磁性材料地磁性及工程应用

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1、实用磁性材料的磁性及工程应用磁性材料指具有强的磁性及工程应用价值的材料。大抵可分为：「永久磁性材料」、「暂时磁性材料」及「半永久磁性材料」三大类。它们广泛地应用於电子、电机、资讯、机械及交通等产业上。本文简介磁性的由来、各类磁性材料的特性与功用。磁性材料（magneticmaterials）系你我周遭俯拾即是的材料。较醒目的，如白板上的磁铁、磁性跳棋下面的磁石、指南针、录音带、磁头、软式磁碟片等等；另外有更大量包装在某些装置裏面的磁性材料，如马达、电视机、变压器、汽车等等内部，不一而足。可以说，磁性材料已与现代人的生活息息相关。在材料科学的领域内，它回类

2、在「电子材料」裏面（与导电材料、尽缘体、半导体等并列）。但具有磁性之材料又涵盖金属材料、陶瓷材料，甚至於高分子材料。它的形态还包括块料（b1uk）、粉体（particulate）及薄膜（thinfilm）等。因此磁性材料本身为具有多元化角色的材料。以物理学的观点来说，任何材料都是磁性材料，也就是说，每一种材料都有一定的磁现象。有的在磁场内会抵消一小部分磁场强度，呈现「反磁性」（diamagnetism），如铜；有的在磁场内有微小的正感应，呈现「顺磁性」（paramagnetism），如空气；有的在磁场内会感应产生很强的磁性量——文档实用称为磁化量（mag

3、netization），呈现铁磁性（ferromagnetism，又称强磁性）或者亚铁磁性（ferrimagnetism，又称亚强磁性）等种类繁多。在产业上，只有具强磁性或亚强磁性的材料才能加以利用。但在物理、化学及医学上，其他类型的磁性也有很大的功用。最有趣的例子是，医学上利用人体器官分子的磁共振，可以迅速作完全身健康检查，由器官分子的「磁性」，可以检测病变之有无，所使用的设备叫做MRI（magneticresonanceimaging）。在此，只拟介绍产业应用价值较大的强磁性及亚强磁性材料（永久及暂时磁性材料；半永久性者种类及应用较少，限於篇幅不谈）

4、。磁性的由来直到二十世纪以前，人们（包括科学家）对物质磁性的了解，不会比我们的老祖宗在数百、甚至於数千年前的了解好到那裏往。最近七十多年来，靠著很多受过严密科学练习的物理家、化学家及数学家不断的努力，终能逐渐解开它神秘的面纱，一窥其全貌。让我们循著先哲的路线来了解磁性的起源。由实验得知，两磁极间有相吸或相斥之力，称为磁力。因此由力的丈量，可以得知「磁」的大小。有力就会有力矩，因磁所起的力矩称为「磁矩」（magneticmoment）。早期科学家（例如法拉第、居里等人）尝试在磁场内丈量物质所含磁矩之大小及其随温度变化的关系，从而发现不同物质的不同反应。一物

5、体所含磁矩之量称为「磁化量」。单位磁场所能引起的磁化量称为「磁化率」（magneticsusceptibility），由磁化率对温度的定量关系，吾人便可定义反磁性、顺磁性及强磁性等的不同。但何以如此？仍然没有答案。文档实用首先，磁矩是什麼呢？若将磁铁一再分割，每一新得之颗粒皆为一新的磁铁，具有南、北（N、S）极，分割到最小而仍会保有N、S两极的即为磁矩。目前，我们已知电子自旋或公转，就造成此种最小单位（比如电流绕线圈活动造成磁场）。换句话说，磁矩就是电子运动（公转、自转），未被抵消的净量，亦即为磁陀（magneticspin）之净值。除反磁性物质以外，所

6、有其他物质在磁场内都有或多或少的磁矩，可以定量地量测出来，很显然地它们都含有磁性的原子（分子）。那麼强磁性是怎麼来的呢？何以同样含有磁性原子而有的是强磁性，有的却没有呢？1907年，魏斯（Weiss）重复居理於1895年的实验，再配合数学家蓝古文（Langeuim）的理论，假设磁性「分子」（当时以为分子是物质之最小单位）间有相互作用，称为分子场（molecularfield），并大胆推断非强磁性物质之分子场很小，而强磁性物质之分子场非常大，大到足以使「分子」之磁矩同向排列而达饱和。温度高到居里点（编注：铁磁性物质由强磁性变为顺磁性时的温度，称为居里点）以

7、上时，热能破坏了分子场的排列作用，使磁性「分子」混乱，即为顺磁性。然则，何以大部分铁、钴、镍等强磁性元素不会吸引别的铁、钴、镍呢？既然它们内部已磁化到饱和，应可作为很强的永久磁铁才是啊。魏斯又提出另一个大胆假设，那就是物系为降低自由能以达安定化，会进步乱度。强磁性物质内部自动分成很多小区域，称为磁区（magneticdomain）。在同一磁区内磁化方向是一致的，不同磁区间的磁化方向不同且呈混乱化，故互相抵消，平常感觉不到它有磁性，只有在磁场内加以磁化，打破磁区之混乱状态，才能感受到它的强磁性。后人的实验（1931年）印证此一「预言」（见图一），使魏斯名垂

8、千古，其大胆假设、小心求证的治学态度更是为人津津乐道的原则。1948年，魏斯的门