磁性材料地磁性及工程應用

《磁性材料地磁性及工程應用》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在工程資料-天天文庫。

1、實用磁性材料的磁性及工程應用磁性材料指具有強的磁性及工程應用價值的材料。大抵可分為：「永久磁性材料」、「暫時磁性材料」及「半永久磁性材料」三大類。它們廣泛地應用於電子、電機、資訊、機械及交通等產業(yè)上。本文簡介磁性的由來、各類磁性材料的特性與功用。磁性材料（magneticmaterials）系你我周遭俯拾即是的材料。較醒目的，如白板上的磁鐵、磁性跳棋下面的磁石、指南針、錄音帶、磁頭、軟式磁碟片等等；另外有更大量包裝在某些裝置裏面的磁性材料，如馬達、電視機、變壓器、汽車等等內部，不一而足?？梢哉f，磁性材料已與現(xiàn)代人的生活息息相關。在材料科學的領域內，它回類

2、在「電子材料」裏面（與導電材料、盡緣體、半導體等并列）。但具有磁性之材料又涵蓋金屬材料、陶瓷材料，甚至於高分子材料。它的形態(tài)還包括塊料（b1uk）、粉體（particulate）及薄膜（thinfilm）等。因此磁性材料本身為具有多元化角色的材料。以物理學的觀點來說，任何材料都是磁性材料，也就是說，每一種材料都有一定的磁現(xiàn)象。有的在磁場內會抵消一小部分磁場強度，呈現(xiàn)「反磁性」（diamagnetism），如銅；有的在磁場內有微小的正感應，呈現(xiàn)「順磁性」（paramagnetism），如空氣；有的在磁場內會感應產生很強的磁性量——文檔實用稱為磁化量（mag

3、netization），呈現(xiàn)鐵磁性（ferromagnetism，又稱強磁性）或者亞鐵磁性（ferrimagnetism，又稱亞強磁性）等種類繁多。在產業(yè)上，只有具強磁性或亞強磁性的材料才能加以利用。但在物理、化學及醫(yī)學上，其他類型的磁性也有很大的功用。最有趣的例子是，醫(yī)學上利用人體器官分子的磁共振，可以迅速作完全身健康檢查，由器官分子的「磁性」，可以檢測病變之有無，所使用的設備叫做MRI（magneticresonanceimaging）。在此，只擬介紹產業(yè)應用價值較大的強磁性及亞強磁性材料（永久及暫時磁性材料；半永久性者種類及應用較少，限於篇幅不談）

4、。磁性的由來直到二十世紀以前，人們（包括科學家）對物質磁性的了解，不會比我們的老祖宗在數(shù)百、甚至於數(shù)千年前的了解好到那裏往。最近七十多年來，靠著很多受過嚴密科學練習的物理家、化學家及數(shù)學家不斷的努力，終能逐漸解開它神秘的面紗，一窺其全貌。讓我們循著先哲的路線來了解磁性的起源。由實驗得知，兩磁極間有相吸或相斥之力，稱為磁力。因此由力的丈量，可以得知「磁」的大小。有力就會有力矩，因磁所起的力矩稱為「磁矩」（magneticmoment）。早期科學家（例如法拉第、居里等人）嘗試在磁場內丈量物質所含磁矩之大小及其隨溫度變化的關系，從而發(fā)現(xiàn)不同物質的不同反應。一物

5、體所含磁矩之量稱為「磁化量」。單位磁場所能引起的磁化量稱為「磁化率」（magneticsusceptibility），由磁化率對溫度的定量關系，吾人便可定義反磁性、順磁性及強磁性等的不同。但何以如此？仍然沒有答案。文檔實用首先，磁矩是什麼呢？若將磁鐵一再分割，每一新得之顆粒皆為一新的磁鐵，具有南、北（N、S）極，分割到最小而仍會保有N、S兩極的即為磁矩。目前，我們已知電子自旋或公轉，就造成此種最小單位（比如電流繞線圈活動造成磁場）。換句話說，磁矩就是電子運動（公轉、自轉），未被抵消的凈量，亦即為磁陀（magneticspin）之凈值。除反磁性物質以外，所

6、有其他物質在磁場內都有或多或少的磁矩，可以定量地量測出來，很顯然地它們都含有磁性的原子（分子）。那麼強磁性是怎麼來的呢？何以同樣含有磁性原子而有的是強磁性，有的卻沒有呢？1907年，魏斯（Weiss）重復居理於1895年的實驗，再配合數(shù)學家藍古文（Langeuim）的理論，假設磁性「分子」（當時以為分子是物質之最小單位）間有相互作用，稱為分子場（molecularfield），并大膽推斷非強磁性物質之分子場很小，而強磁性物質之分子場非常大，大到足以使「分子」之磁矩同向排列而達飽和。溫度高到居里點（編注：鐵磁性物質由強磁性變?yōu)轫槾判詴r的溫度，稱為居里點）以

7、上時，熱能破壞了分子場的排列作用，使磁性「分子」混亂，即為順磁性。然則，何以大部分鐵、鈷、鎳等強磁性元素不會吸引別的鐵、鈷、鎳呢？既然它們內部已磁化到飽和，應可作為很強的永久磁鐵才是啊。魏斯又提出另一個大膽假設，那就是物系為降低自由能以達安定化，會進步亂度。強磁性物質內部自動分成很多小區(qū)域，稱為磁區(qū)（magneticdomain）。在同一磁區(qū)內磁化方向是一致的，不同磁區(qū)間的磁化方向不同且呈混亂化，故互相抵消，平常感覺不到它有磁性，只有在磁場內加以磁化，打破磁區(qū)之混亂狀態(tài)，才能感受到它的強磁性。后人的實驗（1931年）印證此一「預言」（見圖一），使魏斯名垂

8、千古，其大膽假設、小心求證的治學態(tài)度更是為人津津樂道的原則。1948年，魏斯的門