【正文】 合金時抗磁性減弱 ，但形成 Au、 Cu3Pd等合金時抗磁性卻增強。而 Cr、 Mn與 Pd卻大不相同，它們?nèi)苋?Cu中將使固溶體的磁化率急劇增加，甚至比它們處于純金屬狀態(tài)時的順磁性還強，如圖 511所示。當(dāng)?shù)痛呕实慕饘?，?Cu、 Ag、 Mg、 A1等形成固溶體時，其磁化率與成分呈平滑的曲線關(guān)系．這說明形成固溶體時原子之間的結(jié)合鍵發(fā)生了變化。由圖可見， γFe的 χ比。而且都是因變化時原子間距增大、密度減小所致。但 鍺、金、銀不同，它們的磁化率值在熔化時是增高的 。這類金屬的順磁性主要是由于它們的 3d5d電子殼層未填滿， d和 f態(tài)電子未抵消的自旋磁矩形成了晶體 離子的固有磁矩，從而產(chǎn)生了強烈的 順磁性 。 雖然這兩族金屬元素在離子狀態(tài)時有與惰性氣體相似的電子結(jié)構(gòu)，似應(yīng)成為 抗磁體 ，但是 由于自由電子產(chǎn)生的順磁性占據(jù)了主導(dǎo)地位 ，故仍表現(xiàn)為 順磁性 。如 Si、 S、 P以及許多有機化合物，它們基本上是以 共價鍵結(jié)合 的，由于 共價電子對的磁矩互相抵消，因而它們?nèi)砍蔀榭勾朋w 。如前所述，正離子的抗磁性 源于 其電子的軌道運動 ， 正離子的順磁性 源于 原子的固有磁矩 。當(dāng)溫度高于 TN時，它們和正常順磁體一樣服從居里 外斯定律，且△＞ 0；當(dāng)溫度低于 TN時，它們的 χ隨 T下降，當(dāng) T→0K 時， χ→ 常數(shù)；在 TN處 χ有一極大值， MnO、 MnS、 NiCr、 CrSCr2S、Cr2O FeS FeS等都 屬這類 。 在 θc以上的物質(zhì)屬順磁體 ，其 χ大致服從居里 外斯定律，此時的 M和 H間保持著線性關(guān)系 。其中有部分物質(zhì)能準確地 符合居里定律 ，它們的 原子磁化率與溫度成反比 ．即 (526) 式中， C為居里常數(shù)，它的值為 ，這里 N為阿伏加德羅常數(shù)， μB為波爾磁子． k為波爾茲曼常數(shù)。m1使可達磁飽和狀態(tài)，如圖 57 (c)示。 在常溫下，使順磁體達到飽和磁化程度所需的磁場約為 8 108A 物質(zhì)的順磁性 順磁體的原子或離子是有磁矩的 (稱為 原子固有磁矩 ，它是電子的軌道磁矩和自旋磁矩的矢量和 )，其源于原子內(nèi)未填滿的電子殼層 (如過渡元素的 d層，稀土金屬的 f層 )，或 源于具有奇數(shù)個電子的原子 。但應(yīng)注意，這 并不能說任何物質(zhì)都是抗磁體 ，這是因為 原子除了產(chǎn)生抗磁磁矩外，還有軌道磁矩和自族磁矩產(chǎn)生的順磁磁矩 。 圖 56 產(chǎn)生抗磁矩的示意圖 （沿圓周箭頭指電流方向） 上面討論的僅是 一個電子產(chǎn)生的抗磁磁矩△ P， 對于一個原子來說，常常有 z個電子 。從而由式 (514)可得磁矩增量 (附加磁矩 ) (523) 式中的符號表示 附加磁矩△ P總是與外磁場 H方向相反，這就是物質(zhì)產(chǎn)生抗磁性的原因 。 如圖 56所示，取兩個軌道平面與磁場 H方向垂直而循軌運動方向相反的電子為例來研究。從而可以導(dǎo)出旋轉(zhuǎn)橢圓體在極限情形的退磁因子： 球形體 (a=b=c)： N=1/3； 細長圓柱體 (a=bc)： Na=Nb=0, Nc=1/2； 薄圓板 (a=bc) Na=Nb=0, Nc=1。 一般磁性材料的磁化，不僅對磁感應(yīng)強度 B有貢獻，而且可能影響磁場強度 H。例如，鐵原子的電子層分布為以2s22p63s23p63d64s2參，除 3d殼層外各層均被電子填滿 (其自旋磁矩相互抵消 )而根據(jù)洪德法則， 3d殼層的電子應(yīng)盡可能填充不同的軌道，其自旋應(yīng)盡量在向一個平行方向上。 原子中電子的軌道磁矩和電子的自旋磁矩構(gòu)成了 原子固有磁矩，也稱本征磁矩（ intrinsic magic moment）。 (2) 自旋磁矩 每個電子本身作自旋運動，產(chǎn)生一個沿自旋軸方向的自旋磁矩 （ electronic spin magic moment）。 材料的宏觀磁性是組成材料的原子中電子的磁矩引起的，產(chǎn)生磁矩的原因有兩個： (1) 電子軌道磁矩 電子繞原子核的軌道運動，產(chǎn)生一個非常小的磁場，形成一個沿旋轉(zhuǎn)軸方向的軌道磁矩。顯然，帶電粒子的這些運動必然要產(chǎn)生磁矩，如圖 53所示。 （ 5）反鐵磁體 這類磁體的 是小的正數(shù) ，在溫度低于某溫度時，它的磁化率同磁場的取向有關(guān)；高于這個溫度，其行為像 順磁體 。 鐵磁體在溫度高于某臨界溫度后變成順磁體 。 eq \o\ac(○ ,2)2 與溫度無關(guān)的順磁體 ，例如鋰、鈉、鉀、銣等金屬。 ??? （ 2）順磁體 磁化率為正值 ，約為 l03106。它們在磁場中受微弱斥力。 可正、可負，決定于材料的不同磁性類別 ，表 51 為一些常見材料在室溫時的磁化率 表 51 常見材料在室溫時的磁化率 材料名稱磁化率材料名稱磁化率氧化鋁 105鋅 105銅 105鋁 105金 105鉻 104水銀 105鈉 106硅 105鈦 104銀 105鋯 104 1?? r??HM ???? 物質(zhì)的磁性分類 根據(jù)物質(zhì)的磁化率，可以把 物質(zhì)的磁性大致分為五類 。 M可正、可負，由磁體內(nèi)磁矩矢量和的方向決定，因而磁化了的磁介質(zhì)內(nèi)部的磁感強度 B可能大于，也可能小于磁介質(zhì)不存在真空中的磁感應(yīng)強度 B0。設(shè)體積元△ V內(nèi)磁矩的矢量和為 ，則磁化強度 M為： (510) 式中 m的單位為 A HB 00 ??HB ??(58)式還可以寫成如下形式 (59) 式中 M稱為磁化強度 （ intensity of magization）， 它表征物質(zhì)被磁化的程度 。設(shè)真空中 (57) 式中 B0和 H分別為磁感應(yīng)強度 (Wb磁矩的概念可用于說明原子、分子等微觀世界產(chǎn)生磁性的原因。在 均勻磁場中，磁矩受到磁場作用的力矩 J J＝ m B (54) 式中， J為矢量積， B為磁感應(yīng)強度，其單位為： HB 00 ??0? 0?? ? 222 mWbm sVmA mNmJB ?????????????其中 Wb(韋伯 )是磁通量的單位。 HB ??? 在真空中 (53) 式中， 為真空磁導(dǎo)率， ＝ 4 107享利 /米 (H／ m)。 磁學(xué)基本量 （ 1）磁感應(yīng)強度和磁導(dǎo)率 1820年，奧斯特發(fā)現(xiàn)電流能在周圍空間產(chǎn)生磁場，一根通有 I安培 (A)直流電的無限長直導(dǎo)線，在距導(dǎo)線軸線 r米 (m)處產(chǎn)生的磁場強度 H（ magic field strength）為： (51) 在國際單位制中，的單位為安培 /米 (A/m)。 如果將兩個磁極靠近，在兩個磁極之間產(chǎn)生作用力 —— 同性相斥和異性相吸。 本章介紹固體物質(zhì)的各種磁性 (抗磁性、順磁性、鐵磁性、反鐵磁性、亞鐵磁性 )的形成機理及宏觀表現(xiàn)；重點介紹磁性表征參量、各類磁性物質(zhì)的內(nèi)部相互作用；磁性材料在交變磁場中的磁化過程及宏觀磁性；磁性材料及其應(yīng)用。第五章 材料的磁學(xué)性能 本章內(nèi)容提要： 磁性不只是一個宏觀的物理量，而且與物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。同時隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展，磁性材料的應(yīng)用也越來越廣泛。能夠被磁化的或能被磁性物質(zhì)吸引的物質(zhì)叫做 磁性物質(zhì)或磁介質(zhì) ?，F(xiàn)在物理研究表明， 物質(zhì)的磁性也是電流產(chǎn)生的 。 B和 H是既有大小、又有方向的向量 ，兩者關(guān)系為： 52 式中， 為 磁導(dǎo)率 (magic permeability)，是磁性材料最重要的物理量之一， 反映了介質(zhì)的特性，表示材料在單位磁場強度的外加磁場作用下，材料內(nèi)部的磁通量密度。其方向與環(huán)形電流法線的方向一致，其大小為電流與封閉環(huán)形的面積的乘積 IΔS(圖 51)。磁矩只與物體本身有關(guān)，與外磁場無關(guān) 。 dxdBmF x /??（ 3） 磁化強度 電場中的電介質(zhì)由于電極化而影響電場，同樣， 磁場中的磁介質(zhì)由于磁化也能影響磁場 。 在一外磁場 H中放入一磁介質(zhì)，磁介質(zhì)受外磁場作用，處于磁化狀態(tài)，則磁介質(zhì)內(nèi)部的磁感強度 B將發(fā)生變化 (58) 式中 μ為介質(zhì)的絕對磁導(dǎo)率， μ只與介質(zhì)有關(guān) 。磁化強度的 物理意義是單位體積的磁矩 。 ? ? )(00 MHMHB ???? ???mVmM?? ? 磁介質(zhì)在外磁場中的磁化狀態(tài)，主要由磁化強度 M決定 。它反映材料磁化的能力 ，沒有單位，為一純數(shù)。 (1) 抗磁體 磁化率為甚小的負數(shù)，大約在 106數(shù)量級。 eq \o\ac(○ ,2)