纳米材料与术-纳米磁性材料.doc

《纳米材料与术-纳米磁性材料.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第十章纳米磁性材料一、材料的磁性二、纳米微粒的磁学性能三、纳米固体材料的磁学性能四、纳米磁性材料一、材料的磁性1.材料的磁现象①天然磁石：主要成分为Fe3O4，属于一种尖晶石结构的铁氧体，其显著特点是具有吸铁的能力，称为永磁材料，也称为硬磁或恒磁材料。　　慈(磁)石的发现、磁石吸铁的发现、磁石指南和最早磁指南器(司南)的发明、指南针的发明和应用、地球磁偏角的发现、地球磁倾角的利用、磁在医药上的应用、北极光地球磁现象和太阳黑子、太阳磁现象的记载等，都是中国最早发现、发明、应用和记载的。②1820年，奥斯特发现电流产生磁场：距导线r米处的磁场强度H为：　　　H=I/2pr(A/m)1A/

2、m=4´103Oe(Oersted)?材料在外加磁场H（直流、交变或脉冲磁场）作用下，会在材料内部产生一定的磁通量密度，称其为磁感应强度B，单位为T(Tesla)或韦伯/米2(Wb/m2)。1T=1Wb/m21T=104Gaussmm：磁导率，为材料的本征参数mm0：4´10-7亨利/米③其他表征磁性材料的参数：相对磁导率：mr=m/m0磁化率：c=mr–1磁化强度：M=cH2.材料磁性的微观机理①基本概念：磁偶极子：线度小至原子的小磁铁，可等效为环绕电路流动的电荷，如电子绕原子核的运动、电子的自旋、旋转的电子核等。磁偶极矩Pm：真空中每单位外加磁场作用在磁偶极子上的最大力矩。磁矩m

3、：Pm与m0的比值，单位为A·m2。②材料的宏观磁性：由组成材料的原子中电子的磁矩引起，产生磁矩的原因有二：i）电子绕原子核的轨道运动，产生一个非常小的磁场，形成一个沿旋转轴方向的轨道磁矩mo。ii）每个电子本身作自旋运动，产生一个沿自旋轴方向的自旋磁矩ms，它比mo大得多。故每个电子可看成一个小磁体，具有永久的mo和ms。　　Bohr磁子mB=eħ/2me　　每个电子的ms»mB，mo受不断变化方向的晶格场作用，不能形成联合磁矩。?原子是否具有m，取决于其具体的电子壳层结构。若有未被填满的电子壳层，其电子的ms未被完全抵消，则原子具有永久m。3.材料磁性的分类材料的磁性取决于材料中

4、原子和电子磁矩对外加磁场的响应，具体可分为抗磁性、顺磁性、反铁磁性（均为弱磁性）、铁磁性和亚铁磁性（均为强磁性）。①抗磁性（Diamagnetism）：在外加磁场存在时，外磁场会使材料中电子的轨道运动发生变化，感应出很小的磁矩，其方向与外磁场方向相反，故名抗磁性。常见材料：Bi、Zn、Ag、Mg等金属，Si、P、S等非金属，许多有机高聚物以及惰性气体。②顺磁性（Paramagnetism）：有些材料（Al，Pt等）的ms和mo没有完全被抵消，每个原子都有一个永久m，但在无外磁场作用时，各个原子的m无序排列，材料表现不出宏观的磁性；而在有外磁场作用时，各个原子m会沿外磁场方向择优取向，

5、使材料表现出宏观的磁性，称其为顺磁性。常见材料：稀土金属，Fe族元素的盐类，Mn、Cr、Pt、N2、O2等。?抗磁性和顺磁性材料一般看作是无磁性的，因为它们只有在外磁场存在时才被磁化，而磁化率又极小。③铁磁性（Ferromagnetism）：26Fe、27Co、28Ni、39Y、66Dy等材料在外磁场作用下，会产生很大的磁化强度，外磁场去除后仍能保持相当大的永久磁性，故而得名。具有铁磁性的材料的磁化率可高达106，使得磁化强度M(M=cH)远大于磁场强度H。④反铁磁性（Antiferromagnetism）：MnO，Cr2O3，CoO，ZnFeO4等材料，其相邻原子或离子的磁矩作反方

6、向平行排列，总磁矩为零。⑤亚铁磁性（Ferrimagnetism）：对于含铁酸盐的陶瓷磁性材料，即铁氧体（Ferrite），其宏观磁性类似于铁磁性，但是其磁化率和饱和磁化强度比铁磁性材料低一些，称为亚铁磁性。这类铁氧体的电阻率较高，适于制作电导率低的磁性元件。材料的铁磁理论Ø一般铁磁性材料的磁化率c和磁导率m很大，其磁化强度M(=cH)和磁感应强度B(=mH)与磁场强度H之间不是单值函数关系，而显示磁滞现象（HysteresisLoop）。Ø铁磁材料具有一个磁性转变温度：居里温度TCTTC时，铁磁性消失而呈现顺磁性。Ø磁畴（magneticdomain）假

7、说：铁磁材料的自发磁化是按区域分布的，各个自发磁化区域称为磁畴。铁磁材料在一定温度范围内（0K到TC）存在与外加磁场无关的自发磁化，导致自发磁化的相互作用力为材料内部的分子场，原子磁矩在分子场作用下克服热运动的无序效应，自发地平行一致取向—分子场假说（Heisenberg证明了分子场是量子交换相互作用的结果，这种交换作用纯属量子效应。可见铁磁性自发磁化起源于电子间的静电交换相互作用）。该假说已被随后的理论和实验所证明：每个磁畴的线度为1-100mm，约含1