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1、第10章 高分子材料的磁学性能110.1基本磁学性能一、磁学基本概念与基本量磁性：物质在一定条件下能相互吸引的性质是由材料内部电子循轨和自旋运动产生的磁化：物质在磁场中由于受磁场作用而呈现出一定磁性的现象磁介质：能够被磁化的物质磁场：在磁极周围空间存在着磁力作用的特殊物质二、材料的磁性任一封闭电流都具有磁矩，其方向与环形电流法向方向一致，大小等于电流与环形面积乘积：磁矩表征材料磁性大小。磁矩愈大，磁性愈强电子轨道磁矩ml为波尔磁子，是磁矩的最小单元电子的自旋磁矩msS为自旋量子数，其值为1/2原子的经典玻尔模型：Z个电子围绕原子核做圆周运动核外电子结构用量子数表征：n.l.s电子轨道
2、大小由主量子数n决定n=1,2,3,4,………的轨道群又称为K,L,M,N,…….的电子壳层轨道的形状由角动量l决定l=0,1,2,3,……..n-1又称为s,p,d,f,g,……..次电子层电子自旋量子数由S决定磁化强度和磁化率：磁介质在磁场强度H的外磁场中被磁化时，产生附加磁场H’，则总磁场强度：无外加磁场有外加磁场磁化强度：单位体积内原子固有磁矩的矢量和，A/m材料磁化强度不仅与外加磁场强度有关，还与物质本身的磁化特性有关磁感应强度B：通过磁场中某点，垂直于磁场方向单位面积的磁力线数μ0为真空磁导率，磁导率或导磁系数μ，反映了磁感应强度B随外磁场H变化的速率10.2材料磁性的分
3、类一材料抗磁性与顺磁性的物理本质材料被磁化后，磁化矢量与外加磁场方向相反的称为抗磁性材料被磁化后，磁化矢量与外加磁场方向相同的称为顺磁性存在磁化可逆性磁化曲线1抗磁性材料的抗磁性来源于电子循轨运动时受外加磁场作用所产生的抗磁矩(1)电子轨道磁矩大小为(2)电子抗磁矩无论电子顺时针运动还是逆时针运动，所产生的附加磁矩Δm都与外加磁场的方向相反，称为抗磁矩(3)原子抗磁矩任何材料在磁场作用下都要产生抗磁性一个原子有z个电子，每个电子的轨道半径不同，故一个原子的抗磁矩计算有机化合物磁化率：χm,i称为原子磁化率，λi代表结构增量2.顺磁性材料的顺磁性主要来源于原子(离子)的固有磁矩产生顺磁
4、性的条件：原子的固有磁矩不为零。原子或离子不为零的几种情况：（1）具有奇数个电子的原子或点阵缺陷（2)内壳层未被填满的原子或离子顺磁磁化率（χpara）N是观测自旋数，g是平均朗德因子，μB是波尔磁子；k是玻兹曼常数；T是绝对温度（K）。当未成对电子在导带中离域时，其磁化率χP则服从Pauli定律3.铁磁性一铁磁材料的原子组态和原子磁矩铁磁性材料在外加磁场作用下，可以产生很强的磁化，其磁化矢量与外加磁场的方向一致铁磁性来源于原子未被抵消的自旋磁矩和自发磁化铁磁性产生条件：（1）原子未被抵消的自旋磁矩。过渡族金属的3d壳层都未被电子填满。（2）自旋磁矩能自发地排列在同一方向上--自发磁
5、化二自发磁化1自发磁化：无外磁场的情况下,材料所发生的磁化2交换能:因交换作用所产生的附加能量交换积分常数A当a／r＞3时，A＞0；当a／r＜3时，A＜0金属内部的自发磁化是由于电子间的相互作用产生的当两个原子相接近时，迫使相邻原子自旋磁矩产生有序排列3自发磁化条件（1）在A＞0，自旋磁矩同向排列时能量最低（2）在A＜0，自旋磁矩反向排列时能量最低铁、钴、镍因其交换积分常数A具有较大的正值，有较强的自发磁化倾向稀土元素常温下为顺磁性三磁各向异性与磁致伸缩1磁各向异性沿不同晶轴方向的磁化强度不同:磁化矢量沿易磁化方向时能量最低;磁化矢量沿难磁化方向时能量最高在单晶体的不同晶体学方向上，
6、其磁学性能不同。这种特性称为磁晶各向异性磁化功小的方向称为易磁化方向，磁化功大的方向称为难磁化方向2磁致伸缩效应铁磁物质磁化时，沿磁化方向发生长度的伸长或缩短（1）磁致伸缩系数λλ＞0，表示沿磁化方向上的尺寸伸长，称为正磁致伸缩,Feλ＜0，表示沿磁化方向的尺寸缩短,Ni（2）饱和磁致伸缩系数:磁化强度达到饱和值时的磁致伸缩系数λs＞0的材料磁化时，若沿磁场方向加以拉应力，有利于磁化λs＜0的材料磁化时，若沿磁场方向加以压应力，有利于磁化四磁畴结构(1)磁畴:在铁磁性物质中，存在的微小自发磁化区域（2）退磁能：由于铁磁体产生的外磁场与内磁场方向相反，从而使铁磁体的磁性减弱，造成磁化能
7、增加（3）磁畴壁：相邻磁畴的交界处，两相反磁畴之间形成一个过渡层畴壁面积越大，能量越高，而磁畴越小，磁畴壁面积就越大没有外磁场时，磁畴呈细小扁平的薄片状或细长的棱柱状，磁化矢量指向易磁化方向五磁化曲线与磁滞回线1.磁化曲线第一部分：H↑，B↑M↑（缓慢）磁化是可逆的第二部分：H↑，B↑M↑（急剧）磁导率增长非常快，并且出现极大值磁化是不可逆的第三部分：H↑，B↑M↑（变缓）磁导率减小，并趋向稳定当磁场强度达到Hs时，磁化强度便达到饱和值2.磁滞回线磁化到饱
