【正文】 各向異性能最小，而在難磁化軸方向上，磁晶各向異性能最大。 鐵磁單晶體在磁性上是各向異性的 磁各向異性 磁各向異性能 從能量角度，鐵磁體從退磁狀態(tài)磁化到飽和狀態(tài)， MH曲線與 M軸之間所包圍的面積等于磁化過程做的功 （ 5－ 37） 磁各向異性能： 飽和磁化強(qiáng)度矢量在鐵磁體中取不同方向而改變的能量。這種現(xiàn)象稱為磁晶各向異性。i 初（起）始磁導(dǎo)率是磁性材料的重要性能指標(biāo)之一 M(B)與 H的變化關(guān)系 磁導(dǎo)率 μ隨 H的變化 常用技術(shù)磁化量 B=?0( H十 M) ?=(1+x) ?=B/?0H 起始磁導(dǎo)率 最大磁導(dǎo)率 拐點(diǎn) K 處的斜率 剩磁 ——剩余磁化強(qiáng)度 M r（磁感應(yīng)強(qiáng)度 Br） 矯頑力 Hc 磁滯現(xiàn)象 ：在退磁過程中，磁化強(qiáng)度落后于磁場強(qiáng)度的現(xiàn)象。 交換相互作用 ——鐵磁性產(chǎn)生的充分條件 鐵磁性產(chǎn)生的條件 原子內(nèi)部要有未填滿的電子殼層 ——必要條件 （原子固有磁矩 不為零） 電子交換積分 A0 ——充分條件 （ 具有一定晶體結(jié)構(gòu)） 為什么溫度升高鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判?？ 1）溫度升高，原子間距最大，交互作用降低； 2）溫度升高，熱運(yùn)動(dòng)破壞了磁矩的同相排列（自發(fā)磁化）； 3）當(dāng)溫度升高到 TTc ，自發(fā)磁化不存在，鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判?。不是充分條件 B?B?B?B?2 1 0 1 2 2） 鐵磁性產(chǎn)生的充分條件 根據(jù)鍵合理論，當(dāng)原子相互接近形成分子時(shí)，電子云相互重疊， 電子要相互交換位置 。靜電交換相互作用主要由電子自旋磁矩產(chǎn)生 1）鐵磁性產(chǎn)生的必要條件：原子的電子殼層有未被電子填滿的狀態(tài)。在 臨界溫度 Tc溫度以下，原子磁矩排列整齊，產(chǎn)生自發(fā)磁化，物體變成 鐵磁性或亞鐵磁性 。 二、磁疇 對(duì)于所有的磁性材料來說，并不是在任何溫度下都具有磁性。 磁性材料在正常情況下并不對(duì)外顯示磁性。 各個(gè)磁疇之間的交界面稱為 磁疇壁 。 鐵磁性基本特征 磁性材料內(nèi)部自發(fā)磁化的小區(qū)域。 圖 5－ 25 磁性液體的組成 a） 磁性流體 b)吸附表面活性劑的磁性微粒 1基載液 2表面活性劑 3磁性微粒 磁性微粒子功能材料 鐵磁性物質(zhì)的基本特征 鐵磁性物質(zhì)的特性 ： 自發(fā)磁化 磁疇 居里溫度 磁滯回線 一、自發(fā)磁化 鐵磁性物質(zhì)內(nèi)的原子磁矩，通過某種作用，克服熱運(yùn)動(dòng)的無序效應(yīng)，都能有序地取向，按不同的小區(qū)域分布。它在重力和電磁力的作用下能夠長期保持穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)沉淀或分層現(xiàn)象。 鐵磁體的磁化曲線 鐵磁體的磁化曲線 磁滯回線與 磁疇的關(guān)系 磁滯現(xiàn)象的本質(zhì) 磁疇的遷移運(yùn)動(dòng)受到阻力 磁性流體指的是吸附有表面活性劑的磁性微粒在基載液中高度彌散分布而形成的穩(wěn)定膠體體系。 結(jié)論 鐵磁質(zhì)的 不是一個(gè)常數(shù)， 它是 的函數(shù)。 矯頑力 ——加反向磁場 Hc，使介質(zhì)內(nèi)部的磁場為 0， 繼續(xù)增加反向磁場，介質(zhì)達(dá)到反向磁飽和狀態(tài)； 改變外磁場為正向磁場，不斷增加外場，介質(zhì)又達(dá)到正向磁飽和狀態(tài)。i 初（起）始磁導(dǎo)率是磁性材料的重要性能指標(biāo)之一 M(B)與 H的變化關(guān)系 磁導(dǎo)率 μ隨 H的變化 B H o c 起始磁化曲線為 oc ,當(dāng)外磁場減小時(shí)，介質(zhì)中的磁場并不沿起始磁化曲線返回，而是滯后于外磁場變化， —— 磁滯現(xiàn)象 。這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮。 磁疇 ： 磁性材料內(nèi)部自發(fā)磁化的小區(qū)域。 核磁矩非常小，幾乎對(duì)原子磁性不起作用 鐵磁性產(chǎn)生的條件 原子內(nèi)部要有未填滿的電子殼層 ——必要條件 （原子固有磁矩 不為零） 電子交換積分 A0 ——充分條件 （ 具有一定晶體結(jié)構(gòu)） 為什么溫度升高鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判裕? 1）溫度升高，原子間距最大，交互作用降低； 2）溫度升高，熱運(yùn)動(dòng)破壞了磁矩的同相排列（自發(fā)磁化）； 3）當(dāng)溫度升高到 TTc ，自發(fā)磁化不存在，鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判?。第五? 總結(jié) ? 磁性的分類 ? 鐵磁性的微觀本質(zhì) ? 自發(fā)磁化、磁疇、 ? 物質(zhì)磁性的起源 ? 鐵磁性產(chǎn)生的充要條件 ? 鐵磁性材料的特性 ? 自發(fā)磁化、磁疇 ? 磁化曲線 ? 磁滯回線 材料磁性分類 (1)抗磁性 1）磁化強(qiáng)度 M與 H方向相反； 2）磁化率 0， 105的數(shù)量級(jí)； 3）與磁場、溫度無關(guān)。 (2)順磁性 1）磁化強(qiáng)度 M與磁場 H同方向； 2）其磁化率 ＞ 0， 103一 106數(shù)量級(jí) 3）多數(shù)順磁性物質(zhì) 與溫度 T服從居里定律 χ p＝ C／ T (3)反鐵磁性 (4)鐵磁性 (5)亞鐵磁性 鐵磁性的微觀本質(zhì) 物質(zhì)磁性起源于原子磁矩 原子的總磁矩 = 電子軌道磁矩 +電子自旋磁矩 電于軌道運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生 ——電子軌道磁矩； 電子自旋產(chǎn)生 ——電子自旋磁矩。 3?rRab 鐵磁性物質(zhì)的基本特征 鐵磁性物質(zhì)的特性 ： 自發(fā)磁化 磁疇 居里溫度 磁滯回線 自發(fā)磁化：通過物質(zhì)內(nèi)自身某種作用將磁矩排列為有序取向的現(xiàn)象，稱為自發(fā)磁化。 磁致伸縮：鐵磁性物質(zhì)在磁場中磁化，伴隨著磁化，它的長度和體積同時(shí)發(fā)生變化。 O H?O HBO HM曲線HM ? 曲線HB ? 曲線H?? 鐵 磁體的磁化曲線 磁化曲線的三種形式 開始 M的增加比較緩慢后來增加較快 最后達(dá)到 Ms(飽和磁化強(qiáng)度 ) 縱坐標(biāo)改為磁感應(yīng)強(qiáng)度 B，對(duì)應(yīng)于平衡值 Ms的磁感應(yīng)強(qiáng)度值稱為飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度(Bs ） 磁導(dǎo)率 μ隨 H的變化 磁導(dǎo)率 μ是 BH曲線上的斜率 在 BH曲線上，當(dāng) H→0 時(shí)的斜率稱為初（起）始磁導(dǎo)率 181。 Hc Br Hc 當(dāng)外磁場為 0 時(shí)，介質(zhì)中的磁場并不為 0，有一剩磁 Br。 磁化曲線形成一條磁滯回線。 H?r? B的變化落后于 H，從而具有剩磁，即磁滯效應(yīng)。磁性流體不僅有強(qiáng)磁性，還具有液體的流動(dòng)性。 磁性流體由磁性微粒、表面活性劑和基裁液組成。 通過物質(zhì)內(nèi)自身某種作用將磁矩排列為有序取向的現(xiàn)象，稱為自發(fā)磁化。 每個(gè)區(qū)域內(nèi)包含大量原子，這些原子的磁矩都象一個(gè)個(gè)小磁鐵那樣整齊排列，但 相鄰的不同區(qū)域之間原子磁矩排列的方向不同。 宏觀物體一般總是具有很多磁疇，磁疇的磁矩方向各不相同，結(jié)果相互抵消，矢量和為零，整個(gè)物體的磁矩為零，不對(duì)外顯示出磁性。只有當(dāng)磁性材料被磁化以后，它才能對(duì)外顯示出磁性。 一般地，磁性材料具有一個(gè) 臨界溫度 Tc，在這個(gè)溫度以上，由于高溫下原子的劇烈熱運(yùn)動(dòng)，原子磁矩的排列是混亂無序的。 所以，居里溫度 是鐵磁體或亞鐵磁體的相變轉(zhuǎn)變點(diǎn)， 鐵磁態(tài)或亞鐵磁態(tài) 順磁態(tài) Tc 三、 鐵磁性材料的居里溫度 鐵磁性基本特征 四、鐵磁性自發(fā)磁化的起源 ? 鐵磁性 自發(fā)磁化 起源于 電子間的靜電交換相互作用 。 Fe 3d 4個(gè)未填滿的狀態(tài) 4 Ni 3d 2個(gè)未填滿的狀態(tài) 2 產(chǎn)生較大磁矩 Co 3d 3個(gè)未填滿的狀態(tài) 3 Mn 3d 5個(gè)未填滿的狀態(tài) 5 不是鐵磁性 原子中存在未被電子填滿的狀態(tài)只是必要條件。 對(duì)于過渡金屬， 3d 狀態(tài)與 s態(tài)能量相差不大，電子云相互重疊時(shí)，將引起 s、 d 狀態(tài)的電子云重新分配。 3?rRabO H?O HBO HM曲線HM ? 曲線HB ? 曲線H?? 鐵 磁體的磁化曲線 磁化曲線的三種形式 開始 M的增加比較緩慢后來增加較快 最后達(dá)到 Ms(飽和磁化強(qiáng)度 ) 縱坐標(biāo)改為磁感應(yīng)強(qiáng)度 B，對(duì)應(yīng)于平衡值 Ms的磁感應(yīng)強(qiáng)度值稱為飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度(Bs ） 磁導(dǎo)率 μ隨 H的變化 磁導(dǎo)率 μ是 BH曲線上的斜率 在 BH曲線上，當(dāng) H→0 時(shí)的斜率稱為初（起）始磁導(dǎo)率 181。 磁滯損耗 ：磁滯回線所包圍的面積（磁化一周所消耗的功） HBHi ??? ?? 0lim?m??? H d BQ三、 磁各向異性與磁致伸縮 同一鐵磁物質(zhì)的單晶體，其磁化曲線隨晶軸方向不同而有所差別，即 磁性隨晶軸方向而異。 沿鐵磁體不同晶軸方向磁化的難易程度不同，磁化曲線也不相同。 磁晶各向異性能與磁化強(qiáng)度矢量在晶體中相對(duì)晶軸的取向有關(guān)。 ?? M Hd MW 0磁致伸縮 鐵磁性物質(zhì)在磁場中磁化，伴隨著磁化，它的長度和體積同時(shí)發(fā)生變化。 磁致伸縮現(xiàn)象有三種： 1）沿著外磁場方向尺寸大小的相對(duì)變化稱為縱向磁致伸縮； 2）垂直于外磁場方向尺寸大小的相對(duì)變化稱為橫向磁致伸縮。 由磁致伸縮導(dǎo)致的形變一般比較小，其范圍在 105—106之間 ，雖然磁致伸縮引起的形變比較小，但它在控制 疇結(jié)構(gòu) 和 技術(shù)磁化 過程中是一個(gè)很重要的因素。 磁致伸縮產(chǎn)生的原因 ： 由于每個(gè)疇內(nèi)的晶格沿磁疇的磁化強(qiáng)度方向自發(fā)地形變，且應(yīng)變軸隨著磁疇磁化強(qiáng)度的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，從而導(dǎo)致磁體整體有一形變。不同的材料的磁致伸縮系數(shù) ?s也是不同的： ?s＞ 0的稱為正磁致伸縮 ——正磁致伸縮是指沿磁場方向伸長，而垂直于磁場方向縮短，例如鐵就是屬于這一類。負(fù)磁致伸縮則是沿場磁化方向縮短，在垂直于磁化方向伸長，鎳屬于這一類。 由于軟磁材料磁滯損耗小，適合用在交變磁場中，如變壓器鐵芯、繼電器、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子、定子都是用軟件磁性材料制成。 主要特點(diǎn) 具有較大的矯頑力，典型值 Hc＝104～ 106A/m； 磁滯回線較粗，具有較高的最大磁能積 (BH)max； 剩磁很大； 這種材料充磁后不易退磁，適合做永久磁鐵。 BHo 磁性材料 習(xí)題 試述物質(zhì)磁性的分類及其特點(diǎn)，并繪出磁化曲線。并在磁化率 ~溫度曲線上標(biāo)出其代表的相應(yīng)磁性。 FTTCx?? 材料的電性能的差別主要由其外層電子來決定，而外層電子由于受原子核和周圍勢場的影響，使電子分布在不同能帶上，從而導(dǎo)致了不同材料電性能的差別。 為什么產(chǎn)生電阻？ resistance （ 1）溫度引起晶格的 熱振動(dòng) 加大，使晶格對(duì)自由電子的散射增大，產(chǎn)生電阻。 31材料的導(dǎo)電 性 載流子 （ carrier。電荷的定向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了電流，電荷的載體稱為 載流子 。 載流子 : 電子、空穴、正、負(fù)離子、雜質(zhì) 。 當(dāng)有 電場 E的存在時(shí)，電子產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng)，形成電流，電流的大小用 電流強(qiáng)度 I度量。電流強(qiáng)度 I或電流密度 J為 ? （ 31） ? （ 32） u= = =Q n q lsI n q sttum= = =Ij n q n q Es 如何理解材料的電導(dǎo)現(xiàn)象 必須明確幾個(gè)問題 ? ?參與遷移的是哪種 載流子 ——有