第三章 性能.ppt

第三章 磁性能 3.1 磁性基本概念与表征参量 磁化：物质在磁场中，由于受磁场作用而呈现一定磁性的现象； 磁介质：能被磁化的物质； 磁化后使外磁场减弱的物质，抗磁质：Cu、Ag、Au、Zn 磁化后使外磁场略有增强的物质，顺磁质：Pt、Pd、奥氏体不锈钢、碱金属、Al 磁化后使外磁场急剧增强的物质，铁磁质：Fe、Ni、Co、（Gd） 表征参量：H：磁场强度 M：磁化强度，单位体积内的磁矩； M=χmH χm为磁化率（系数） B：磁感应强度，通过磁场中某 点、垂直于磁场方向单位面积的磁力线数，反应外加磁场H和磁介质磁化后M的综合作用效应； B=μ0（H+M）=μ0（1+χm）H=μ0μrH=μH μ0：真空磁导率 μr：相对磁导率 μ：绝对（真实）磁导率 磁介质的分类与特征： 1．抗磁体： 磁化率χm0，大约在10-6数量级。它们在磁场中受微弱斥力。根据χm与温度的关系，抗磁体又可分为：①“经典”抗磁体，它的χm不随温度变化，如铜、银、金、汞、锌等。②反常抗磁体，它的χm随温度变化，且其大小是前者的10~100倍,如铋、镓、锑、锡、铟等。 2．顺磁体：磁化率χm0，约为10-6~10-3。它在磁场中受微弱吸力。根据χm与温度的关系，可分为：①正常顺磁体，其χm随温度变化符合χm∝1/T关系。金属铂、钯、奥氏体不锈钢、稀土金属等；②χm与温度无关的顺磁体，例如锂、钠、钾、铷等金属（反常顺磁体）。 3、铁磁体：在较弱的磁场作用下，就能产生很大的磁化强度。χm是很大的正数，且与外磁场呈非线性关系变化。具体金属有铁、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，常用Tc表示。 4．亚铁磁体：与铁磁体类似，但χm值没有铁磁体那样大：如磁铁矿(Fe3O4)、铁氧体等属于亚铁磁体。 5．反铁磁体：χm是小的正数，在温度低于某温度时，它的磁化率同磁场的取向有关；高于这个温度（TN：尼尔点），其行为象顺磁体。具体材料有α-Mn、铬，还有如氧化镍、氧化锰等。 抗磁性及产生原因：金属被磁化后，磁化矢量与外加磁场的方向相反，原因在于电子的循轨运动受外加磁场作用产生的抗磁矩（与外加磁场方向相反），故抗磁不是自由电子的轨道磁矩和自旋磁矩本身所产生，而是在外加磁场作用下电子的绕核运动所产生的附加磁矩所产生的 顺磁性及产生原因：主要来源于原子(离子)的固有磁矩，在没有外加磁场时，原子的固有磁矩呈无序状态分布，在宏观上并不呈现出磁性；若施加一定的外磁场时，由于磁矩与磁场相互作用，磁矩具有较高的静磁能。所谓静磁能是指原子磁矩与外加磁场的相互作用能用EH表示，其大小等于： 为了降低静磁能，磁矩改变与磁场之间的夹角(变小），于是便产生了磁化；随着磁场的增强，磁矩的矢量和在磁场方向上的投影不断地增大，磁化不断地增强。在常温下，要使原子磁矩转向磁场方向，除了要克服磁矩间相互作用所产生的无序倾向之外，还必须克服由原子热运动所造成的严重干扰，故顺磁磁化困难。 自由电子在磁场的作用下同时产生抗磁矩和顺磁矩，不过它所产生的抗磁矩远小于顺磁矩，故自由电子的主要贡献是顺磁性； 产生顺磁性的（必要）条件： A：具有奇数个电子的原子或点阵缺陷； B：内壳层未被填满的原子或离子：过渡族元素、稀土金属 根据金属离子核外电子层结构不同，分为以下两类： 1）电子壳层已全部被填满，即固有磁矩为零。在外加磁场的作用下由核外电子的循轨运动产生抗磁矩，抗磁矩的强弱取决于核外电子的数量。如果离子部分总的抗磁矩大于自由电子的顺磁矩，则金属为抗磁金属，如铜、金和银等。锑、铋和铅等金属也属于这种情况，所不同的是它们的自由电子向共价键过渡，因而呈现出异常大的抗磁性。非金属中除了氧和石墨外，都属于抗磁体并且它们的磁化率与惰性气体相近。以Si、S、P以及许多有机化合物为例，它们基本上以共价键结合，由于共价电子对的磁矩相互抵消，因而这些物质均成为抗磁体。 碱金属和碱土金属（除Be外），它们的离子也是填满的电子结构，但它们的自由电子所产生的顺磁性大于离子部分的抗磁性，呈现顺磁性，如铝、镁、锂、钠和钾等。 2）离子有未被填满的电子层，即离子具有较强的固有磁矩。在外磁场的作用下，这些固有磁矩所产生的顺磁矩远大于核外电子循轨运动所产生的抗磁矩。具有这种离子的金属都有较强的顺磁性，它们属于强顺磁性金