【正文】 合器上的應用：發(fā)光管 、 激光器 、 光電池 、 光集成等； 半導體材料在傳感器上的應用：半導體傳感器 二、超導材料 超導材料的定義 1911年荷蘭 Leiden大學 Kamerlingh Onnes 在研究極低溫度下金屬導電性時發(fā)現 ， 當溫度降到 ， 汞的電阻率突然降低到接近于零 。 從此 ， 超導材料的研究引起了廣泛的關注 ， 現已發(fā)現了上千種超導材料 。 超導體 ：低于某一溫度出現超導電性的物質 。 特性二： 完全抗磁性 處于超導狀態(tài)的金屬 ， 不管其經歷如何 ，磁感應強度 B始終為零 。 磁力線不能進入超導體內部 超導體的基本特性 特性三： 臨界溫度（ Tc）、 臨界磁場（ Hc）、 臨界電流 JC是約束超導現象的三大臨界條件。只有當上述三個條件均滿足超導材料本身的臨界值時，才能發(fā)生超導現象（由 Tc、 Hc， Jc形成的閉合曲面內為超導態(tài)）。 量子力學中 ， 粒子具有足夠的能力不再是一個必要條件 ， 一個能量不太高的粒子也可能會以一定的概率“ 穿過 ” 勢壘 ， 即所謂的 “ 隧道效應 ” 。除釩、鈮、釕外，元素超導體都是第一類超導體 超導體的種類 （按邁斯納效應分） ?第二類超導體（硬超導體） 當 H HC1 時 ， B＝ 0， 處于邁斯納狀態(tài)，完全抗磁 當 Hc1H HC2 時 ， 處于混合狀態(tài)，但電阻仍為零，這時體內有磁感應線穿過，形成許多半徑很小的圓柱形正常區(qū)，正常區(qū)周圍是連通的超導區(qū)。 超導合金主要有 TiV、 NbZr、 MoZr、 NbTi等合金系 ， 其中 GeNb3的臨界溫度最高 （ ） 。 1986年發(fā)現了陶瓷超導體 ， 使超導材料獲得了更高的臨界溫度 ， 如 YBaCuO（ Tc＝ 90K） 、 TiBaCaCuO（ Tc＝ 120K） 等 。 高溫超導材料： Tc＞ 77K（ 液 N溫度 ） 4. 陶瓷金超導體 中國制造 Made in China 2022年 1月 長 116m，寬 ，厚 mm 鉍系高溫超導帶材試制成功。 已達到了國際先進水平 5. 高分子超導體 高分子材料通常為絕緣體 ， 但在數億帕氣壓作用下也可以轉變成為超導體 。 （ 1）超導強電強磁應用 主要基于超導體的零電阻特性和完全抗磁性以及非理想第二類超導體所特有的高臨界電流密度和高臨界磁場。 （ 2）超導弱電弱磁的應用 基于 Josephson效應為基礎，建立極靈敏的電子測量裝置為目標的超導電子學，發(fā)展了低溫電子學。它可以在電工儀表、醫(yī)學、生物、資源開發(fā)、環(huán)境保護、固體材料、地球物理等領域應用。 使用巨大的超導線圈 ， 經供電勵磁產生磁場而儲存能量 。 超導材料的應用實例 2. 磁流體發(fā)電 化學能 熱能 機械能 電能 火力發(fā)電 熱能 電能 磁流體發(fā)電 3. 磁懸浮列車 時速 400 ~ 500km. 4. 超導計算機 速度是計算機永遠追求的主題 三、電接點（觸頭）材料 電接點是建立和解除電接觸的導電構件 ， 廣泛應用于電力系統(tǒng) 、 電器裝置 ，儀器儀表 、 電信和電子設備 。 （一） 強電接點材料 電負荷大，要求電接點材料：接觸電阻低、耐電蝕、耐磨損、高的耐電壓強度、良好的來電弧能力，一定的機械強度。 ? 空氣開關接點材料 銀系合金 ： AgCdO、 AgFe、 AgW、Ag石墨等。 大多用貴金屬合金材料。 磁功能材料 第三章 磁性功能材料 磁性功能材料 ——磁性材料指那些有實際工程意義具有較強磁性的材料。 公元前幾世紀人類就發(fā)現自然界中存在天然磁體，磁性 (Magism)一詞就因盛產天然磁石的 Magnesia地區(qū)而得名。二十世紀六十年代起，非晶態(tài)軟磁材料、納米晶軟磁材料、稀土永磁材料等一系列的高性能磁性材料相繼出現。磁性現象是與各種形式的電荷運動相關聯的，由于物質內部的電子運動和自旋會產生一定大小的磁場，因而產生磁性。但磁性材料通常是指那些在實際工程意義上具有較強磁性的材料。當前我國磁性材料的發(fā)展居世界之首，已經成為世界上永磁材料生產量最大的國家。 一個環(huán)形電流在其運動中心產生的磁矩為 P=is， i為電流強度 ， s為環(huán)形回路所包圍的面積 。 原子核雖然也產生磁矩 ， 但它的值比電子磁矩小三個數量級 ， 一般情況下可忽略不計 。 基本概念 磁場強度 （ H） ： 指空間某處磁場的大小 ， 單位：安 /米； 磁化強度 （ M） ： 物質的磁性來源于內部的磁矩 ， 只有當內部磁矩同向有序排列時才對外顯示強磁性 。 在磁性材料內部外加磁場與附加磁場的和 ， 稱為磁感應強度 。 磁感應強度又稱為磁通密度 ， 單位是特斯拉 （ T） ； 磁導率 （ μ） ： μ=B/H， 是磁化曲線上任意一點上 B和 H的比值 。 磁滯回線 在外加磁場的作用下磁體會被磁化 ， 磁體內部的磁感應強度 B隨外磁場 H的變化是非線性的 ， 當H減少為零時 ， B并未回到零值 ，出現剩磁 Br。圖為磁性物質的磁滯曲線； 要使剩磁消失 ， 通常需進行反向磁化 。 Bs Br Hc B H O 3. 1 磁學基礎－ 物質的磁性 (一 ) 物質的磁性 將一個面積為（ A) 、通有電流（ Is)的環(huán)型導體放入磁場中，該環(huán)型導體將會在磁場（ H)的作用下發(fā)生偏轉，即環(huán)型導體受到力矩的作用。 Is I 原子內的電子做循軌運動和自旋運動，所以必然產生磁矩。 電子的循軌磁矩 Pl = 電子的自旋磁矩 Ps = e：單位電荷； h:普朗克常數； m:電子質量； l:軌道量子數； s:自旋量子數。 )1(4 ?llmeh?)1(2 ?ssmeh?3. 1 磁學基礎－ 物質的磁性 物質磁性具有普遍性 3. 1 磁學基礎－ 物質的磁性 電子的循軌磁矩 電子的循軌磁矩 原子磁矩 物質磁性 原子磁矩 ＝ Σ 物質表現何種磁性 原子磁矩間相互作用 外加磁場的作用 3. 1 磁學基礎－ 物質的磁性 細菌細胞中的磁力線 200nm的 Co粒子中的磁力線 3. 1 磁學基礎－ 物質的磁性 磁場強度： 電流強度為 I 的電流在一個每米有 N匝線圈的 無限長螺旋管軸線中央產生的磁場強度 H 為： H = N x I A/m （安 /米） 距離永磁體 r處的磁場強度 H 為： H = km1r0/r2 H/m（亨利 /米） m1為磁極的磁極強度，單位為 Wb(韋伯 )； r0是 r的矢量單 位； 磁化強度 (M ):單位體積磁性材料內各磁疇磁矩的矢量和， 單位為 A/m。在磁性材料內部外加 磁場與附加磁場的和 ,單位為 T（特斯拉）。 μ: 絕對磁導率，單位為 H/m， μr: 相對磁導率 μr =μ/μ0 磁化率定義為磁化強度與磁場強度之比： χ = M/H (三）物質磁性的分類 3. 1 磁學基礎－ 物質的磁性 物質磁性分類 順磁性 被磁化后，磁化場方向與外場方向相同， χ ： 1 – 104 鐵磁性 被磁化后，磁化場方向與外場方向相同， χ ： 103106 被磁化后，磁化場方向與外場方向相反， χ ： － （ 105 – 106 ） 抗磁性 與外加磁場的關系 順磁性起因于原子或分子磁矩，在外加磁場作用下趨于沿外場方向排列，使磁質沿外場方向產生一定強度的附加磁場。順磁性材料多用于磁量子放大器和光量子放大器，在工程上的應用極少。 3. 1 磁學基礎－ 物質的磁性 抗磁性是由于外磁場作用下，原子內的電子軌道繞場向運動，獲得附加的角速度和微觀環(huán)形電流，從而產生與外磁場方向相反的感生磁矩。由于屬于此類的物質有 C， Au， Ag， Cu， Zn， Pb等。 Tc是材料的 MT曲線上 MS2→ 0對應的溫度。泡利（ Pauli）順磁性： 服從居里 外斯（ CurieWeiss）定律，即： χ =C/(TTc)。 包括：磁晶各向異性 ， 形狀各向異性 ， 感生各向異性 和應力各向異性等 。 它是一種可逆的彈性變形 。 在發(fā)生縮短的情況下 ， l為負值 ， 因而 λ 也為負值 。 對于 3d金屬及合金 :λ s約為 105—106。但大量原子磁矩的平行排列增大了體系的退磁能，因而使一定區(qū)域內的原子磁矩取反平行排列，出現了兩個取向相反的自發(fā)磁化區(qū)域，降低退磁能，直至形成封閉疇。 立方結構單晶鐵磁材料的磁疇結構示意圖 3. 1 磁學基礎－ 磁化過程與技術 磁參量 Co中的磁疇結構 磁疇結構包括磁疇和疇壁兩部分。疇壁是指磁疇交界處原子磁矩方向 逐漸轉變的過渡層 3. 1 磁學基礎－ 磁化過程與技術 磁參量 疇 壁 布洛赫 (Bloch)磁疇壁 疇壁兩側的原子磁矩的旋轉平面與疇壁平面平行，兩個疇的磁化方向相差 180 奈耳（ Neel）磁疇壁 疇壁內原子磁矩的旋轉平面與兩磁疇的磁矩在同一平面平行于界面 3. 1 磁學基礎－ 磁化過程與技術 磁參量 布洛赫 奈爾壁 3. 1 磁學基礎－ 磁化過程與技術 磁參量 磁化過程：磁性材料在外磁場作用下由宏觀的無磁狀 態(tài)轉變?yōu)橛写艩顟B(tài)的過程。 （ 二 ） 磁疇移動與 磁化過程 受外磁場作用時，疇內整齊排列在易磁化方向上原子磁矩一致地偏離易磁化方向而向外磁場方向轉動。 運動方式 轉動 移動 各磁疇內部的磁矩平行或反平行于外加磁場，不受這一磁場的力矩。 3. 1 磁學基礎－ 磁化過程與技術 磁參量 疇壁的移動 磁疇的轉動 3. 1 磁學基礎－ 磁化過程與技術 磁參量 （三）磁化曲線 磁化過程四階段： （ 1） M隨 H呈線性地緩慢增長，可逆疇壁移動過程。 （ 3） M的增長趨于緩慢。 （ 4） 磁化曲線極平緩地趨近于水平線而達到飽和狀態(tài)。循環(huán)磁化一周的渦流損耗與材料的電阻率、厚度 D、磁感變化幅度 Bm關系如下 : We∝ D2Bm2/ρ Wh：在循環(huán)磁化條件下 ， 材料每循環(huán)磁化一周所消耗的能量 ， 它也以熱的形式表現出來 ， 其大小與磁滯回線的面積呈正比 。 永磁體均在開路狀態(tài)下使用 ， 作為磁場源或動作源 。 Hg=(BmHmVm/μ0Vg)1/2 式中 Vm、 Bm和 Hm分別是磁鐵的體積 、 磁感強度和磁場強度 ， Vg、 Hg是氣隙的體積和磁場強度 。 最大磁能積 （ BH） max： 退磁曲線上磁能積最大的一點 ， 工程應用中通常將 (BH)max稱為磁能積 。 因此 、在設計磁鐵時 ， 應使其工作點在圖中的 D點附近 。 (BH)max越高 ， 所需要的磁體體積就越小 (BH)max的大小取決于磁感矯頑力Hc、 剩磁 Br和隆起系數 γ，即 : (BH)max =γ HCB 3. 1 磁學基礎－ 磁化過程與技術 磁參量 永磁材料的退磁曲線與磁能積 (密度 )曲線 3. 1 磁學基礎－ 磁化過程與技術 磁參量 磁滯回線族 3. 1 磁學基礎－ 磁化過程與技術 磁參量 （ 五 ） 磁性材料的穩(wěn)定性 衡量磁性材料的磁參量隨外界因素作用產生的變化 ， 主要考慮 Br和 Hc。 （ 2） 時間穩(wěn)定性： 在某一特定工作環(huán)境下長期工 作過程中磁性隨時間的變化 。 顯微組織變化引起的組織時效 性能不穩(wěn)定的原因 磁疇結構變化引起的磁時效 可逆，再次充磁時材料能恢復原來的磁性 不可逆 3. 1 磁學基礎－ 磁 性材料分類 按