磁学与磁性材料导论
微观磁学与磁性材料的研究
微观磁学与磁性材料的研究在当今科学技术的发展中，磁性材料的研究已经成为一个重要的领域。
随着人们对纳米技术的进一步探索和应用，微观磁学的研究也逐渐受到了科学家们的关注。
微观磁学主要研究的是材料的微观磁性结构及其在磁场作用下的行为。
微观磁学研究的对象主要是磁性材料中的微观结构和微观性质。
这些磁性材料包括铁磁材料、铁磁材料、交换耦合体系、软磁材料等。
通过对这些材料的研究，人们可以揭示材料的磁相互作用、磁畴结构、磁滞回线等方面的特性。
微观磁学的研究方法主要包括磁力显微镜、磁探针、磁角度分辨光电子能谱等。
磁力显微镜是一种用于观察和测量磁场分布的仪器，可以直接观察到磁场在材料中的分布状况。
磁探针则是通过探测磁场强度来了解材料的磁性质。
而磁角度分辨光电子能谱则是通过测量光电子的角度和能量来研究材料的电子结构和磁性。
微观磁学的研究对于磁性材料的应用具有重要的意义。
首先，它可以帮助人们深入了解材料的磁性质，从而更好地设计和合成新的磁性材料。
其次，微观磁学可以揭示材料中的磁微观结构，从而为材料的性能改进提供有效的指导。
此外，通过微观磁学的研究，人们还可以发现新的物理现象和规律，从而推动磁学领域的进一步发展。
磁性材料的微观磁学研究不仅可以帮助人们深入了解材料的磁性质，还可以探索材料的潜在应用。
例如，铁磁材料在电子器件、传感器、储能材料等领域有着广泛的应用。
通过对铁磁材料的微观磁学研究，人们可以了解材料的磁畴结构和磁滞回线特性，从而更好地优化材料的性能。
类似地，对软磁材料的微观磁学研究可以帮助人们改进材料的磁导率、铁损等性能指标，从而使软磁材料更好地应用于电力变压器、电机等领域。
除了对材料的微观磁结构和性质的研究外，微观磁学的研究还涉及材料的微观动力学过程。
磁快速热化是一种通过磁场作用来改变材料磁性质的方法。
通过快速热化，人们可以调控材料的磁畴结构和磁性能，从而实现材料的快速磁化和快速磁变。
这对于磁存储器件、磁传感器等磁性器件的开发具有重要意义。
磁学中的磁性材料特性与应用
磁学中的磁性材料特性与应用磁性材料是一类具有特殊磁性性质的物质，广泛应用于电子、通信、医疗、能源等领域。
本文将从磁性材料的特性和应用两个方面进行探讨。
一、磁性材料的特性磁性材料的特性主要包括磁化强度、磁化曲线、磁滞回线等。
磁化强度是指材料在外加磁场作用下的磁化程度，通常用磁化强度矢量来表示。
磁化曲线描述了材料在外加磁场变化时的磁化过程，可以分为顺磁性、抗磁性和铁磁性。
顺磁性材料在外加磁场作用下，磁矩与磁场方向相同；抗磁性材料则相反，磁矩与磁场方向相反；而铁磁性材料在外加磁场作用下，磁矩与磁场方向平行或反平行。
磁滞回线是描述材料在磁化和去磁化过程中磁化强度的变化曲线，可以用来表征材料的磁化和去磁化特性。
磁性材料的特性决定了它们在各个领域的应用。
例如，铁磁性材料常用于制造电机、变压器等电磁设备，因为它们具有较高的磁导率和饱和磁感应强度；顺磁性材料则常用于医学成像、核磁共振等领域，因为它们对外加磁场具有较强的响应能力；抗磁性材料则广泛应用于磁屏蔽、磁存储等领域，因为它们具有良好的抗磁性能。
二、磁性材料的应用1. 电子领域磁性材料在电子领域的应用非常广泛。
以硬磁材料为例，它们常用于制造磁头、磁盘等存储设备，因为硬磁材料具有较高的矫顽力和矫顽力储量。
软磁材料则常用于制造变压器、电感等电磁设备，因为软磁材料具有较低的矫顽力和矫顽力储量，能够有效减小能量损耗。
2. 通信领域磁性材料在通信领域的应用主要体现在电磁波的控制和传输方面。
例如，铁氧体材料具有较高的磁导率和较低的磁滞损耗，常用于制造天线、滤波器等通信设备，能够有效地控制和传输电磁波信号。
3. 医疗领域磁性材料在医疗领域的应用主要体现在磁共振成像和磁治疗方面。
顺磁性材料常用于磁共振成像中的对比剂，能够提高图像的对比度和清晰度。
磁性纳米颗粒则常用于磁治疗中的靶向输送和热疗，能够实现对癌细胞的精确杀灭。
4. 能源领域磁性材料在能源领域的应用主要体现在电池、超级电容器等储能设备中。
磁性材料与磁性学基础
磁性材料与磁性学基础磁性材料是具有磁性的材料，广泛应用于电子、通信、医疗等领域。
了解磁性材料的基本原理和性质对于应用和发展都具有重要意义。
磁性学是研究磁性材料的学科，它主要涉及磁性材料的磁化、磁场等基本概念和原理。
本文将从磁性材料的分类、磁化过程、磁性材料的性质等方面进行阐述。
一、磁性材料的分类磁性材料根据其磁性质可以分为铁磁、顺磁、反磁和带磁等四类。
铁磁材料是指在外加磁场作用下具有明显磁化特性的材料，常见的有铁、钴、镍等。
顺磁材料是指在外加磁场作用下呈现顺磁性质的材料，如银、铂等。
反磁材料则是指在外加磁场下呈现反磁性质的材料，如铜、锌等。
带磁材料是指一些特殊的磁性材料，如软磁材料和硬磁材料。
二、磁化过程与磁场磁化是指磁性材料在磁场作用下产生磁化强度的过程。
磁化过程可分为顺磁和铁磁两种类型。
顺磁磁化是指材料中的磁化强度和外加磁场成正比，而铁磁磁化则是指材料中的磁化强度与外加磁场呈非线性关系。
在实际应用中，通常使用磁性材料的矫顽力来描述材料的磁化性能。
磁场是磁性材料磁化的驱动力，是由磁性体所产生的力线场。
磁场的强弱程度决定了磁性材料磁化的程度。
不同磁性材料对磁场的响应不同，这是由其磁化特性决定的。
三、磁性材料的性质磁性材料的性质包括磁化特性、磁导率、磁致伸缩效应、磁滞回线等。
磁化特性是磁性材料的本质属性，它反映了材料在磁场下的磁化程度。
磁导率是指磁性材料对磁场的响应程度，它是电磁学中的一个重要参数。
磁致伸缩效应是指磁性材料在磁场作用下发生形变的现象，这一现象常应用于磁声技术等领域。
磁滞回线是指铁磁材料在磁场强度发生变化时的磁化曲线，可以用来描述材料的磁化特性和磁场强度的关系。
四、磁性材料的应用磁性材料广泛应用于电子、通信、医疗等领域。
在电子领域，磁性材料被用于制造高性能的磁盘存储器、传感器、扬声器等。
在通信领域，磁性材料被用于制造天线、滤波器等元件。
在医疗领域，磁性材料被用于磁共振成像、磁力治疗等。
磁学与磁性材料
磁学与磁性材料磁性材料是一类特殊的材料，具有吸引或排斥铁磁物质的能力。
磁学是研究磁现象和磁性材料的学科。
本文将对磁学和磁性材料的相关概念、应用和发展进行探讨。
一、磁学的基本概念磁学是物理学的一个分支，主要研究磁性现象和磁性材料的性质。
它涉及磁场、磁矩、磁感应强度和磁化强度等基本概念。
磁场是指周围存在磁流的区域，它可以由磁铁、电流或磁体产生。
磁矩是物质内部微小的磁元件，它具有带电粒子产生的磁性。
磁感应强度是磁场对空间中的磁性物体施加的作用力，可以用来描述磁场的强度和方向。
磁化强度是磁性材料在外磁场作用下磁化的程度。
二、磁性材料的分类与性质磁性材料可以根据其磁性质分为铁磁材料、顺磁材料和抗磁材料。
铁磁材料具有明显的自发磁化特性，如铁、镍、钴等。
顺磁材料受外磁场作用后，磁化方向和磁场方向一致，如氧化铁、铁氧体等。
抗磁材料不具备自发磁化特性且在外磁场下磁化弱，如铜、银等。
磁性材料的性质与其微观结构密切相关。
在铁磁材料中，微观磁矩相互作用导致自发磁化；在顺磁材料中，外加磁场作用下，电子磁矩与磁场方向一致；在抗磁材料中，微观磁矩相互作用导致自发磁化方向相反。
三、磁性材料的应用领域磁性材料在众多领域中都起着重要作用。
在电子技术领域，磁性材料广泛应用于电感器、变压器、磁盘驱动器等设备中；在能源领域，磁性材料用于制造磁能转换器件，如风力发电机、水力发电机等；在医学领域，磁性材料在核磁共振成像、磁控释药等方面具有广泛应用；在磁记录领域，磁性材料用于制造硬盘、磁带等存储设备。
四、磁学与磁性材料的发展趋势随着科学技术的不断进步，磁学和磁性材料领域也在不断发展。
一方面，磁学的理论模型和磁性材料的制备工艺不断改进，使得磁性材料的性能得到了提升；另一方面，新型磁性材料的研究和应用也不断推进，如自旋电子学材料、磁性纳米粒子等。
这些新材料和新技术的出现，不仅给电子技术、信息技术和能源技术等领域带来了新的发展机遇，还为科学家们研究磁学现象和磁性材料的本质提供了更多的实验条件和理论基础。
磁性物理学课件一讲义
B H 4M
B
H
（真空中）
B（Gs） ，H （Oe)
25
5 .磁学中的单位制：（国际单位制SI和高斯单位制CGS ）
（1）B 和 H
SI:
B（T）
，H（A
m-1)
，0 4 10 7 H m-1
CGS: B（Gs） ，H （Oe)
1 T=104 Gs 1 Oe= 79.57 Am-1
M
m
V
或者
M
dm
dV
J 0M
19
三、磁场强度（H）和磁感应强度（B）
1. 物理意义：两者都是表征磁场中某点强弱 的物理量，但意义不同。
静电场
E F/q
F
k
q1 q2 r3
r
kq/ r
静磁场
H F/m
F
k
m1 m2 r3
10
需要基础和相关领域知识： 电磁学，原子物理学，量子力学，热力学和统计物理，固体物理
参考书： 磁性物理 宛德福 编
铁磁学（上、中册）戴道声等 编 铁磁性物理 近角聪信 编 Modern magnetic materials Robert C. O’Handley
11
主要内容： 教材一、二、三、四、五章，六、七章选讲，其余自学。包
6
1948年 Neel建立亜铁磁理论 1954-1957年 RKKY相互作用的建立 1958年 Mössbauer效应的发现 1960年 非晶态物质的理论预言 1964年 Kondo effect 近藤 1965年 Mader和Nowick制备了CoP铁磁非晶态合金 1970年 SmCo5稀土永磁材料的发现 1984年 NdFeB稀土永磁材料的发现 Sagawa(佐川) 1986年 高温超导体，Bednortz-muller 1988年 巨磁电阻GMR的发现 1994年 CMR庞磁电阻的发现，Jin等LaCaMnO3 1995年 隧道磁电阻TMR的发现,T.Miyazaki
磁学的基础概念和磁性材料特性
磁学的基础概念和磁性材料特性磁学是物理学的一个重要分支，研究物质中的磁性现象以及磁场的产生和作用。
磁学的研究内容非常广泛，从最基本的磁性概念到磁性材料的特性都是磁学的重要内容。
磁性是物质的一种基本性质，表现为物质在外磁场作用下产生磁化的能力。
根据物质对外磁场的响应，可以将物质分为顺磁性、抗磁性和铁磁性三类。
顺磁性是指物质在外磁场作用下，磁矩与外磁场方向相同，而磁化强度较弱，且随外磁场的增强而增加。
顺磁性物质中的原子或离子具有未成对的电子自旋，这些电子自旋在外磁场的作用下会被排列起来，从而产生顺磁性。
抗磁性是指物质在外磁场作用下，磁矩与外磁场方向相反，且磁化强度较弱。
抗磁性物质中的原子或离子的电子自旋总数为偶数，因此在外磁场的作用下，磁矩相互抵消，导致物质呈现出抗磁性。
铁磁性是指物质在外磁场作用下，磁矩与外磁场方向相同，且磁化强度较强。
铁磁性物质中的原子或离子具有未成对的电子自旋，并且这些电子自旋在外磁场的作用下会被排列起来，形成一个较强的磁矩。
铁磁性物质在外磁场的作用下，磁矩的排列会发生变化，从而产生明显的磁化。
磁性材料是指具有磁性的物质，广泛应用于电子、通信、磁存储等领域。
根据磁性材料的特性，可以将其分为软磁性材料和硬磁性材料。
软磁性材料是指在外磁场作用下，能够快速磁化和去磁化的材料。
软磁性材料具有低的矫顽力和高的磁导率，能够有效地吸收和放出磁场能量。
软磁性材料广泛应用于变压器、电感器等电子设备中，用于实现能量的传输和转换。
硬磁性材料是指在外磁场作用下，能够长时间保持磁化状态的材料。
硬磁性材料具有高的矫顽力和高的剩磁，能够产生强大的磁场。
硬磁性材料广泛应用于磁头、磁盘等磁存储设备中，用于实现信息的读写和存储。
除了软磁性材料和硬磁性材料，还存在一些特殊的磁性材料，如铁氧体、钕铁硼和钴磁体等。
这些材料具有特殊的磁性特性，可以在特定的应用领域中发挥重要作用。
总之，磁学是物理学的一个重要分支，研究物质中的磁性现象以及磁场的产生和作用。
磁学中的磁场与磁性材料之间的强度和能量关系
磁学中的磁场与磁性材料之间的强度和能量关系磁场是一个我们日常生活中常见的物理现象，它存在于自然界的各个角落。
磁性材料则是能够产生、感应或受到磁场作用的物质。
磁场和磁性材料之间的关系涉及到磁场的强度和磁性材料的能量。
本文将探讨磁学中磁场与磁性材料之间的强度和能量关系。
磁场的强度指的是磁场的大小和方向。
磁场的大小可以通过磁感应强度来衡量，它表示单位面积上通过的磁力线的数量。
磁感应强度的单位是特斯拉(Tesla)，通常用符号B表示。
磁感应强度越大，表示磁场越强。
磁性材料是指能够被磁场吸引或排斥的物质。
磁性材料可以分为铁磁性材料、顺磁性材料和抗磁性材料。
铁磁性材料是指在外加磁场下能够保持磁化状态的材料，如铁、镍和钴等。
顺磁性材料是指在外加磁场下会被磁化的材料，如铝、铜和氧化铁等。
抗磁性材料是指在外加磁场下不会被磁化的材料，如金、银和铜等。
磁场和磁性材料之间的能量关系可以通过磁场的能量和磁性材料的磁化能量来理解。
磁场的能量是指磁场具有的能量形式，它可以通过磁场的磁能来表示。
磁能是指单位体积内的磁场能量，它与磁感应强度的平方成正比。
当磁感应强度增大时，磁能也会增大。
磁性材料的磁化能量是指磁性材料在外加磁场下磁化所具有的能量。
磁化能量与磁性材料的磁化强度和磁场的大小有关。
磁化强度是指磁性材料在外加磁场下磁化的程度，它与磁感应强度成正比。
当磁感应强度增大时，磁化强度也会增大，从而磁化能量也会增大。
磁场和磁性材料之间的强度和能量关系可以通过磁场的作用力和磁性材料的磁矩来理解。
磁场对磁性材料的作用力与磁场的强度和磁性材料的磁矩有关。
磁矩是指磁性材料在外加磁场下所具有的磁性。
磁矩的大小和方向决定了磁场对磁性材料的作用力的大小和方向。
当磁场的强度增大或磁性材料的磁矩增大时，磁场对磁性材料的作用力也会增大。
总之，磁场和磁性材料之间的强度和能量关系是相互影响的。
磁场的强度和磁性材料的能量是通过磁感应强度、磁化强度、磁能和磁化能量来描述的。
磁学中的磁性材料研究
磁学中的磁性材料研究磁性是一个广泛存在于自然界和生活中的现象，而磁性材料的研究对于现代工业和科学的发展起到了重要的推动作用。
磁性材料的研究涉及多个学科领域，如物理学、化学、材料科学等。
本文将探讨磁学中的磁性材料研究，包括其基本原理、种类以及应用。
一、磁性材料的基本原理磁性材料的研究始于人们对于磁性现象的观察和理解。
最早的磁性材料研究可以追溯到古希腊，当时人们发现某些矿石能够吸引铁矿石。
这一现象引发了人们的好奇和探索，从而奠定了现代磁学的基础。
磁性材料的基本原理是其内部具有微观磁结构。
根据磁性材料内部微观结构的不同，可以将磁性材料分为顺磁性、抗磁性和铁磁性。
顺磁性材料是指在外磁场的作用下，材料中的磁矩会与磁场方向相同并增加；抗磁性材料则是指磁矩会与磁场方向相反并减小；而铁磁性材料是指在外磁场的作用下，材料中磁矩可以自发地产生，且会保持一定的磁化强度。
二、磁性材料的种类和特性根据不同的物理特性和应用需求，磁性材料可以分为多个种类。
铁磁材料是最常见的一类磁性材料，包括铁、钴、镍及其合金，在现代工业和科学中有广泛的应用。
铁磁材料具有高的磁导率和饱和磁化强度，因此在电机、变压器等领域得到了广泛应用。
除了铁磁材料，还有多种稀土磁材料，如钕铁硼、钴铁硼等。
这些材料具有较高的能量密度和矫顽力，因此在电子产品、汽车、磁盘驱动器等领域有着广泛的应用。
此外，还有软磁材料，如硅钢片和镍铁合金等，用于制造电感器、变压器等电磁设备。
三、磁性材料的研究进展和应用前景磁性材料的研究正处于蓬勃发展的阶段，科学家们不断提出新的理论和制备方法，推动了磁性材料在各个领域的应用。
一方面，磁性材料在信息存储领域有着重要的地位。
与传统的存储介质相比，磁性材料具有较高的存储密度和稳定性。
磁性存储器件的不断发展，使得信息存储能力不断提高，同时体积越来越小，速度也越来越快。
这对于信息技术的发展具有重要的意义。
另一方面，磁性材料在能源领域也有广泛的应用前景。
磁学基础与磁性材料
磁学基础与磁性材料1. 引言磁学是研究磁场和磁性材料特性的学科。
磁性材料是一类具有磁性的材料，它们在外加磁场作用下会发生磁化现象，并且具有一系列特殊的磁性特性。
磁学基础是理解和研究磁性材料的基础，本文将介绍磁学基础的一些重要内容，以及常用的磁性材料。
2. 磁学基础2.1 磁场磁场是指存在于一个区域内的磁力场。
磁场由磁针、磁体等产生，其物理量可以用矢量表示。
在磁学中，我们常常用磁感应强度（B）表示磁场的强弱，单位是特斯拉（T）。
2.2 磁矩磁矩是一个物体产生磁场的特性量。
它是由物体内部微观电荷或电流的旋转运动所导致的。
磁矩可以用矢量表示，它的单位是安培·米（A·m^2）。
2.3 铁磁性材料铁磁性材料是一类具有较强磁性的材料。
在外加磁场下，铁磁性材料可以产生自发磁化现象，并且保留很长时间。
常见的铁磁性材料有铁和钙钛矿结构的氧化物等。
2.4 顺磁性材料顺磁性材料是一类具有较弱磁性的材料。
在外加磁场下，顺磁性材料会发生磁化现象，但是磁化程度相对较弱。
常见的顺磁性材料有铁氧体和氯化亚铁等。
2.5 抗磁性材料抗磁性材料是一类对磁场几乎没有响应的材料。
在外加磁场下，抗磁性材料只会发生微弱的磁化现象，并且在去掉磁场后会迅速恢复到无磁化状态。
常见的抗磁性材料有铜和锌等。
3. 磁性材料的应用3.1 磁存储器件磁性材料在磁存储器件中有着重要的应用。
磁存储器件利用磁性材料的特殊磁性特性，实现数据的存储和读取。
常见的磁存储器件有硬盘、软盘和磁带等。
这些设备利用磁性材料在外加磁场下能够保持和改变磁化方向的特性，实现数据的读写。
3.2 磁共振成像磁性材料在医学中有着广泛的应用。
磁共振成像（MRI）是一种利用磁性材料的原理来获取人体器官结构和功能信息的影像技术。
在MRI中，磁性材料被放置在磁场中，通过测量磁场变化来获取图像。
磁性材料在MRI中起到了重要的作用，它们对磁场的响应可以提供丰富的图像信息。
3.3 传感器和执行器磁性材料在传感器和执行器中有着广泛的应用。
磁学和磁性材料的研究和应用
磁学和磁性材料的研究和应用磁学和磁性材料是一门既基础又应用广泛的学科。
在当今高科技时代，各种电子设备都需要使用到磁性材料，如硬盘、手机、电吹风等等，都需要使用这种材料。
同时，磁学研究也是各国科学院研究的重要领域之一。
本文将介绍磁学和磁性材料的研究以及应用领域。
磁学的基本原理首先，我们需要了解磁学的基本原理。
磁学研究的核心是磁场和磁性材料之间的相互作用。
磁场是由带电粒子（如电子、质子）产生的一种物理现象，它可以使某些物体具有磁性。
而磁性材料则是指那些受磁场作用很明显的物体。
磁性材料被分为铁磁性、亚铁磁性和顺磁性三类。
铁磁性材料，如铁、钴、镍，具有很强的自发磁化作用，即在无外界磁场的情况下仍能具有一定的磁性。
而亚铁磁性材料，如铬和锰，虽然具有一定的磁性，但是自发磁化很弱，需要外界磁场的作用才能表现出来。
最后，顺磁性材料，如氧气、铝、银等，则是指那些在外界磁场下会发生反应的物质，但是它们本身并不具有磁性。
磁性材料的应用磁性材料的应用广泛，特别是在电子科技领域。
最常见的应用就是硬盘存储器。
硬盘通过磁性材料记忆信息，可以将大量的数据存储在里面。
磁性材料还可以用于电动机、电磁铁、变压器等电子设备的制造。
此外，磁性材料还可以用于医疗领域。
我们熟知的MRI（磁共振成像）就是应用了磁性材料的原理制成的。
MRI可以通过扫描身体内部的磁性信号，来获得人体的影像信息。
同时，磁性材料也可以用于制造超导体，这种材料具有超强磁性，可以应用于磁悬浮列车、核磁共振等领域。
磁学实验和磁学研究磁学研究除了应用领域的探索外，也有很多基础理论研究。
磁性材料的磁化总是伴随着能量的变化，因此，研究磁性材料的磁化可以为同样有能量变化特征的其他物理问题提供参考。
而且，磁性材料的磁化既有微观时间尺度内的动态演变，也有宏观空间尺度内的形态变化。
这种双重性质，使磁学研究成为了一个兼容并蓄的综合性学科。
在磁学研究中，磁化曲线研究则是一个重要的内容。
磁化曲线是磁性材料在外加磁场下磁化强度随磁场强度的变化曲线。
材料化学导论第6章-固体的磁性和磁性材料.
96第6章 固体的磁性和磁性材料§6.1 固体的磁性质及磁学基本概念6.1.1 固体的磁性质某些无机固体并不像其他所有物质那样表现出抗磁性（Diamaganetism ）,而是呈现出磁效应。
这些无机固体往往是以存在不成对电子为特征的，这些不成对电子又常常是处在金属阳离子中。
因此，磁行为主要限制在过渡金属和镧系金属元素的化合物上。
它们中许多金属原子具有不成对的d 和f 电子，就可能具有某些磁效应。
我们知道，电子有自旋，形成自旋磁矩。
在不同的原子中，不成对电子可以随机取向，此时材料就是顺磁的（Paramagnetic ）；如果不成对的电子平行地排成一列，材料就有净的磁矩，这是材料是铁磁性的（iferromagnetic ）；相反，不成对电子反平行排列，总磁矩为零，材料就呈现反铁磁性为（Antiferromagnetic ）；如果自旋子虽是反平行排列，但两种取向的数量不同，会产生净的磁矩，材料就具有亚铁磁性（Ferrimagnetic ）。
图6.1就说明这些情形。
(b)(d)(c)图6.1 成单电子自旋取向和材料的磁性a 抗磁性b 铁磁性c 反铁磁性d 亚铁磁性磁性材料广泛地应用在电器、电声、磁记录和信息存储各方面，可以说，现代社会离不开磁性材料。
6.1.2 磁学基本概念1．物质在磁场中的行为97首先，我们讨论不同材料在磁场中的行为。
如果磁场强度为H ，样品单位体积的磁矩为I ，那么样品的磁力线密度，即所谓磁通量 （Magnetic induction ）B 为：B = H + 4πI 6.1.1导磁率（Permeability ）P 和磁化率（Susceptinity ）K 定义为： P = HB = 1 + 4πK 6.1.2 K = HI 6.1.3 摩尔磁化率χ为χ= dM κ 6.1.4 式中M 是分子量，d 式样品密度。
根据、K 、χ及其与温度和磁场的依赖关系可以区分不同种类的磁行为，这总结在表6.1中。
第1章磁学与磁性材料基础知识PPT课件精选全文完整版
( )
H
d
=
NxM xi
+ NyMy
j
+ NzMzk
( )
Fd
=
1 2
m0
N
x
M
2 x
+
N
yM
2 y
+
NzM
2 z
N x + N y + N z = 1
球体：Fd = (1/ 6)m0M 2
( ) 细长圆柱体：Fd = (1/ 4)m0 M x2 + M y2
薄圆板片：Fd = (1/ 2)m0M z2
适用条件：磁体内部均匀一致，磁化均匀。
16
1.2. 材料的磁化
▼磁化曲线
表示磁场强度H与所感生的B或M之间的关系 O点：H＝0、B＝0、M＝0，磁中性或原始退磁状态 OA段：近似线性，起始磁化阶段 AB段：较陡峭，表明急剧磁化 H<Hm时，二曲线基本重合。 H>Hm后，M逐渐趋于一定值 MS（饱和磁化强度），而B 则仍不断增大(原因?) 由B－H（M－H）曲线可求 出μ或 χ
FeO, MnO, NiO, CoO, Cr2O3, FeCl2, FeF2, MnF2, FeS, MnS
右图是1938 年测到的MnO 磁化率温度曲线，它是被 发现的第一个反铁磁物质， 转变温度 122K。
38
T
p
该表取自Kittel 书2005中文版p236，从中看出反铁磁物质的 转变温度一般较低，只能在低温下才观察到反铁磁性。
2
磁极和电流周围都存在磁场，磁场可以用磁力线表示：
磁力线特点：
从N极出发，进入与其最邻近的S极，并形成闭合回路； 通常呈直线或曲线，不存在呈直角拐弯的磁力线； 任意二条同向磁力线之间相互排斥，因此不存在相交的磁力线；
第1章磁学与磁性材料基础知识汇总
★ 静磁现象
磁矩 磁化强度M 磁场强度H和磁感应强度B 磁化率和磁导率 退磁场 静磁能
★ 材料的磁化 磁化曲线
磁滞回线
物质的磁性分类
★ 磁性与磁性材料的分类
磁性材料分类
1
1.1 静磁现象
▼磁场 电荷周围存在电场，可以用电力线来表示
电荷之间存在相互作用
F
k
q1q2 r2
那么磁场呢？是否有和电场相似的性质呢？
HCl,NO,有机化合物中的自由基 少数含有偶数个电子的化合物：
O2,有机物中的双自由基等
35
3. 反铁磁性（Antiferromagnetism)
反铁磁性是1936年首先由法国科学家Neel从理论上预言、 1938年发现，1949年被中子实验证实的，它的基本特征是存在 一个磁性转变温度，在此点磁化率温度关系出现峰值。
上世纪 70 年代以后，随着非晶材料和纳米材料的兴起， 又发现了一些新的磁性类型，对它们的研究尚在深化之中， 课程只做初步介绍。
27
▼物质的磁性分类
按磁化率的大小，可将物质磁性分为五个种类：
★抗磁性 ★顺磁性 ★反铁磁性
普遍性 c 0 且绝对值也很小 d
遵守居里-外斯定律：c
P
T
C TP
0
存在奈尔温度 TN
（或离子），具有一定的磁矩，是无规分布的原子磁矩在外磁
场中的取向产生了顺磁性。此外，传导电子也具有一定的顺磁
性。
33
顺磁性
磁 场
顺磁性 cm=10-6 ~10-3 磁矩的排列与磁性的关系
34
顺磁性物质也很多，常见的顺磁性物质： 过渡族元素、稀土元素和锕系元素金属：Mn,Cr,W,La,Nd,
磁学基础与磁性材料
磁学基础与磁性材料1. 引言磁学是研究与磁场有关现象和材料性质的学科，包括磁场产生、磁场与物质相互作用等内容。
磁性材料是在外磁场的作用下表现出磁性的物质，具有广泛的应用领域，如电子设备、电力工业和医学等。
本文将介绍磁学基础与磁性材料的相关知识。
2. 磁学基础2.1 磁场磁场是指围绕物体的区域内存在磁力的场域，可以用磁感应强度(B)来表示。
磁场的基本特性包括方向和强度，方向由磁场的线方向表示，强度则表示单位面积上受到的磁场力。
2.2 磁矩在磁场中，物体会产生磁矩，磁矩又称为磁偶极矩，它是指物体在外磁场中所表现出来的磁特性。
磁矩的大小和方向取决于物体的形状、大小和组成。
2.3 磁性根据物质在外磁场中的行为，可以把物质分为顺磁性、抗磁性和铁磁性三类。
顺磁性物质在外磁场下会被吸引，抗磁性物质则会被排斥，而铁磁性物质则会被强烈地吸引。
3. 磁性材料3.1 铁磁性材料铁磁性材料是最常见的磁性材料，如铁、钴、镍等。
它们在外磁场作用下具有明显的磁性，能够保持磁性，并且可以产生较强的磁场。
铁磁性材料广泛应用于电机、变压器和磁盘等。
3.2 顺磁性材料顺磁性材料是指在外磁场下呈现出被吸引特性的材料，如铝、氧化铁等。
顺磁性材料的磁化强度与外磁场成正比，但是相对于铁磁性材料来说，顺磁性材料的磁化强度较小。
3.3 抗磁性材料抗磁性材料在外磁场下呈现出被排斥特性，如铜、银等。
与顺磁性材料不同，抗磁性材料的磁化强度与外磁场成反比。
4. 磁性材料的应用4.1 电子设备磁性材料在电子设备中有广泛的应用。
例如，用于计算机硬盘驱动器的磁盘片和读写头就是由磁性材料制成的。
此外，许多电子设备，如扬声器和电视机，也依赖磁性材料来转换电信号为声音和图像。
4.2 电力工业电力变压器中的铁芯和电磁线圈都是由铁磁性材料制成的。
这些材料能够产生强磁场，使能量传输更加高效。
另外，磁性材料也用于电力发电和输电系统中的设备，如发电机和变频器。
4.3 医学在医学领域，磁性材料被广泛应用于医学成像，如核磁共振成像（MRI）。
物理学中的磁学和磁性材料
物理学中的磁学和磁性材料磁学作为物理学的一个重要分支，研究磁场及其相互作用的现象和性质。
其中，磁性材料是磁学应用广泛的一类材料，它们是由具有自旋的电子构成的，具有磁性的特性。
本文将从磁学基础、磁性材料种类和应用方面进行介绍。
一、磁学基础在磁学中，磁场是一个重要的概念。
磁场是由运动的电荷或磁化的物质所产生的力场，是以磁感应强度B为单位的量来表示的。
磁感应强度B是一个磁场矢量，其方向指向磁场中的磁力线，大小表示单位面积上垂直于磁力线方向上的磁通量。
磁性物质在外加磁场的作用下会受到磁化，这是因为磁场中的磁力线会将自由电子的自旋转向和电子轨道绕转向对齐，从而形成相应的磁矩。
二、磁性材料种类磁性材料按其磁性特性可分为软磁性材料和硬磁性材料。
软磁性材料是指易磁化成为磁导体的材料，如铁、钠、镍铁、铁镍钴等。
其主要特点是磁化强度低，居里温度高，磁滞损耗小，主要用于变压器、电感器、电子开关等电器部件和电子计算机存储媒介。
硬磁性材料是指不易磁化、难以还原成导磁体的材料，如钇铁、钴铁、铁氧体等。
其主要特点是磁化强度高，居里温度低，磁滞损耗大，主要用于电机、发电机、电磁铁等。
三、磁性材料应用磁性材料具有广泛的应用价值。
目前，磁性材料已在工业生产、生物医学、环境保护等领域得到广泛应用。
1. 工业生产方面，磁性材料广泛应用于电机、发电机、电磁铁、变压器、电感器、电子计算机等电器部件中。
其中，铁氧体是一种广泛应用于微波元器件的磁性材料，铁氧体衍射器、铁氧体陶瓷滤波器、铁氧体双偏振器等器件都是微波领域中常用的元器件。
2. 生物医学方面，磁性材料的应用主要是在医学成像方面，如磁共振成像技术(MRI)。
MRI技术利用磁性材料的磁性特性，通过在人体内部施加强磁场和射频电场，使人体内的水分子发生共振现象，最后利用计算机将成像数据进行处理并得到具有不同解剖结构的图像。
3. 环境保护方面，磁性材料还可用于水的污染治理。
磁性吸附材料具有高效分离和再生性能，能够有效地从水体中吸附含有重金属离子、有机物等污染物，是一种低成本、高效率的污染治理方法。
磁学基础与磁性材料
磁学基础与磁性材料磁学是研究磁场及其相互作用的一门学科，它在物理学、材料科学、电子工程等领域都有着重要的应用。
磁性材料作为磁学的重要组成部分，其性能和应用也备受关注。
本文将从磁学基础入手，介绍磁性材料的基本特性和应用。
首先，我们来了解一下磁学的基础知识。
磁学是研究磁场及其相互作用的学科，磁场是由电流、磁矩或者磁性物质产生的。
磁场可以通过磁感应强度、磁通量密度等物理量来描述。
而磁性材料是指在外加磁场下会产生磁化现象的材料，它们可以根据其磁性质分为铁磁性、铁磁性和顺磁性三种类型。
铁磁性材料是指在外加磁场下会产生明显磁化现象的材料，如铁、镍、钴等金属及其合金。
铁磁性材料在磁领域有着广泛的应用，比如用于制造电机、变压器、传感器等设备。
而铁磁性材料则是指在外加磁场下会产生微弱磁化现象的材料，如氧化铁、镍氧化物等。
铁磁性材料在电子领域有着重要的应用，比如用于制造磁存储器、磁传感器等设备。
顺磁性材料则是指在外加磁场下会产生微弱磁化现象的材料，如铝、锂等金属及其合金。
顺磁性材料在医学、生物等领域有着重要的应用，比如用于制造医疗设备、生物传感器等。
磁性材料的性能和应用受到其微观结构和磁性质的影响。
微观结构包括晶体结构、晶粒大小、晶界等因素，而磁性质包括饱和磁化强度、矫顽力、磁导率等参数。
这些因素决定了磁性材料的磁化特性、磁滞回线、磁导率曲线等重要性能。
因此，研究和控制磁性材料的微观结构和磁性质对于提高其性能和拓展其应用具有重要意义。
在磁性材料的应用方面，除了上文提到的电机、变压器、磁存储器、传感器等设备外，磁性材料还在电子、通讯、医学、生物等领域有着广泛的应用。
比如在电子领域，磁性材料被用于制造电感、变压器、磁芯等元件；在通讯领域，磁性材料被用于制造天线、滤波器、耦合器等设备；在医学和生物领域，磁性材料被用于制造医疗设备、生物传感器、磁性标记等产品。
总之，磁学基础和磁性材料是一个复杂而又有趣的领域，它涉及到物理学、材料科学、电子工程等多个学科的知识。
磁学与磁性材料基础知识-文档资料
在更多场合，确定场效应的量是磁感应强度B（磁通 密度）。在SI单位制中，B的定义为：
B＝ µo（H＋M） T or Wb•m2
7
应用中常用电流来产生磁场，有以下三种形式： 无限长载流直导线的磁场强度 H＝I/2pr 载流环行线圈圆心的磁场强度 H＝I/2r 无限长载流螺线管的磁场强度 H＝n I
FH0M Hcos
高能量态 F=mH
l
F=mH H
低能量态
F=mH -m
+m F=mH
H
14
显然，磁性体在磁化过程中，也将受到自身退磁场的作
用，产生退磁场能，它是在磁化强度逐步增加的过程中外 界做功逐步积累起来的，单位体积内
J
M
F d0H ddJ00 H ddM
对于均匀材料制成的磁体，容易得出;
在不同的磁化条件下，磁导率被分为以下四种： (1)起始磁导率 ：
1 lim B
i
H 0 H
0
(2)最大磁导率：
max
1
0
B H
max
(3)增量磁导率：
1
B H
0
(4)可逆磁导率：
B
max
B H
0
i
H
lim
rev H0
10
▼退磁场
材料被磁化时，两端的自由磁极会产 生与磁化反方向的磁场，即退磁场
Fd0 0MNM dM1 20NM 2
N 是磁化方向的退磁因子。对于非球形样品，沿不同方向磁 化时退磁场能大小不同，这种由形状造成的退磁场能随磁化 方向的变化，通常也称形状各向异性能。退磁能的存在是自 发磁化后的强磁体出现磁畴的主要原因。
磁学理论对磁性材料选用的指导
磁学理论对磁性材料选用的指导磁性材料在现代科技中扮演着重要的角色，广泛应用于电子、通信、医疗等领域。
磁性材料的选用对于设备的性能和效率有着直接的影响。
而磁学理论作为研究磁性现象和磁性材料行为的学科，可以为我们提供指导，帮助我们选择合适的磁性材料。
首先，磁学理论告诉我们，磁性材料的磁性是由其微观结构决定的。
磁性材料可以分为铁磁材料、顺磁材料和抗磁材料。
铁磁材料是指在外加磁场下能够产生明显磁化强度的材料，如铁、钴、镍等。
顺磁材料是指在外加磁场下自发产生磁化强度的材料，如氧化铁、铁氧体等。
抗磁材料是指在外加磁场下不产生磁化强度的材料，如铜、铝等。
根据不同的应用需求，我们可以选择不同类型的磁性材料。
其次，磁学理论告诉我们，磁性材料的磁化强度与外加磁场强度之间存在一定的关系。
这个关系可以通过磁滞回线来描述。
磁滞回线是指在外加磁场逐渐增加和减小的过程中，磁化强度随之变化的曲线。
通过研究磁滞回线，我们可以了解磁性材料的饱和磁化强度、剩余磁化强度和矫顽力等参数。
这些参数可以帮助我们评估磁性材料的性能，并选择适合的材料。
此外，磁学理论还告诉我们，磁性材料的磁导率对于电磁波的传播有着重要的影响。
磁导率是指磁场强度与磁感应强度之间的比值。
不同的磁性材料具有不同的磁导率，这会影响到电磁波在材料中的传播速度和衰减程度。
因此，在选择磁性材料时，我们需要考虑其磁导率，以确保电磁波的传播效果。
此外，磁学理论还告诉我们，磁性材料的磁畴结构对其性能有着重要的影响。
磁畴是指磁性材料中具有一定方向的微观磁化区域。
磁畴结构的稳定性决定了磁性材料的磁化强度和磁化方向的稳定性。
通过控制磁畴结构，我们可以调节磁性材料的性能，如提高磁化强度、改变磁化方向等。
因此，在选择磁性材料时，我们需要考虑其磁畴结构，以满足特定的应用需求。
总之，磁学理论对于磁性材料的选用具有重要的指导作用。
通过研究磁性材料的微观结构、磁滞回线、磁导率和磁畴结构等参数，我们可以选择合适的磁性材料，以满足不同的应用需求。
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3.15
磁学基础
C.A.Ross, 材料科学与工程学系, 麻省理工学院
参考数据：
Jiles ，磁学与磁性材料导论
磁性数值与单位
H=磁场强度，A/m – 表示能量梯度或偶极的力矩
B=磁通量密度，T 或 Wb/m 2 – 每单位面积通过的磁力线数
M=磁化强度， A/m – 磁矩，材料对场的反应
磁场强度由电流产生：
电流 i 在半径r 产生切线场 H = i/2 πr 或由磁性材料而来。
B = μo H μo = 4π*10-7 Henry/m 在自由空间中磁通量密度由磁场强度决定
B = μo (H + M) 但在材料中
或 B = μo μr H μr =相对磁导率
或
M = H(μr - 1) 或 M = χH χ = (μr - 1) =磁化率
磁化强度与磁通量密度表示材料对于磁场场度H 的反应。
磁通量密度的场线是连续的。
注，相同的表示式以cgs 单位表示：
B (Oersted) = H (Gauss) + 4πM (emu/cc)
在此 1 Oe = (1000/4π) A/m = 79.6 A/m
1 G = 10-4
T
1 emu/cc = 1 kA/m
不同种类的材料
反磁：原子没有净磁矩，但磁场会产生与外加场相反的小磁矩，磁化率为负的(μr <1)。
顺磁：原子有净磁矩但自旋方向是任意排列。
外加磁场会使其有弱的排列方向，因此小的磁化率随温度的倒数而变(μ
r
>1)。
铁磁有自发的磁化强度，及大的磁导率，其与样品的经历有关，具有非线性的磁滞现象。
磁性行为的源由
电荷的移动使得电子的角动量产生磁化。
磁化由1)电子自旋，2)电子轨道运动而来。
成对电子的贡献会互相抵销，所以强磁效应发生在材料具有未成对的电子。
一个电子具有1 μ
B (波耳磁子) = 9.27*10
-24
Am
2
的动量
Stern-Gerlach与Zeeman的实验指出了原子有磁化的量子现象。
我们预期在过渡金属(未填满3d轨域)及稀土元素(未填满4f轨域)有大的磁性现象，因为它们有大的净自旋。
例如：Fe 3+
有 3d
5
：预期每个原子有5μ
B
(忽略轨道的贡献)
Fe 有 3d 8
：预期每个原子有2μ
B
铁磁物质之邻近原子因为交换耦合，会有自旋的自发排序。
假若自旋有一角度θ，交换能= A (1 – cosθ)
在此A式交换常数，如对铁而言是1.4*10-20 J
负A表示反向平行排列：材料是反铁磁性或陶铁磁性。
在居礼温度之上，自旋是随机排列，所以kT ~ A(对铁而言是770°C)
排列整齐的自旋形成扇区，每个扇区通常都指向不同的方向，就样品而言平均起来就没有净磁矩。
但是，扇区可由相对较小的磁场磁化而排列在同一方向(注：此时磁壁就不存在了)，以产生较大的净磁矩，所以其磁导率非常高。
M-H曲线的形状是迟滞的，重要的磁滞回线参数包含：
曲线内的面积(外加磁场作一个循环的能量消耗)
饱和磁化(在大磁场中的磁化)
残磁(磁场为零时仍存在磁化强度)
顽磁(要将磁化强度去除所需的磁场强度)
异向性与扇区
磁能包含下列几项：
交换能(在所有的自旋互相平行时有最小值)
静磁能(扇区指向不同的方向以使能量最小，所以没有外场)
则曼效应(因外加磁场引起的位能，E = M.H)
磁晶能(若磁化方向在特定的晶体方向，如在钴的c 轴方向，所需能量较低)
扇区结构的形成以降低至最小能量。
扇区大小一般约微米或更大的等级；磁壁宽约100nm
磁晶异向能表示要将磁化拉离喜好(容易)的轴项所需的能量。
例如：钴 K u = 4.1 105 J/m 3 单轴, [0001]是容易的
铁 K 1 = 4.8 104 J/m 3 立方, <100>是容易的
镍 K 1 = -4.5 103 J/m 3 立方, <111>是容易的
单轴：能量 E = K u sin 2 φ φ=磁化方向M 与异磁化轴间的角度
立方：E = K 1 (cos 2φ1cos 2φ2 + cos 2φ2cos 2φ3 + cos 2φ3cos 2
φ1) + 高阶项 φi =磁化方向M 与 i 轴间的角度
磁壁宽度是由交换能(倾向宽磁壁)与磁异向能(倾向窄磁壁)之间的平衡所决定 壁宽Ka A d 2/π=( a = 晶格参数) 壁能Ka A E w 2/π=
对于够小的粒子并不足以建构起磁壁，因为储存的净磁能小于壁能，这些称作”单一扇区”粒子。
非常小的粒子是热的不稳定态，因为净磁能K tot V < 25kT(在此V 是粒子的体积)。
静磁能(又称作 自我能量 或 去磁能)
环绕在磁物体的场之能量取决于物体被磁化的方式。
例如，一个长薄的物体沿着长度方向磁化会得到较小的静磁能 (比起跨过长度方向之磁化)。
这可与单轴异向性的解释方法相同：假若长轴是z 而短轴是x 则
E = K shape sin 2φ φ= 磁化方向与z 轴间的夹角
在此K shape = 0.5(N x – N z )M s 2
这里的N 称为去磁因子，与物体形状有关。
例如对一在z 方向有无限长之圆柱体，N z = 0 and N x = N y = 0.5。
由于它自己的磁化，在物体里沿着i 轴的场是
H d = -N i M s M s = 饱和磁化强度
硬磁与软磁材料
在软磁材料，壁容易集结(低能量，即低的A与磁晶异向性)与移动(较少的钉住点)，磁化作用容易转动(低磁晶异向性)。
硬磁材料有相反的特性：高的能壁，钉住点，高异向性，通常制成单一扇区粒子。