第七章稀土磁化学与磁性材料

1、u近邻原子共用电子（交换电子），交换能Al当A大于零时，交换作用使得相邻原子磁矩平行排列，产生铁磁性（Iferromagnetism）。l当A小于零时，交换作用使得相邻原子磁矩反平行排列，产生反铁磁性（Antiferromagnetism）。 铁磁性物质铁磁性物质 具有极高的磁化具有极高的磁化率，磁化易达到饱和率，磁化易达到饱和的物质。的物质。如如Fe，Co， Ni， Gd等金属及其合金称等金属及其合金称为铁磁性物质。为铁磁性物质。 磁矩的排列与磁性的关系磁矩的排列与磁性的关系 铁磁性铁磁性磁场磁场 亚铁磁性物质亚铁磁性物质磁矩的排列与磁性的关系磁矩的排列与磁性的关系 亚铁磁性亚铁磁性磁场磁场

2、 如铁氧体如铁氧体(M2+Fe23+O4)等，等，是一些复杂的金属化合物，是一些复杂的金属化合物，比铁磁体更常见。比铁磁体更常见。 它们相邻原子磁矩反向平它们相邻原子磁矩反向平行，但彼此的强度不相等，行，但彼此的强度不相等，具有高磁化率和居里温度。具有高磁化率和居里温度。 顺磁性物质顺磁性物质 存在存在未成对电子未成对电子 永久永久磁矩。磁矩。Pr，MnAl，FeSO47H2O， Gd2O3 ；在居里温度以上的铁磁性在居里温度以上的铁磁性金属金属Fe, Co, Ni等。等。 居里温度居里温度 由铁磁性或亚由铁磁性或亚铁磁性转变为顺磁性的临铁磁性转变为顺磁性的临界温度称为居里温度界温度称为居里温

3、度(Tc)。顺磁性顺磁性磁场磁场 抗磁性物质抗磁性物质 不存在不存在未成对电子未成对电子 没有永没有永久磁矩。惰性气体，不久磁矩。惰性气体，不含过渡元素的离子晶体含过渡元素的离子晶体，共价化合物和所有的，共价化合物和所有的有机化合物，某些金属有机化合物，某些金属和非金属。和非金属。磁矩的排列与磁性的关系磁矩的排列与磁性的关系 反磁性反磁性磁场磁场 反 铁 磁 性 物 质反 铁 磁 性 物 质 FeO，FeF3，NiF3，NiO，MnO，各种，各种锰盐以及部分铁氧锰盐以及部分铁氧体体ZnFe2O4等，它们等，它们相邻原子的磁矩反相邻原子的磁矩反向平行向平行，而且彼此，而且彼此的的强度相等强度相等

4、，没有，没有磁性。磁性。反铁磁性反铁磁性磁场磁场 磁矩的排列与磁性的关系磁矩的排列与磁性的关系 （1）按化学组成分类）按化学组成分类金属磁性材料、非金属金属磁性材料、非金属(铁氧体铁氧体)磁性材料磁性材料（2）按磁化率大小分类）按磁化率大小分类顺磁性、反磁性、铁磁性、反铁磁性、亚铁磁顺磁性、反磁性、铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性性（3） 按功能分类按功能分类软磁材料、硬磁材料、半硬磁材料、矩磁材料、软磁材料、硬磁材料、半硬磁材料、矩磁材料、旋磁材料、压磁材料、旋磁材料、压磁材料、 磁泡材料、磁光材料、磁磁泡材料、磁光材料、磁记录材料记录材料宏观磁体由许多具有固有磁矩的原子组成。宏观磁体由许多具有固

5、有磁矩的原子组成。当原子磁矩同向平行排列时，宏观磁体对外显当原子磁矩同向平行排列时，宏观磁体对外显示的磁性最强。示的磁性最强。当原子磁矩紊乱排列时，宏观磁体对外不显示当原子磁矩紊乱排列时，宏观磁体对外不显示磁性。磁性。n宏观磁体单位体积在某一方向的磁矩称为宏观磁体单位体积在某一方向的磁矩称为磁化强度磁化强度M： M = 原子原子/ V（4）任何物质在外磁场作用下，除了外磁场任何物质在外磁场作用下，除了外磁场H外，外，由于物质内部原子磁矩的有序排列，还要产生一由于物质内部原子磁矩的有序排列，还要产生一个个附加的磁场附加的磁场M。在物质内部外磁场和附加磁场的总和称为在物质内部外磁场和附加磁场的总和

6、称为磁感磁感应强度应强度B： B = o(H+M) o - 真空磁导真空磁导率率 = M / H - 磁化率磁化率 = B / H - 磁导率磁导率 各类磁性物质各类磁性物质 与温度的关系与温度的关系a.a.抗磁性物质抗磁性物质 00（1010-3-3- -1010-6-6）随温度升高而降低随温度升高而降低c.c.铁磁性物质铁磁性物质1010-1-1- -10105 5数值很大，与温度的关系数值很大，与温度的关系复杂复杂d.d.亚铁磁性物亚铁磁性物质质同同c c同同c ce.e.反铁磁性物反铁磁性物质质00数值与顺磁性物质相近数值与顺磁性物质相近n磁畴：磁畴：磁性材料内部的一个个小区域，小区域

7、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。各个磁畴之间的交界面称为磁畴壁。n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。磁畴示意图磁畴示意图a、软磁材料条形畴 ；b、树枝状畴 ；c、薄膜材料中可以见到的磁畴 磁畴壁示意图Th2Ni17型结构属于六方晶系，空间群为P63mmc ，其中稀土占据b和d晶位，Co占据g，k，f，j晶位化合物化合物a,mc, mM

8、s,T(295K)Ha,Ka/mTc,KLa0.8821.2341.381600530Ce0.8761.2111.172080424Pr0.8801.2231.566000565Nd0.8801.2201.605840585Sm0.8801.2151.5212000616Gd0.8791.2090.891920661Tb0.8771.2050.7017600620Dy0.8761.2010.7112000598Ho0.8751.1990.816000573Er0.8731.1950.90640554Tm0.8731.1931.15640541Yb0.8711.1921.20524Lu0.870

9、1.1851.172080535Y0.8761.2001.412080565Th0.8801.2171.412080481RE2Fe14B化合物的晶体学和磁学数据ll德国的德国的E.Quandt等人设计的一种悬臂梁式磁致伸缩等人设计的一种悬臂梁式磁致伸缩微阀门，图微阀门，图3（a）和（）和（b）分别为阀门关闭和开启）分别为阀门关闭和开启时的示意图时的示意图,图图3(c)为阀的为阀的A向截面图。向截面图。為為美美國國一家公司生一家公司生產產的的揚揚聲聲器器轉換裝轉換裝置。置。這個這個看似看似鼠鼠標標的的東東西用西用處處很大，能很大，能把大多把大多數數平坦光滑的平坦光滑的堅堅硬硬物例如物例如牆牆体或家具表面体或家具表面變變成成揚聲揚聲器，用于播放音器，用于播放音樂樂和和語語音。它使用了一种美音。它使用了一种美國軍國軍方的方的聲納聲納材料，在磁材料，在磁場場作用下，能通作用下，能通過過膨膨脹脹或或收收縮縮，把音，把音頻頻信信號傳遞號傳遞到到平坦物体表面，平坦物体表面，從從而把而把這這些物体些物体變變成成傳聲傳聲板。板。 磁性液体在非均匀磁场中将聚集于磁性液体在非均匀磁场中将聚集于磁场梯度最大处磁场梯度最大处，因此利用外磁场可将磁性液体约束在密封部位形成磁性因此利用外磁场可将磁性液体约束在密封部位形成磁性液体液体“O”O”型