稀土精细化学品化学 2.pptVIP

第八章 稀土磁性材料 第一节 材料的磁性 一、材料磁性的来源 物质的磁性来于原子的磁矩。原子是由原子核和围绕核外运动的电子组成，原子磁矩由原子核磁矩和电子磁矩构成。因为原子核磁矩实际上是无穷小，在讨论问题时，可以忽略不计，因此，原子磁矩即核外运动的电子的磁矩。 过渡金属的原子具有未充满的3d电子层，可产生电子自旋磁矩;稀土金属原子具有未充满的4f电子层，并且被外层的5s，5d电子层屏蔽，可以产生更强的电子自旋磁矩和轨道磁矩。  设一个环形电流(强度为I)流过一个线圈(匝数为n ，长度为L)，在线圈内部产生磁场，其磁场强度H为:  H= n I /L (8 -1) 将一单匝测量线圈通过磁场运动，此时线圈中所产生的脉冲u (t)电压，只决定于线圈通过磁场运动时所切割的磁力线的多少。电 压对时间的积分得:  ∫ udt =φ (8 -2) 式中:φ一总磁通量，即包括了全部的磁力线。 如果线圈面积为A，则:  B=φ/A (8-3) 式中: B一磁通量密度，是通过垂直于磁场方向的单位面积的磁力线数。 磁场强度H愈高，磁通量密度B愈大，则  B=μH (8-4) 式中: μ一导磁系数。 导磁系数的大小与磁场所处的介质有关，在真空中，μ0为一个常数，即μ0 =4πX 10-7叫做磁场常数; 在其他介质中，μ= μr μ0 ，μr 为相对导磁系数。 B和B0的差值:  M=B- B0 = (μr -1) μ0 H= χ μ0 H 式中:M一磁化强度;  χ一磁化率 根据磁化率χ的大小及其变化规律，可把各物质的磁性分为逆 磁性、顺磁性、铁磁性、亚铁磁性、反铁磁性五类。 1.逆磁性(或称抗磁性) 如果物质的χ 0， μr l，且与温度无关，I χ I在10-6 -10-4之间，磁化强度M和磁场H方向相反，则该物质的磁性为逆磁性。 例如:惰性气体;不含过渡元素的离子晶体(如NaCl等) ;不含过渡族元素的共价键化合物(CO2)和所有的有机化合物;某些金属(如Bi、Zn、Cu、Ag，Au、Hg，Pb等)和某些非金属(Si、P、S等)。 2.顺磁性 如果物质的χ 0， μr l， χ值很小，在10-5 -10-3间，磁化强度M和磁场H方向相同，则该物质的磁性为顺磁性。 例如某些过渡元素的金属和合金以及含过渡元素的化合物(La、Pr、MnAl， AuMn3、MnSO4·4H2O、FeCl3，Gd2O3、PrCl3等) ;除Be以外的碱金属和碱土金属以及在居里温度以上的铁磁元素Fe、Ni、Co等。 3.铁磁性 如果物质的χ?0，在10-1 -10-5间，μr ?1，则该物质的磁性为铁磁性。 这类物质与上两类相比，是一种磁性很强的物质。我们所说的磁性材料，主要指这类物质。 逆磁物和顺磁物，只有在外磁场的作用下，才显其逆磁和顺磁性。 而铁磁物，即使无外磁场的存在，它们中的元磁体也会定向排列，这叫做“自发磁化”。 铁磁性是通过相邻晶格结点原子的电子壳层的相互作用而引起的。 这种相互作用致使原子磁矩定向平行排列，并产生自发磁化现象。 铁磁体内这些自发磁化的区域，叫做“磁畴”。 外磁场作用，促使磁畴磁化成同一方向，即表现出宏观的磁化强度。 铁磁材料只有在铁磁居里温度以下，才具有铁磁性;在居里温度以上，就会转变为呈顺磁性。 例如铁的居里温度Tc = 768℃ ，当T Tc时，呈顺磁性。 这是因为促使原子磁矩定向排列的相互作用力并不很强，受晶体热运动的干扰，最终消失，内部原子磁矩定向排列遭到破坏，铁磁性消失。 在外磁场作用下，磁化过程不可逆性，即所谓的磁滞现象。人们往往利用这种现象，来为人类服务。 4.反铁磁性 如果物质的χ0，一般在10-5-10-3之间，μr 1，则该物质的磁性为反铁磁性。 反铁磁性材料有一个显著特点，就是χ在临界温度时出现极大值，这个