12---磁性和磁性材料.

磁性材料的用途磁性材料是一类具有磁性的物质，广泛应用于各个领域。

磁性材料的主要用途包括：电磁设备、信息存储、医疗设备、能源产业和环境保护等方面。

电磁设备是磁性材料的主要应用领域之一。

磁性材料在电磁设备中常用于制造电机、变压器、发电机、电磁铁等。

电机是磁性材料应用最广泛的设备之一，主要通过磁场作用实现电能与机械能的转换。

大部分电机都需要使用磁铁作为永磁体，磁性材料的特性使其能够产生较大的磁力，使电机能够高效地运行。

除了磁铁外，软磁性材料也是电机制造的重要材料，由于其磁导率高，可用于制造电感线圈、变压器、电磁铁等。

此外，磁性材料还用于生产磁头、磁盘等用于信息存储和读取的器件。

信息存储是磁性材料的另一个主要应用领域。

磁性材料的磁性能被广泛用于磁盘（硬盘、软盘）的制造，其原理是将数据以磁性信号的形式记录到磁介质表面，并通过磁头读取出来。

磁盘与磁头共同构成了计算机硬盘的核心部分，能够实现大容量的数据存储。

同时，磁性材料还在磁卡、磁带、磁芯存储器等方面有着广泛的应用。

医疗设备是磁性材料的另一个重要应用领域。

例如，核磁共振成像（MRI）技术依赖于磁性材料的特性来生成人体的详细图像。

MRI设备主要由强磁场和RF系统组成，磁性材料用于产生强磁场，并通过对被测物体中原子磁矩的影响来获得图像。

此外，磁性材料还被用于制造医用磁铁、磁性粒子等，广泛应用于治疗、诊断等领域。

能源产业也是磁性材料的应用领域之一。

以永磁材料为例，它具有高能量密度、高稳定性和长使用寿命等优点，因此在新能源领域得到了广泛应用。

目前，永磁材料主要用于风力发电机、电动车、飞行器等领域，可以提高能源利用率和设备性能。

另外，磁化的石墨烯材料也被用于制造高效的超级电容器和电池。

磁性材料在环境保护领域也有重要应用。

例如，磁性吸附材料广泛用于污水处理、空气净化、重金属污染物的去除等领域。

通过利用磁性材料在外磁场作用下的磁性响应，能够高效地吸附和分离目标物质，具有较好的再生性和可控性。

磁性的起源和常见磁性材料应用陈阳，王皓，徐航，信跃龙磁性，在很久以前就引起了人们的兴趣。

早在3000多年前，中国人就发现了自然界中存在一种磁石，它们可以相互吸引或吸引铁石。

人们以丰富地想象力将此现象比喻为母亲慈爱地对待幼儿，《吕氏春秋·季秋记》中就有“慈石召铁，或引之也”的记述。

现今汉语中的“磁”字就来源于当时的“慈”。

中国古代的四大发明之一的指南针就是中国古代人民很早就开始利用磁性的实例。

我们知道，所谓磁石其实也就是铁矿石（一般为磁铁矿Fe3O4）。

我们也知道，铁会被磁铁吸引而且会被磁铁磁化。

那么，它们为什么会有磁性或会被磁化？磁性到底是怎样产生的呢？为了解释物质的宏观磁性的性质，我们从原子着手来考察一下磁性的来源。

一、磁性的起源“结构决定性质”。

磁性当然也是由物质原子内部结构决定的。

原子结构与磁性的关系可以归纳为：（1） 原子的磁性来源于电子的自旋和轨道运动；（2） 原子内具有未被填满的电子是材料具有磁性的必要条件；（3） 电子的“交换作用”是原子具有磁性的根本原因。

1.电子磁矩的产生原子磁性是磁性材料的基础，而原子磁性来源于电子磁矩。

电子的运动是产生电子磁矩的根源，电子有绕原子核旋转的运动和自身旋转的运动，因此电子磁矩也是由电子的轨道磁矩和电子的自旋磁矩两部分组成的。

按照波尔的原子轨道理论，原子内的电子是围绕着原子核在一定轨道上运动的。

电子沿轨道的运动，相当于一个圆电流，相应得就会产生轨道磁矩。

原子中的电子轨道磁矩平面可以取不同方向，但是在定向的磁场中，电子轨道只能去一定的几个方向，也就是说轨道的方向是量子化的。

由电子电荷的自旋所产生的磁矩就称为电子自旋磁矩。

在外磁场作用下，自旋磁矩只可能与轨道磁矩平行或反平行。

很多磁性材料中，电子自旋磁矩要比电子轨道磁矩大。

这是因为在晶体中，电子的轨道磁矩要受晶格场的作用，它的方向是改变的，不能形成一个联合磁矩，对外没有磁矩。

这也即一般所谓的轨道动量矩和轨道磁矩的“猝灭”或“冻结”。

磁性材料分类
磁性材料是指具有一定磁性的物质，根据其磁性特性的不同，磁性材料主要可以分为三类：铁磁材料、铁氧体材料和非铁磁材料。

1. 铁磁材料：铁磁材料是指能够持续保持较强磁性的材料，它们在外部磁场作用下，可以产生自发磁化，且除去磁场作用后，能够保持一定程度的剩磁。

典型的铁磁材料包括铁、镍、钴以及它们的合金，如铁氧体、钐铁氧体等。

这类材料在电磁机械、电磁传感器、磁记录介质等领域有广泛应用。

2. 铁氧体材料：铁氧体材料以含铁氧化物为主要成分，由铁氧体晶粒与其他成分组成的复合材料。

铁氧体材料具有优良的磁特性、高温稳定性、低价格等优点，广泛应用于电力电子、电子通信、电子计算机等领域。

根据铁氧体的晶粒结构不同，铁氧体材料又可以分为软磁铁氧体和硬磁铁氧体两类。

软磁铁氧体具有高导磁率和低磁滞损耗等特点，适用于高频的电感元件、变压器等；硬磁铁氧体则具有高矫顽力和高剩磁等特点，适用于永磁体、电机等领域。

3. 非铁磁材料：非铁磁材料是指在外加磁场下，几乎不发生自发磁化的材料。

常见的非铁磁材料包括铜、铝、木材、玻璃等。

这些材料的磁导率接近于1，磁化率极小，几乎不受磁场影响。

非铁磁材料在电子设备、通信设备、建筑装饰等领域有广泛应用。

总结起来，磁性材料主要分为铁磁材料、铁氧体材料和非铁磁
材料三类。

铁磁材料具有较强磁性和剩磁特性，适用于电磁机械等领域；铁氧体材料具有高温稳定性和优良的磁特性，广泛应用于电力电子领域；非铁磁材料几乎不受磁场影响，适用于电子设备和建筑装饰等领域。

磁性材料基础知识（入门）磁性材料：概述：磁性是物质的基本属性之一。

磁性现象是与各种形式的电荷运动相关联的，由于物质内部的电子运动和自旋会产生一定大小的磁场，因而产生磁性。

一切物质都具有磁性。

自然界的按磁性的不同可以分为顺磁性物质，抗磁性物质，铁磁性物质，反铁磁性物质，以及亚铁磁性物质，其中铁磁性物质和亚铁磁性物质属于强磁性物质，通常将这两类物质统称为磁性材料。

1.磁性材料的分类，性能特点和用途：铁氧体磁性材料，一般是指氧化铁和其他金属氧化物的符合氧化物。

他们大多具有亚铁磁性。

特点：电阻率远比金属高，约为1-10（12次方）欧/厘米，因此涡损和趋肤效应小，适于高频使用。

饱和磁化强度低，不适合高磁密度场合使用。

居里温度比较低。

2 铁磁性材料：指具有铁磁性的材料。

例如铁镍钴及其合金，某些稀土元素的合金。

在居里温度以下，加外磁时材料具有较大的磁化强度。

3 亚铁磁性材料：指具有亚铁磁性的材料，例如各种铁氧体，在奈尔温度以下，加外磁时材料具有较大的磁化强度。

4 永磁材料：磁体被磁化厚去除外磁场仍具有较强的磁性，特点是矫顽力高和磁能积大。

可分为三类，金属永磁，例，铝镍钴，稀土钴，铷铁硼等。

铁氧体永磁，例，钡铁氧体，锶铁氧体，其他永磁，如塑料等。

5软磁材料：容易磁化和退磁的材料。

锰锌铁氧体软磁材料，其工作频率在1K-10M之间。

镍锌铁氧体软磁材料，工作频率一般在1-300MHZ6.金属软磁材料：同铁氧体相比具有高饱和磁感应强度和低的矫顽力，例如工程纯铁，铁铝合金，铁钴合金，铁镍合金等，常用于变压器等。

术语：1 饱和磁感应强度：(饱和磁通密度)磁性体被磁化到饱和状态时的磁感应强度。

在实际应用中，饱和磁感应强度往往是指某一指定磁场（基本上达到磁饱和时的磁场）下的磁感应强度。

2 剩磁感应强度：从磁性体的饱和状态，把磁场（包括自退磁场）单调的减小到0的磁感应强度。

3 磁通密度矫顽力，他是从磁性体的饱和磁化状态，沿饱和磁滞回线单调改变磁场强度，使磁感应强度B减小到0时的磁感应强度。

磁性材料分类磁性材料是一类具有磁性的材料，广泛应用于电子、通讯、医疗、汽车等领域。

根据其磁性特性和组成成分的不同，磁性材料可以分为多种类型。

本文将对磁性材料的分类进行介绍，以便读者更好地了解和应用这一类材料。

1. 永磁材料。

永磁材料是一种具有永久磁性的材料，能够在外加磁场的作用下保持一定的磁性。

永磁材料按其组成和性能可分为金属永磁材料和非金属永磁材料两大类。

金属永磁材料主要包括铁氧体、钕铁硼、钴磁体等；非金属永磁材料主要包括铁氮合金、铁碳合金等。

永磁材料具有高矫顽力、高矫顽温度、良好的抗腐蚀性能等特点，被广泛应用于电机、传感器、磁性存储等领域。

2. 软磁材料。

软磁材料是一种在外加磁场下能够快速磁化和去磁化的材料，主要用于电力变压器、电感线圈、电子设备等场合。

软磁材料按其磁性能可分为高导磁材料和低导磁材料两大类。

高导磁材料主要包括硅钢片、镍铁合金等；低导磁材料主要包括铁氧体、铁硅铝合金等。

软磁材料具有低磁滞、低涡流损耗、高饱和磁感应强度等特点，能够有效地控制和利用磁场能量。

3. 硬磁材料。

硬磁材料是一种在外加磁场下能够保持较强磁性的材料，主要用于制造永磁体、磁记录材料等。

硬磁材料按其磁性能可分为高矫顽力材料和高矫顽温度材料两大类。

高矫顽力材料主要包括钴磁体、钕铁硼等；高矫顽温度材料主要包括铝镍钴、钴铁等。

硬磁材料具有良好的矫顽力、矫顽温度和磁能积，能够保持稳定的磁性能，被广泛应用于电机、传感器、磁记录等领域。

4. 磁性功能材料。

磁性功能材料是一种具有特定磁性功能的材料，主要用于磁传感器、磁存储器、磁耦合器等领域。

磁性功能材料按其功能可分为磁敏材料、磁光材料、磁阻变材料等。

磁性功能材料具有响应速度快、灵敏度高、能耗低等特点，能够满足不同领域对磁性功能的需求。

总结。

磁性材料是一类具有重要应用价值的材料，其分类主要基于磁性特性和组成成分。

不同类型的磁性材料具有不同的特点和应用领域，能够满足各种工程和科学需求。

磁性材料的分类引言磁性材料是指在外加磁场下表现出磁性行为的材料，广泛应用于电子、电力、通信等领域。

根据材料的磁性特性和组织结构，磁性材料可以被分为多个不同的类别。

本文将介绍常见的磁性材料分类及其特点。

1. 铁磁材料铁磁材料是指在外磁场存在时呈现出强磁性的材料。

铁磁材料在磁场作用下会自发地形成磁畴结构，并具有磁滞回线特性。

常见的铁磁材料包括铁、钴、镍及其合金。

铁磁材料可以分为软磁材料和硬磁材料两类。

软磁材料的磁滞损耗小，能迅速反转磁化方向，常用于变压器、电感器、电动机等磁性元件中。

硬磁材料的磁滞损耗大，难以磁化和消磁，常用于制作永磁体、磁头、磁场传感器等。

2. 铁氧体材料铁氧体材料是一类重要的功能性陶瓷材料，具有良好的磁性和电性能。

铁氧体材料主要由Fe2O3（氧化铁）和一些过渡金属氧化物组成。

根据结构和性能的不同，铁氧体材料可分为软磁铁氧体和硬磁铁氧体两类。

软磁铁氧体具有低磁滞损耗和高导磁率的特点，常用于制作变压器、电感器和高频电磁元件。

硬磁铁氧体具有高矫顽力和高剩磁感应强度，可用于制作永磁马达、声音器件等。

软磁导体材料是一类具有高导磁率和低电阻率的材料。

软磁导体材料在低频磁场下具有良好的磁导特性，并且具有较低的涡流损耗。

软磁导体材料主要包括铁氟龙、钴铁合金等。

软磁导体材料广泛应用于电力领域，如制造电力变压器、电抗器等电磁元器件。

由于具有低损耗和高导磁性能，软磁导体材料在节能减排、提高变压器效率等方面起着重要作用。

4. 自旋电子材料自旋电子材料是指通过自旋-轨道耦合作用，实现在外加磁场下表现出强磁性的材料。

自旋电子材料的磁性不仅仅由电子的自由度决定，还受到晶格结构和化学成分的影响。

自旋电子材料在信息存储、能源转换和传感器等领域具有重要应用。

其中，铁磁半导体材料由于具有同时存在铁磁性和半导体性质的特点，成为发展磁性电子学和自旋电子学的重要基础材料。

5. 超导磁体材料超导磁体材料是指在低温下具有无电阻和完全抗磁性的材料。

《磁性材料》基本要求一、熟练掌握基本概念：(1) 磁矩：磁偶极子等效的平面回路的电流和回路面积的乘积，μm =iS ，方向由右手定则确定，单位Am 2。

(2) 磁化强度（M ）：定义单位体积磁性材料内磁矩的矢量和称为磁化强度，用M 表示，SI单位为A/m 。

CGS 单位：emu/cm 3。

换算关系：1 ×103 A/m = emu/cm 3。

(3) 磁场强度（H ）：单位强度的磁场对应于1Wb 强度的磁极受到1牛顿的力。

SI 单位是A ·m -1。

CGS 单位是奥斯特(Oe)。

换算关系：1 A/m =4π/ 103 Oe 。

(4) 磁化曲线：磁体从退磁状态开始到磁化饱和的过程中，磁感应强度B 、磁化强度M 与磁场强度H 之间的非线性关系曲线。

(5) 退磁曲线：磁滞回线在第二象限的部分称为退磁曲线。

(6) 退磁场：当一个有限大小的样品被外磁场磁化时，在它两端出现的自由磁极将产生一个与磁化强度方向相反的磁场。

该磁场被称为退磁场。

退磁场的强度与磁体的形状及磁极的强度有关存在：Hd=-NM 。

(7) 饱和磁感应强度Bs(饱和磁通密度) ：磁性体被磁化到饱和状态时的磁感应强度。

SI 单位是特斯拉[T]或[Wb·m -2]；CGS 单位是高斯(Gauss)。

换算关系：1 T = 104 G 。

(8) 磁导率：定义为磁感应强度与磁场强度之比μ＝Ｂ／Ｈ，表示磁性材料传导和通过磁力线的能力．单位为亨利／米（Ｈ·m -1）． (9) 起始磁导率：磁性体在磁中性状态下磁导率的极限值。

H B H i 00lim1→=μμ (10) 磁化率定义为磁化强度与磁场强度之比：χ= M /H(11) 居里温度：即铁磁性材料（或亚磁性材料）由铁磁状态（或亚铁磁状态）转变为顺磁状态的临界温度，在此温度上，自发磁化强度为零。

(12) 磁各向异性：磁性材料在不同方向上具有不同磁性能的特性。

包括：磁晶各向异性，形状各向异性，感生各向异性和应力各向异性等。

磁性材料的性能和应用磁性材料是一类具有磁性质的材料，广泛应用于电子、信息、能源、医药等领域。

磁性材料的性能因其组织和结构的不同而差别很大。

以下将从磁性材料的基本性质、分类、性能和应用四个方面来探讨磁性材料的性能和应用。

一、磁性材料的基本性质磁性材料是一种物理性质，在外磁场下会产生磁矩，而磁矩的大小和方向取决于材料的组织与结构。

磁性材料的基本性质有三个：磁滞回程、磁饱和、磁导率。

1. 磁滞回程磁滞回程是指当外磁场的强度逐渐增大时，其磁化强度也逐渐增大，但磁场达到一定强度时，材料的磁矩已经指向一个方向，因而磁矩增长变缓。

当外磁场开始减小时，材料的磁矩也随之减小，但磁场达到某一程度时，其磁矩并没有完全消失，只是改变方向。

这种依磁场强度变化的磁化特性称为磁滞回程。

2. 磁饱和磁饱和是指在某个外磁场下，材料磁化强度达到最大值，同时材料的磁导率也达到最大值。

此时磁化强度无法再随磁场强度增大而增大，称为磁饱和。

3. 磁导率磁导率是指在单位长度和单位磁场强度下，磁通量密度的变化量。

与电导率类似，单位为亨利/米。

二、磁性材料的分类磁性材料按磁悬的方向可分为沿着晶体轴向的单晶磁材料和沿着磁畴轴向的磁畴磁材料。

单晶磁材料是指晶体中存在着明显的磁畴并且沿着磁畴轴向呈单结构分布的材料。

磁畴磁材料是指晶体中存在着明显的磁畴并且沿着磁畴轴向呈多结构分布的材料。

单晶磁材料用于小型电动工具、制动器、声音电子元件、环路变压器、机械传动器、套管等方面。

磁畴磁材料用于高速电动机、高分辨率电磁开关、高强度电动工具、行星绕组等方面。

三、磁性材料的性能磁性材料的性能是指在不同的条件下，材料所表现出来的特殊物理性质，主要包括磁导率、磁饱和、剩磁、矫顽力、居里温度、热稳定性和加工性能等。

1. 磁导率磁导率是指在单位长度和单位磁场强度下，磁通量密度的变化量。

越大表示磁能的存储能力越大。

2. 磁饱和磁饱和是指在某个外磁场下，材料磁化强度达到最大值，同时材料的磁导率也达到最大值。

可编辑修改精选全文完整版一.磁性材料的基本特性1.磁性材料的磁化曲线磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场H作用下，必有相应的磁化强度M或磁感应强度B，它们随磁场强度H的变化曲线称为磁化曲线(M～H或B～H曲线)。

磁化曲线一般来说是非线性的，具有2个特点：磁饱和现象及磁滞现象。

即当磁场强度H足够大时，磁化强度M达到一个确定的饱和值Ms，继续增大H，Ms保持不变；以及当材料的M值达到饱和后，外磁场H降低为零时，M并不恢复为零，而是沿MsMr曲线变化。

材料的工作状态相当于M～H曲线或B～H曲线上的某一点，该点常称为工作点。

2.软磁材料的常用磁性能参数•饱和磁感应强度Bs: 其大小取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整齐排列；•剩余磁感应强度Br: 是磁滞回线上的特征参数,H回到0时的B值. 矩形比: Br/Bs；•矫顽力Hc: 是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷（杂质、应力等）；•磁导率m:是磁滞回线上任何点所对应的B与H的比值，与器件工作状态密切相关；•初始磁导率mi、最大磁导率mm、微分磁导率md、振幅磁导率ma、有效磁导率me、脉冲磁导率mp；•居里温度Tc: 铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降,达到某一温度时,自发磁化消失,转变为顺磁性, 该临界温度为居里温度. 它确定了磁性器件工作的上限温度；•损耗P: 磁滞损耗Ph及涡流损耗Pe P=Ph+Pe=af+bf2+cPeμf2t2/,r 降低磁滞损耗Ph的方法是降低矫顽力Hc；降低涡流损耗Pe的方法是减薄磁性材料的厚度t及提高材料的电阻率r；•在自由静止空气中磁芯的损耗与磁芯的温升关系为:总功率耗散（亳瓦特）/表面积（平方厘米）3.软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换•设计软磁器件通常包括三个步骤:正确选用磁性材料；•合理确定磁芯的几何形状及尺寸；•根据磁性参数要求，模拟磁芯的工作状态得到相应的电气参数。

磁性基本现象自发磁化：从“磁性来源”中我们了解到，某些原子的核外电子的自旋磁矩不能抵消，从而产生剩余的磁矩。

但是，如果每个原子的磁矩仍然混乱排列，那么整个物体仍不能具有磁性。

只有所以原子的磁矩沿一个方向整齐地排列，就象很多小磁铁首尾相接，才能使物体对外显示磁性，成为磁性材料。

这种原子磁矩的整齐排列现象，就称为自发磁化。

既然磁性材料内部存在自发磁化，那么是不是物体中所有的原子都沿一个方向排列整齐了呢？当然不是，否则，凡是钢铁等就会永远带有磁性，成为一块大磁铁，永远能够相互吸引了（实际上，两块软铁不会自己相互吸引）。

事实上，磁性材料绝大多数都具有磁畴结构，使得它们没有磁化时不显示磁性。

磁畴：所谓磁畴，是指磁性材料内部的一个个小区域，每个区域内部包含大量原子，这些原子的磁矩都象一个个小磁铁那样整齐排列，但相邻的不同区域之间原子磁矩排列的方向不同，如右图所示。

各个磁畴之间的交界面称为磁畴壁。

宏观物体一般总是具有很多磁畴，这样，磁畴的磁矩方向各不相同，结果相互抵消，矢量和为零，整个物体的磁矩为零，它也就不能吸引其它磁性材料。

也就是说磁性材料在正常情况下并不对外显示磁性。

只有当磁性材料被磁化以后，它才能对外显示出磁性。

下图为在显微镜中观察到的磁性材料中常见的磁畴形状，其中左面是软磁材料常见的条形畴，黑白部分因为不同的磁畴其磁矩方向不同而具有不同的亮度，它们的交界面就是畴壁；中间是树枝状畴和畴壁；右面是薄膜材料中可以见到的磁畴形状。

实际的磁性材料中，磁畴结果五花八门，如条形畴、迷宫畴、楔形畴、环形畴、树枝状畴、泡状畴等。

既然磁畴内部的磁矩排列是整齐的，那么在磁畴壁处原子磁矩又是怎样排列的呢？在畴壁的一侧，原子磁矩指向某个方向，假设在畴壁的另一侧原子磁矩方向相反。

那么，在畴壁内部，原子磁矩必须成某种形式的过渡状态。

实际上，畴壁由很多层原子组成。

为了实现磁矩的转向，从一侧开始，每一层原子的磁矩都相对于磁畴中的磁矩方向偏转了一个角度，并且每一层的原子磁矩偏转角度逐渐增大，到另一侧时，磁矩已经完全转到和这一侧磁畴的磁矩相同的方向。