磁性材料应用与进展
- 格式:docx
- 大小:29.35 KB
- 文档页数:5
磁性材料的分类与应用在现代科技的发展进程中,磁性材料扮演着至关重要的角色。
从日常生活中的电子设备到工业领域的大型机械,磁性材料的应用无处不在。
那么,磁性材料都有哪些分类?它们又在哪些领域发挥着重要作用呢?让我们一起来探索。
磁性材料按照其磁性能的不同,可以大致分为软磁材料、硬磁材料和矩磁材料三大类。
软磁材料具有高磁导率和低矫顽力的特点。
这意味着它们容易被磁化,也容易退磁。
常见的软磁材料有电工纯铁、硅钢片、坡莫合金以及软磁铁氧体等。
软磁材料在电子电路中有着广泛的应用,比如变压器的铁芯。
变压器是电力传输和分配系统中的关键设备,而软磁材料制成的铁芯能够有效地提高变压器的效率,减少能量损耗。
此外,在电感器、滤波器等电子元件中,软磁材料也发挥着重要作用,能够实现对电流和电压的调节与滤波,保证电子设备的稳定运行。
硬磁材料则具有高矫顽力和高剩磁的特性,一旦被磁化,就能够保持较强的磁性。
典型的硬磁材料包括铝镍钴合金、钕铁硼永磁材料等。
硬磁材料的主要应用领域是制造永磁电机。
永磁电机在新能源汽车中得到了广泛的应用,相比传统的感应电机,永磁电机具有更高的效率和功率密度,能够有效提升汽车的续航里程和性能。
另外,在风力发电领域,永磁直驱风力发电机由于省去了齿轮箱等传动部件,提高了系统的可靠性和效率,而其中的关键部件就是硬磁材料制造的永磁体。
在医疗领域,硬磁材料制成的磁共振成像(MRI)设备,能够为医生提供清晰的人体内部结构图像,帮助诊断疾病。
矩磁材料具有矩形磁滞回线的特点。
常见的矩磁材料有镁锰铁氧体等。
矩磁材料在计算机的存储器中有着重要应用。
在数字信息存储中,矩磁材料能够实现信息的准确记录和快速读取,为计算机的高速运行提供保障。
除了以上常见的分类,磁性材料还可以根据其成分和结构的不同,分为金属磁性材料和非金属磁性材料。
金属磁性材料如纯铁、坡莫合金等,具有良好的导电性和磁性能,但价格相对较高。
非金属磁性材料如铁氧体,价格相对较低,在一些对成本敏感的应用中具有优势。
硬磁材料的应用及原理硬磁材料是一类具有较高残留磁感应强度和较高磁能积的磁性材料。
其应用领域广泛,涉及到电力工业、电子工业、通讯工业、汽车工业等多个行业。
以下将介绍硬磁材料的应用及其原理。
1.电机和发电机:硬磁材料用于制造电机和发电机中的永磁体。
这些永磁体能够提供稳定的磁场,使电机和发电机具有高效率和高功率密度的特点。
2.磁存储设备:硬磁材料主要用于制造磁盘驱动器中的读写头。
这些读写头能够在磁盘上定位和读取信息,以实现数据的存储和检索。
3.磁性传感器:硬磁材料用于制造磁性传感器,如磁阻式传感器和霍尔元件。
这些传感器能够测量磁场的大小和方向,并将其转化为电信号进行处理和分析。
4.磁力传动和磁力控制系统:硬磁材料用于制造磁力传动和磁力控制系统中的永磁体。
这些永磁体能够提供强大的磁场,用于传递和控制力量,实现机械系统的运动和定位。
5.磁性材料制品:硬磁材料经过加工和制造可以制成各种形状和规格的磁性制品,如磁头、磁条、磁钢等,用于各种应用场景,如磁卡、磁吸附等。
硬磁材料通过合适的材料配方和加工工艺,使其具有高磁化强度、高剩磁和高矫顽力。
磁化过程中,硬磁材料富含的磁畴会经历磁畴旋转,从初始状态的无序排列到排列有序的最终状态。
在外加磁场的作用下,磁畴会逐渐转向与外磁场方向对齐,并最终转为与外磁场完全平行的方向,实现磁化。
总结:硬磁材料具有广泛的应用领域,如电机和发电机、磁存储设备、磁性传感器、磁力传动和磁力控制系统,以及磁性材料制品等。
其特殊的晶体结构和磁畴结构使其具有高磁化强度、高剩磁和高矫顽力的特点,实现了长时间的磁化状态和较长的记忆能力。
这些特性使得硬磁材料成为很多工业领域中不可或缺的重要材料。
磁性材料在储能领域的应用研究随着能源需求以及储能技术的不断发展,人们对储能材料的研究越来越重视。
磁性材料作为一种具有特殊性质的材料,其在储能领域的应用研究备受关注。
本文将就磁性材料在储能领域的应用进行探讨。
一、磁性材料的特性及储能机制磁性材料的特性由其晶体结构和化学成分决定。
常见的磁性材料包括铁、镍、钴等,它们通过磁性的相互作用来储存和释放能量。
在磁场作用下,磁性材料的内部磁矩会重新排列,从而储存能量。
当磁场消失时,磁性材料会释放储存的能量,恢复到原来的状态。
二、磁性储能材料的种类及应用1. 磁性储能材料种类丰富目前,磁性储能材料的种类非常丰富。
常见的有铁氧体、硬磁材料和软磁材料等。
铁氧体作为一种重要的磁性材料,具有高磁导率和低能量损耗的特点,适用于电动机和变压器等领域。
硬磁材料通常用于永磁体,可以长期储存磁能。
软磁材料则主要用于电感器等电磁元器件,具有低能量损耗和高饱和磁感应强度的特点。
2. 磁性储能材料的应用领域广泛磁性储能材料在储能领域有着广泛的应用。
其中,磁性聚合物是一种常见的磁性储能材料。
通过在聚合物中引入磁性纳米颗粒,可以实现储能和释放能量。
此外,磁性纳米材料也被广泛用于储能装置,如磁性储能电池和磁性超级电容器等。
这些储能装置具有高储能密度和长寿命等优点,为储能技术的发展提供了新的解决方案。
三、磁性材料在储能领域的挑战和前景虽然磁性材料在储能领域有着广泛的应用前景,但也存在一些挑战需要克服。
首先,磁性材料的性能需要进一步提高,以满足储能装置对高储能密度和长寿命的要求。
其次,磁性材料的成本也是一个问题,高成本限制了其在大规模应用中的推广。
此外,磁性储能设备的设计和制造也需要进一步研究和优化。
然而,随着科学技术的不断进步,磁性材料在储能领域的应用前景仍然广阔。
科学家们正在致力于开发新型的磁性材料,以提高其储能性能。
比如,通过改变磁性材料的晶体结构和化学成分,可以实现高磁感应强度和低能量损耗的平衡。
铁磁材料的磁性研究与应用随着科学技术的不断发展,人类对于材料的研究日益深入,特别是在磁性材料的研究领域中,更是取得了诸多新的成果。
其中,铁磁材料作为一类重要的磁性材料,其磁性的研究与应用也备受关注。
一、铁磁材料的磁性铁磁材料是一类能持续保持磁性的物质,它们包括了铁、镍、钴等金属及其合金。
这类材料具有高饱和磁感应强度、高矫顽力等优点,并且稳定性较强,在电机、传感器、磁卡等各种领域都有广泛的应用。
在磁性的研究中,铁磁材料的磁性表现出了一系列的现象,如顺磁、铁磁、反铁磁等。
在顺磁性中,当物质中存在着一定的未成对自旋电子(即分子场)时,分子场会增强磁化强度,从而形成顺磁性。
而在铁磁性中,当物质中的电子磁矩最大时,形成铁磁性。
反铁磁性则不同于铁磁性,它的磁性主要是由区域性反向排列的微观磁性单元所造成的。
二、铁磁材料的应用铁磁材料在工业和生活中的应用十分广泛,下面为大家介绍几个具体的应用领域。
1.电机在电机领域中,铁磁材料是制作电机转子和定子的重要材料之一。
在现代工业中,各种大小不同、功率不同的电机都依靠铁磁材料来制造。
2.传感器铁磁材料作为一种磁性材料,能够感受并产生磁场,所以在传感器中也广泛应用。
如在运动传感器中使用铁磁材料,就可以利用材料的磁性进行测量,并将信号转化为数字信号,以判断物体的位置和速度。
3.磁性存储器铁磁材料作为一种存储介质,可以保持信息的稳定性,而且具有容量大、速度快、保存时间长的特点。
因此,在电脑硬盘、U 盘等存储器中的磁性材料也是铁磁材料。
4.磁卡在磁卡制造方面,铁磁材料也是不可或缺的一种材料。
因为铁磁材料中的磁性能够保持长期稳定的状态,能够记录信息,所以可以将其用于制作磁条,并用于支付、门禁系统等领域。
总之,铁磁材料的磁性研究与应用涵盖了诸多领域,其磁性特性和性能的进一步研究和开发,将为未来的科技创新和社会进步提供一定的支持和帮助。
磁性材料的物理性质与应用磁性材料是一种特殊的材料,它们具有吸引或排斥其他磁性物体的能力。
磁性材料广泛应用于电子、通信、医疗、能源等领域,对于现代社会的发展起到了重要的推动作用。
本文将介绍磁性材料的物理性质以及其在不同领域的应用。
一、磁性材料的物理性质磁性材料具有磁化特性,即能够在外加磁场的作用下磁化并保持磁化状态。
磁性材料的物理性质主要包括磁化曲线、磁感应强度、磁滞回线等。
1. 磁化曲线:磁化曲线描述了磁性材料在外加磁场作用下的磁化过程。
通常用H代表外磁场的强度,用B表示材料磁感应强度。
磁化曲线可以分为顺磁性和铁磁性两种类型。
顺磁性材料在外磁场的作用下,磁化程度随着外磁场的增大而线性增加。
铁磁性材料在外磁场较小的范围内,磁化程度随着外磁场的增大而迅速增加,但当外磁场达到一定强度时,磁化程度趋于饱和。
2. 磁感应强度:磁感应强度是指磁性材料在外磁场作用下所产生的磁场强度。
磁感应强度可以通过磁通量密度B来表示,即单位面积上通过的磁通量的大小。
磁感应强度与外磁场的关系是非线性的,与磁性材料的组织结构和磁化状态有关。
3. 磁滞回线:磁滞回线是磁性材料在循环磁场作用下磁化和去磁化的过程中所形成的磁化曲线。
它描述了材料在不同磁化状态下的磁感应强度随外磁场的变化规律。
磁滞回线的形状和大小与材料的磁性有关,可以用来表征材料的软磁性和硬磁性。
二、磁性材料的应用磁性材料由于其特殊的物理性质,在各个领域得到了广泛的应用。
1. 电子领域:磁性材料在电子领域中主要应用于信息存储和传输。
硬磁性材料常用于磁盘驱动器等高密度数据存储设备中,用来存储大量的数据。
软磁性材料则主要应用于变压器、感应器等设备中,用来实现电能的传输和测量。
2. 通信领域:磁性材料在通信领域中被广泛应用于电感器、滤波器和天线等器件中。
电感器利用材料的磁性来储存和释放能量,滤波器则利用材料的磁性来滤除杂散信号。
磁性材料在天线中的应用则可以提高信号接收和传输的效率。
2024年磁性材料市场需求分析1. 引言磁性材料作为一类重要的功能材料,在各个领域都有广泛的应用。
本文旨在对磁性材料市场的需求进行分析,并探讨未来的发展趋势。
2. 市场概述磁性材料市场目前呈现出稳定增长的态势。
随着科技的进步和工业化的快速发展,磁性材料的需求持续增加。
磁性材料主要用于电子、电力、通信、汽车等领域,其中电子行业占据了磁性材料市场的主导地位。
随着电子设备的普及和功能的不断升级,对磁性材料的需求也不断增加。
3. 市场驱动因素磁性材料市场的发展受到多个因素的驱动。
3.1 技术进步:随着技术的不断进步,磁性材料的性能得到了显著提升,使得其在各个领域的应用范围更广。
新材料的研发和推出为磁性材料市场的发展提供了有力的支持。
3.2 市场需求:随着经济的发展,各个行业对磁性材料的需求不断增加。
尤其是电子行业,磁性材料在电子元器件中起到关键的作用,随着电子设备的更新换代,对磁性材料的需求也不断提升。
3.3 政策支持:政府在推动新能源、环保和电动汽车等领域的发展时,对于磁性材料的需求也在不断增加。
政策的支持为磁性材料市场的发展提供了有力的保障。
4. 市场细分磁性材料市场根据材料的类型和应用领域可以进行细分。
4.1 材料类型:磁性材料主要包括永磁材料和软磁材料。
永磁材料具有强大的磁性能,并且不易磁化和消磁,主要用于电机、传感器和磁盘驱动器等领域。
软磁材料则具有低磁阻和高磁导率的特点,主要用于变压器、电感器和传感器等领域。
4.2 应用领域:磁性材料在各个行业都有广泛应用。
电子行业是磁性材料市场的主要消费领域,主要用于电机、传感器、磁盘驱动器等。
除此之外,磁性材料还在电力、通信、汽车、医疗设备等行业有一定的需求。
5. 市场竞争格局磁性材料市场竞争激烈,市场上存在着多个主要的磁性材料供应商。
这些供应商通过不断创新和技术进步来提升产品质量和性能,以满足市场的需求。
同时,他们还通过不同的渠道和销售策略来开拓市场份额。
分子磁性材料的设计和应用近年来,分子磁性材料因其特殊的磁性性质,得到了广泛的应用和研究。
分子磁性材料是由具有磁性质的分子构成的材料,分子之间存在磁性相互作用,因此具有独特的磁学行为。
利用分子设计技术,可以合成出拥有特定性质的分子磁性材料,这也为其应用带来了更多的可能性。
一、分子磁性材料的设计与合成分子磁性材料的设计与合成是磁性材料研究的重要组成部分。
分子磁性材料的设计,主要是通过控制配位基团、拓扑结构和晶体结构等方面进行。
例如,通过引入带有芳香环和羧基的配位基团,可以增强分子磁性材料的磁各向异性;通过选择不同的配体,可以实现分子间的磁性相互作用,提高分子磁性材料的磁性能。
而分子磁性材料的合成,则是通过有机合成化学方法,将设计好的分子组装成具有二维或三维结构的晶体材料。
二、分子磁性材料的性质与应用分子磁性材料因其独特的磁学行为,被广泛应用在信息存储、传感、催化和生物医学等领域。
信息存储方面,分子磁性材料因其分子尺寸、磁性可控等特点,被认为是信息存储技术的一种重要方向。
例如,利用单个分子磁性材料,可以实现高密度信息存储和单分子级别的读取与写入。
传感方面,分子磁性材料可以作为高灵敏度的传感器。
例如,利用分子磁性材料的磁化率和磁阻效应,可以实现对于磁场、温度、压力等物理量的测量。
催化方面,分子磁性材料不仅可以作为催化剂,还可以作为催化剂的支撑材料,实现分子尺度的催化反应,提高催化剂的性能和稳定性。
生物医学方面,分子磁性材料可以用来实现肿瘤治疗、核磁共振成像等医学应用。
例如,通过将磁性材料引入肿瘤细胞中,利用外部磁场对其进行选择性诱导和控制,实现肿瘤治疗。
三、分子磁性材料的未来发展尽管在各个领域中,分子磁性材料都得到了广泛的应用和研究,但是其在一些领域中还存在困难和挑战。
例如,在信息存储领域中,分子磁性材料的制备和装配仍然存在技术难题;在生物医学领域中,分子磁性材料的生物兼容性和生物安全性也是一个必须解决的问题。
磁性材料的磁性测量与应用磁性材料是一类在外磁场作用下表现出磁响应的材料。
磁性材料的研究广泛应用于电子信息、能源、材料科学、化学等领域。
在这些领域中,磁性测量是磁性材料研究的一个基本环节,对于磁性材料的性质研究和应用具有非常重要的作用。
一、磁性测量方法磁性材料的磁性测量是对材料磁性特性的定性或定量研究。
目前常见的磁性测量方法包括磁致伸缩、磁导率测量、磁滞回线和磁相图等。
不同的磁性测量方法适用于不同类型和应用领域的磁性材料。
磁致伸缩方法是一种通过外磁场对磁性材料产生的强度变化进行测量的方法。
这种方法可以测量材料的磁导率、磁化强度等磁性参数。
磁致伸缩技术被广泛应用于磁性材料的应用领域,如磁记忆、磁储存等。
磁导率测量是通过磁场对磁性材料的磁场强度的影响来测量材料磁性的方法。
磁导率测量可以得出材料的磁滞系数、磁导率等参数,可以广泛应用于磁场传感器、电感器等。
磁滞回线方法是通过对磁性材料在外磁场作用下磁化状态的测量,来分析和研究材料磁性的方法。
磁滞回线法可以反映材料的饱和磁化强度、剩磁、矫顽力等参数,在电机、磁钢等领域应用广泛。
磁相图法是指通过不同温度下对磁性材料的磁特性进行绘制,并从图像中分析得出材料的磁特性的方法。
这种方法可以得出磁性材料的磁相结构和相互作用规律,为材料科学提供了重要的研究手段。
二、磁性材料的应用磁性材料是一类性能优异的材料,它在现代工业生产和各个领域中都有广泛的应用。
在电子信息领域,磁性材料的应用主要体现在磁性储存、磁性传感和微波材料等方面。
磁性材料的磁致伸缩特性可应用于精密控制器、磁吸盘和磁光存储器等,磁性材料还广泛应用于通信、移动通信和遥感等领域中。
在能源领域,磁性材料的应用主要体现在发电机、电机、电池和储能器等中。
磁性材料的高饱和磁化强度、磁导率和磁导率等特性可以提高发电机和电机的效率,应用于储能器和电容器等的能量转换和储存中也可以发挥重要作用。
在材料科学领域,磁性材料的应用主要体现在新型功能材料和高分子材料等方面。
纳微磁学的研究进展与应用前景近年来,纳微磁学作为一种新兴的研究领域备受关注。
纳微磁学是磁学的分支领域,在微观尺度上研究磁性现象。
它通过深入研究物质的磁性本质,探究磁性材料在不同条件下的行为和特性,揭示物质内部微观结构与宏观物性之间的关系,为相关领域的应用提供了理论依据和实验基础。
下面我们将重点探讨纳微磁学的研究进展和应用前景。
一、纳微磁学研究进展1.磁性材料的微构变化研究纳微磁学主要研究磁性材料的微观结构和磁性特性之间的关系。
现代纳米技术的发展使得研究人员能够制备出各种尺寸的磁性纳米颗粒。
这些纳米颗粒具有鲜明的量子尺寸效应和表面效应,相比于宏观物质,会表现出更为复杂的磁性行为。
通过研究纳米颗粒的尺寸和形态等因素对其磁性的影响,可以进一步认识磁性材料的微观结构和磁性特性之间的关系。
2.磁色谱技术的研究和发展磁色谱技术是基于磁性材料对磁场的响应而发展起来的一种分析方法。
它具有灵敏度高、分辨率高等优点,可以用于分离、富集和确定各种物质中微量的磁性成分,如Fe、Mn、Ni等,对于化学、生物、环境等领域的研究具有重要意义。
近年来,磁色谱技术的研究重点主要集中在纳米颗粒的制备、表面修饰和离子交换等方面,以提高其分离效率和分离选择性。
3.磁性元件的研究和开发磁性元件是指通过磁性效应实现信息存储、传输和处理等功能的元器件,如磁存储器、磁头、磁光器件、磁阻传感器等。
其中,磁存储器作为信息技术发展的基础之一,一直是纳微磁学的重要研究领域。
近年来,磁存储器的发展主要围绕提高存储密度、降低功耗、提高性能等方向展开。
此外,磁阻传感器作为一种新型的传感器,在诸多领域也有着广泛的应用前景。
二、应用前景展望随着信息技术和微纳技术的飞速发展,纳微磁学的应用前景也变得越来越广阔。
下面我们将就纳微磁学在信息存储、生物医学、环保等领域的应用前景进行展望。
1.信息存储领域信息存储是纳微磁学的一个重点应用领域。
随着云计算和大数据时代的到来,对于磁性材料的高密度存储需求越来越高。
磁性材料在环保领域的应用有哪些在当今环保意识日益增强的时代,人们不断探索各种创新的技术和材料来应对环境挑战。
磁性材料因其独特的物理和化学性质,在环保领域展现出了广泛而重要的应用。
磁性材料在废水处理方面发挥着关键作用。
其中,磁分离技术是一种高效的废水处理方法。
通过向废水中添加磁性颗粒,这些颗粒能够与污染物结合,然后利用磁场将其从水中分离出来。
例如,在处理含有重金属离子的废水时,磁性纳米粒子可以与重金属离子发生化学反应,形成稳定的复合物。
之后,借助磁场的作用,将这些复合物快速、有效地从水中去除,从而降低废水中重金属的含量,减少其对环境的危害。
磁性吸附剂也是废水处理中的“得力干将”。
它们具有较大的比表面积和良好的吸附性能,能够有效地吸附废水中的有机物、染料等污染物。
而且,由于其磁性,在处理结束后可以方便地从溶液中分离和回收,实现重复利用,降低处理成本。
在废气处理领域,磁性材料同样大显身手。
磁性催化剂在废气净化中扮演着重要角色。
比如,在汽车尾气处理中,使用含有磁性成分的催化剂能够促进有害气体的转化,将氮氧化物、一氧化碳等转化为无害物质。
这种磁性催化剂不仅具有良好的催化活性,还可以通过磁场进行回收和再生,延长其使用寿命。
此外,磁性过滤材料在废气过滤方面也表现出色。
它们能够捕捉废气中的微小颗粒和有害物质,提高废气的净化效果。
在土壤修复方面,磁性材料也提供了新的思路和方法。
对于受到重金属污染的土壤,利用磁性材料可以实现对重金属的提取和分离。
通过特定的化学反应,将重金属离子与磁性物质结合,然后通过磁场将其从土壤中分离出来,达到修复土壤的目的。
在固体废弃物处理中,磁性材料也有其独特的应用。
例如,在垃圾分类和回收过程中,利用磁性材料可以快速分离出含铁的金属废弃物,提高回收效率和资源利用率。
磁性材料在环保监测方面也发挥着重要作用。
基于磁性原理的传感器可以用于检测环境中的污染物浓度和成分。
这些传感器具有灵敏度高、响应速度快等优点,能够实时、准确地监测环境质量的变化,为环保决策提供重要的数据支持。
磁性材料应用与进展 庞丽丽 (萍乡学院,13级无机非金属材料1班,学号13461025)
摘要 磁性材料广泛的用在我们的生活之中,特别在节约能源方面的应用。新型
的纳米结构自旋电子学材料已是磁性材料领域中的传奇。 关键词 磁性材料、自选电子学、永磁、软磁。
Abstract:Magnetic materials are widely used in our lives, p
articularly in the application of energy conservation. Structure of new Nano-spintronics material is legendary in the field of magnetic materials.
Key words: Magnetic materials. Spin electronics. Permanent magnet. Soft
magnetic.
1引言 磁性材料,通常所说的磁性材料是指强磁性物质,是古老而用途十分广泛的功能材料。而物质的磁性早在3000年以前就被人们所认识和应用,例如中国古代用天然磁铁作为指南针。现代磁性材料已经广泛的用在我们的生活之中,例如将永磁材料用作马达,应用于变压器中的铁心材料,作为存储器使用的磁光盘,计算机用磁记录软盘等。而通常认为,磁性材料是指由过渡元素铁、钴、镍及其合金等能够直接或间接产生磁性的物质。磁性材料按磁化后去磁的难易可分为软磁性材料和硬磁性材料。磁化后容易去掉磁性的物质叫软磁性材料,不容易去磁的物质叫硬磁性材料。一般来讲软磁性材料剩磁较小,硬磁性材料剩磁较大。 20世纪80年代在(Fe/Cr/Fe)n纳米多层膜中发现了巨磁电阻效应,其物理本质是薄膜厚度小于自旋扩散长度,因此电子在输运过程中将保持自旋方向,通过外磁场可以改变自旋方向,从而改变电阻值,这发现开拓了在电子输运过程中通过调控自旋,显示与利用自旋特性的新领域,从而产生重要的自旋电子学新学科,利用调控自旋的特性,首先制备成高灵敏度的磁盘读出磁头,使磁盘的记录密度提高千倍,至今保持着信息存储的主流地位,其产值超过300亿美元,此外各种利用磁电阻效应的新颖传感器脱颖而出,其应用领域十分宽广。与微电子技术相结合,目前已研发成磁随 机储存器,MRAM,不同类型的MRAM如STT-MRAM;MeRAM等可统称为自旋芯片,自旋芯片属于核心高端芯片,是科技关键核心技术,可军民两用,具有高达上千亿美元的巨大市场前景,有可能成为后摩尔时代的主流芯片。[1]
2 磁性材料 - 分类 [2]
磁性材料具有磁有序的强磁性物质,广义还包括可应用其磁性和磁效应的弱 磁性及反铁磁性物质。磁性是物质的一种基本属性。物质按照其内部结构及其在外磁场中的性状可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性物质。铁磁性和亚铁磁性物质为强磁性物质,抗磁性和顺磁性物质为弱磁性物质。磁性材料按性质分为金属和非金属两类,前者主要有电工钢、镍基合金和稀土合金等,后者主要是铁氧体材料。按使用又分为软磁材料、永磁材料和功能磁性材料。功能磁性材料主要有磁致伸缩材料、磁记录材料、磁电阻材料、磁泡材料、磁光材料,旋磁材料以及磁性薄膜材料等,反应磁性材料基本磁性能的有磁化曲线、磁滞回线和磁损耗等。
2.1永磁材料 一经外磁场磁化以后,即使在相当大的反向磁场作用下,仍能保持一部或大部原磁化方向的磁性。对这类材料的要求是剩余磁感应强度Br高,矫顽力BHC(即
抗退磁能力)强,磁能积(BH)(即给空间提供的磁场能量)大。相对于软磁材料而言,它亦称为硬磁材料。 永磁材料有多种用途。①基于电磁力作用原理的应用主要有:扬声器、话筒、电表、按键、电机、继电器、传感器、开关等。②基于磁电作用原理的应用主要有:磁控管和行波管等微波电子管、显像管、钛泵、微波铁氧体器件、磁阻器件、霍尔器件等。③基于磁力作用原理的应用主要有:磁轴承、选矿机、磁力分离器、磁性吸盘、磁密封、磁黑板、玩具、标牌、密码锁、复印机、控温计等。其他方面的应用还有:磁疗、磁化水、磁麻醉等。
2.2软磁材料 它的功能主要是导磁、电磁能量的转换与传输。因此,对这类材料要求有较高的磁导率和磁感应强度,同时磁滞回线的面积或磁损耗要小。与永磁材料相反,其Br和BHC越小越好,但饱和磁感应强度Bs则越大越好。 软磁材料的应用甚广,主要用于磁性天线、电感器、变压器、磁头、耳机、继电器、振动子、电视偏转轭、电缆、延迟线、传感器、微波吸收材料、电磁铁、加速器高频加速腔、磁场探头、磁性基片、磁场屏蔽、高频淬火聚能、电磁吸盘、磁敏元件(如磁热材料作开关)等。
2.3矩磁材料 主要用作信息记录、无接点开关、逻辑操作和信息放大。这种材料的特点是磁滞回线呈矩形。
2.4旋磁材料 具有独特的微波磁性,如导磁率的张量特性、法拉第旋转、共振吸收、场移、相移、双折射和自旋波等效应。据此设计的器件主要用作微波能量的传输和转换,常用的有隔离器、环行器、滤波器(固定式或电调式)、衰减器、相移器、调制器、开关、限幅器及延迟线等,还有尚在发展中的磁表面波和静磁波器件(见微波铁氧体器件)。
2.5压磁材料 这类材料的特点是在外加磁场作用下会发生机械形变,故又称磁致伸缩材料,它的功能是作磁声或磁力能量的转换。常用于超声波发生器的振动头、通信机的机械滤波器和电脉冲信号延迟线等,与微波技术结合则可制作微声(或旋声)器件。非晶态合金中新出现的有较强压磁性的品种,适宜于制作延迟线。压磁材料的生产和应用远不及前面四种材料。
3磁性材料的应用
磁性材料是生产、生活、国防科学技术中广泛使用的材料。如制造电力技术中的各种电机、变压器,电子技术中的各种磁性元件和微波电子管,通信技术中的滤波器和增感器,国防技术中的磁性水雷、电磁炮,各种家用电器等。此外,磁性材料在地矿探测、海洋探测以及信息、能源、生物、空间新技术中也获得了广泛的应用。
3.1 磁性技术在节约能源方面的应用 [3]
3.1.1节能的永磁材料
降低现有磁性材料的损耗,研发更低损耗的新材料,便可以在使用磁性材料的各种电机和电器中节约能源。例如,用永磁体代替电流在空间形成1个静磁场(如永磁电机中的定子磁场或转子磁场,扬声器和仪器仪表中的气隙磁场等),这样,不但节省了电能,降低了温度,而且省去1部分电源及控制系统、冷却系统。如在汽车中用永磁电机替代传统的电机,可使体积和重量减小40%~70%,效率提高50%以上,并可节省铜材和电力。将电气设备中大量使用的电磁开关、电磁阀的电磁铁换成永磁体,可节电90%以上。 在人类活动中,大量的能源消耗在克服摩擦力的做功上。利用永磁体之间的排斥力和吸引力,做成各种磁悬浮系统,如果再将系统中的空气抽出,则摩擦力几乎按近于零。例如,利用磁悬浮原理制成新型磁轴承,其能源可降低90%以上,转速可达每分钟几十万转。
3.1.2 奇特的非晶态磁性合金
非晶态磁性合金就是磁性玻璃。这种非晶态合金材料是将熔融的金属用每秒近100万℃的超急冷方法直接喷在高速旋转的风轮上,使熔化的液态合金立即凝固成薄带,来不及结晶而形成非晶态。 非晶态合金具有铁芯损耗小、电阻率高、频率特性好、磁感应强度高、抗腐蚀性强等特点。在漏电保护器、电感滤波器、电力配电变压器和开关电源等方面已获得广泛应用。据估计,我国变压器的总损耗占系统发电量的10%左右,损耗每降低1%,每年可节约上百亿度电,其节能效果十分显著。
3.1.3 磁性节能器件
磁水器在锅炉和热交换系统中的使用,不但提高了热效应,节约了能源,而且还减少了管道和设备的除垢工作。如果采用磁力除垢器或磁水器均可节约能源并提高维护保养水平。我国某油田用磁水器处理石油,使石油除蜡降粘,热洗周期由12天增加到140天,单井年节电达1.4万度,年节约天然气1.8万m3,年增产原油180吨,多获利2万元。 3.1.4 绿色节能磁冰箱
利用“绝热去磁”(给1种磁性材料施加磁场时发热,去掉磁场时冷却)全新原理工作的磁冰箱,其致冷工作效率为常规气体致冷机的2倍~4倍,能耗低,可节电50%。由于使用固体工质,故而体积小、重量轻,又无压缩机,很少有零件磨损和挤压现象。即使有运动部件,其转速也十分缓慢,故而省电、便于维护、寿命长、无振动噪音,没有氟里昂对环境的污染,可保护臭氧层,因此被称为绿色冰箱。
3.1.5 其它节能实例 电子镇流器只需传统式镇流器的70%的电功率便能令萤光灯发出同样的光度。由于使用较小的磁性电感器,不需要启动器,可节能30%,具有快速、重量轻、噪音低的特点,效率高达65%~85%。 不用水和色浆的磁性染色工艺就是利用磁力和分散染料升华作用的1种连续染色法,可用于染素色和图案印花。它无需使用水、溶剂和印花纸,且能耗大大减小。 没有火患的安全灶——电磁炉,是1种新型“冷加热”电气灶具。这是通过高频交变磁场与铁锅(或不锈钢锅)相互作用来加热的,其热效率高,节省电力。目前在我国已经实用化、商品化。 利用磁场制作的水泥,具有松散,不结块的特点。由于磁场的作用使水泥旋转,只要在水泥中添加1种可与水泥吸附在一起的铁磁材料,使之具有韧性和弹性。因无转动部件,磨损极小,耗能少。磁性水泥混凝土的形状和大小不受限制,具有良好的持久性,在水中和海洋工程方面,可用于磁性定位;在危险地区可作成磁性地段,便于检测;在路面上作磁性标记以引导盲人步行,使汽车通行无阻。
4研究发展[4]
磁性材料是国民经济的重要支柱与基础,应用十分广泛,而且近年来磁性材料的发展十分迅速,特别是新型磁性材料的不断出现,对现代工业技术进步起着巨大的推动作用,因此,它已经成为世界各国科学家们争相探索和研究的热点领域之一,在今后的几年中,磁性材料的研究和发展将主要集中在以下几个方面: 1、虽然基础和应用基础研究工作比较繁杂和辛苦,短期内不易见到效益,而且还有一定的风险性,但是只有加强基础和应用基础研究,增加研究的投入,才能为今后磁性材料的研究和发展打下坚实的基础。 2、改造和完善现有的磁性材料,提高其磁性能,优化制备工艺,降低生产成本发展新型的磁性材料,特别是纳米磁性材料。 3、纳米磁性材料是纳米材料中最早进入工业化生产的功能材料,应用广泛,性能优异,特别是在信息存储、处理与传输中占据重要地位,其基础研究和应用开发正方兴未艾。 4、加强研究、生产、应用三方面的结合,不断开拓磁性材料新的应用领域并促使其发展。