精细化工之磁性材料

1、精细化工精细化工-磁性材料磁性材料我国对精细化工产品的分类我国对精细化工产品的分类（1986年由化工部制定）年由化工部制定） (1) 农药；农药； (2) 染料；染料； (3) 涂料涂料(包括油漆和油墨包括油漆和油墨)； (4) 颜料；颜料； (5) 试剂和高纯物；试剂和高纯物； (6) 磁性材料等能接受电磁波的化学品；磁性材料等能接受电磁波的化学品； (7) 食品和饲料添加剂；食品和饲料添加剂； (8) 粘合剂；粘合剂； (9) 催化剂和各种助剂；催化剂和各种助剂； (10) 化学药品化学药品(原料药原料药)和日用化学品；和日用化学品； (11) 功能高分子材料功能高分子材料(包括功能膜、偏

2、光材料等包括功能膜、偏光材料等)。磁学是一门即古老又年轻的学科司南（战国时期）司南（战国时期）司南司南利用天然磁石琢磨而成利用天然磁石琢磨而成,样子像一把勺，重心位于底部正中，样子像一把勺，重心位于底部正中，底盘光滑，四周刻有二十四向，使用时把长勺放在底盘上，用底盘光滑，四周刻有二十四向，使用时把长勺放在底盘上，用手轻拨，停下后长柄就指向南方。手轻拨，停下后长柄就指向南方。司南司南指南车指南车指南鱼指南鱼“若遇天景噎（阴暗）霾，夜色瞑黑，又不能辨若遇天景噎（阴暗）霾，夜色瞑黑，又不能辨方向方向出指南车或指南鱼，以辨所向出指南车或指南鱼，以辨所向鱼法，鱼法，用薄铁叶剪裁，长二寸阔五分，首尾锐如鱼

3、形，用薄铁叶剪裁，长二寸阔五分，首尾锐如鱼形，置炭中烧之，候通赤，以铁钤钤鱼首出火，以尾置炭中烧之，候通赤，以铁钤钤鱼首出火，以尾正对子位，蘸水盆中，没尾数分则止，以密器收正对子位，蘸水盆中，没尾数分则止，以密器收之。用时置水碗于无风处，平放鱼在水面令浮，之。用时置水碗于无风处，平放鱼在水面令浮，其首常南向午也其首常南向午也”。 北宋北宋 曾公亮与丁度编撰的曾公亮与丁度编撰的武经总要武经总要 （1044年）年）关于指南针的应用和制作方法的记载关于指南针的应用和制作方法的记载“舟师识地理，夜者观星，昼者舟师识地理，夜者观星，昼者观日。阴晦观指南针。观日。阴晦观指南针。” 北宋人北宋人 朱或朱或

4、萍洲可谈萍洲可谈指南针为什么不叫指北针？指南针为什么不叫指北针？磁性与磁性材料发展史 指南针指南针 司马迁司马迁史记史记描述黄帝作战用描述黄帝作战用 1086年年 宋朝沈括宋朝沈括梦溪笔谈梦溪笔谈指南针的制造方法等指南针的制造方法等 1119年年 宋朝朱或宋朝朱或萍洲可谈萍洲可谈 罗盘用于航海的记载罗盘用于航海的记载 磁石磁石 最早的著作最早的著作De Magnete W.Gibert 18世纪世纪 奥斯特奥斯特 电流产生磁场电流产生磁场 法拉弟效应法拉弟效应 在磁场中运动导体产生电流在磁场中运动导体产生电流 安培定律构成电磁学的基础安培定律构成电磁学的基础 , 电动机、发电机等开创现代电气工

5、业电动机、发电机等开创现代电气工业 1907年年 P.Weiss的磁畴和分子场假设的磁畴和分子场假设 1919年年 巴克豪森效应巴克豪森效应 1928年年 海森堡模型，用量子力学解释分子场起源海森堡模型，用量子力学解释分子场起源 1931年年 Bitter在显微镜下直接观察到磁畴在显微镜下直接观察到磁畴 1933年年 加藤与武井发现含加藤与武井发现含Co的永磁铁氧体的永磁铁氧体 1935年年 荷兰荷兰Snoek发明软磁铁氧体发明软磁铁氧体 1935年年 Landau和和Lifshitz考虑退磁场，考虑退磁场， 理论上预言理论上预言 了磁畴结构了磁畴结构 1946年年 Bioembergen发现

6、发现NMR效应效应 1948年年 Neel建立亚铁磁理论建立亚铁磁理论 1954-1957年年 RKKY相互作用的建立相互作用的建立 1958年年 Mssbauer效应的发现效应的发现 1964年年 Kondo effect 近藤效应近藤效应 1965年年 Mader和和Nowick制备了制备了CoP铁磁非晶态合金铁磁非晶态合金 1970年年 SmCo5稀土永磁材料的发现稀土永磁材料的发现 1984年年 NdFeB稀土永磁材料的发现稀土永磁材料的发现 Sagawa(佐川佐川) 1986年年 高温超导体，高温超导体，Bednortz-muller 1988年年 巨磁电阻巨磁电阻GMR的发现的发现

7、, M.N.Baibich 1994年年 CMR庞磁电阻的发现，庞磁电阻的发现，Jin等等La1-xCaxMnO3 1995年年 隧道磁电阻隧道磁电阻TMR的发现的发现, T.Miyazaki磁学内容是不断与诺贝尔奖得主结缘的学科从1902 年度的塞曼(P.Zeeman) 洛论茨(H.A.Lorentz) 到后来的居里夫妇(P.Curie and M.Curie) ，爱因斯坦(A.Einstein) ，玻尔(N.H.D.Bohr) ，海森堡(W.K.Heisenberg) ，斯特恩(O.Stern) ，拉比(I.I.Rabi)，泡利(W.Pauli) ，布洛赫(F.Bloch) ，铂塞尔(E.

8、M.Purcell) ，库什(P.Kusch) ，穆斯堡尔(R.L.Mssbauer) ，朗道(L.D.Landau) ，阿尔芬(H.O.G.Alfven) ，奈尔(L.E.F.Neel) ，范费莱克(J.H.Van Vleck) ，莫特(Sir.N.F.Mott) ，菲利浦. 安德逊(P.W.Anderson) ，克里福德. 沙尔(C.G.Shull) ，伯特伦.N.布洛克豪斯(B.N.Brouhouse) ，崔琦（Daniel CheeTsui），罗伯特.劳克林（RobetLauclin），霍斯特.施特默（HosterStermou），直到2003年度关于核磁共振成像成就的得主劳特伯（Pa

9、ul C. Lauterbur），曼施费尔德(Peter Mansfield)，阿尔贝费尔，彼得格林贝格尔 现代磁学与其他学科的交叉软磁材料软磁材料例如对于变压器，在线圈中加入磁芯后，将磁通例如对于变压器，在线圈中加入磁芯后，将磁通限制在低磁阻的磁芯内，用较小激励电流，产生限制在低磁阻的磁芯内，用较小激励电流，产生比没有磁芯时大得多的磁通，这就大大减少了电比没有磁芯时大得多的磁通，这就大大减少了电磁元件的体积。因此，加磁芯的基本目的是为链磁元件的体积。因此，加磁芯的基本目的是为链合或耦合两个或多个磁单元的磁通，提供容易通合或耦合两个或多个磁单元的磁通，提供容易通过的路径，将磁源和磁过的路径，将

10、磁源和磁“负载负载”连接起来，作为连接起来，作为磁通磁通“汇流条汇流条”，同时减少磁元件的体积。，同时减少磁元件的体积。 共模电感铁芯共模电感铁芯 磁放大器铁芯磁放大器铁芯 漏电保护开关互感器铁芯漏电保护开关互感器铁芯 大功率开关变压器铁芯大功率开关变压器铁芯 深圳市天为科技有限公司深圳市天为科技有限公司 磁带磁带 磁盘磁盘 磁卡磁卡磁记录媒体的分类：磁记录媒体的分类： 磁带结构图示磁带结构图示 磁记录介质磁记录介质 磁头磁头磁盘结构磁盘结构4.4 MbyteIBM RAMAC 19552 kbits/in250 x24” dia disks 80 Gbyte Seagate U series

11、 200132.6 Gbits/in22 x 3.5” ”glass disks1996年 数字式Video磁盘的商品化。1998年，美国IBM开始采用GMR磁头量产3.5英寸台式电脑硬盘，东芝也开始供应配备该磁头的2.5英寸笔记本电脑硬盘样品。当时的面记录密度约为3Gbit/平方英寸 2004年 东芝垂直磁记录微硬盘（MK4007GAL，133GBit/in2)2005年 希捷垂直磁记录硬盘商业化（130GBit/in2)磁弹性材料磁弹性材料磁性材料在磁场的作用磁性材料在磁场的作用下形状发生改变，具体下形状发生改变，具体表现可为长度上的伸长表现可为长度上的伸长或缩短，体积上的膨胀或缩短，体积

12、上的膨胀和收缩和收缩磁弹性材料应用模型磁弹性材料应用模型磁电阻材料磁电阻材料磁性材料的电阻在磁场的作用下发生改变的现象磁性材料的电阻在磁场的作用下发生改变的现象Magnetoresistance (MR)磁制冷材料磁制冷材料磁制冷是一种以磁性材料为工质的制冷技术磁制冷是一种以磁性材料为工质的制冷技术 ，基本原理，基本原理是借助磁制冷材料的磁热效应（是借助磁制冷材料的磁热效应（magnetocaloric effect）即磁制冷材料等温磁化时向外界放出热量，而等温退磁即磁制冷材料等温磁化时向外界放出热量，而等温退磁时从外界吸取热量，以达到制冷目的时从外界吸取热量，以达到制冷目的 环境友好：无环境

13、污染和破坏环境友好：无环境污染和破坏高效节能高效节能: 卡诺循环效率可达到卡诺循环效率可达到 6070稳定可靠稳定可靠磁流体磁流体磁流体又称磁性液体或铁流体。是一种对磁流体又称磁性液体或铁流体。是一种对磁场磁场敏感敏感可可流动的液体磁性材料。流动的液体磁性材料。它是将掺入到载液中的铁磁性微粒（它是将掺入到载液中的铁磁性微粒（10nm）用分）用分散剂均匀地分散，使成为某种具有流动性的悬浮状的散剂均匀地分散，使成为某种具有流动性的悬浮状的胶态液体。这种液体具有在通常离心力和磁场作用下胶态液体。这种液体具有在通常离心力和磁场作用下即不沉降和凝集又能使其本身承受磁性可以被磁铁所即不沉降和凝集又能使其本

14、身承受磁性可以被磁铁所吸引的特性。吸引的特性。 用纳米金属及合金粉末生产的磁流体性能优异，可广泛应用于密封减震、医疗器械、声音调节、光显示等领域。宇航员头盔的密封是纳米宇航员头盔的密封是纳米磁性材料的磁性材料的最早重要应用之一最早重要应用之一- -磁性磁性液体液体许多生物体内就有天然的纳米磁性粒子，如磁性细菌，鸽子，海豚，石鳖，蜜蜂，人的大脑等生物磁性生物磁性19751975年即发现在磁性细菌体内有一排磁性纳米粒子年即发现在磁性细菌体内有一排磁性纳米粒子磁性纳米粒子具有导航作用磁性纳米粒子具有导航作用蜜蜂腹部的磁性纳米颗粒，蜜蜂腹部的磁性纳米颗粒，G代表磁性颗粒。代表磁性颗粒。对地磁场的准确定

15、位，判断磁偏角和磁倾角对地磁场的准确定位，判断磁偏角和磁倾角石鳖齿舌中含有大量一维纳米磁性丝石鳖齿舌中含有大量一维纳米磁性丝一维纳米丝的丝由许多磁性柱构成，柱内是单畴粒子的集合。一维纳米丝的丝由许多磁性柱构成，柱内是单畴粒子的集合。其生物功能未必只是加强齿舌的耐磨性。其生物功能未必只是加强齿舌的耐磨性。磁性材料的应用电磁炉电磁炉 电磁炉的内部有一个金属线圈，当电流通过线圈时，会产生磁场。这电磁炉的内部有一个金属线圈，当电流通过线圈时，会产生磁场。这一随时间变化的磁场导致在金属煲内产生一感应电场。金属煲内的电子受一随时间变化的磁场导致在金属煲内产生一感应电场。金属煲内的电子受电场影响进行运动。由

16、于有电阻，电子运动时会放出大量热能，这些热能电场影响进行运动。由于有电阻，电子运动时会放出大量热能，这些热能便可用作煮食。便可用作煮食。 金属煲的电阻必须足够大，才能产生足够的热量，所以一般只能选用金属煲的电阻必须足够大，才能产生足够的热量，所以一般只能选用铁和不不锈钢煲，铜煲就不大可能，更不能用玻璃、陶瓷、塑料等。铁和不不锈钢煲，铜煲就不大可能，更不能用玻璃、陶瓷、塑料等。 特点： 直接发热，热效率高达90% 炉面无明火，无烟无废气 电磁火力强劲，安全可靠磁悬浮列车 上海磁悬浮列车上海磁悬浮列车 平均时速平均时速300300公里公里/ /小时，最高时速小时，最高时速430430公里公里/ /小时小时 磁悬浮列车是运用磁铁“同性相斥，异性相吸”的性质，使磁铁具有抗拒地心引力的能力，使列车完全脱离轨道而悬浮行驶，成为“无轮”列车。 磁悬浮列车也有两种相应的形式：一种是电磁型，也称吸力型、常导型。另一种是电动型，也称斥力型、超导型。 磁悬浮列车原理磁悬浮列车原理 两种磁悬浮列车系统的结构示意图：(a)电磁型；(b)电动型 隐身飞机隐身飞机 F117隐形战斗机 为了躲避敌方雷达的监测，在飞机表面涂一层特殊的磁性材料吸波材料，它可以吸收雷达发射的电磁波，使得雷达电磁波很少发生反射，因此敌方雷达无法探测到雷达回波，不能发现飞机，这就