在磁性材料中：B=μ0（H+M）在均匀的磁性材料中，上式的矢量和可改成代数和：B=μ0（H+M）磁性材料的磁导率定义为磁感应强度与磁场强度之比：μ=B/Hμ0:真空磁导率;μ:绝对磁导率，单位为H/m，μr:相对磁导率μr=μ/μ0磁化率定义为磁化强度与磁场强度之比：χ=M/H华

6、南理工大学朱敏(三）物质磁性的分类3.1磁学基础－物质的磁性物质磁性分类顺磁性被磁化后，磁化场方向与外场方向相同，χ：1–104铁磁性被磁化后，磁化场方向与外场方向相同，χ：10-3-10-6被磁化后，磁化场方向与外场方向相反，χ：－（10-5–10-6）抗磁性与外加磁场的关系华南理工大学朱敏顺磁性起因于原子或分子磁矩，在外加磁场作用下趋于沿外场方向排列，使磁质沿外场方向产生一定强度的附加磁场。顺磁性是一种弱磁性。顺磁性材料多用于磁量子放大器和光量子放大器，在工程上的应用极少。顺磁金属主要有Mo，Al，Pt，Sn等。3.1磁学基础－物质的

7、磁性抗磁性是由于外磁场作用下，原子内的电子轨道绕场向运动，获得附加的角速度和微观环形电流，从而产生与外磁场方向相反的感生磁矩。原子磁矩叠加的结果使宏观物质产生与外场方向相反的磁矩。由于属于此类的物质有C，Au，Ag，Cu，Zn，Pb等。华南理工大学朱敏3.1磁学基础－物质的磁性HmmDmkkDkDkDm产生抗磁性的原理m：磁矩Dm：附加磁矩Dk：附加向心力k：向心力抗磁性具有普遍性物质是否表现出抗磁性要看物质的抗磁场是否大于其顺磁场华南理工大学朱敏物质内部原子磁矩的排列a:顺磁性b:铁磁性c:反铁磁性d:亚铁磁性3.1磁学基础－物质的磁性

8、由于原子间的交换作用使原子磁矩发生有序的排列，产生自发磁化，铁磁质中原子磁矩都平行排列（在绝对零度时)华南理工大学朱敏3.1磁学基础－物质的磁性铁磁质：磁矩的有序排列随着温度升高而被破坏，温度