磁介質(zhì)簡(jiǎn)介

在磁場(chǎng)作用下表現(xiàn)出磁性的物質(zhì)。物質(zhì)在外磁場(chǎng)作用下表現(xiàn)出磁性的現(xiàn)象稱(chēng)為磁化。所有物質(zhì)都能磁化，故都是磁介質(zhì)。按磁化機(jī)構(gòu)的不同，磁介質(zhì)可分為抗磁體、順磁體、鐵磁體、反鐵磁體和亞鐵磁體五大類(lèi)。在無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)抗磁體分子的固有磁矩為零，外加磁場(chǎng)后，由于電磁感應(yīng)每個(gè)分子感應(yīng)出與外磁場(chǎng)方向相反的磁矩，所產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)在介質(zhì)內(nèi)部與外磁場(chǎng)方向相反，此性質(zhì)稱(chēng)為抗磁性。順磁體分子的固有磁矩不為零，在無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)，由于熱運(yùn)動(dòng)而使分子磁矩的取向作無(wú)規(guī)分布，宏觀上不顯示磁性。在外磁場(chǎng)作用下，分子磁矩趨向于與外磁場(chǎng)方向一致的排列，所產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)在介質(zhì)內(nèi)部與外磁場(chǎng)方向一致，此性質(zhì)稱(chēng)為順磁性。介質(zhì)磁化后的特點(diǎn)是在宏觀體積中總磁矩不為零，單位體積中的總磁矩稱(chēng)為磁化強(qiáng)度。

實(shí)驗(yàn)表明，磁化強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比，比例系數(shù)χm稱(chēng)為磁化率?？勾朋w和順磁體的磁性都很弱，即cm很小，屬弱磁性物質(zhì)?？勾朋w的cm為負(fù)值，與磁場(chǎng)強(qiáng)度無(wú)關(guān)，也不依賴(lài)于溫度。順磁體的cm為正值，也與磁場(chǎng)強(qiáng)度無(wú)關(guān)，但與溫度成反比，即 cm =C/T，C稱(chēng)為居里常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度，此關(guān)系稱(chēng)為居里定律。

鐵磁體在低于一定溫度Tc時(shí)，內(nèi)部存在許多自發(fā)磁化的小區(qū)域，稱(chēng)為磁疇，磁疇具有磁有序結(jié)構(gòu)，同一磁疇內(nèi)分子磁矩同向。無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)不同磁疇的取向作無(wú)規(guī)分布，宏觀上不顯示磁性；在外磁場(chǎng)作用下磁疇轉(zhuǎn)向，宏觀體積內(nèi)的總磁矩不為零，內(nèi)部可產(chǎn)生與外磁場(chǎng)方向一致的、比外磁場(chǎng)要強(qiáng)得多的附加磁場(chǎng)。外磁場(chǎng)撤去后仍保留部分磁化強(qiáng)度。鐵磁體還具有磁滯現(xiàn)象（見(jiàn)鐵磁性）。鐵磁體屬?gòu)?qiáng)磁物質(zhì)，是應(yīng)用最廣的磁介質(zhì)。

反鐵磁體內(nèi)由于原子之間的相互作用使之與鐵磁體一樣具有磁有序結(jié)構(gòu)，相鄰自旋磁矩作反平行排列，大小恰好相抵消，因而不具有固有的自發(fā)磁化磁矩，此種性質(zhì)稱(chēng)為反鐵磁性。反鐵磁體具有較大的順磁磁化率，在一定溫度TN處存在磁化率的峰值，溫度大于TN時(shí)反鐵磁性消失而成為順磁體，臨界溫度TN稱(chēng)為奈耳溫度。在奈耳溫度TN處，反鐵磁體的熱脹系數(shù)和比熱容等均發(fā)生突變。錳、鐵、鈷、鎳等過(guò)渡族金屬的氧化物均是反鐵磁體。

亞鐵磁性與反鐵磁性具有相同的物理本質(zhì)，只是亞鐵磁體中反平行的自旋磁矩大小不等，因而存在部分抵消不盡的自發(fā)磁矩，類(lèi)似于鐵磁體。溫度高于某一數(shù)值Tc時(shí)，亞鐵磁體變?yōu)轫槾朋w，Tc稱(chēng)居里溫度。鐵氧體大都是亞鐵磁體。

從磁介質(zhì)的原子構(gòu)成，它們間的相互作用以及它們?cè)诖艌?chǎng)下的反應(yīng)，來(lái)討論六種磁介質(zhì)的性質(zhì)：

磁介質(zhì)抗磁性

抗磁性是所有材料都具有的。雖然它很弱。抗磁物質(zhì)由無(wú)凈磁矩的原子（即原子所有軌道層都充滿(mǎn)電子；沒(méi)有不成對(duì)的電子）它只有原子的電子繞軌道運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磁矩。在磁場(chǎng)作用下，電子受到羅侖茲力作用，使電子繞軌道運(yùn)動(dòng)的面積減少；等效于產(chǎn)生與磁場(chǎng)方向相反的磁矩。故稱(chēng)為抗磁性。材料在磁場(chǎng)作用下所產(chǎn)生的磁化強(qiáng)度 M=xH；這里x 稱(chēng)為磁化率； H 是外加磁場(chǎng)。因此，抗磁物質(zhì)的磁化率 x 是負(fù)的。x與溫度無(wú)關(guān)。

磁介質(zhì)順磁性

這類(lèi)物質(zhì)的原子軌道只有部分填充電子，故原子有凈磁矩。鐵原子是沒(méi)充滿(mǎn)的典型原子。如這些原子間又沒(méi)有相互作用，無(wú)外場(chǎng)時(shí)，整體的磁化強(qiáng)度為零（因每個(gè)原子磁矩混亂取向）。外加磁場(chǎng)時(shí)，原子磁矩部分取向；順磁體的磁化強(qiáng)度隨磁場(chǎng)增大而增大。故磁化率是正的。數(shù)學(xué)表達(dá)式為： M=xH； x>0，但x隨溫度升高而下降。這是溫度使每個(gè)原子磁矩傾向于混亂的原故。x(T)隨溫度的變化，稱(chēng)居里定律。順磁物質(zhì)磁化率的單位和抗磁的相同。粘土：x=13；富鐵粘土：x=65；黑云母：x=79 等是順磁性的物質(zhì)。

磁介質(zhì)鐵磁性

鐵磁性的原子都有剩磁矩，而且它們間相互交換作用十分強(qiáng)（來(lái)自電子間的交換力），引起原子磁矩平行取向。交換是由于二個(gè)電子自旋的相對(duì)取向所造成的交換力，是量子力學(xué)效應(yīng)。這種力很強(qiáng)；它相當(dāng)于1000 Tesla磁場(chǎng)的量級(jí)。或近似100 萬(wàn)倍地磁場(chǎng)的大小。鐵磁在無(wú)外磁場(chǎng)都有一凈磁化強(qiáng)度。Fe，Ni，Co 及其合金是鐵磁性的典型物質(zhì)。它有三個(gè)特性：（1）自發(fā)磁化強(qiáng)度（由自旋磁矩的大小決定）；（2）有一磁有序溫度（居里溫度）；在此溫度之上，變成磁無(wú)序（順磁性）（3），磁場(chǎng)去后，鐵磁物質(zhì)還保留剩余磁化強(qiáng)度（有磁滯）。順磁與鐵磁的主要性能比較：順磁磁化達(dá)飽和所需外場(chǎng)為10Tesla，鐵磁只需1Tesla。

鐵的氧化物由于晶體結(jié)構(gòu)形成較復(fù)雜的磁有序，稱(chēng)為亞鐵磁性。這種磁有序結(jié)構(gòu)由二種稱(chēng)A和B的磁次晶格組成，它們由氧陰離子隔開(kāi)，但通過(guò)氧離子進(jìn)行間接（超）交換作用。使二種次晶格的自旋反平行取向。由于亞鐵磁的二種次晶格的磁矩不相等，使整體物質(zhì)有一凈磁矩。此凈磁矩在外場(chǎng)下的行為和鐵磁性的相似。它也具有自發(fā)磁化強(qiáng)度，居里溫度，剩磁(磁滯）等。但鐵磁和反鐵磁卻有十分不同的磁有序結(jié)構(gòu)。Fe3O4是典型的亞鐵磁磁介質(zhì)。

磁介質(zhì)反鐵磁性

反鐵磁介質(zhì)內(nèi)，二種磁次晶格原子的磁矩的交換作用是負(fù)的，使得每個(gè)原子的磁矩方向都與其近鄰的每個(gè)原子的磁矩方向反平行，如果磁介質(zhì)內(nèi)二種次磁晶格的磁矩完全相等，則整體的凈磁矩為零。這種類(lèi)型的磁有序，稱(chēng)為反鐵磁性。它從零度至涅爾溫度之間的磁化率與順磁性的相近；在涅爾溫度時(shí)最大。

反鐵磁磁介質(zhì)一般為過(guò)渡金屬化合物，特別是氧化物。比較多的括，赤鐵礦，鉻，鐵錳合金和鎳的氧化物(NiO)等。

磁介質(zhì)超順磁性

把鐵磁或亞鐵介質(zhì)粉碎成納米尺寸的顆粒，其在磁場(chǎng)下的行為稱(chēng)超順磁性。因?yàn)檫@些納米磁性顆粒都各自有磁矩，但在溫度的熱運(yùn)動(dòng)下，它們是混亂取向的，在外磁場(chǎng)作用下，會(huì)形成一定的磁化強(qiáng)度。其行為類(lèi)似順磁性，但其磁化率則與鐵磁或亞鐵磁性的介質(zhì)相近。

綜合上面六類(lèi)磁介質(zhì)的性質(zhì)看；六類(lèi)中，只有抗磁性一種介質(zhì)的原子沒(méi)有剩余磁矩。其余五種磁介質(zhì)的原子都有剩余磁矩。但順磁介質(zhì)內(nèi)的原子沒(méi)有磁有序。其余的鐵磁，亞鐵磁，反鐵磁和超順磁介質(zhì)的原子都有磁有序結(jié)構(gòu)。 2100433B

外形是帶齒的板狀、齒板的齒角為110°，齒尖對(duì)齒尖排列的聚磁介質(zhì)。

《冶金學(xué)名詞》第二版。

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