【正文】 ，只有具強磁性或亞強磁性的材料才能加以利用。但在物理、化學(xué)及醫(yī)學(xué)上，其他類型的磁性也有很大的功用。最有趣的例子是，醫(yī)學(xué)上利用人體器官分子的磁共振，可以迅速作完全身健康檢查，由器官分子的「磁性」，可以檢測病變之有無，所使用的設(shè)備叫做MRI（magnetic resonance imaging）。在此，只擬介紹產(chǎn)業(yè)應(yīng)用價值較大的強磁性及亞強磁性材料（永久及暫時磁性材料；半永久性者種類及應(yīng)用較少，限於篇幅不談）。磁性的由來直到二十世紀以前，人們（包括科學(xué)家）對物質(zhì)磁性的了解，不會比我們的老祖宗在數(shù)百、甚至於數(shù)千年前的了解好到那裏往。最近七十多年來，靠著很多受過嚴密科學(xué)練習(xí)的物理家、化學(xué)家及數(shù)學(xué)家不斷的努力，終能逐漸解開它神秘的面紗，一窺其全貌。讓我們循著先哲的路線來了解磁性的起源。由實驗得知，兩磁極間有相吸或相斥之力，稱為磁力。因此由力的丈量，可以得知「磁」的大小。有力就會有力矩，因磁所起的力矩稱為「磁矩」（magnetic moment）。早期科學(xué)家（例如法拉第、居里等人）嘗試在磁場內(nèi)丈量物質(zhì)所含磁矩之大小及其隨溫度變化的關(guān)系，從而發(fā)現(xiàn)不同物質(zhì)的不同反應(yīng)。一物體所含磁矩之量稱為「磁化量」。單位磁場所能引起的磁化量稱為「磁化率」（magneticsusceptibility），由磁化率對溫度的定量關(guān)系，吾人便可定義反磁性、順磁性及強磁性等的不同。但何以如此？仍然沒有答案。首先，磁矩是什麼呢？若將磁鐵一再分割，每一新得之顆粒皆為一新的磁鐵，具有南、北（N、S）極，分割到最小而仍會保有N、S兩極的即為磁矩。目前，我們已知電子自旋或公轉(zhuǎn)，就造成此種最小單位（比如電流繞線圈活動造成磁場）。換句話說，磁矩就是電子運動（公轉(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)），未被抵消的凈量，亦即為磁陀（magnetic spin）之凈值。除反磁性物質(zhì)以外，所有其他物質(zhì)在磁場內(nèi)都有或多或少的磁矩，可以定量地量測出來，很顯然地它們都含有磁性的原子（分子）。那麼強磁性是怎麼來的呢？何以同樣含有磁性原子而有的是強磁性，有的卻沒有呢？1907年，魏斯（Weiss）重復(fù)居理於1895年的實驗，再配合數(shù)學(xué)家藍古文（Langeuim）的理論，假設(shè)磁性「分子」（當時以為分子是物質(zhì)之最小單位）間有相互作用，稱為分子場（molecularfield），并大膽推斷非強磁性物質(zhì)之分子場很小，而強磁性物質(zhì)之分子場非常大，大到足以使「分子」之磁矩同向排列而達飽和。溫度高到居里點（編注：鐵磁性物質(zhì)由強磁性變?yōu)轫槾判詴r的溫度，稱為居里點）以上時，熱能破壞了分子場的排列作用，使磁性「分子」混亂，即為順磁性。然則，何以大部分鐵、鈷、鎳等強磁性元素不會吸引別的鐵、鈷、鎳呢？既然它們內(nèi)部已磁化到飽和，應(yīng)可作為很強的永久磁鐵才是啊。魏斯又提出另一個大膽假設(shè)，那就是物系為降低自由能以達安定化，會進步亂度。強磁性物質(zhì)內(nèi)部自動分成很多小區(qū)域，稱為磁區(qū)（magnetic domain）。在同一磁區(qū)內(nèi)磁化方向是一致的，不同磁區(qū)間的磁化方向不同且呈混亂化，故互相抵消，平常感覺不到它有磁性，只有在磁場內(nèi)加以磁化，打破磁區(qū)之混亂狀態(tài)，才能感受到它的強磁性。后人的實驗（1931年）印證此一「預(yù)言」（見圖一），使魏斯名垂千古，其大膽假設(shè)、小心求證的治學(xué)態(tài)度更是為人津津樂道的原則。1948年，魏斯的門生尼爾（N233。el）繼續(xù)他的研究，發(fā)現(xiàn)某些物質(zhì)原子的磁矩受結(jié)晶格子影響很大，且分子場的作用很強，為負的，導(dǎo)致相鄰原子列之磁化方向相反。若大小相等則完全抵消，呈現(xiàn)「反強磁性」（antiferromagnetism）。若大小不等，則呈現(xiàn)「亞強磁性」；至此，物質(zhì)之「磁」現(xiàn)象原理已大致揭曉，尼爾因而在1970年榮獲諾貝爾物理獎。磁性材料的磁現(xiàn)象由磁區(qū)之消長來決定。磁區(qū)與磁區(qū)之間的界面稱為磁區(qū)壁（domain wall），其內(nèi)磁陀由一個方向逐漸轉(zhuǎn)至另一方向，它很薄，只有數(shù)十至數(shù)百埃（197。）。磁性材料的磁區(qū)壁假如能隨外加磁場的變動而隨時移動，該材料即是很輕易被磁化到飽和，也很輕易消磁；反之，假如想法阻礙磁區(qū)壁的運動，則被磁化到飽和后該材料便不易被消磁。前者呈現(xiàn)暫時磁性，后者呈現(xiàn)永久磁性。磁性材料學(xué)家的工作即在於：利用固態(tài)物理、材料工程學(xué)、物理冶金學(xué)、機械冶金學(xué)等學(xué)理或技術(shù)，控制磁性材料的成分、顯微結(jié)構(gòu)而使其性質(zhì)合於所需。永久磁性材料及其應(yīng)用磁性材料的優(yōu)劣常以磁滯曲線（hysteresisloop，見圖二），所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)表示之。圖上OBs表磁化曲線，其上於原點的切線斜率稱為初導(dǎo)磁率（initial permeability，μo），割線斜率代表特定的B／H（磁感應(yīng)／磁場強度）比值，最大者即為最大導(dǎo)磁率（μm）。Bs點代表飽和磁感應(yīng)（saturation induction）單位以千高斯（kG）表示；Br點為殘留磁感應(yīng)；Hc點稱為保磁力或矯頑磁力〔coercive force，單位為Oe或kOe，1Oe相當於（1000／4π）A／m〕。在第二象限之磁滯曲線上任一點都代表一特定之BH值（對B、H投影線所圍面積），其最大者稱為最大磁能積〔maximum energy product，簡寫為（BH）m，單位G. Oe，以百萬倍表之則為MGOe〕。永久磁性材料講究Hc、Br及（BH）m愈大愈好，尤其（BH）m，它代表該磁鐵磁化后所貯存在內(nèi)部的能量，（BH）m值愈大代表它愈能對外作功，就像永不枯竭的電池一樣，若Hc夠大（數(shù)千Oe以上），居里溫度夠高，它便不易被消（退）磁。工程上Hc＞200Oe者，便可稱為永久磁鐵。十九世紀末至二十世紀初，可用的永久磁鐵只有淬火碳鋼。碳鋼淬火硬化，Hc即升高，愈硬者Hc愈高，故永久磁性又稱「硬」磁性；反之退火軟化者呈現(xiàn)暫時磁性，或「軟」磁性。淬火鋼Hc只有50～70Oe，（BH）～。1916年，科學(xué)家在碳鋼內(nèi)添加Cr、W、Co，使Hc增至145～250Oe，（BH）m近於1MGOe，在當時是很大的突破。1931年日人三島發(fā)明FeNiAl三元合金磁鐵，Hc高達500Oe（BH），打開近代永磁材料發(fā)展的大門。以FeAlNi為主，添加Co、Cu、Si、Ti等元素改進而成的Alnico合金，直到1970年以前一直是永久磁鐵的主流。材料科學(xué)家藉合金設(shè)計的法則，控制其相變化，使產(chǎn)生離相分解反應(yīng)（spinodal deposition）；并在磁場內(nèi)冷卻，令分解所得之相沿磁場方向生長而得異方性很高的優(yōu)秀磁鐵，Hc達600～2000Oe，（BH）m為3～12MGOe間，可藉合金組成分及熱處理而調(diào)整磁性材料的特性。時至本日，雖大量更新式或價廉之永磁已逐漸取而代之，但它極為穩(wěn)定的磁性（可應(yīng)用至500℃之高溫，使它在某些特定的應(yīng)用（如微波通訊）上，仍然不易遭淘汰。1970年代發(fā)明之FeCrCo永磁合金即采用Alnico之原理設(shè)計出來，其磁性亦與Alnico合金相當，筆者曾作過多年研究，圖三即顯示利用磁場熱處理，使Fe28Cr12CoTi合金的離相分解沿磁場方向排列的情況。分解出來的顆粒均勻直徑約300197。，均勻長度約1200197。，磁區(qū)壁在其內(nèi)之運動極其困難，故Hc值很高，成為永久磁鐵。1932～1938年間，在日、荷兩地開始發(fā)展的磁性氧化物——鐵氧體（ferrites），為本日永久磁性材料主流之一。，屬於六方晶系；～，～，（BH）～（視添加劑及裝程等而異）。由於價廉、制取輕易，應(yīng)用很廣，目前臺灣月需2,000余噸，約3／4自制。1969年，材料科學(xué)家研制成功稀土鈷化物的永久磁鐵，為永久磁鐵開辟了另一片新天地。近二十年來，稀土永久磁鐵有長足進步。自最早之SmCo5合金而Sm(Co,Fe,Cu,Zr )（即Sm2CO17型）合金，到最近的Nd2Fe14B合金（1984年起），磁能積從破紀錄的20MGOe（SmCo5 ）到30MGOe（Sm2Co17型）再到50MGOe（NdFeB合金），呈現(xiàn)奔騰式的進展，這都是回功於材料科學(xué)的研究與發(fā)展。國內(nèi)目前在這方面的研究與開發(fā)工作已與國際同步，產(chǎn)業(yè)產(chǎn)制也展開，為很有潛力的高科技產(chǎn)業(yè)。圖四為筆者所研究的NdFeB合金之高解像電子顯微鏡照片，顯示兩顆Nd2Fe14B晶粒間的粒界有一層體心立方（bcc）相的構(gòu)造，晶粒內(nèi)之平行線紋為c平面之格子像。其他的永磁材料還有很多，例如CuNiCo合金、MnAlC合金及PtCo合金等，還有不下十余種，限於篇幅無法逐一介紹。在永久磁性材料中，有一些是體積很小而功效很大的「磁紀錄材料」（magnetic recordingmaterial）：粉末狀的有γFe2OCrOFe4N，金屬粉如Fe粉、FeCo合金粉等，大量用於錄音帶、錄影帶、磁碟等產(chǎn)業(yè)；另有制成薄膜狀的FeNi、FeNiP、FeNiCr、FeNiCo等用於硬式磁碟，CoCr用於垂直紀錄，TbFeCo及GdCo等用於可讀寫的磁光紀錄等。永磁材料如前所述是一貯能裝置，只要設(shè)計得當，它便能作功，上述之「紀錄」即為一例。其他的應(yīng)用場合包括：喇叭、馬達、發(fā)電機、計器、吸著裝置、磁選機等不勝枚舉。暫時磁性材料及其應(yīng)用暫時磁性材料系在受到磁化（例如繞在其外面的線圈通上電流時）后呈現(xiàn)很強的磁性，磁化場移除后，馬上消磁的材料。因此，可以用在交流電機上，甚至於高頻及超高頻的應(yīng)用場合。其應(yīng)用上的要求是導(dǎo)磁率及Bs值愈高愈佳，Hc值愈低愈佳（因此BH值——代表磁損，愈?。Ｒ园l(fā)展的歷程來說，暫時磁性材料（即軟磁材料）比永磁材料更早，而且成果較豐富。例如純鐵本身即為甚佳之軟磁材料，自十九世紀末即開始使用，目前的用量仍然很大。1910年代FeNi合金即已由美國貝爾實驗室發(fā)明出來，后來稱為高導(dǎo)磁合金（permalloy）；到1950年代其μ0值（見圖二）已可高達100,000，稱為超導(dǎo)磁合金（supermalloy）。其磁性受鎳含量、軋延及退火方式等的影響甚大。矽鋼片首創(chuàng)於1900年前后，至1930年制成方向性矽鋼片以來，它已成為電機用軟磁合金的主流。這些軟性合金因系導(dǎo)體，大多只適合於低頻應(yīng)用的場合。鐵氧體軟磁材料以尖晶石晶系為主；一般式為MFe2O4，M為二價離子，如Mn++、Zn++、Ni++、Cu++、Mg++、Co++，甚至於Fe++等，例如目前市面上最常見的(Mn,Zn)Fe2O(Ni,Zn).Fe2O4及(Mn,Mg)Fe2O4等。因鐵氧體軟磁材料系氧化物，電阻大，適用於高頻（100MHz以下的場合。若是超高頻，如100MHz～500GHz（微波范圍）則需柘榴石系鐵氧磁體——Y3Fe5O12及其衍生物寧可累死在路上，也不能閑死在家里！寧可去碰壁，也不能面壁。是狼就要練好牙，是羊就要練好腿。什么是奮斗？奮斗就是每天很難，可一年一年卻越來越容易。不奮斗就是每天都很容易，可一年一年越來越難。能干的人，不在情緒上計較，只在做事上認真；無能的人！不在做事上認真，只在情緒上計較。拼一個春夏秋冬！贏一個無悔人生！早安！—————獻給所有努力的人. 學(xué)習(xí)好