第四章材料的磁学性能.

第4章 材料的结构与磁学性能4.1 固体物质的磁性来源4.2 固体物质的磁性分类4.3磁畴与磁化曲线4.4 铁氧体的结构与性能4.5磁性材料的结构与性能4.6 磁性材料的物理效应第4章 材料的结构与磁学性能进入21世纪以来，新材料的重要性逐步被人们认知，磁性材料的理论、生产及其应用也得到了快速发展，已经成为信息、航空航天、通信、人体健康等领域的重要材料基础。

本章主要介绍固体物质磁性的基本知识，包括磁性来源、磁性分类、磁畴与磁化曲线、铁氧体的结构与性能、磁性材料的物理效应及磁性材料的主要应用等，重点阐述铁氧体磁性材料的结构与性能。

4.1 固体物质的磁性来源物质在不均匀磁场中受到磁力作用的性质，称为磁性，是物质的基本物理属性。

最直观的表现是两个磁体之间的吸引力和排斥力。

物质的磁性来源于原子，原子的磁性来源于核外电子和原子核。

原子结合起来产生宏观物质的磁性，因此任何物质均具有磁性，磁性强的一般称为磁性材料，习惯上的非磁性或者无磁性只是弱磁性不易被人们觉察而已。

具有广泛应用的磁性材料的性能则受到晶体结构和显微结构的显著影响，是理论研究和生产控制的重要内容。

4.1.1磁矩（magnetic moment ）磁体上磁性最强的部分称为磁极，磁极有N 、S 极，以正负对的形式存在，磁极的周围存在磁场。

磁极上带有的磁量叫磁荷或磁极强度，两个磁荷（磁极强度）q 1、q 2之间的相互作用力F 的大小为：221r q q k F = 4.1 式中r 为磁极间距，k 为常数。

紧密结合在一起的正负磁极称为元磁偶极子，尚没有观察到磁单极子的存在。

定义偶极子的磁偶极矩p:qr p = 4.2又称为磁偶极子的力矩，方向由S 极指向N 极。

任何一个封闭的电流都具有磁矩，其方向与环形电流法线的方向一致，其大小为电流与封闭环形的面积的乘积:S I m ∆= 4.3磁矩m 的单位为安培平方米A ·m 2，磁矩是表示磁体本质的一个物理量，与磁偶极矩的关系为：m p 0μ= 4.4μ0是真空的磁导率，μ0＝4π×10-7（H/m ）。

电子材料的电学性能和磁学性能随着现代科技的快速发展，电子材料的使用范围也越来越广泛。

电子材料不仅应用于电子产品的制造，在机械、化学等领域也具有广泛的应用。

电子材料的性能是决定其使用效果的关键因素，其中电学性能和磁学性能是两个重要的方面。

电学性能是电子材料传导电流和储存电荷的能力。

电子材料的电学性能在制造电子产品时十分重要。

在研究电子材料的电学性能时，需要考虑其导电性、电流密度、电阻率、电容率等多个因素。

这些因素对于电子设备的性能和稳定性都具有非常重要的影响。

首先，导电性是衡量电子材料电学性能的一个重要指标。

电子材料的导电性可以决定电子材料中电荷的自由移动程度。

导电性良好的电子材料可以保证电子设备的正常工作，也能提高设备的性能。

例如，银、铜等金属便是具有良好导电性的电子材料，在电子设备中被广泛应用。

其次，电流密度是另一个影响电子材料电学性能的重要因素。

电流密度指的是电流的流动密度，是单位面积或单位横截面积内的电流强度。

当电流密度过大时，电子材料可能会出现过热、烧毁等问题，因此需要合理地控制电流密度，以防止电子设备的损坏。

除了导电性和电流密度，电阻率和电容率也是评估电子材料电学性能的重要参数。

电阻率是电流在电子材料中受到阻力的程度，它越小，电子材料的导电性越好。

电容率则指的是电子材料中储存电荷的能力，因为电容率越大，电子材料储存电荷的能力也就越强。

除了电学性能，磁学性能也是电子材料的重要性能之一，特别是在制造具有磁性的电子设备时。

磁学性能是指电子材料的受磁效应的特性，包括磁导率、磁饱和磁场强度等参数。

电子材料的磁导率是电子材料具有磁性时，磁场强度与磁化强度之比。

磁导率越大，说明电子材料明显地表现出磁性。

在制造电子设备中，常使用的磁性材料包括铁、镍等，这些材料具有较强的磁性能，能够高效地储存磁场，为设备的稳定运行提供了保障。

磁饱和磁场强度则是衡量电子材料饱和磁化的能力。

磁饱和磁场强度越大，说明电子材料饱和磁化的能力越强，也就意味着电子设备能够更好地应对外界磁场的影响。

一、参考书目（所列参考书目仅供参考，非考试科目指定用书）：《材料科学与工程基础》(第2版)，顾宜等主编，化学工业出版社.2011.《工程材料科学与设计》，（美）詹姆斯、谢弗等主编，北京：机械工业出版社.2003.二、考试内容范围：本考试课程要求从原子的外围电子结构入手，由微观到宏观，较为系统、全面地掌握材料各层次的内部结构、宏观性质——力学性能、电学性能、光学性能、介电性能、磁学性能、热学性能等，以及两者之间的关系、相应的基本概念和基础理论。

能够较为全面地掌握材料的性能与结构之间关系的规律。

第一章材料的定义、分类及基本性质1.掌握材料的分类方法及各类材料的组成、性能特点2.掌握材料科学与工程四大要素之间的关系；3.了解不同材料的应用领域微观第二章物质结构基础1. 掌握一次、二次键特点与材料宏观性能之间的关系；重点掌握键－能曲线与材料力学性质和热学性质之间的关系；掌握原子的堆垛与原子半径之间的关系了解四大材料的原子结构及键的基本组成；2.熟练掌握七大晶系中，各晶胞参数的之间的关系；准确、熟练掌握FCC、BCC、HCP结构的配位方式、晶胞原子数、配位数确定的方法；熟练掌握FCC、BCC、HCP的密排方向、密排面的确定方法；准确掌握FCC、BCC、HCP四面体和八面体间隙的位置；掌握多原子阵点的典型离子晶体结构：氯化铯、氯化钠、氟化钙、硫化锌、钻石立方结构。

3.准确掌握有关缺陷的基本概念；掌握杂质与点缺陷的类型，重点掌握肖托基缺陷、弗伦克尔缺陷；认识间隙扩散和置换扩散的特点、机制和发生所要满足的条件；了解扩散的实际例子；掌握菲克第一定律的有关计算；认识共价和金属晶体中的扩散现象；了解聚合物中的扩散机制；重点掌握线缺陷中的刃位错和螺旋位错的晶体几何学描述；掌握BCC、FCC、HCP中的滑移系构成、特点；开动的条件；了解离子晶体、共价晶体、聚合物中位错的形式，及对材料性质的影响；认识多晶材料的晶界的性质、特点；了解晶界中的扩散机制；了解晶体材料的体缺陷的类型和与材料宏观性质简的关系；掌握金属强化手段、原理；了解实际强化的实际应用。

材料的磁学性能与测试方法材料的磁学性能是指材料在磁场下的特性和行为。

磁学性能对于许多领域的应用至关重要，如电子设备、磁存储、能源转换等。

为了深入了解和评估材料的磁学性能，科学家和工程师们开发了各种测试方法和技术。

本文将介绍常见的材料磁学性能测试方法以及其应用。

一、磁矩与磁滞回线测试方法磁矩是一个材料在磁场中受磁化作用时所表现出的磁性强度。

磁矩可以通过磁滞回线测试方法进行测量。

该测试方法主要通过改变外加磁场的强度来测量材料的磁化强度。

磁滞回线图是磁矩随外加磁场变化的图像，通过分析磁滞回线图可以了解材料的磁化强度和磁滞损耗等。

二、磁化曲线测试方法磁化曲线测试方法主要用于测量材料的磁化特性。

这种方法通过在材料中施加不同大小的磁场，然后测量磁场对材料磁化程度的影响。

通过绘制磁化曲线，可以确定材料的磁化特性，如饱和磁化强度、剩余磁矩和矫顽力。

三、矫顽力和剩余磁矩测试方法矫顽力是指外加磁场移除后，材料保留的剩余磁矩。

矫顽力和剩余磁矩是材料磁学性能的重要指标之一。

这些指标可以通过磁化曲线测试方法中的回磁曲线来测量。

通过矫顽力和剩余磁矩的测量，可以评估材料的磁记忆效应，以及应用于数据存储等领域时的可靠性。

四、磁导率测试方法磁导率是材料对磁场的响应能力。

磁导率测试方法主要通过施加一个交变磁场，并测量材料的磁场强度和施加磁场的相位差来计算磁导率。

磁导率的测量可以用于评估材料的磁性能和应用于电磁设备中的性能。

五、饱和磁化强度测试方法饱和磁化强度是指材料在外加磁场逐渐增大的情况下，达到饱和状态时的磁化强度。

饱和磁化强度测试方法可以通过磁化曲线测试中的饱和磁化强度来测量。

饱和磁化强度是衡量材料磁性能的重要指标之一，对于电磁设备和磁性材料的设计和应用具有重要意义。

通过以上介绍的各种测试方法，我们可以准确测量和评估材料的磁学性能。

这些测试方法对于磁性材料的设计、磁性材料应用的改进以及电磁设备的开发都起到了至关重要的作用。

我们可以根据具体的需求选择合适的测试方法，以便更好地了解和利用材料的磁学性能。

材料磁学性能实验报告学号：姓名：班级：一、叙述实验原理和实验方法实验目的：1．了解振动样品磁强计（VSM ）测量材料磁性能的测试方法。

2．测定材料的磁化曲线和磁滞曲线，了解饱和磁化强度、剩磁、矫顽力等磁参量。

实验原理：振动样品磁强计（VSM ）是一种磁性测量常用的仪器，在科研和生产中有着广泛的应用。

它是利用小尺寸样品在磁场中做微小振动，使临近线圈感应出电动势而进行磁性参数测量的系统。

与一般的感应法不同，VSM 不用对感应信号进行积分，从而避免了信号漂移。

另一个优点是磁矩测量灵敏度高，最高达到10-7emu ，对测量薄膜等弱磁信号更具优势。

如果一个小样品（可近似为一个磁偶极子）在原点沿Z 轴作微小振动，放在附近的一个小线圈（轴向与Z 轴平行）将产生感应电压：km t m G e g ==ωωδcos其中G 为线圈的几何因子，ω为振动频率，δ为振幅， m 为样品的磁矩，N 、A 为线圈的匝数和面积。

原则上，可以通过计算确定出g e 和m 之间的关系k ，从而由测量的电压得到样品的磁矩。

但这种计算很复杂，几乎是不可能进行的。

实际上是通过实验的方法确定比例系数k ，即通过测量已知磁矩为m 的样品的电压g e ，得到k =e g m ，这一过程称为定标。

定标过程中标样的具体参数（磁矩、体积、形状和位置等）越接近待测样品的情况，定标越准确。

永磁材料的全部技术参数都可以由VSM 测量得到。

永磁材料的技术参数（饱和磁化强度、剩磁、矫顽力和磁能积等）可以由磁化曲线和磁滞回线反映出来，如图1，温度特性可以由不同温度下的磁滞回线给出。

720200)5(43r x r z NA G -=μπ图4 永磁材料的磁化曲线和磁滞回线图二、描述实验过程1. 准备样品。

样品重量约30mg 左右，形状尽量呈圆形。

2. 将样品用胶水粘到样品杆上，并晾干一天或吹风机烘干使其固定良好。

3.将样品竖直固定于仪器固定杆上，将接头连接稳固，放入磁场中，开始测试。

单晶硅锭材料的磁性和磁学性能分析概述：单晶硅是一种重要的半导体材料，被广泛应用于太阳能电池、集成电路等领域。

在实际应用中，了解材料的磁性和磁学性能对于优化材料性能、提高设备效率至关重要。

本文将对单晶硅锭材料的磁性和磁学性能进行分析。

引言：单晶硅是由硅原子构成的晶体材料，由于其高度的晶体质量和优良的电学特性，被广泛用于制造光伏电池和集成电路。

然而，单晶硅材料通常被认为是无磁性的，这意味着它不会显示出自发的磁矩或 ferromagnetic 行为。

下面将详细分析单晶硅锭材料的磁性和磁学性能。

实验方法：在对单晶硅锭材料的磁性进行分析时，我们通常采用磁化率测试来确定材料的磁性质。

磁化率是描述材料对外磁场响应的物理量，用于衡量材料的磁化程度。

常见的磁化率测试方法包括交流磁化率测量、直流磁化率测量和磁化率随温度变化的测量。

结果与讨论：通过磁化率测试，我们发现单晶硅锭材料的磁化率非常接近于零，这意味着它几乎没有磁化的迹象。

这可以解释为单晶硅材料中的电子和核自旋之间的磁矩相互抵消，导致材料整体上具有无磁性的特性。

然而，尽管单晶硅材料本身没有磁性，但它可以被引入某些磁性杂质和缺陷，这可能会导致材料表面或局部区域出现磁化的迹象。

在单晶硅材料中引入磁性杂质和缺陷的一种常见方法是通过离子注入技术。

通过离子注入，可以将磁性杂质，如磁性离子（如铁、锰等）引入单晶硅材料中。

这些杂质的存在将导致单晶硅材料具有一定的磁化特性。

此外，在单晶硅材料中引入缺陷，如晶格缺陷、位错等，也可能导致磁化的出现。

这些缺陷可以破坏材料的平衡状态，导致磁化出现。

磁学性能分析主要关注单晶硅材料的磁滞回线和磁化强度。

磁滞回线描述了材料在外磁场作用下磁化强度随磁场变化的关系。

通过磁滞回线分析，可以了解材料的剩余磁化强度、饱和磁化强度等重要参数。

而磁化强度则是描述材料在外磁场作用下的磁化程度。

这两个参数可以反映材料的磁化程度和磁性能。

结论：通过对单晶硅锭材料的磁性和磁学性能分析，可以得出以下结论：1. 单晶硅材料本身通常具有无磁性，即几乎没有磁化的迹象。