《材料的磁学》课件

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1、第三章材料的磁学3.1原子磁性及材料磁性3.2磁学量及材料磁性分类3.3铁磁性和反铁磁性3.4技术磁化与磁滞现象3.5磁性材料及其应用1磁性与磁学磁性是原子及物质最基本的属性之一。广义上，一切原子及物质均具有“磁性”，本质上来源于电子磁矩。材料的磁学：研究和阐明固体材料磁性起源、磁性结构及其联系的学科，促进对材料磁性的利用和开发。磁性材料基于材料磁学原理，开发的一类基础性功能材料。磁性材料已经形成了一个庞大的家族，按材料的磁特性来划分，有软磁、永磁、旋磁、记忆磁、压磁等；按材料构成来划分，有合金磁性材料，铁氧体磁性材料。233.1原子磁性及材料

2、磁性3.1.1原子的磁性量子力学哥本哈根学派领袖，1922年获诺贝尔物理学奖，师从卢瑟福，弟子有海森堡、泡利、狄拉克、朗道等诺贝尔奖获得者Bohr(1885-1962)4JJ耦合:各电子的L、S相互作用强，先耦合为该电子的总磁矩，再叠加为原子总磁矩；（Z>88)JJ+LS(Z=33~88)LS耦合:各电子的L、S相互作用弱，先各自耦合为总L、总S，再叠加为原子总磁矩；（Z<33)LS耦合:原子总磁矩:朗德因子:原子总角动量：563.1.2材料(固体)的磁性原子磁矩磁化强度铁磁性顺磁性材料器件磁畴单晶多晶微观宏观原子晶胞7(2)磁矩（m）环形

3、电流周围的磁场定价于磁偶极子周围的磁场:3.2磁学量及材料磁性分类NSNS3.2.1磁学量电场强度E电偶极距磁偶极矩(1)磁场强度H二者均与介质无关NS8静磁能：磁矩在外磁场作用下具有的势能（磁势能）：磁力矩:磁矩m在外磁场H中受到一个转动力距，以降低磁势能，直至U最小9(3)磁化强度M=0→MS磁化：在外磁场作用下，材料内部随机取向的磁矩在磁力作用下旋转，沿外磁场一致排列，物质被诱导出宏观磁矩M，从而显示宏观磁性的过程。磁化强度：HSSNN磁化率/系数M=MSHNSM=010外加磁场H在介质中感应的磁场大小（磁力线密度）B，是外磁场与内部磁化

4、强度综合作用的结果，与介质有关。对于真空：对于磁介质：（4）磁感应强度B真空磁导率相对磁导率11物质磁学和电学基本量的比较磁学量电学量磁化：磁介质在磁场中感生磁极磁场强度：（真空）磁化强度：磁感应强度：磁通密度绝对磁导率：相对磁导率：磁化率：极化：电介质在电场中感生电荷电场强度：（真空）极化强度：电感应强度：电通密度/电位移矢量绝对电容率：相对电容率：极化率：相对介电常数[介电常数]123.2.2物质的磁性分类根据物质的磁化率，可以把物质的磁性大致分为五类。根据的关系，作出磁化曲线。（1）抗磁体在磁场中受微弱斥力。金属中一般简单金属为抗磁体。经

5、典抗磁体：不随温度变化，如铜、银、金、汞、锌等。反常抗磁体：随温度变化，如铋、镓、锑等。（～10-6）13（2）顺磁体（10-6～10-3）在磁场中受微弱吸引力。正常顺磁体：其随温度变化符合反比关系，如金属铂、钯、奥氏体不锈钢、稀土金属等。与温度无关的顺磁体，如锂、钠、钾、铷等金属。（3）铁磁体（值很大，且与外磁场呈非线性关系变化）如铁、钴、镍等。铁磁体在温度高于某临界温度后变成顺磁体。此临界温度称为居里温度或居里点，用Tc表示。所以，居里温度是铁磁体或亚铁磁体的相变转变点。14（4）亚铁磁体（值没有铁磁体那样大）磁铁矿、铁氧体都属于亚铁磁体。

6、亚铁磁性材料：不同原子的磁矩反向平行排列，抵消后的剩余磁矩。（5）反铁磁体（是小的正数。）温度低于某温度时，它的磁化率同磁场的取向有关；高于这个温度，其行为像顺磁体。如、铬、氧化镍、氧化锰等。MnO153.3铁磁性和反铁磁性3.3.1铁磁性1.分子场与自发磁化2.量子直接交换作用3.居里温度3.3.2反铁磁性1.量子间接交换作用2.反铁磁性和亚铁磁性16分子场与自发磁化铁磁性特点：1）自然状态下，绝大多数铁磁性矿物、材料宏观并不显示磁性，必须要经磁化以后，才显示磁性（吸铁）；2）这种磁性并不能永久保持，如果提高温度或者反向充磁，这种磁性会消失。

7、为什么？1907年，外斯提出铁磁性的分子场理论：（1）分子场假说铁磁性物质内存在某种很强的分子场（力），约束着原子，使内部各区域的原子磁矩一致排列。这种无外加磁场下自发产生的磁化，称为自发磁化。自发磁化，用矢量自发磁化强度表示，其大小等于饱和磁化强度。1907,Weiss17（2）磁畴假说由于自然铁磁性材料宏观不显示磁性，这些自发磁化[矢量]必然分区存在、相互抵消，这些区域即所谓的“磁畴”。所谓磁化，是借助外加磁场作用，将自发磁化调整到外场方向（显示出来）而已，并非向其提供额外磁性。磁化18根据Boltzmann统计，Weiss导出其中，布里渊

8、函数n—原子体积浓度（3）外斯（Weiss)理论192.量子直接交换作用贡献于电子云重叠部分FeFe20K是两个氢原子的电子间及电子与原子核之间的库仑