铁磁性
铁磁性与反铁磁性
温度的影响
铁磁性
随着温度的升高，铁磁性材料会逐渐失去其磁性，这种现象称为磁性转变。在居里点以 上，材料变为顺磁性。
反铁磁性
反铁磁性材料在温度降至尼尔点以下时，会表现出强烈的反铁磁性。随着温度的升高， 反铁磁性逐渐减弱，并在尼尔点以上完全消失。
压力的影响
铁磁性ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
压力对铁磁性的影响较为复杂。在一定 范围内，压力的增加会使铁磁性增强。 但超过一定范围，压力会导致铁磁性减 弱甚至消失。
铁磁性的物理意义
磁畴结构
铁磁材料内部存在自发磁化和磁畴结构，这些结构在磁场作用下会发生磁畴翻 转，导致磁化强度的变化。
磁化机制
铁磁材料的磁化机制主要包括交换相互作用和各向异性相互作用，这些相互作 用决定了材料的磁学性质。
铁磁性的应用
电机和发电机
铁磁材料在电机和发电机中作为 定子和转子的一部分，利用其高 磁导率和磁感应强度实现能量的
铁磁性与反铁磁性
目录
CONTENTS
• 铁磁性简介 • 反铁磁性简介 • 铁磁性与反铁磁性的比较 • 铁磁性与反铁磁性的影响因素 • 铁磁性与反铁磁性的研究进展
01 铁磁性简介
CHAPTER
定义与特性
定义
铁磁性是指某些材料在磁场中被强烈 磁化，表现出高磁导率和磁滞回线的 特性。
特性
铁磁材料具有高磁导率、高磁感应强 度和磁滞回线宽等特性，使得它们在 磁场中能够产生较大的磁化强度。
新材料发现
通过实验研究，人们发现了许多具有优异铁磁性 和反铁磁性性能的新型材料，为实际应用提供了 更多选择。
温度对铁磁性和反铁磁性的影响
实验研究进一步揭示了温度对铁磁性和反铁磁性 物质的影响，有助于深入理解其物理机制。
铁磁性材料没有抗磁性
铁磁性材料没有抗磁性
铁磁性材料是一类在外加磁场作用下会产生明显磁化现象的材料，具有良好的磁性能。
而抗磁性材料则是指在外加磁场作用下几乎不产生磁化现象的材料，具有较弱的磁性能。
然而，铁磁性材料并不意味着它们完全没有抗磁性。
事实上，铁磁性材料在某些条件下也会表现出一定的抗磁性。
首先，我们来了解一下铁磁性材料的特性。
铁磁性材料主要包括铁、镍、钴等金属，以及它们的合金，如铁氧体、钕铁硼等。
这些材料在外加磁场作用下会产生明显的磁化现象，即在磁场的作用下，材料内部的磁矩会发生重新排列，从而产生磁化。
这种磁化是可逆的，即在去除外加磁场的情况下，材料会恢复到无磁化状态。
然而，即使是铁磁性材料，也并非完全没有抗磁性。
在外加磁场较强的情况下，铁磁性材料也会表现出一定的抗磁性。
这是因为在较强的外加磁场作用下，材料内部的磁矩会达到饱和状态，无法再进一步增大，从而使材料的磁化强度达到一个极限值。
此时，即使继续增大外加磁场的强度，材料的磁化强度也不会再发生明显变化，表现出一定的抗磁性。
除此之外，铁磁性材料在一定条件下也会表现出类似抗磁性材
料的特性。
例如，在高温下，铁磁性材料会失去磁性，成为顺磁性
材料，即在外加磁场作用下产生磁化。
这种情况下，铁磁性材料也
可以被看作具有一定抗磁性的材料。
总之，铁磁性材料并不意味着完全没有抗磁性。
在某些条件下，铁磁性材料也会表现出一定的抗磁性。
因此，我们在研究和应用铁
磁性材料时，需要充分考虑其抗磁性的影响，以更好地发挥其磁性能。
铁磁性的原理与应用
铁磁性的原理与应用一、背景介绍铁磁性是物质在外磁场作用下表现出来的一种特性，其中铁磁性最为显著。
铁磁性是指物质在外磁场作用下可以产生自发磁化的现象，即通过调整自身内部的磁矩方向来与外磁场相互作用，从而形成一个新的磁性样貌。
铁磁性的原理和应用十分广泛，本文将从原理和应用两个方面进行介绍。
二、铁磁性的原理铁磁性的原理主要涉及到以下几个方面：1.原子磁矩：铁磁性物质由许多微小的磁性原子组成，每个原子都有一个自旋和轨道磁矩。
这些磁矩相互作用形成自发磁化。
2.磁畴：铁磁性物质内部的磁性原子聚集在一起形成磁畴，每个磁畴都有一个统一的磁矩方向。
在无外磁场作用下，磁畴的磁矩方向是随机的，呈无序状态。
而在外磁场作用下，磁畴的磁矩方向趋于统一，形成有序的磁性样貌。
3.居里温度：铁磁性物质中的自旋和轨道磁矩在一定温度下可以被热引起的热运动破坏，从而磁矩的方向变得随机。
这个临界温度称为居里温度，超过居里温度后，铁磁性物质不再呈现铁磁性。
三、铁磁性的应用铁磁性在许多领域有广泛的应用，下面列举了几个主要的应用领域：1.磁存储器：铁磁性材料的磁畴结构可以被外磁场重新调整，这使得它们在信息存储领域起到了重要的作用。
铁磁性材料被广泛应用于硬盘驱动器、磁带、闪存等存储设备。
2.电动机和发电机：铁磁性材料可以产生强大的磁场，因此在电动机和发电机的制造过程中广泛使用。
铁磁性材料的磁场可以与电流相互作用，从而产生转矩和电能转换。
3.传感器：铁磁性材料的磁性特性使其在传感器领域有重要的应用。
例如，磁传感器可以基于铁磁性材料的磁场变化来检测位置、速度和方向等参数。
4.磁制冷：铁磁性材料在外磁场作用下可以通过磁热效应实现制冷。
这种磁制冷技术被广泛应用于低温制冷、航空航天等领域。
5.磁力催化剂：铁磁性材料在有机合成反应中可以作为磁力分离催化剂使用。
通过磁力分离可以简化分离和回收的过程，提高反应效率。
四、总结铁磁性作为一种特殊的磁性现象，其原理和应用都具有重要的意义。
铁磁性材料的性质及应用
铁磁性材料的性质及应用铁磁性材料是指在外磁场的作用下，能够发生磁畴重排，产生磁滞回线现象的材料，具有磁滞现象和磁畴结构。
常见的铁磁性材料有铁、钴、镍、铁氧体、钕铁硼等。
本文将从铁磁性材料的基本性质入手，探讨它们在磁学、电子学、通信和医疗等领域广泛的应用。
一、铁磁性材料的基本性质1. 磁滞现象铁磁性材料在外磁场的作用下，磁化强度呈线性增加，当磁场达到一定强度时，材料开始饱和磁化，此时再增加磁场强度，磁化强度并不增加，而是呈现出磁滞现象。
磁滞回线是指在逆转磁场时，磁化强度比正向磁场的磁化强度要小，构成了一个封闭的环形线，称作磁滞回线。
2. 磁畴结构铁磁性材料的微观结构一般由众多磁畴构成。
其中，每个磁畴代表着一定方向上的磁矩，相邻的磁畴方向可以相互垂直或平行。
在没有外磁场作用下，相邻磁畴的方向是随机存在的。
当外磁场作用于铁磁性材料时，磁畴会重新排列，使得外磁场的方向和磁畴中磁矩的方向尽量平行。
这种重新排列使得铁磁性材料能够表现出特殊的磁性质。
3. 电阻变化在外磁场的作用下，部分铁磁性材料的导电性会发生改变。
即在磁场的作用下，电阻率也会发生变化，这种现象被称为磁电阻效应。
这种性质使铁磁性材料在磁传感器和磁存储器等应用中得到广泛的应用。
二、铁磁性材料的应用1. 磁性材料在电子学中的应用铁磁性材料在电子学中应用广泛，如磁场感应器、磁头、薄膜电阻器、铁氧体材料等。
铁磁性材料的应用在磁传感器和磁存储器等领域很有前途。
比如在磁存储器中，铁磁性材料可以用于制造读写头，大幅度提高了存储容量。
铁磁性材料借助磁电阻效应还能被用于电子元器件的制造，如一些磁电阻存储器的芯片，能够大大提高存储容量和数据速率。
2. 磁性材料在通信中的应用磁性材料的应用不仅仅局限在电子学领域，它们也广泛应用于通信产业。
铁氧体材料在通信中的应用十分广泛，比如镍铁氧体材料可以用于生产微波器件、快速磁相移器等，而锰铁氧体材料可以用于生产载波通讯系统、防电磁波干扰器、天线等，是通信领域必不可少的材料。
铁磁性课件.ppt
反铁磁性
• 物质原子间静电交换作用使原子磁矩有序排列，当 交换积分A<0时，原子磁矩反平行排列的状态称为 反铁磁态，处于反铁磁态的物体称为反铁磁体。
某些反铁磁体的磁性常数
物质
TN(K)
χ(θ)/χ(TN)
MnO
122
2/3
MnS
165
0.82
MnSe
150
MnTe
323
0.68
MnF2
72
FeO
5
• 铁磁性研究的核心问题就是为什么铁磁体 的原子磁矩比顺磁体容易整列？
物质内部原子磁矩的排列 a:顺磁性 b:铁磁性 c:反铁磁性 d:亚铁磁性
6
铁磁性的物理本质
7
Weiss假设
• Weiss提出第一个假设：磁体中存在与外场无关的自 发磁化强度，在数值上等于技术饱和磁化强度Ms， 而且这种自发磁化强度的大小与物体所处环境的温 度有关。对于每一种铁磁体都有一个完全确定的温 度，在该温度以上，物质就完全失去了其铁磁性。
• 人们把注意力转向静电力。但是，建立在Newton力 学和Maxwell电磁力学上的经典电子论也不能揭示 铁磁体自发磁化的本质。
• Heisenberg和Frank按照量子理论证明，物质内相邻 原子的电子间有一种来源于静电的相互作用力。由 于这种交换作用对系统能量的影响，迫使各原子的 磁矩平行或反平行排列。
• 磁相互作用力的能量与热运动的能量相比太小了， 根据计算，在磁相互作用力下，物体只需加热到 1K就可以破坏原子磁矩的自发平行取向，因而物 体的居里温度应在1K左右。
13
• 实际铁磁体的居里温度在数百K甚至上千K。
• 引起铁磁体内原子磁矩排列整齐，并使有序状态 保持到如此高的温度的力量显然比磁相互作用力 要大千百倍。
铁磁性材料有哪些
铁磁性材料有哪些
铁磁性材料是一类在外加磁场作用下会产生显著磁化的材料。
它们通常具有高磁导率和低电阻率，并且在一定温度范围内会表现出磁性。
铁磁性材料在许多领域都有重要的应用，比如电子设备、磁记录和磁传感器等。
那么，铁磁性材料都有哪些呢？
首先，铁是最常见的铁磁性材料之一。
它在室温下是铁磁性的，具有很强的磁性。
铁被广泛用于制造电动机、变压器和磁性材料等。
其次，镍也是一种常见的铁磁性材料。
它在室温下也是铁磁性的，具有很高的磁导率和低的电阻率。
镍常用于制造磁芯、磁头和其他磁性元件。
除了铁和镍，钴也是一种重要的铁磁性材料。
它在室温下同样表现出铁磁性，并且具有很高的矫顽力和磁导率。
钴被广泛应用于制造永磁材料、磁性合金和磁性元件等。
除了这些常见的铁磁性材料，还有一些稀土元素和其化合物也表现出铁磁性。
比如钆、铽、镝等稀土元素，它们的化合物在低温下会表现出铁磁性，并且具有很高的磁矩和磁导率。
这些稀土铁磁性材料在高性能磁性材料领域有着重要的应用。
此外，铁磁性材料还包括一些合金材料，比如铁-铝合金、铁-硅合金等。
这些合金材料在特定成分和热处理条件下会表现出铁磁性，并且具有一些特殊的磁性特性，被广泛应用于电力工程、通讯设备和航空航天等领域。
总的来说，铁磁性材料种类繁多，具有广泛的应用前景。
它们在现代工业和科技领域发挥着重要作用，不断推动着人类社会的发展进步。
随着科学技术的不断进步，相信铁磁性材料的应用领域会越来越广泛，性能也会不断提升。
铁磁性材料的物理性质与应用
铁磁性材料的物理性质与应用随着科学技术的不断发展，铁磁性材料的物理性质与应用也受到了越来越大的关注。
了解这些性质和应用对于促进材料科学的发展和学术交流具有重要意义。
本文将深入探讨铁磁性材料的物理性质和应用。
一、铁磁性材料的物理性质铁磁性材料是一类在外加磁场下产生自发磁化的材料。
铁磁性材料的磁性质源自于它们内部的原子磁矩。
这些磁矩会在外磁场的作用下排列成一定的方向，从而使材料具有磁性。
1. 磁滞回线磁滞回线是描述铁磁性材料磁化行为的关键指标。
它指的是在给定外加磁场的强度下，铁磁性材料的磁矩与它原有的磁矩方向之间的偏离量。
从磁滞回线的形状可以看出材料的磁化特性。
2. 饱和磁化强度饱和磁化强度是铁磁性材料中最大的外磁场强度，它会使所有的磁矩都在同一方向上排列。
一般来说，饱和磁化强度较高的材料更容易被磁化。
3. 矫顽力矫顽力是指铁磁性材料需要的外磁场强度，才能使它从无外磁场状态下的磁化状态转变为另一种状态。
矫顽力越大的材料越难被磁化。
二、铁磁性材料的应用除了在物理实验和科研领域中被广泛使用之外，铁磁性材料在许多领域都有着广泛的应用。
以下是其中最为突出的几个领域：1. 电子学铁磁性材料被广泛用于电子学中的存储器、传感器和执行器等领域。
在硬磁盘中，铁磁性材料被用于读写头的元件，从而实现存储数据。
此外，在电子学中的磁随机存储器（MRAM）领域，铁磁性材料也被广泛应用。
2. 医学铁磁性材料在生物医学领域中也有着许多应用。
例如，在磁共振成像中，可以使用铁磁性材料来增强成像效果。
此外，铁磁性纳米颗粒还被用于癌症治疗和病毒疫苗制备等领域。
3. 磁性流体磁性流体是由铁磁性颗粒悬浮在液体中形成的，它们具有可控的磁学性质。
磁性流体可以用于制备垂直读取的硬磁盘，同时还被用于制备船舶阻力测试和用于污水净化领域。
综上，铁磁性材料的物理性质和应用涉及到许多领域，其中包括电子学、医学和磁性流体等。
在未来科学研究和工业应用中，铁磁性材料有着非常广泛的前景和应用价值。
百科知识精选铁磁性
元素到目前为止,仅有四种金属元素在室温以上是铁磁性的，即铁，钴，镍和钆，极低低温下有五种元素是铁磁性的，即铽、镝、钬、铒和铥居里温度分别为：铁768℃,钴1070℃,镍376℃,钆20℃定义过渡族金属（如铁）及它们的合金和化合物所具有的磁性叫做铁磁性条件铁磁质的自发磁化：铁磁现象虽然发现很早，然而这些现象的本质原因和规律，还是在上世纪初才开始认识的。
1907年法国科学家外斯系统地提出了铁磁性假说，其主要内容有：铁磁物质内部存在很强的“分子场”，在“分子场”的作用下，原子磁矩趋于同向平行排列，即自发磁化至饱和，称为自发磁化；铁磁体自发磁化分成若干个小区域(这种自发磁化至饱和的小区域称为磁畴)，由于各个区域(磁畴)的磁化方向各不相同，其磁性彼此相互抵消，所以大块铁磁体对外不显示磁性。
外斯的假说取得了很大成功，实验证明了它的正确性，并在此基础上发展了现代的铁磁性理论。
在分子场假说的基础上，发展了自发磁化（spontaneous magnetization）理论，解释了铁磁性的本质；在磁畴假说的基础上发展了技术磁化理论，解释了铁磁体在磁场中的行为。
铁磁性材料的磁性是自发产生的。
所谓磁化过程(又称感磁或充磁)只不过是把物质本身的磁性显示出来，而不是由外界向物质提供磁性的过程。
实验证明，铁磁质自发磁化的根源是原子(正离子)磁矩，而且在原子磁矩中起主要作用的是电子自旋磁矩。
与原子顺磁性一样，在原子的电子壳层中存在没有被电子填满的状态是产生铁磁性的必要条件。
例如铁的3d状态有四个空位，钴的3d状态有三个空位，镍的3d 态有二个空位。
如果使充填的电子自旋磁矩按同向排列起来，将会得到较大磁矩，理论上铁有4μB，钴有3μB，镍有2μB。
可是对另一些过渡族元素，如锰在3d态上有五个空位，若同向排列，则它们自旋磁矩的应是5μB，但它并不是铁磁性元素。
因此，在原子中存在没有被电子填满的状态(d或f态)是产生铁磁性的必要条件，但不是充分条件。
铁磁性
第一项
BJ (x) =
J +1x 3J
因为： M
=
kT
gμBJλ
x
J +1 x = kBTc x
3J
Ng
2
μ
2 B
J
2
λ
M= Ng μBJ BJ(x)
Tc
=
Ng
2
μ
2 B
J
(
kB
λ
Tc 称为居里温度，me 称为有效原子磁矩 me = gμB J (J +1)
从测量宏观量居里温度Tc就能得到分子场系数 λ。
T >Tc, 外加磁场H不高时， x = gμB J (H + λM ) 即 ，x «1时
kBT
M
=
NgμB JBJ
(x)
=
NgμB (J
+ 1)
x 3
=
Ng
2
μ
2 B
J
(J
+ 1)
1 3kBT
(H
+
λM
)
= Nme2 (H + λM ) = C(H + λM )
3kBT
T
C = Nme2 3kB
因而可得到
M/M0
T/Tc
利用J = 1/2，1，∝的布里渊函数的计算值与实验结果比较。得： (1) J = 1/2 和 J = 1与实验结果符合的较好，说明原子磁矩的空间量 子化比自旋无规取向更接近实际。主要是电子自旋的贡献
(2)居里点是分子场系数 λ 的一个很好的量度。
居里温度以上的磁化率 （顺磁态）
相互作用是什么？多大？
这个相互作用多大？ z相互作用的强度：首先要估计这个相互作用有多强。
铁磁性
(4) 有居里点 Tc，当 T > Tc，转化为顺磁质。
典型铁磁质居里点：Fe1040K，Ni631K，Co1388K
3) 应用：信息记录和存储(磁带、计算机存储器) ，永磁 电机等。
2. 磁化过程
H
1) 实验 用铁磁质为芯制成螺绕环，
I
单位长度匝数 n
当线圈通电流 I 时，环内 H = nI
测量电流 I ，就知道铁磁质内的磁场强度 H。 B
由于铁磁质体内杂质和内应力等的作用，当减小 或撤掉外磁场时磁畴的畴壁很难恢复到原来的 形状，表现出来剩磁和磁滞现象。
有
外
磁
B
场
磁致伸缩是因磁畴在外磁场中的转向，改变
了晶格间距而引起的。
• 当温度升高时，热运动会瓦解磁畴内磁矩的
规则排列；
• 在临界温度（居里点）时，磁畴消失，铁磁质
完全变成了顺磁质。
4. 铁磁质的分类及应用
• 根据成分：
金属磁性材料 非金属磁性材料
• 根据矫顽力：
（1）软磁材料（Hc ~ 1A/m） 饱和磁感应强度BS大，矫顽力(Hc)小，磁滞回线 呈细长型，易磁化、易退磁。
适用于：变压器，电磁铁，继电器、电机、高频电磁元 纯件铁的，磁硅 芯钢 、， 磁坡 棒莫 ，合磁金屏蔽(Fe和，吸N波i)，铁氧体（ZnNiFe2O4）
场
场
• 自发磁化方向和外磁场方向成大角度的磁畴体积逐渐
缩小，铁磁质对外呈现宏观磁性。
• 当外磁场增大时，上述效应相应增大，直到所有磁畴
都沿外磁场排列达到饱和。
由于在每个磁畴中个单元磁矩已排列整齐，饱和磁化强 度等于每个磁畴中原来的磁化强度，该值很大，因此铁 磁质具有很强磁性。以上就是铁磁质的磁化过程。
物质的铁磁性与顺磁性
物质的铁磁性与顺磁性铁磁性和顺磁性是物质中常见的磁性现象，它们在日常生活和科学研究中发挥着重要作用。
本文将详细介绍物质的铁磁性和顺磁性以及它们的特点、应用和研究现状。
一、铁磁性铁磁性是指某些物质在外加磁场下表现出的磁性，其特点是在低温下具有强磁性。
铁磁性的物质通常由铁、镍、钴等过渡金属元素构成，其晶体结构对于磁性的表现起着关键作用。
铁磁性物质在外加磁场作用下，所有的微观磁矩会呈现出同样的取向，使得整个物质表现出较强的磁性。
铁磁性物质的磁矩可以随着外磁场的改变而改变，呈现出明显的磁滞回线现象。
同时，铁磁性物质还具有自发磁化的特性，即在无外磁场作用下，铁磁性物质仍然可以表现出一定的磁性。
铁磁性的应用十分广泛。
例如，铁磁性材料被广泛应用于电动机、发电机以及变压器等电磁设备中，用来增强磁场和提高传输效率。
此外，铁磁性材料还可以用作制作存储介质的磁性头部和磁盘等。
二、顺磁性顺磁性是指物质在外加磁场下表现出的磁性，它与铁磁性相比，顺磁性较弱且易受外磁场影响。
顺磁性的物质通常包括氧化物、氟化物以及稀土金属等。
顺磁性物质在外磁场作用下，各个微观磁矩的取向并不完全一致，而是与外磁场的方向有一定的夹角。
因此，顺磁性物质的磁矩并不是完全自发形成的，而是在外磁场作用下呈现出的磁性。
顺磁性物质的应用也十分广泛。
比如在医学中，顺磁性材料可以用于磁共振成像（MRI）等诊断技术中，通过外加磁场将顺磁性材料引入人体，以获取有关人体内部结构和功能的信息。
此外，顺磁性材料还可以用于磁性流体的制备和磁性分离等领域。
三、铁磁性与顺磁性的研究现状对于铁磁性和顺磁性的研究一直是材料科学领域的热点之一。
在理论研究方面，研究人员通过量子力学、固体物理学等多个学科的交叉研究，深入探索了铁磁性和顺磁性物质的微观机制和性质。
在实验研究方面，随着科技的不断进步，研究人员能够使用更先进的实验手段来研究铁磁性和顺磁性。
例如，透射电子显微镜（TEM）和扫描隧道显微镜（STM）等仪器的发展，使得研究人员可以对铁磁性和顺磁性物质的微观结构和磁性进行更加精确的观测和探究。
铁磁性材料
铁磁性材料铁磁性材料是指在外加磁场作用下，具有强烈磁化特性的材料。
铁磁性材料具有磁畴结构，磁畴由许多由小磁偶极子组成的微小区域组成，每个磁畴的磁矩在没有外加磁场时呈随机分布，而在外加磁场作用下，磁矩趋于排列一致，形成宏观磁化。
铁磁性材料主要由铁、镍、钴等金属和合金组成。
这些材料的晶体结构具有层状结构，每个层内的原子排列有序，不同层之间的原子排列具有各向异性。
在低温下，铁磁性材料的磁性几乎完全由电子自旋的磁矩决定。
在高温下，铁磁性材料的磁性主要由电子轨道角动量的磁矩决定。
铁磁性材料在外加磁场下表现出以下性质：1.磁滞回线：在外加磁场强度逐渐增大时，铁磁性材料的磁化强度也逐渐增大，但在达到饱和磁化强度后，进一步增加磁场强度并不会使磁化强度继续增大。
当外加磁场强度逐渐减小时，磁化强度并不会完全返回初始状态，而是会有一定的残余磁化强度。
这种现象称为磁滞回线，是铁磁性材料的典型特征。
2.磁化曲线：铁磁性材料的磁化强度随外加磁场强度的变化呈非线性关系。
在低磁场下，磁化强度与磁场强度近似呈线性关系，而在高磁场下则呈非线性关系。
这种非线性关系是由于铁磁性材料的磁畴结构导致的。
3.铁磁性：铁磁性材料在外加磁场作用下具有强烈的磁化特性。
这种磁化特性在许多工业和日常生活中有广泛应用，如电磁铁、磁盘存储器等。
铁磁性材料的磁性是由于电子自旋和电子轨道角动量的相互作用所引起的。
当外加磁场作用下，电子旋转的自旋和轨道角动量之间的相互作用使得电子的磁矩排列更加有序，进而形成宏观磁化。
总之，铁磁性材料是一类具有磁畴结构、磁滞回线和磁化曲线等特征的材料。
铁磁性材料的磁性是由于电子自旋和电子轨道角动量的相互作用所引起的，具有广泛的应用价值。
铁磁材料分为哪三种
铁磁材料分为哪三种
铁磁材料是一类具有磁性的材料，它们在外加磁场下会产生明显的磁化现象。
根据其磁性特点的不同，铁磁材料可以分为铁、钴、镍三种类型。
首先，铁是最常见的铁磁材料之一。
铁在常温下属于铁磁性材料，具有较强的
磁性。
在外加磁场下，铁会被磁化并保持磁化状态，直到外加磁场消失。
铁的铁磁性使其在电机、发电机、变压器等领域有着广泛的应用。
其次，钴也是一种重要的铁磁材料。
钴在常温下同样属于铁磁性材料，其磁性
较铁稍弱。
钴具有较高的矫顽力和饱和磁感应强度，因此在磁记录材料、永磁材料等方面有着重要的应用。
最后，镍也是铁磁材料中的一种。
镍在常温下同样表现出铁磁性，但其磁性相
对较弱。
镍的主要应用领域包括电磁铁、磁记录材料、磁合金等。
除了铁、钴、镍这三种常见的铁磁材料外，还有一些其他稀有的铁磁材料，如
钕铁硼磁体、钴基磁体等。
这些材料在特定领域也有着重要的应用价值。
总的来说，铁磁材料是一类重要的功能材料，其磁性特点使其在电子、磁记录、能源等领域有着广泛的应用。
通过对铁、钴、镍等铁磁材料的研究和应用，可以为人类社会的发展和进步提供重要的支持和保障。
铁磁性
铁磁性磁性物质的原子有剩余磁矩（自旋矩）。
由于这些原子间的交换作用，使物质内的自旋平行排列，形成磁有序结构。
这种物质称为铁磁性物质。
物质的铁磁性有三个特点： 1.有自发磁化强度；2.有居里温度；在此温度之上，物质变为顺磁性。
3.铁磁物质磁化后，有剩磁存在（磁滞现象）。
外斯为了解析铁磁现象；提出二个假设：1.铁磁物质内存在分子场，使自旋平行排列，形成自发强度；2.铁磁物质在无磁场下，为了减少能量，分列成许多彼此混乱取向的磁畴，使整体的磁化强度为零。
外斯的这样假设(称为外斯的铁磁理论）能很好解析铁磁性。
外斯的分子场实质后经量子力学证实为原子间的交换作用。
编辑摘要目录∙ 1 铁磁性∙ 2 正文∙ 3 参考书目铁磁性某些过渡族（铁族）、稀土族和锕族元素金属、合金及化合物所表现的一种磁性。
铁磁性的特征有二：①在不太强的磁场中（几到几百奥斯特），就可以磁化到饱和状态（技术饱和状态），磁化强度不再随磁场而增加。
②在一定温度（称为居里温度T c）以上时，铁磁性消失而变为正常的顺磁性，即无相互作用的磁性原子集体，磁化强度满足居里定律。
物质的铁磁性起源于原子磁矩之间的强相互作用。
这种相互作用(估计为 107奥斯特数量级)远远超过原子磁矩间的偶极－偶极相互作用。
因此铁磁性物质又称为强磁性物质。
根据许多实验结果，证明铁族金属的原子磁矩不是电子轨道磁矩而是电子的自旋本征磁矩μB（见玻尔磁子）。
外斯理论P. -E.外斯在1907年首先提出铁磁性的分子场理论和磁畴假说。
根据这个理论，在居里温度以下，铁磁物质内部分为若干饱和磁化区域──磁畴，每一磁畴内部各原子磁矩由于强分子场作用，使它们排列到一共同方向，即自发地磁化到饱和强度，但各磁畴的自发磁化强度，方向杂乱，互相抵消，总的不表现宏观磁化强度。
在较弱的外磁场作用下，就足以使各磁畴的自发磁化强度部分地趋向一致，从而表现出一定的宏观磁化强度。
现代实验完全证明了磁畴是确实存在的，约为0.1～0.01厘米的横向宽度。
铁磁性
当晶体内存在空泡、搀杂、内应力、晶粒边界以及合金 中的成分起伏等因素的作用时，磁畴结构变得非常复杂。
杂质、气泡等的影响
S
N
S
N
S
N
（b）畴壁在杂质附近
（a）畴壁在杂质中心
看出：畴壁在杂质中心时，退磁场能减小很多，同时畴壁面 积减小，畴壁能降低。因此畴壁位于杂质中心时为最稳定状 态，畴壁位移需要外磁场做功。
M
S 铁磁体 Hd M H N
退磁场的表达式为：
（CGS高斯单位制） （SI国际单位制） 负号表示退磁场的方向与磁化强度的方向相反。 退磁因子的大小与铁磁体的形状有关，N越大，退磁场强度 越强，于是试样需在更强的外磁场作用下才能达到饱和。只 有具有高对称性的简单体可以求出N的大小：
球状 板状 棒状
反磁化过程 磁中性 磁化过程 磁饱和 d
Ms Mr
a b f Hs H
－ Hc c
e
－Ms 磁滞回线示意图
磁滞损耗：铁磁体的状态经过一周的变化又回到初态，外界对 铁磁体做的正功（磁滞回线所包围的面积），是消耗在介质中 的能量，即不可逆地转化为其它形式的能量，如热能，这种损 耗叫磁滞损耗。 二、铁磁性材料特性 1、磁晶各向异性 在测量单晶铁磁性样品时发现 沿不同晶向的磁化曲线不同。 其中有一个方向的磁化曲线最 高，即最容易磁化。 在单晶体的不同晶向上，磁 性能不同的性质，称为磁性的各 向异性。
E CX A cos
海森交换积分 A﹥0，相邻原子磁矩将同向平行排列，从而实现自发磁化。
只有当Rab/r﹥3时，A才有可能为正。
铁磁性产生需要两个条件：
① 原子内部要有未填满的电子壳层 —— 原子本征磁矩不为零；
② Rab/r﹥3，使A为正 —— 要有一定的晶体结构。
铁磁性的原理与应用
铁磁性的原理与应用铁磁性是一种重要的物质性质，广泛应用于我们的日常生活和工业生产中。
铁磁性的原理是物质中存在着微小的磁性单元，磁畴。
磁畴是一种微观尺度上的自旋排列特殊的区域。
在无外加磁场的情况下，磁畴内部的自旋方向各异，相互抵消，整个物体表现为不具有磁性。
但是当外加磁场作用于物质上时，磁畴内的自旋会沿着磁场方向重新排列，使得它们的磁矩呈现出同一方向。
这种重新排列使得物质获得了磁性，表现为吸引或排斥其它物体的特性。
铁磁性的应用非常广泛。
下面我将从技术和应用的角度分别介绍。
首先，铁磁性在技术上有着重要的应用。
例如，铁磁性材料是电机、发电机和变压器的重要组成部分。
在这些设备中，通过将铁磁性材料放置在线圈周围，可以增强磁场的强度，提高设备的效率。
此外，铁磁性材料还常用于储能器件中，如电感器、扬声器和表井。
这些设备依赖于铁磁性材料的磁性来存储、放大和传输能量。
其次，铁磁性材料在信息存储领域也有着重要的应用。
最典型的例子是磁盘驱动器。
磁盘驱动器使用了铁磁性材料在磁盘上记录和读取数据。
当磁头在磁盘表面移动时，根据磁畴的重新排列，可以读取或写入信息。
此外，铁磁性材料还被用于磁带、磁卡和硬磁盘驱动器等存储介质中。
铁磁性材料还在传感器领域有着广泛的应用。
例如，磁敏传感器利用铁磁性材料的磁性来检测和测量磁场。
这种传感器可以应用于地磁、指南针、车辆控制、安全检测等领域。
另一种常见的应用是磁电效应，其中通过施加外加电压调节铁磁性材料的磁性。
这种磁电效应可用于磁场传感器、磁存储器、自恢复型磁阻器和磁电继电器等物理器件。
最后，铁磁性材料还在信息处理和计算机领域有着重要的应用。
例如，磁性随机存储器（MRAM）利用铁磁性材料的磁性来存储二进制信息。
由于具有非插拔性和低功耗等优点，MRAM在高速缓存、存储器和嵌入式系统等领域得到了广泛的关注。
此外，铁磁性材料还在磁计算、自旋电子学和量子计算等前沿领域有着重要的应用潜力。
综上所述，铁磁性是一种重要的物质性质，其原理是基于磁畴的重新排列。
顺磁性与铁磁性
顺磁性与铁磁性
顺磁性与铁磁性有三方面区别。
一、概念不同
1、顺磁性：是指材料对磁场响应很弱的磁性。
2、铁磁性：是指物质中相邻原子或离子的磁矩由于它们的相互作用而在某些区域中大致按同一方向排列，当所施加的磁场强度增大时，这些区域的合磁矩定向排列程度会随之增加到某一极限值的现象。
二、原理不同
1、顺磁性：组成顺磁性物体的原子、离子或分子具有未被电子填满的内壳层，这类材料的原子、离子或分子中存在固有磁矩，因其相互作用远小于热运动能，磁矩的取向无规，使材料不能形成自发磁化。
2、铁磁性：在铁磁性物质内部，如同顺磁性物质，有很多未配对电子。
由于交换作用，这些电子的自旋趋于与相邻未配对电子的自旋呈相同方向。
三、应用不同
1、顺磁性：医学上从核磁共振成像技术发展到电子顺磁共振成像技术，可以显示生物体内顺磁物质（如血红蛋白和自由基等）的分布和变化，此外某些测氧仪利用了顺磁性的原理。
2、铁磁性：仅有四种金属元素在室温以上是铁磁性的，即铁、钴、镍和钆。
极低低温下有五种元素是铁磁性的，即铽、镝、钬、铒和铥。
以及面心立方的镨、面心立方的钕。
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自发磁化
组织结构不敏感参数
技术磁化
组织结构敏感参数
1、温度的影响 2、应力和变形的影响 3、晶粒细化的影响 4、杂质的影响 5、合金的成分和组织的影响
本征参量 非本征参量
退火产生的感生磁各向异性
A：纵向磁场冷却 B：冷却时无磁场 C：在垂直或圆磁场中冷却
轧制产生的感生磁各向异性
21.5%Fe-Ni合金磁化曲线
平行于轧制方向的磁化完全通过磁畴转动来实现，为线性 磁化曲线。
2、形状各向异性及退磁能
为何会有形状 各向异性？
沿长片状试样不同方向测得的磁化曲线
铁磁体的形状对磁性有重要影响 形状各向异性
磁体在磁场中具有的能量
静磁能
铁磁体与外磁场的相互作用能 铁磁体在自身退磁场中的能量
H
M
M
S
铁磁体
N
Hd M
H
退磁能
当铁磁体出现磁极后， 除在铁磁体周围空间产生磁 场外，在铁磁体的内部也产 生磁场Hd。这一磁场与铁磁 体的磁化强度方向相反，起 到退磁的作用，因此称为退 磁场。
退磁场的表达式为：
（CGS高斯单位制） 退磁因子
磁体总能量增加，自发 磁化一致取向不稳定。
磁畴形成过程图示
a）中，自发磁化单一取向，出现表面磁极，磁场能很大；
b）中，为降低表面退磁场能，自发磁化分成两个反平行的磁 畴，降低了表面退磁能；
c）中，分成4个反向平行的磁畴，退磁能进一步降低，总能量 减小。
影响磁畴结构的因素
磁畴结构：磁畴的形状、尺寸、畴壁的类型与厚度。
1、磁晶各向异性
➢ 在测量单晶铁磁性样品时发现 沿不同晶向的磁化曲线不同。 ➢ 其中有一个方向的磁化曲线最 高，即最容易磁化。
在单晶体的不同晶向上，磁 性能不同的性质，称为磁性的各 向异性。
铁单晶磁化曲线
铁磁体由磁中性磁化到饱和需要作一定的功：
M
W 0 0HdM
沿不同方向磁化所作的功不同，所 需的磁化能也不同，这种与磁化方 向有关的能量称为磁各向异性能
磁泡是在一些薄膜磁性材料中出现的一种圆柱形磁畴 。
无磁场作用
磁场作用
畴壁能 磁晶各向异性能 磁弹性能 退磁能
决定磁畴的形状、尺寸和取向 决定磁畴的形状、尺寸和取向
磁化强度的方向沿着晶体内的易磁
化轴，对于非织构的多晶体，各晶粒的
多 晶
取向是不同的，即具有不同的易磁化方
中 的
向，因此不同晶粒内部磁畴的取向是不
磁
同的，也即意味着畴壁一般是不能穿过
畴 分
晶界的。
布
当晶体内存在空泡、搀杂、内应力、晶粒边界以及合金 中的成分起伏等因素的作用时，磁畴结构变得非常复杂。
杂质、气泡等的影响
S
N
S
N
S
（a）畴壁在杂质中心
N
（b）畴壁在杂质附近
看出：畴壁在杂质中心时，退磁场能减小很多，同时畴壁面 积减小，畴壁能降低。因此畴壁位于杂质中心时为最稳定状 态，畴壁位移需要外磁场做功。
若颗粒足够小，整个颗粒可以在一个方向自发磁化到饱和， 成为一个磁畴 —— 这样的小颗粒称为单畴颗粒。
单畴颗粒内无畴壁，不 会有畴壁位移磁化过程，只 能有磁畴转动磁化过程。这 样的材料，其磁化与退磁均 不容易，具有较低的磁导率 与高Hc。
超顺磁性
➢ 磁泡畴
对于单轴各向异性材料的薄片或薄膜，如果加偏置磁场， 可以使小圆柱性磁畴（直径在1～100μ范围）处于稳定状态，这 种磁畴结构在显微镜下观察很像气泡，故称为磁泡。
a Ⅰ 可逆迁移区
H
➢ 旋转区：外磁场继续增加，整个晶体单畴的磁矩方向逐渐 旋转向外磁场方向，磁化曲线缓慢上升，最终至饱和。
磁化曲线给出的重要参数：
➢ BS和MS：所有偶极子都沿外场方 B 向排列时的磁感应强度和磁化强度。
➢ μ0：磁化曲线起始部分的斜率。 ➢ μm：磁化曲线拐点处的斜率。
c Ⅲ 旋转区
存在外磁场时
存在外应力时
稳定的磁结构要求：总能量最低
无外应力和外磁场时，交换 能、磁晶各向异性能和退磁 场能之和应取极小值。
为降低退磁场能量，磁体内部 分成许多大小和方向基本一致 的自发磁化区域，即磁畴。
若交换能和磁晶各向异性能 同时取最小值，自发磁化只 能分布在一个易磁化方向上。
磁体表面出现磁极，产生退磁 场。
磁畴假设
自发磁化是按区域分布的，各 个自发磁化区域称为磁畴。在无外 场时，磁畴都是自发磁化到饱和， 但磁化方向不同，宏观磁体总磁矩 为零。
2、自发磁化理论 铁磁性产生的原因
T﹤Tc，H＝0
T﹤Tc，H﹥0
根源：原子（正离子）中起主要作用使得原子磁矩有序地排 列。
必要条件：原子的电子壳层中存在没有被电子填满的状态。
－Hs
－Hc c
f
和磁矩转动，Hc称为矫顽力。
e
a Hs H
磁中性
反磁化过程
d
磁饱和
磁化过程
－Ms 磁滞回线示意图
磁滞损耗：铁磁体的状态经过一周的变化又回到初态，外界对 铁磁体做的正功（磁滞回线所包围的面积），是消耗在介质中 的能量，即不可逆地转化为其它形式的能量，如热能，这种损 耗叫磁滞损耗。
二、铁磁性材料特性
材料的磁学性能
第二节 铁磁性
一、铁磁性理论
铁磁性材料的磁化率、磁化强度均大于顺磁性物质，使铁 磁性材料具有十分有用的强磁性，对现代技术和工业有及其重 要的影响。
顺磁体
1、铁磁性分子场理论 分子场理论的两个重要假设：
铁磁体
分子场假设
铁磁性物质在一定温度范围内存在与外加磁场无关的 自发磁化，导致自发磁化的某种作用力假设为铁磁性物质 内存在着分子场。
线磁致伸缩系数 饱和磁致伸缩系数：λs
λs > 0 ：正磁致伸缩，如铁。 λs < 0 ：负磁致伸缩，如镍。
磁弹性能：如果物体在磁化时受到限制，不能伸长（或缩 短），则在物体内部产生压应力（或拉应力）。这样，物体内 部将产生弹性能，称为磁弹性能。
磁化方向和应力方向的夹角
材料所受的应力
三、影响金属及其合金铁磁性的因素
b
Ⅱ 不可逆迁移区
软磁材料重要技术参数
a Ⅰ 可逆迁移区
H
磁滞回线
磁滞回线：当外磁场H从＋Hs变到－Hs再变到＋Hs，试样磁化 曲线形成的封闭曲线。
M
剩磁Mr：当H减小到0时，M或B并不减小到
0，此时材料的M在外磁场方向的投影就是
所谓的剩磁。
Ms Mr b
矫顽力Hc：要使M ＝0（或B＝
0），则必须加上一反向磁场 Hc，以推动磁畴壁的反向迁移
磁各向异性可分为五类： • 磁晶各向异性
结晶磁体的磁化与晶轴有关的特性。
• 磁形状各向异性 沿不同方向的磁化与磁体积和形状有关的特性。
• 磁应力各向异性 磁化方向与应力方向有关的特性。
• 感生磁各向异性 在材料制备或处理过程中形成的一种磁各向异性。
• 交换磁各向异性 与磁矩的交换作用有关的磁各向异性。
磁化曲线
磁感应强度B与外加磁场强度H的关系曲线。
➢ 可逆迁移区：磁化起始阶段，磁 B 场作用较弱，磁畴壁发生微小的迁 移，若这时去较为 平坦，磁导率较低。
c Ⅲ 旋转区
b
Ⅱ 不可逆迁移区
➢ 不可逆迁移区：外磁场增加，磁 畴壁发生巴克豪森跳跃，这种迁移 不会因外磁场的去除而自动迁回原 位，磁化曲线呈非线性陡峭曲线， 磁导率很高。
对于理想的铁磁性晶体，磁畴结构通常排列整齐，且均匀 地分布在各个易磁化轴的方向上。 理想铁磁体磁畴结构有：开放型磁畴、闭流型磁畴以及表面树 枝状磁畴结构等。 两种特殊的磁畴结构：单畴和磁泡畴。
➢ 开放型磁畴
» 又称片状磁畴结构
»会在磁体表面形成自 由磁极，使磁体具有一 定的退磁场能量。
»由畴壁能和退磁场能 构成的总能量取极小值 决定了磁体稳定状态下 的磁畴结构。
➢ 闭流型磁畴
♣ 主畴和闭合畴形成闭 合磁路，使其上、下表 明退磁场能为零。
♣ 畴壁与其两侧畴内的 自发磁化强度MS应成45 角度，以保证畴壁面上 无退磁场
➢ 表面树枝状磁畴
表面与磁畴中的自发磁化方向不平行，为了降低退 磁场能，产生树枝状磁畴结构。
➢ 单畴
若材料的尺寸变得很小，成为多畴时的畴壁能比单畴的 退磁场能还要高，这时材料将不再分畴，形成单畴结构，具 有更低的能量。
第二个条件：原子之间相互键合的作用是否对形成铁磁性有 利。
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”ECX 与晶格的 原子间距有密切关系。当距离很大时， ECX接近于零。随着距 离的减小，相互作用有所增加， ECX为正值，就呈现出铁磁性。 当原子间距R与未被填满的电子壳层直径r之比大于3时，交换 能为正值，反之，交换能为负值，为反铁磁性。
磁畴壁：相邻磁畴的界限。
畴壁是相邻两磁畴之间磁 矩按一定规律逐渐改变方向的 过渡层。
畴壁类型 ➢ 按畴壁两侧磁矩方向的差别分：90度畴壁、180度畴壁
180 °
90°
90°
两相邻畴的磁化方向相反 两相邻畴的磁化方向垂直
两个相邻磁畴的方向可能相差109°或71°等，这样的畴壁也称 90°畴壁。
➢ 按畴壁中磁矩转向的方式：布洛赫壁，奈尔壁
在过渡层中，相邻磁矩不平行，导致交换能增加；又离开易 磁化轴，导致磁晶各向异性能增加。
畴壁中包括的原子层数越多， 畴壁中包括的原子层数越多，
在畴壁中引起的交换能增加 畴壁中的磁晶各向异性能就越