第8章 无机材料的磁学性能1

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1、7.1基本概念一、电极化：在外电场作用下，介质内的质点（原子、分子、离子）正负电荷重心的分离，使其转变成偶极子的过程。或在外电场作用下，正、负电荷尽管可以逆向移动，但它们并不能挣脱彼此的束缚而形成电流，只能产生微观尺度的相对位移并使其转变成偶极子的过程。二、磁化：是指在物质中形成了成对的N、S磁极。三、电荷——磁极，电荷量——磁极强度两个磁极间的相互作用力与两个电荷间的相互作用力表达式相似。所不同的是公式中一个有真空介电常数o，一个为真空磁导率o偶极子：构成质点的正负电荷沿电场方向在有限范围内短程移动，形成一个偶极

2、子电偶极矩：=ql磁矩：将磁极强度为qm、相距为L的磁极对置于磁场强度H中，为达到与磁场平行，该磁极对要受到磁场力F的作用，在转矩T=LqmHsin的作用下，发生旋转,该式中的系数qmL定义为磁矩。Mi=qmL磁偶：具有磁矩的磁极对-q+qlE偶极子-qmHqmHSN磁矩极化强度P——磁化强度M（单位体积中的偶极矩或磁偶矩，表征材料被极化或磁化的能力。）也可用环行电流描述磁矩M的定义：M=IS（I：为环形电流，S：封闭环形的面积）磁及磁现象的根源是电荷的运动。原子中有原子核和电子，对于电子，无论是轨道运动还

3、是自旋运动，都会产生磁矩，原子核也会产生磁矩，但该磁矩很小，因此磁及磁现象的根源主要是电子的运动。电子运动不能完全抵消的原子的原子具有磁矩。极化强度P：P=oeE（e：电极化率）磁化强度M=m/V=H(：磁化率)如图：有F=BI，电流外磁场H力F(罗仑兹力）yzx真空中有B=0H(o:真空磁导率)(相对应电流密度与外加电场的关系：=1/=J/E)磁性体对外部磁场的反应强度可通过下式表示：对于厘米克秒制单位：B=0H+M=(0+)H=H=0+引入无量刚r=/0r=/0=r+

4、1r、r分别为相对磁化率和相对磁导率。磁介质的磁导率顺磁性抗磁性物质（μr－1）/10－6物质（1－μr）/10－6氧（1大气压）1.9氢0.063铝23铜8.8铂360岩盐12.6铋176常用铁磁性物质、铁氧体的磁性能物质μ0（起始）居里温度Fe1501043Ni110627Fe3O470858NiFe2O410858Mn0.65Zn0.35Fe2O415004007.2磁性铁磁性和铁电性有相似的规律，但应该强调的是它们的本质差别；铁电性是由离子位移引起的，而铁磁性则是由原子取向引起的；铁电性在非对称的晶体中发生

5、，而铁磁性发生在次价电子的非平衡自旋中；铁电体的居里点是由于熵的增加（晶体相变），而铁磁体的居里点是原子的无规则振动破坏了原子间的“交换”作用，从而使自发磁化消失引起的。交换作用：铁磁性除与电子结构有关外，还决定于晶体结构。实践证明，处于不同原子间的、未被填满壳层上的电子发生特殊的相互作用。这种相互作用称为“交换”作用。这是因为在晶体内，参与这种相互作用的电子已不再局限于原来的原子，而是“公有化”了。原子间好像在交换电子，故称为“交换”作用。而由这种“交换”作用所产生的“交换能”J与晶格的原子间距有密切关系。当距离很大

6、时，J接近于零。随着距离的减小，相互作用有所增加，J为正值，就呈现出铁磁性。当原子间距a与未被填满的电子壳层直径D之比大于3时，交换能为正值，当时，交换能为负值，为反铁磁性。交换能与铁磁性的关系居里点：铁磁体的铁磁性只在某一温度以下才表现出来，超过这一温度，由于物质内部热骚动破坏电子自旋磁矩的平行取向，因而自发磁化强度变为0，铁磁性消失。这一温度称为居里点TC。在居里点以上，材料表现为强顺磁性，其磁化率与温度的关系服从居里－外斯定律，=C/(T-Tc)式中C为居里常数依据原子的磁矩（有轨道磁矩和原子磁矩，统称为原子磁

7、矩）结构，铁磁性分为两类：本征铁磁性材料：在某一宏观尺寸大小的范围内，原子磁矩的方向趋于一致，此范围称为磁畴（一般为1——2微米，每个磁畴可以看作是具有一定自发磁化强度的小永磁体），这种铁磁性称为完全铁磁性（Fe、Co、Ni）。大小不同的原子磁矩反平行排列，二者不能完全抵消，相对于外磁场表现出一定的磁化作用，称此种铁磁性为亚铁磁性（铁氧体）。反铁磁性：反铁磁性，由于交换作用，相邻晶胞中的单电子自旋反向排列，引起相邻磁矩反向排列，在铁电性材料中有反铁电性。顺磁性和铁磁性：两者都具有永久磁矩，有外电场时，前者表现出极弱的磁

8、性，后者磁化强度大，当移去外磁场，则前者不表现出磁性，而后者则保留极强的磁性。亚铁磁性体：相邻原子磁体反平行，磁矩大小不同，产生与铁磁性相类似的磁性。一般称为铁氧体的大部分铁系氧化物即为此。磁性材料：铁磁性与亚铁磁性的统称。HMFe,Co,Ni,Gd,Tb,Dy,等元素及其合金、金属间化合物。FeSi,NiFe,CoFe,SmCo