无机材料化学(第11讲物质的磁性分类)ppt课件.ppt

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1、无机材料化学（第11讲物质的磁性分类）1.逆磁性（或抗磁性）具有逆磁性的物质在磁场中的磁化很弱，x<0，约为-10-6~-10-4，μr是略小于1的数。磁化强度　与磁场强度　方向相反，(　　=x)且一般情况下x不随温度变化。这些物质的原子或离子的电子壳层都是填满的，它们的原子或离子磁矩等于零；或虽原子磁矩不为零，而由原子组成的分子的总磁矩为零，即固有磁矩为零。逆磁性物质主要有如下几类：（1）惰性气体；（2）不含过渡元素的离子晶体，如NaCl、KCl等；（3）不含过渡元素的共价化合物（如CO2）和所有有机化合物；（

2、4）某些金属和非金属，如Bi、Zn、Cu、Hg、Pb、Si、P等。外加磁场后，外磁场使电子轨道状态改变，由磁场感应每个电子将产生一个感生的附加磁矩。根据楞次定律，磁场感生之磁矩必与原磁场方向相反,所以磁化率小于零，这便是逆磁性的来源。电子感生磁矩叠加使物质产生了与外磁场方向相反的磁矩。逆磁性普遍存在于一切物质中，只是感生磁矩很小，只有当原子或分子的固有磁矩为零时，逆磁性才能表现出来。逆磁性产生的原因：2.顺磁性顺磁性物质在磁场中的磁化也很弱。x>0，约为10-5~10-3，μr是略大于1的数。磁化强度与磁场强度的

3、方向相同。磁化率x和温度成反比，而与密度ρ成正比：式中C为常数，这个规律称为居里定律。（1）某些过渡金属和合金，以及过渡金属元素的化合物，如:La、Pr、MnAl、AuMn3、MnSO4·H2O、FeCl3、FeSO4·7H2O、Gd2O3、PrCl3等；（2）除Be以外的碱金属和碱土金属；（3）顺磁盐，如CuSO4·5H2O、CrCl3、Fe2(SO4)3·8H2O等。顺磁性物质主要包括：顺磁性物质的原子或离子都含有未填满的电子壳层，故具有固有磁矩。但通常情况下由于磁矩取向完全杂乱，并不表现出宏观磁性。外加磁场

4、时，由于磁场对磁矩的取向作用，各原子磁矩平行于磁场趋向整齐排列。但这种排列的过程受原子热运动的严重干扰。在这两种互相矛盾的效应作用下，各原子磁矩只比无外磁场时排列的稍整齐些，对外表现出很弱的磁性，磁化率x稍大于零。对于顺磁物质，逆磁效应也是存在的，但顺磁效应比逆磁效应大得多，掩盖了逆磁效应，这两个总磁矩的方向是相反的，总的效果是顺磁性物质经磁化后获得平行于磁场方向的净磁矩。3.铁磁性铁磁性物质磁性很强，具有如下特点：磁化率和磁导率很大，x>>0，在10-1～105，μr>>1。在外磁场中有非常大的磁化强度，且去掉

5、外磁场后仍可保留强磁性。磁化强度的方向可随外磁场方向而改变。虽然　＝x　　和　　＝μrμ0在形式上与顺磁和逆磁性物质相同，但x、μr均不是常数，M和H不是线性关系，而是呈现磁滞回线行为。主要的铁磁性物质有:Fe、Co、Ni和某些稀土元素及其它们的合金；某些包含铁的复合氧化物（铁氧体)。磁化过程中磁化强度与磁场强度的关系曲线。（磁化曲线）磁滞回线OAB　起始磁化曲线Ms饱和磁化强度Mr剩余磁化强度或称剩磁Hc矫顽磁场或矫顽力BD　去磁－退磁曲线H为铁磁质中的合磁化强度（1）磁滞回线因为铁磁质中，M的数值比H大得多（

6、102～106倍），B＝μ0（H＋M）≈μ0M只是起始磁化曲线中，M～H曲线上接近饱和磁化处有水平部分，B～H曲线上则不会有水平部分，因磁化达到饱和后，磁感应强度B仍然随磁场强度H的增大而继续增大。磁滞回线还可以表示成B～H的关系曲线，其形状和M～H类似。磁滞回线M与H的关系不仅不是线性的，而且也不是单值的一一对应关系。给定H值，不能唯一地确定M的值。如H由正值减少为零时，M=Mr；H由负值变为零时，M=－Mr。所以对于同一个H值，M的取值与磁介质经历怎样的磁化过程达到这个状态有关，或者说，M的值除了与H有关外，

7、还取决于磁介质的磁化历史。形式上满足M＝xH关系但x不是常数，与状态有关。近代科学实践证明，铁磁性主要来源于电子的自旋磁矩。在没有外磁场的情况下，铁磁体中电子自旋磁矩可以在小范围内“自发地”整齐排列，形成一个个小的“自发磁化区”，这种自发磁化区叫磁畴（磁矩方向一致的小区域）。电子自旋磁矩形成自发磁化区被认为是电子之间存在着一种“交换作用”，它使电子自旋在平行排列时能量更低，即电子处于同一自旋状态时可降低能量。交换作用是一种纯量子效应，它使体系的能量降低。所以磁畴的形成来源于磁体趋于降低自身能量的结果。（2）自发磁

8、化和磁畴结构铁磁性物质中，原子间的交换作用使得原子磁矩保持有秩序地排列，即产生所谓自发磁化和磁畴结构。其磁化强度是宏观物质的极限磁化强度，即饱和磁化强度。铁磁体中的磁矩排列（磁畴）磁畴的形状和大小，在不同材料中很不相同，其几何尺寸在毫米~微米数量级。畴之间的过渡层称为畴壁，通常畴壁厚度在1~100nm。(3)磁畴结构对磁滞回线的解释外磁场方向磁滞回线在未磁化的铁磁质中,虽