纳米材料与技术纳米磁性材料

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1、第十章纳米磁性材料一、材料的磁性二、纳米微粒的磁学性能三、纳米固休材料的磁学性能四、纳米磁性材料—、材料的磁性1.材料的磁现象①天然磁石：主要成分为Fe3O4,屈于-•种尖品石结构的铁氧体，其显著特点是貝有吸铁的能力，称为永磁材料，也称为硕磁或恒磁材料。慈（磁）石的发现、磁石吸铁的发现、磁石指南和最早磁指南器（司南）的发明、指南针的发明和应用、地球磁偏角的发现、地球磁倾角的利用、磁在医药上的应用、北极光地球磁现彖和太阳黑子、太阳磁现彖的记载等，都是中国最早发现、发明、应用和记载的。②1820年，奥斯特发现屯流产生磁场：距导线广米处的

2、磁场强度//为：H=I/2/rr（A/m）1A/m=4x103Oc（Oersted）①材料在外加磁场H（直流、交变或脉冲磁场）作用下，会在材料内部产生一定的磁通量密度，称其为磁感应强度〃，单位为T（Tesla咸韦伯/米2（Wb/n?）。1T=1Wb/m21T=104Gauss5=//77真空中瓦二“（）万“：磁导率，为材料的本征参数M：4x107亨利/米③其他表征磁性材料的参数：相对磁导率:磁化率：/=/zr-1磁化强度：M二2•材料磁性的微观机理①基本概念：磁偶极子：线度小至原子的小磁铁，可等效为坏绕电路流动的电荷，如电子绕原子核

3、的运动、电子的自旋、旋转的电子核等。磁偶极矩Pm：真空小每单位外加磁场作用在磁偶极子上的最人力矩。磁矩m：Pm与“（）的比值，单位为Am2o②材料的宏观磁性：山组成材料的原子小电子的磁矩引起，产生磁矩的原因冇二：i）电子绕原子核的轨道运动，产主一个非常小的磁场，形成一个沿旋转轴方向的轨道磁矩m。。ii）每个电子木身作口旋运动，产生一个沿自旋轴方向的自旋磁矩叫，它比n,大得多。故每个电子iij看成一个小磁体，具有永久的1%和n】s。Bohr磁子“b=eh/2me每个电子的叫=“b，】％受不断变化方向的晶格场作用，不能形成联合磁矩。-

4、原子是否貝有m,取决于其貝体的电子壳层结构。若有未被填满的电子壳层，其电子的g未被完全抵消，则原子具有永久m。3.材料磁性的分类材料的磁性取决丁材料中原子和电子磁矩对外加磁场的响应，具体可分为抗磁性、顺磁性、反铁磁性（均为弱磁性）、铁磁性和亚铁磁性（均为强磁性）。①抗磁性（Diamagnetism）:在外加磁场存在时，外磁场会使材料中电子的轨道运动发生变化，感应出很小的磁矩，其方向与外磁场方向相反，故名抗磁性。帘见材料：Bi、Zn、Ag、Mg等金属，Si、P、S等菲金属，许多有机高聚物以及悄性气体。②顺磁性（Paramagnetis

5、m）：有些材料（Al,Pt等）的ms和％没有完全被抵消，每个原子都有一个永久m,但在无外磁场作用时，各个原子的m无序排列，材料表现不出宏观的磁性；而在有外磁场作用时，各个原子m会沿外磁场方向择优取向,使材料表现出宏观的磁性,称其为顺磁性。常见材料:稀土金屈,Fe族元素的盐类,Mn、Cr、Pl、N2、O2等。&抗磁性和顺磁性材料一般看作是无磁性的，因为它们只冇在外磁场存在时才被磁化，而磁化率乂极小。①铁磁性(Ferromagnelism)：26Fe.27c。、2嘶、39丫、“Dy等材料在外磁场作用下，会产生很人的磁化强度，外磁场去除后

6、仍能保持相当人的永久磁性，故而得名。貝有铁磁性的材料的磁化率可高达IOS使得磁化强度M(M=/H)远大于磁场强度H。②反铁磁性(Antiferromagnetism):MnO,Cr2O3,CoO,ZnFeO4等材料，其相邻原子或离子的磁矩作反方向平行排列，总磁矩为零。③亚铁磁性(Feirimagnctism)：对于含铁酸盐的陶瓷磁性材料，即铁氧体(Ferrite),其宏观磁性类似于饮磁性，但是其磁化率和饱和磁化强度比铁磁性材料低一些，称为亚铁磁性。这类铁氧体的电阻率较高，适于制作电导率低的磁性元件。磁性体的种类1磁矩的排列特性强磁性

7、(ferro-magnetism)强磁性(ferromagnetism)—►—>—>—>—►—►—►—>—►J厂'2H铁氧体磁性(ferri・magnetism)—►—>—>A♦*♦B—>—>—►♦♦♦J7J'LH反强磁性(antiferromagnetism)—>—>—><—<—<—<—J顺磁性(paramagnetism)八1J反磁性(diamagnetism)无自旋小J4•材料的饮磁理论>一般铁磁性材料的磁化率Z和磁导率“很人，其磁化强度M(=/H)和磁感应强度B(=//H)与磁场强度H之间不是单值函数关系，而显示磁滞现象(

8、HysteresisLoop)。>恢磁材料具有一个磁性转变温度：居里温度TcTTC时，铁磁性消失而呈现顺磁性。>磁畴(magneticdomain)假说：铁磁材料的自发磁化是按区域分布的，各个自发磁化区域称