16 无机材料的磁学性能

合集下载

什么叫无机材料物理性能特性

什么叫无机材料物理性能特性无机材料是指由无机化合物构成的材料，它们具有广泛的应用领域，如电子、光电子、能源、环境等。

无机材料的性能特性直接影响着其在各个领域的应用效果。

那么，什么叫无机材料的物理性能特性呢？首先，我们来了解一下无机材料的物理性能。

无机材料的物理性能可以分为多个方面，包括机械性能、热学性能、电学性能、光学性能和磁学性能等。

机械性能是指无机材料抵抗外力破坏的能力，通常包括硬度、弹性模量、抗弯强度等指标。

例如，金刚石是一种硬度极高的无机材料，可以用来制作切割工具；陶瓷材料具有较高的抗压强度，适合用于建筑材料等领域。

热学性能是指无机材料在热环境下的表现，包括热导率、热膨胀系数、热稳定性等指标。

例如，氧化铝具有较低的热导率，可用作隔热材料；石墨烯具有优异的热导率，适合用于制作散热材料。

电学性能是指无机材料在电场或电流作用下的表现，包括导电性、介电性等指标。

例如，金属材料具有良好的导电性，适合用于制作电子元件；氧化铁具有优良的磁电耦合效应，适合用于磁存储器件。

光学性能是指无机材料在光学环境下的表现，包括透明度、折射率、发光性等指标。

例如，玻璃材料具有良好的透明性，适合用于光学器件；半导体材料具有发光性能，在光电子领域有重要的应用。

磁学性能是指无机材料在磁场作用下的表现，包括磁导率、磁饱和磁矩等指标。

例如，铁氧体材料具有良好的磁导率和磁饱和磁矩，适合用于制作磁性材料。

综上所述，无机材料的物理性能特性对于其应用效果具有重要影响。

了解无机材料的物理性能特性可以帮助我们更好地选择和应用材料，并优化其性能。

未来，随着科学技术的不断发展，我们有望进一步改进无机材料的物理性能，推动无机材料在各个领域的应用。

第四章材料的磁学性能

这表明，自旋磁矩在空间只有两个可能的量子化方向。
用自旋量子数本征值s=1/2代入，即可得到一个电子的自旋磁矩的绝对值等于
原子磁矩
如果要确定一个原子的磁矩，并考虑核外电子多于一个电子的情况，则首先要了解原子中电子的分布规律以及原子中电子的角动量是如何耦合的。电子壳层与磁性在多电子原子中，决定电子所处的状态的准则有两条：一是泡利（Pauli）不相容原理，即是说在已知体系中，同一（n,l,ml,ms）量子态上不能有多于一个电子；二是能量最小原理，即体系能量最低时，体系最稳定。
磁场强度和磁感应强度的关系为式中的为磁导率，是材料的特性常数。表示材料在单位磁场强度的外磁场作用下，材料内部的磁通量密度，只和介质有关，表征磁体的磁性、导磁性及磁化难易程度。的单位为H/m。
在真空中，磁感应强度为式中0为真空磁导率。它是一个普适常数，其值: 4π×10-7 单位: H（亨利）/m。
洪德法则
洪德法则是基于对光谱线的实验而建立的。其内容如下：法则一：在Pauli原理允许下，给定的电子组态具有S最大值法则二：在相应最大值时给出的L值应最大，法则三：未满壳层中电子总角动量J分别由下述情况给出： J=L-S, 次壳层上的电子数不够半满数 J=L+S,次壳层上的电子数等于或大于半满数。
在均匀磁场中,磁矩受到磁场作用的力矩JF
J为矢量积,B为磁感应强度,其单位为Wb/m2 ,Wb (韦伯)是磁通量的单位。磁矩在磁场中所受的力 ,对于一维为：
磁矩的意义
表征磁偶极子磁性强弱和方向的一个物理量。磁矩是表征磁性物体磁性大小的物理量。磁矩愈大,磁性愈强,即物体在磁场中所受的力也大。磁矩只与物体本身有关,与外磁场无关。和磁偶极矩具有相同的物理意义，但μm和jm各有自己的单位和数值，有如下关系

第七章无机材料的磁学性能1

M=H 或 =M/H
式中，为物质的磁化率。
：介质的磁化率，仅与介质性质有关，反映材料磁化的能力。没有
单位，可正可负，取决于材料不同的磁型类别。
外加磁场强度为H，磁介质的总磁场强度：材料被磁化：
H总＝ H＋H1 H1=M＝H
(矢量和)
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，单位：Wb ·m-2（T特斯拉）真空： B0
金属元素原子外层电子分布 d层原子填充规律未抵消自旋数
Fe 3d64s2
Co 3d74s2
Ni 3d84s2
4
3
2
自发磁化：无外磁场的情况下，材料所发生的磁化称为自发磁化。
产生原因：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。参与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，称为“交换作用”。结果迫使相邻原子自旋磁矩产生有序排列。因交换作用所产生的附加能量称为交换能J。
自旋电子 -e
r
原子核 +e
电子自旋与绕核公转
设电子质量m，电荷e，圆周运动半径r, 角速度ω。则
轨道运动速度为ω/2π，相当于电流大小为 eω/2π (A)流过界面积为 πr2 的线圈。
因此产生的磁矩为：
mi= IS= (eω/2π) πr2 =(e/2m)P
式中P=mωr2称为电子轨道运动的角动量。
0 H
0 4 10-7 (H/m) 真空磁导率
磁介质：B H

0 H总 0 (1 ) H
介质的磁导率
介质的磁导率
(1 )0
介质的相对磁导率
r 1 / 0

无机材料物理性能》课后习题答案

《材料物理性能》第一章材料的力学性能1-1一圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉力，若直径拉细至2.4mm ，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。

解：由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。

1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。

若该陶瓷含有5 %的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。

解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=0.95,V 2=0.05。

则有当该陶瓷含有5%的气孔时，将P=0.05代入经验计算公式E=E 0(1-1.9P+0.9P 2)可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa 和293.1 GPa 。

1-11一圆柱形Al 2O 3晶体受轴向拉力F ，若其临界抗剪强度τf 为135 MPa,求沿图中所示之方向的滑移系统产生滑移时需要的最小拉力值，并求滑移面的法向应力。

解： 1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图，并算出t = 0,t = ∞ 和t = τ时的纵坐标表达式。

解：Maxwell 模型可以较好地模拟应力松弛过程： Voigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程：以上两种模型所描述的是最简单的情况，事实上由于材料力学性能的复杂性，我们会用到用多个弹簧和多个黏壶通过串并联组合而成的复杂模型。

如采用四元件模型来表示线性高聚物的蠕变过程等。

第二章脆性断裂和强度)(112)(1012.160cos /0015.060cos 1017.3)(1017.360cos 53cos 0015.060cos 0015.053cos 82332min 2MPa Pa N F F f =⨯=︒︒⨯⨯=⨯=︒⨯︒⨯=⇒︒⨯︒=πσπτπτ：此拉力下的法向应力为为：系统的剪切强度可表示由题意得图示方向滑移2-1 求融熔石英的结合强度，设估计的表面能力为1.75J/m 2; Si-O 的平衡原子间距为1.6*10-8cm;弹性模量从60到75Gpaa E th γσ==GPa 64.28~62.2510*6.175.1*10*)75~60(109=- 2-2 融熔石英玻璃的性能参数为：E=73 Gpa ；γ=1.56 J/m 2；理论强度σth=28 Gpa 。

无机材料物理性能课后习题答案

⽆机材料物理性能课后习题答案《材料物理性能》第⼀章材料的⼒学性能1-1⼀圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉⼒，若直径拉细⾄ 2.4mm ，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉⼒下的真应⼒、真应变、名义应⼒和名义应变，并⽐较讨论这些计算结果。

解：由计算结果可知：真应⼒⼤于名义应⼒，真应变⼩于名义应变。

1-5⼀陶瓷含体积百分⽐为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。

若该陶瓷含有5 %的⽓孔，再估算其上限和下限弹性模量。

解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=,V 2=。

则有当该陶瓷含有5%的⽓孔时，将P=代⼊经验计算公式E=E 0+可得，其上、下限弹性模量分别变为 GPa 和 GPa 。

1-11⼀圆柱形Al 2O 3晶体受轴向拉⼒F ，若其临界抗剪强度τf 为135 MPa,求沿图中所⽰之⽅向的滑移系统产⽣滑移时需要的最⼩拉⼒值，并求滑移⾯的法向应⼒。

0816.04.25.2ln ln ln 22001====A A l l T ε真应变)(91710909.4450060MPa A F =?==-σ名义应⼒0851.0100=-=?=A A l l ε名义应变)(99510524.445006MPa A F T =?==-σ真应⼒)(2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =?+?=+=上限弹性模量)(1.323)8405.038095.0()(112211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量解：1-6试分别画出应⼒松弛和应变蠕变与时间的关系⽰意图，并算出t = 0,t = ∞ 和t = τ时的纵坐标表达式。

解：Maxwell 模型可以较好地模拟应⼒松弛过程：Voigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程：以上两种模型所描述的是最简单的情况，事实上由于材料⼒学性能的复杂性，我们会⽤到⽤多个弹簧和多个黏壶通过串并联组合⽽成的复杂模型。

《无机材料物理性能》课后习题答案（2）

《⽆机材料物理性能》课后习题答案（2）《材料物理性能》第⼀章材料的⼒学性能1-1⼀圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉⼒，若直径拉细⾄2.4mm ，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉⼒下的真应⼒、真应变、名义应⼒和名义应变，并⽐较讨论这些计算结果。

解：由计算结果可知：真应⼒⼤于名义应⼒，真应变⼩于名义应变。

1-5⼀陶瓷含体积百分⽐为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。

若该陶瓷含有5 %的⽓孔，再估算其上限和下限弹性模量。

解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=0.95,V 2=0.05。

则有当该陶瓷含有5%的⽓孔时，将P=0.05代⼊经验计算公式E=E 0(1-1.9P+0.9P 2)可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa 和293.1 GPa 。

0816.04.25.2ln ln ln 22001====A A l l T ε真应变)(91710909.4450060MPa A F =?==-σ名义应⼒0851.0100=-=?=A A l l ε名义应变)(99510524.445006MPa A F T =?==-σ真应⼒)(2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =?+?=+=上限弹性模量)(1.323)8405.038095.0()(112211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量1-11⼀圆柱形Al 2O 3晶体受轴向拉⼒F ，若其临界抗剪强度τf 为135 MPa,求沿图中所⽰之⽅向的滑移系统产⽣滑移时需要的最⼩拉⼒值，并求滑移⾯的法向应⼒。

解：1-6试分别画出应⼒松弛和应变蠕变与时间的关系⽰意图，并算出t = 0,t = ∞ 和t = τ时的纵坐标表达式。

解：Maxwell 模型可以较好地模拟应⼒松弛过程：V oigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程：以上两种模型所描述的是最简单的情况，事实上由于材料⼒学性能的复杂性，我们会⽤到⽤多个弹簧和多个黏壶通过串并联组合⽽成的复杂模型。

无机化合物的磁性

顺磁性物质
例：大多数有机物， SiO2，Al2O3，CO2，He，Ne，碱土金属盐等。
铁磁性和反铁磁性
在晶体状态的物质中顺磁体的磁矩能够相互作用和耦合，出现磁交换现象，从而影响物质的磁性。其中主要的类型是铁磁性和反铁磁性。
起因：离子间的相互作用铁磁性：离子的磁矩倾向于平行排列，磁矩相互增强反铁磁性：离子的磁矩倾向于反平行排列，磁矩相互抵消
② 旋轨偶合不可以忽略时:
eff g J (J 1)B.M. 适用于稀土金属元素
g: 朗德(Lande)因子
例Ce3+：2F ,L = 3，S = ½，J = 5/2
磁性轨道磁矩（轨道运动）
当仅考虑电子自旋时，磁矩数值：
S
S：总自旋角动量量子数
n：未成对电子数
由此式算出的结果经常与实验值发生偏离
如果加上轨道磁性对磁矩的贡献,则磁矩的计算公式变为：
S＋L＝ 4S(S1) L(L 1)
按照这个公式计算出来的磁矩在大多数情况下也与实验值不一致。表明在多数情况下, 轨道角动量对分子磁矩的贡献很小或没有贡献。
χ = C/(T +θ)
θ-外斯常数，可大于或小于零（K）
χ
居里-外斯（Curie-Weiss）
居里（Curie）定律斜率CθFra bibliotekT(K)
χ-1~T的关系图
分子的磁矩（有效磁矩）
eff = 2.828 MP T (B.M.)
MP：cm3 mol-1
T: K
3.6.3轨道角动量对磁距的贡献
有效磁矩与电子结构自旋磁矩（自旋运动）
里定律：
顺
NA 20
3k T
M
= C/T
μ0为真空磁导率 NA为Avogadro常数 k为Boltzmann常数

第八章无机材料的磁学性能

孤立原子磁矩决定于原子结构。原子中如有未被填满电子壳层，其电子自旋磁矩未被抵消，原子具有“永久磁矩”。铁原子原子序数26，共有26个电子，在5个轨道中除有一条轨道必须填入2个电子（自旋反平行）外，其余 4个轨道均只有一个电子，这些电子自旋方向平行，由此总电子自旋磁矩为4 μB 。
“交换作用”

铁磁性物质具有很强磁性，具很强内部交换场。铁磁物质交换能为正值，较大，使相邻原子磁矩平行取向（相应于稳定状态），在物质内部形成许多小区域——磁畴。每个磁畴约1015 个原子。这些原子磁矩沿同一方向排列，假设晶体内部存在很强称为“分子场”内场，“分子场”足以使每个磁畴自动磁化达饱和状态。这种自生磁化强度叫自发磁化强度。由于它存在，铁磁物质能在弱磁场下强烈磁化。自发磁化是铁磁物质基本特征，也是铁磁物质和顺磁物质区别所在。
量纲为1
量纲为1
亨利/米（H/m）
Χ国际 =4πχ高斯
μ国际= (4π×10-7H/m) μ高斯
磁矩
磁矩

磁矩是表示磁体本质一个物理量。任何一个封闭电流都有磁矩ｍ。其方向与环形电流法线方向一致，大小为电流与封闭环形面积乘积IΔS。在均匀磁场中，磁矩受到磁场作用力矩J： J m B J矢量积，B磁感应强度，其单位：
Fe,Co,Ni,Gd,Tb,Dy,等元素及其合金、金属间化合物。 FeSi,NiFe,CoFe,SmCo,NdF eB,CoCr等
各种铁氧体系材料（Te,Go,Ni氧化物）Fe,Co等与重稀土类金属形成金属间化合物（TbFe等) O2,Pt,Rh,Pd等，第一主族（Li,Na,K等），第二主族 (Be,Mg,Ca),NaCl,KCl的F中心

无机材料物理性能第5讲

物质的磁性
磁化强度M:外磁场H作用下，材料内部磁矩延外磁场方向排列而使磁场强化的量（A/m）。其数值为：“单位体积内感生磁矩的大小”
磁导率材料特性常数，单位外磁场强度下，材料内部的磁通量密度（H/m）。
称为磁化率或磁化系数
相对磁导率μx： μx= μ/ μo
2
3
4
1
物质的磁性
磁化强度的测定可由实验测定。一小块磁体在外磁场中受力
铁氧体的磁性与结构
亚铁磁性
由于铁氧体内总是含有两种或两种以上的阳离子，这些离子各具有大小不等的磁矩，反向占位的离子数目也不相同，因此晶体内由于磁矩的反平行取向而导致的抵消作用通常并不一定会使磁性完全消失而变成反铁磁体，往往保留了剩余磁矩，表现出一定的铁磁性，这称为亚铁磁性或铁氧体磁性。
石榴石型铁氧体
无机材料的磁学性能
单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，请尽量言简意赅的阐述观点。
无机材料的磁学性能
04.
磁性材料
单击此处添加文本具体内容
01.
物质的磁性
单击此处添加文本具体内容
02.
磁畴与磁滞回线
单击此处添加文本具体内容
03.
铁氧体的磁性与结构
单击此处添加文本具体内容
物质的磁性
磁性磁矩磁矩是表示磁体本质的一个物理量。任何一个封闭的电流都具有磁矩ｍ。其方向与环形电流法线的方向一致，其大小为电流与封闭环形的面积的乘积IΔS。
05
铁磁性材料所以能使磁化强度显著增大，在于其中存在着磁畴（Domain）结构
02
每个磁矩方向一致的区域就称为一个磁畴(能够自发磁化达到饱和的小区域)。
04
磁畴
磁畴
右图表示磁畴壁的移动和磁畴的磁化矢量的转向及其在磁化曲线上起作用的范围

无机材料磁学性能资料

纳米非金属磁性材料
纳米铁氧体
通过纳米技术制备的铁氧体材料，具有更高的磁导率和更低的损耗。
纳米氧化铝陶瓷
采用纳米技术制备的氧化铝陶瓷，具有更好的绝缘性能和机械强度。
纳米复合磁性材料
将纳米磁性粉末与其他非金属材料复合制备而成，具有优异的综合性能。
复合非金属磁性材料
金属/非金属复合磁性材料
将金属磁性粉末与非金属基体复合制备而成，兼具金属和非金属的优点。
磁化过程与磁畴理论
磁化过程
磁化是指原来没有磁性的物体获得磁性的过程。磁化过程包括畴壁移动和磁矩转动两个过程。
磁畴理论
磁畴是指铁磁体内部存在的大量微小区域，每个区域内部的原子磁矩都像一个个小磁铁那样整齐排列，但相邻的不同区域之间原子磁矩排列的方向不同。这些微小区域就是所谓的磁畴。
磁滞回线和磁化曲线
无机材料磁学性能资料
目录
• 磁学基础概念 • 无机材料磁学性能概述 • 金属磁性材料 • 非金属磁性材料 • 无机材料磁学性能应用 • 无机材料磁学性能研究进展与趋势
01 磁学基础概念
磁性定义与分类
磁性定义
磁性是物质放在不均匀的磁场中会受到磁力的作用，产生磁性的原因有电子的自旋磁矩和轨道磁矩。
磁学性能参数及表征方法
磁导率
表示材料在外磁场作用下的磁化能力，与材料的成分、结构和温度等因素有关。
A 磁化曲线和磁滞回线
描述材料在外磁场作用下的磁化过程和磁滞现象，可得到饱和磁化强
度、剩磁和矫顽力等参数。
B
C
D
磁学性能表征方法
包括振动样品磁强计、超导量子干涉仪、电子自旋共振等实验手段，可获得材料的磁学性能参数和微观磁结构信息。

第三章材料的磁学性能

第三章材料的磁学性能一，一，基本概念1. 1.磁畴：在未加磁场时铁磁金属内部已经磁化到饱和状态的小区域。

2. 2.磁导率：磁导率是磁性材料最重要的物理量之一，表示磁性材料传导和通过磁力线的能力，用μ表示，其中μ＝Ｂ／Ｈ．单位为亨利／米（Ｈ·m-1）．3. 3.自发磁化：在未加磁场时铁磁金属内部的自旋磁矩已经自发地排向了同一方向的现象．4. 4.磁滞损失：磁滞回线所包围的面积相当于磁化一周所产生的能量损耗。

5. 5.磁晶各向异性：6. 6.退磁场：非闭合回路磁体磁化后，磁体内部产生一个与磁化方向相反的磁场。

第三章材料的磁学性能随着近代科学技术的发展，金属和合金磁性材料，由于它的电阻率低、损耗大，已不能满足应用的需要，尤其是高频范围。

磁性无机材料除了有高电阻、低损耗的优点以外，还具有各种不同的磁学性能，因此它们在无线电电子学、自动控制、电子计算机、信息存储、激光调制等方面，都有广泛的应用。

磁性无机材料一般是含铁及其它元素的复合氧化物，通常称为铁氧体（ferrite）。

它的电阻率为10～106Ω·m，属于半导体范畴。

目前，铁氧体已发展成为一门独立的学科。

本章介绍磁性材料的一般磁性能，着重讨论铁氧体材料的性能与应用。

7.1磁矩和磁化强度7.1.1磁矩（1）定义在磁场的作用下，物质中形成了成对的N、S磁极，称这种现象为磁化。

与讨论电场时的电荷相对应，引入磁量的概念，并把磁量叫做磁极强度或磁荷。

将一对等量异号的磁极相距很小的距离，把这样的体系叫做磁偶极子。

在外磁场的影响下，磁偶极子沿磁场方向排列。

为达到与磁场平行，该磁矩在力矩T=Lq m Hsin (7.1)的作用下，发生旋转。

式中的系数Lq m定义为磁矩M(Wb·m)。

磁矩这一物理量是磁相互作用的基本条件，是物质中所有磁现象的根源。

磁矩的概念可用于说明原子、分子等微观世界产生磁性的原因。

（2）原子磁矩物质是原子核和电子的集合体，要理解物质的磁性起源，就要考虑原子具有的磁矩。

无机材料的磁学性质

4.11 无机材料的磁学性质金属和合金类磁性材料的介质损耗大，不宜用于高频。

陶瓷质的磁性材料具有强磁性、高电阻和低损耗等特性，在电子技术中比金属磁性材料更适用于作高频器件。

一、磁现象物质在磁场强度为H 的外磁场中因与磁场发生相互作用而被磁化，则在该物质内部产生磁感应强度为B 的磁场。

B 与H 成正比，即：H B μ=式中，μ为磁导率。

某物质的磁导率μ与真空磁导率o μ的比值就是该物质的相对磁导率r μ。

物质的磁化率1−=r μκ。

磁化率为正值的物质叫做顺磁性物质；磁化率为负值的物质叫做抗磁性物质或逆磁性物质。

有少数物质，其磁化率的值特别大，称之为铁磁性物质。

磁化率是对单位体积的物质而言，是个无量纲量。

在化学上，常用克磁化率χ或摩尔磁化率m χ度量物质的磁性。

存在以下关系：d /κχ=d M M m /κχχ=•=式中，d 是单位体积物质的质量，M 是物质的相对分子质量。

二、顺磁性物质在顺磁性物质中，存在着未成对的电子。

未成对电子进行自旋运动和轨道运动时，总角动量不等于零，因而会产生相应物质的分子、原子或离子的磁矩，即永久磁矩。

在无外磁场时，这些电子的磁矩指向是无序分布的，不形成宏观磁化现象。

但在外磁场作用下，由于这些磁矩沿磁场方向取向，便产生磁化现象。

称这种现象为顺磁性。

顺磁性物质经外磁场磁化后所产生的附加磁场，其方向与外磁场一致，其磁化率为正值，χ约在范围内。

4610~10−−三、抗磁性物质抗磁性物质因没有未成对电子，不存在永久磁矩。

但是当其被放置到外磁场中，则会因感应磁化而产生与外磁场方向相反的诱导磁矩，其磁化率为负值，且其大小也不随温度而变化。

χ值约为负左右。

610−四、铁磁性物质150Fe 、Co 、Ni 、Gd 等金属及其合金具有特别大的磁化率，其χ值约为。

4210~10−铁磁性物质的磁化率不是恒定的，可随磁场强度H 而改变。

在外磁场停止作用后，铁磁性物质仍能保持部分磁性。

每种铁磁性物质各有一个临界温度——居里点。

无机材料磁学性能

铁磁质的 r 不是一个常数，
它是 H的函数。
B的变化落后于H，从而具
有剩磁，即磁滞效应。
4. 铁磁性理论
4.2 磁化机制
一、磁畴
所谓磁畴，是指磁性材料内部的一个个小区域，每个区域内包含大量原子，这些原子的磁矩都象一个个小磁铁那样整齐排列，但相邻的不同区域之间原子磁矩排列的方向不同。磁畴的体积约为 10-9 cm3 ,约有1015个原子.
当J大于零时，交换作用使得相邻原子磁矩平行排列，产生铁磁性。
当J小于零时，交换作用使得相邻原子磁矩反平行排列，产生反铁磁性。
当原子间距离足够大时，J值很小时，交换作用已不足于克服热运动的干扰，使得原子磁矩随机取向排列，于是产生顺磁性。
2. 物质的各类磁性
2.1 抗磁性
一、定义：
由于外磁场使电子的轨道运动发生变化而引起的，方向与外磁场相反的一种磁性。它是一种很弱的、非永久性的磁性，只有在外磁场存在时才能维持。原子的本征磁矩为零，外磁场作用使电子的轨道运动发生变化而引起的。
• 此材料的磁化率可高达103，M>>H
60°
α -FeTc=1043K
Ni Tc=631K
Co Tc=1404K
图体心立方α-Fe、面心立方Ni和六方密堆Co中的铁磁性有序
2. 物质的各类磁性
2.4 反铁磁性
在有些材料中，相邻原子或离子的磁矩呈反方向平行排列，结果总磁矩为零，叫反铁磁性。反铁磁性物质有某些金属如 Mn，Cr等，某是B-H曲线上的斜率
• 在B-H曲线上，当H→0时的斜率称为初（起）始磁导率µ0 • 初（起）始磁导率是磁性材料的重要性能指标之一
4. 铁磁性理论
4.1 铁磁体的磁化曲线

无机材料的磁学性能-杨正文

2. 磁滞曲线
外磁场为交变磁场
材料磁化与外磁场的关系：磁滞回线铁磁材料的一个基本特征。
Bs饱和磁感应强度
Br剩余磁感应强度
Hc矫顽磁场强度（矫顽力）磁感应强度的变化滞后于磁场强度的变化
回线所包围的面积相当于磁化一个周期所产生的能量损耗，称为磁滞损耗。
按照磁滞回线的形状分为：软磁材料－小Hc（磁滞回线瘦小）
磁矩是表示磁体本质的一个物理量。表征磁性物体磁性大小。
E
-q 电偶极子
l
+q
电矩
ql
将磁极强度（磁荷）为qm、相距为L的磁偶极子置于磁场强度H中磁偶极子受到的磁场力可表示为 m=ql F=qmH -qmH L H N
qmH
S
qmHsinθ
磁学性质基本概念磁矩 (magnetic moment )
磁性质与介电性质一、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。
Tn
反铁磁性物质与温度的关系
T
抗
§7.2 磁畴与磁滞回线
一、磁畴二、磁滞回线
一、磁畴
铁磁性物质中自发磁化方向一致的微小区域，称为磁畴。相邻畴壁间的过渡层称为磁畴壁。
(BaFe12O19)
磁畴首尾相接，形成闭合回路磁畴结构保证体系能量最低
பைடு நூலகம்
主畴：大而长的磁畴组织，其自发磁化方向必定沿着晶体的易磁化方向。副畴：小而短的磁畴组织，其自发磁化方向不一定是晶体的易磁化方向。

第七章无机材料的磁学性能2课件

2. 磁各向异性 ❖ 对于晶体来说，不同的晶体学方向其磁化也有所不同，及存
在易磁化的和难磁化的晶体学方向，分别称为易磁化轴和难磁化轴。
❖ 在铁磁体中存在着取决于自发磁化方向的自由能，自发磁化向着该能量取最小值的方向时最稳定，而要向其它方向旋转，能量会增加，称这种性质为磁各向异性，对应的自由能为磁各向异性能。
一、高磁导率材料
❖ 这类材料要求磁导率高，饱和磁感应强度大，电阻高，损耗低，稳定性好等。生产上为了获得高磁导率的磁性材料：
一方面要提高材料的MS值，这由材料的成分和原子结构决定；
另一方面要减小磁化过程中的阻力，这主要取决于磁畴结构和材料的晶体结构。
❖ 主要应用于电感线圈、小型变压器、脉冲变压器、中频变压器等的磁芯以及天线棒磁芯、录音磁头、电视偏转磁轭、磁放大器等。
长度为L的棒沿轴向磁化时，若长度变化为 L ，则磁致
伸缩率 L / L 。磁致伸缩率在强磁场作用下达到饱
和值 s ，称为磁致伸缩常数。磁致伸缩可以使磁能（实质为电能）转换为机械能，逆
磁性材料是指具有可利用的磁学性质的材料。 ❖ 磁性材料按其功能可分为几大类：易被外磁场磁化的磁芯材
❖ 理论上提高磁导率的条件：必要条件：MS要高；充分条件: ❖原料杂质少； ❖密度要提高，即材料晶粒尺寸要大； ❖结构要均匀 (晶界阻滞减小)； ❖消除内应力； ❖气孔减少，另相减少(退磁场减弱)。
二、磁性记录材料
❖ 磁记录机是具有空气缝隙的环形记录磁头。环是铁铝合金片或锰锌铁氧体等磁性材料制成。缝隙很小，小于0.001英寸。记录用磁带是用极细小颗粒的磁性材料和一种非磁性材料的粘和剂混合后涂敷在带机而成。输入讯号加到线圈形成的磁通进入到磁带内，造成磁性颗粒的磁化，把信息保留在带内。显然，磁记录必须是硬磁材料。讯号读出时，从记录带中磁偶极子发出的磁通沿磁阻小的磁头磁芯进入，在线圈中感应出电讯号而读出。所以对磁记录介质的磁性材料有类似永磁体的性质，要求高的剩磁、矫顽力和Hm值。当然为了能记录短波长，无规则噪声要最低，磁畴要小，并且它能够做成高强度，柔顺而光滑的薄层。

无机材料磁学性能资料 (2)

反铁磁性无机材料
总结词
反铁磁性无机材料具有弱磁性，其磁化强度与磁场方向相反，且在零磁场下具有自发磁化强度。
详细描述
反铁磁性无机材料在外部磁场的作用下，其磁化强度与磁场方向相反。当外部磁场消失时，材料仍具有一定的自发磁化强度。其导磁率较低，不表现出明显的磁滞现象。
顺磁性无机材料
总结词
顺磁性无机材料具有非常弱的磁性，其磁化强度与磁场方向相同，且在零磁场下无自发磁化强度。
自发磁化是指物质在没有外磁场作用时内部存在的磁化现象，而感应磁化则是通过外部磁场的作用使物质获得磁性。
无机材料磁学性能的重要性
无机材料在许多领域中都有广泛的应用，如电子、通信、能源、医疗等。了解无机材料的磁学性能对于优化材料性能、开发新型功能材料以及推动相关领域的
技术进步具有重要意义。
磁学性能是衡量无机材料性能的重要指标之一，包括磁导率、磁化强度、磁矩等参数。这些参数决定了材料在磁场作用下的行为和表现，对于材料的实际应
磁存储技术发展
随着科技的不断进步，磁存储技术也在不断发展，如垂直磁记录技术等。
磁性传感器
磁性传感器原理
利用无机材料磁学性能，如磁阻效应、霍尔效应等，检测磁场变化，实现物理量的测量。
磁性传感器应用
磁性传感器发展趋势
随着技术的不断发展，磁性传感器正朝着高灵敏度、高精度、小型化的方向发展。
广泛应用于磁场检测、电流检测、位置检测等领域。
无机材料磁学性能资料
• 引言 • 无机材料磁学性能的基本概念 • 无机材料的磁学性能 • 无机材料磁学性能的应用 • 无机材料磁学性能的未来发展
01
引言
磁学简介
磁学是一门研究磁场和磁性物质的相互作用的科学。磁学在物理学、工程学、材料科学等领域有着广泛的应用，如磁记录、磁悬浮、磁感应加热等。