磁性材料问题

1.简要阐述磁流体和磁流变液的认识，并说出它们的异同。

磁流体是由磁性纳米颗粒外包覆表面活性剂置于绝缘溶剂中组成，包覆表面活性剂是防止颗粒凝聚，由于颗粒足够小，热运动导致零磁场下不会显示磁性，且布朗运动足以使颗粒稳定分散不聚沉，即使在外磁场下也是。磁流体置于磁场中会形成褶皱，是通过改变形状（虽然增加了表面能和重力势能）降低磁能（总体是降低了能量）。

磁流变液的颗粒则一般为微米量级，布朗运动不足以使其稳定，组成上和磁流体相似。磁流变液在外磁场下，磁性颗粒磁化后，颗粒间的相互作用使形成结构，从而使得液体表观粘度增大，成为宾汉流体，当磁场足够大时，会显示出固化。

2.描述磁致伸缩的机理。

对软磁体进行磁化，其形状和大小会发生一定程度的变化，这种磁致伸缩效应有各向异性。因为铁磁材料中有很多磁畴，每个磁畴的磁化方向不同，在外加磁场下，磁畴的磁化方向要改变，而且磁畴边界会移动，因此造成宏观尺寸的改变，但是很小，而且由于铁磁材料原来的磁畴磁化方向分布有规律，所以磁致伸缩有各向异性。另外，在交变磁场系，磁致伸缩效应有一定的滞后。此效应可以定性上用非平衡热力学（或统计力学）的交叉效应来描述，当效应很小时，近似用线性理论描述，因为动力学矩阵的对称性，所以磁-力（磁致伸缩）和力-磁的效应都存在。

3.描述磁热效应的制冷、制热过程。

一些磁性材料的温度会随着磁场改变而改变，利用磁致冷可以获得超低温。

磁致冷，例如绝热退磁致冷，初始磁热材料置于外磁场中，这样所有的电子的自旋取向都趋于一个方向，然后在绝热下，降低磁场，则电子自旋取向通过吸收热量（晶格系统内的热量，即声子）来实现重新取向，从而降低温度。

磁致热，与致冷相反，加磁场，因为电子自旋取向趋于一致而放出热量。

4．简要描述超顺磁性。

在强磁性（即铁磁性或亚铁磁性）微粒（一般是纳米尺度）中由于温度的影响磁化强度方向可以随机变化（两次变化的时间称为奈尔弛豫时间），无外磁场下磁化强度为0（包括整个磁化过程后的退磁，即和过程无关），在有磁场下，磁化率比顺磁材料大几十倍。

一般的铁磁、亚铁磁材料在居里温度以上显顺磁相，但是超顺磁发生在居里温度以下，超顺磁颗粒为磁单畴，构成一个颗粒的原子的磁矩方向接近，所以整个颗粒可以看成一个大的磁矩，理论处理中有”macro spin approximation”，磁矩大小要比顺磁的大。形成超顺磁相有临界尺寸，其与温度有关，温度较大临界尺寸也较大，反之亦然，不过都是在纳米尺度。由于纳米颗粒的磁各向异性，颗粒的磁化方向通常有互为反向的两个，之间有一势垒，

能量较低的为易轴，有限温度下可以跃迁，平均时间是奈尔弛豫时间，可用Néel-Arrhenius 方程表示为:

K为磁各向异性能密度

跃迁几率与弛豫时间成反比，所以较大体积的颗粒的磁化方向反转的几率很低。因为有一个弛豫时间，所以对超顺磁颗粒的磁性测量与测量时间的长短有关，根据测量时间的长短，可能得到两种结果，一个是在超顺磁态（测量时间远大于弛豫时间），另一个blocked态（测量时间小于弛豫时间）。

有实验表明在一些磁性液体中也显示超顺磁性。

超顺磁的磁化曲线一个最明显的特点是完全可逆，无矫顽力、无剩磁，当测量时间和弛豫时间相近时，磁化率表现出对外场频率的依赖性。

另外超顺磁效应（或超顺磁极限）大多出现在硬盘等磁信息储存领域，因为当颗粒小到一定尺度后，热涨落效应可能与有序的相互作用能相比，从而使得继续使这些储存颗粒变小则无法正常储存信息（即无法形成稳定的序）。

5．给你一个磁性材料，你会怎么研究它的磁性能?