第一章 材料的磁学性能

⽆机材料物理性能课后习题答案《材料物理性能》第⼀章材料的⼒学性能1-1⼀圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉⼒，若直径拉细⾄ 2.4mm ，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉⼒下的真应⼒、真应变、名义应⼒和名义应变，并⽐较讨论这些计算结果。

解：由计算结果可知：真应⼒⼤于名义应⼒，真应变⼩于名义应变。

1-5⼀陶瓷含体积百分⽐为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。

若该陶瓷含有5 %的⽓孔，再估算其上限和下限弹性模量。

解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=,V 2=。

则有当该陶瓷含有5%的⽓孔时，将P=代⼊经验计算公式E=E 0+可得，其上、下限弹性模量分别变为 GPa 和 GPa 。

1-11⼀圆柱形Al 2O 3晶体受轴向拉⼒F ，若其临界抗剪强度τf 为135 MPa,求沿图中所⽰之⽅向的滑移系统产⽣滑移时需要的最⼩拉⼒值，并求滑移⾯的法向应⼒。

0816.04.25.2ln ln ln 22001====A A l l T ε真应变)(91710909.4450060MPa A F =?==-σ名义应⼒0851.0100=-=?=A A l l ε名义应变)(99510524.445006MPa A F T =?==-σ真应⼒)(2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =?+?=+=上限弹性模量)(1.323)8405.038095.0()(112211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量解：1-6试分别画出应⼒松弛和应变蠕变与时间的关系⽰意图，并算出t = 0,t = ∞ 和t = τ时的纵坐标表达式。

解：Maxwell 模型可以较好地模拟应⼒松弛过程：Voigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程：以上两种模型所描述的是最简单的情况，事实上由于材料⼒学性能的复杂性，我们会⽤到⽤多个弹簧和多个黏壶通过串并联组合⽽成的复杂模型。

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。

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。

《材料性能学》教学大纲一、课程概述本课程是材料科学与工程专业的核心课之一，旨在介绍材料的性能及其相关理论和实验方法。

通过本课程的学习，学生将了解材料的力学性能、热学性能、电学性能、磁学性能等方面的基本概念和实验技术，以及材料的结构与性能之间的相互关系。

二、课程目标1.培养学生的材料性能分析和实验设计能力；2.培养学生的团队协作和沟通能力；3.培养学生的科学研究和创新能力。

三、教学内容1.材料性能基础知识1.1材料的内部结构1.2麦克斯韦方程组及其应用1.3力学性能和力学行为1.4热学性能和热行为1.5电学性能和电行为1.6磁学性能和磁行为2.材料性能测试与分析2.1常用材料性能测试方法与仪器2.2材料性能测试数据处理与分析2.3材料性能参数的计算与评价3.材料性能评价与设计3.1材料性能评价的基本原则和方法3.2材料性能与结构设计的相关问题3.3材料性能参数在工程设计中的应用四、教学方法1.理论课授课方式包括讲授、讨论和案例分析等；2.实验课采用实验操作和数据分析相结合的方式；3.课堂上鼓励学生多提问，教师及时解答。

五、教学评价1.平时成绩占40%，包括课堂讨论、作业和实验；2.期末考试占60%，包括理论知识和实验技能的考察。

六、参考教材1.《材料性能学》，张三、李四，清华大学出版社，2024年；2.《材料力学性能与测试》王五、赵六，北京大学出版社，2024年；3.《材料热学性能与测试》王五、赵六，北京大学出版社，2024年；4.《材料电学性能与测试》王五、赵六，北京大学出版社，2024年；5.《材料磁学性能与测试》王五、赵六，北京大学出版社，2024年。

七、教学进度安排1.第1-2周：材料性能基础知识2.第3-5周：材料性能测试与分析3.第6-8周：材料性能评价与设计4.第9-14周：课程复习和期末考试八、教学辅助手段1.使用多媒体技术进行教学内容展示；2.实验室配备相应的材料性能测试仪器，进行实验研究和操作指导。

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。

纳米材料的磁学性能及应用研究近年来，纳米材料作为一种应用前景极为广阔的新兴材料备受研究者的关注。

纳米材料具有独特的物理、化学和生物学性质，其中磁学性能尤为引人注目。

本文将探讨纳米材料的磁学性能及其在实际应用中的潜力。

首先，让我们来了解一下纳米材料的基本概念。

纳米材料是一种尺寸在纳米尺度范围内的材料，通常为一维、二维或三维结构。

其特殊之处在于相对较大的比表面积和较小的晶粒尺寸，使其表现出与宏观材料截然不同的性质。

对于磁学性能而言，纳米材料的特殊结构为其赋予了独特的磁学特性。

纳米材料的磁学性能主要体现在两个方面：磁性和磁响应。

磁性是指材料表现出的磁化行为，即对外加磁场的响应。

纳米材料常常显示出超顺磁性或铁磁性，即在外加磁场下磁化强度较大，且随着粒子尺寸的减小而增强。

这种超顺磁性和铁磁性使得纳米材料在磁学领域有着广泛的应用潜力。

而磁响应则是指材料在外加磁场下对其他物理量的响应。

纳米材料的磁响应主要表现在电磁学和声学等领域。

以电磁学为例，纳米材料的磁测向和磁导率等磁响应特性在电磁波谱分析、磁共振成像等领域有着广泛的应用。

同时，纳米材料的磁响应特性还使其在声学传感和磁性储能等领域有着重要的应用价值。

除了磁学性能，纳米材料在实际应用中还可以通过调控其结构和组成来实现多种功能。

例如，在磁性材料中引入其他元素或化合物，可以实现多功能调控。

通过调节纳米材料的形貌、尺寸和晶界等相浓度，可以改变其磁学性能，从而满足特定的应用需求。

此外，通过将纳米材料与其他功能材料进行复合，可以实现多种功能的集成，进一步拓展了纳米材料的应用领域。

纳米材料的磁学性能及其应用研究已经在多个领域取得了重要的突破。

在信息存储领域，纳米材料通过调控其磁性特性，实现了高密度磁存储器件的开发，并在硬盘硬件制造中得到了广泛应用。

在生物医学领域，纳米材料的磁响应特性使其成为靶向药物传递、肿瘤治疗和生物传感等领域的研究热点。

此外，纳米材料在能源储存、催化和环境治理等领域也具备广泛的应用潜力。