Классификация материалов по магнитным свойствам

1. Классификация материалов по магнитным свойствам

1.
2.
3.
4.
5.
Диамагнетики
Парамагнетики
Ферромагнетики
Антиферромагнетики
Ферримагнетики
1

2. Диамагнетики

• Вещества, намагничивающиеся против направления
внешнего магнитного поля.
• В отсутствие внешнего магнитного поля
диамагнетики немагнитны.
• Под действием внешнего магнитного поля каждый
атом диамагнетика приобретает магнитный момент I,
пропорциональный магнитной индукции B и
направленный навстречу полю. Поэтому магнитная
восприимчивость χ = I/B у диамагнетиков всегда
отрицательна.
• По абсолютной величине диамагнитная
восприимчивость χ мала и слабо зависит как от
напряжённости внешнего магнитного поля, так и от
температуры.
2

3. Примеры диамагнетиков

• инертные газы, водород, азот
• многие жидкости (вода, нефть и ее производные)
• ряд металлов (медь, серебро, золото, цинк, ртуть,
галлий и др.)
• большинство полупроводников (кремний, германий,
бор) и органических соединений
• щелочно-галоидные кристаллы, неорганические
стекла и др.
• Диамагнетиками являются все вещества с
ковалентной химической связью и вещества в
сверхпроводящем состоянии.
• Человек в магнитном поле ведет себя как
диамагнетик.
3

4. Парамагнетики

• Вещества с положительной магнитной
восприимчивостью, не зависящей от напряженности
внешнего магнитного поля.
• Парамагнетики намагничиваются во внешнем
магнитном поле в направлении внешнего магнитного
поля.
• Парамагнетики относятся к слабомагнитным
веществам, магнитная проницаемость
незначительно отличается от единицы.
• Атомы (молекулы или ионы) парамагнетика
обладают собственными магнитными моментами,
которые под действием внешних полей
ориентируются по полю и тем самым создают
результирующее поле, превышающее внешнее.
• В отсутствие внешнего магнитного поля
парамагнетик не намагничен.
4

5. Примеры парамагнетиков

• Кислород
• Окись азота
• Щелочные и щелочноземельные металлы, а
также сплавы этих металлов
• Некоторые переходные металлы
• Соли железа, кобальта, никеля и
редкоземельных элементов
• Алюминий, платина, натрий, магний, тантал,
вольфрам
• CaO, CoO, оксид марганца (MnO)
• Хлорное железо (FeCl2) и другие.
5

6. Ферромагнетики

• Вещества с большой положительной магнитной
восприимчивостью (до 106), которая сильно зависит от
напряженности магнитного поля и температуры.
• При не слишком высоких температурах
ферромагнетики обладают самопроизвольной
(спонтанной) намагниченностью, которая сильно
изменяется под влиянием внешних воздействий.
• Ниже определённой критической температуры (точки
Кюри) в ферромагнетиках устанавливается дальний
ферромагнитный порядок магнитных моментов атомов
или ионов или моментов коллективизированных
электронов.
• Иными словами, ферромагнетик — такое вещество,
которое при охлаждении ниже определённой
температуры приобретает магнитные свойства.
6

7. Примеры ферромагнетиков

• Переходные элементы железо, кобальт и никель, их соединения
и сплавы.
• Редкоземельные металлы гадолиний, тербий, диспрозий,
гольмий, эрбий, тулий.
• Металлические бинарные и более сложные сплавы (сплавы
марганца, серебра, алюминия и других) и соединения
упомянутых металлов между собой и с другими
неферромагнитными элементами.
• Сплавы и соединения хрома и марганца с неферромагнитными
элементами (так называемые Гейслеровы сплавы)
• Некоторые соединения металлов группы актиноидов.
• Аморфные (метастабильные) металлические сплавы и
соединения
• Аморфные полупроводники
• Органические и неорганические стёкла
• Халькогениды (сульфиды, селениды, теллуриды) и т. п.
7

8. Примеры ферромагнетиков (редкоземельные металлы - гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий)

8

9. Антиферромагнетики

• Вещества, в которых ниже некоторой
температуры спонтанно возникает
антипараллельная ориентация
элементарных магнитных моментов
одинаковых атомов или ионов
кристаллической решетки.
• При нагревании антиферромагнетик
испытывает фазовый переход в
парамагнитное состояние.
9

10. Примеры антиферромагнетиков

• Хром, марганец, цезий, неодим,
самарий и ряд редкоземельных
элементов.
• Простейшие химические соединения на
основе металлов переходной группы
типа окислов, галогенидов, сульфидов,
карбонатов MnSe, FeCl2, FeF2, CuCl2,
MnO, FeO, NiO.
10

11. Примеры антиферромагнетиков (хром, марганец, цезий, неодим, самарий)

11

12. Ферримагнетики

Вещества, магнитные свойства которых обусловлены
нескомпенсированным антиферромагнетизмом.
Высокая магнитная восприимчивость, которая существенно зависит от
напряженности магнитного поля и температуры.
У ферримагнетиков магнитные моменты атомов различных
подрешёток ориентируются антипараллельно, как и в
антиферромагнетиках, но моменты различных подрешёток не равны,
и, тем самым, результирующий момент не равен нулю.
Ферримагнетики характеризуются спонтанной намагниченностью.
Ферримагнетики можно рассматривать как нескомпенсированные
антиферромагнетики (у них магнитные моменты атомов не
компенсированы).
Свое название эти материалы получили от ферритов — первых
некомпенсированных антиферромагнетиков, а магнетизм ферритов
назвали ферримагнетизмом. У ферритов доменная структура, как и у
ферромагнетиков, образуется при температурах ниже точки Кюри.
12

13. Примеры ферримагнетиков

• Некоторые упорядоченные
металлические сплавы
• Различные оксидные соединения,
среди которых наибольший
практический интерес представляют
ферриты.
13

14. Ферриты

• Ферриты (оксиферы) - химические
соединения оксида
железа Fe2O3 с оксидами других металлов,
обладающие уникальными магнитными свойствами,
сочетающие высокую намагниченность и
полупроводниковые или диэлектрические свойства,
благодаря чему они получили широкое применение
как магнитные материалы в радиотехнике,
радиоэлектронике, вычислительной технике.
Различают ферриты - шпинели, ферриты - гранаты,
ортоферриты и гексаферриты.
14

15. Ферриты-шпинели Ферриты-шпинели имеют структуру минерала шпинели с общей формулой MeFe2O4

15

16. Ферриты-гранаты Монокристаллы феррита граната (ФГ) -Re3Fe5O12 (Re-редкоземельный катион) широко используются как

Ферриты-гранаты
Монокристаллы феррита граната (ФГ) -Re3Fe5O12 (Re-редкоземельный
катион) широко используются как магнитооптические материалы в СВЧ
технике, оптоэлектронике, аппаратуре магнитной записи и др.
16

17. Ортоферриты ферриты редкоземельных элементов, кристаллизующиеся в структурном типе перовскита с общей формулой MFeO3, где М –

редкоземельный ион.
17

18. Гексаферриты ферриты с гексагональной кристаллической структурой. Наиболее распространены гексаферриты с формулой (МО)(Fe2О3)6,

где М - Ва, Sr или Pb.
18

19. Направления магнитных моментов атомов в отсутствие внешнего магнитного поля при 0°К в веществах разной магнитной природы

19

20. Классификация магнитных материалов, применяемая в электронной технике

1.
2.
Магнитотвердые - материалы с большой
коэрцитивной силой Нс. Они перемагничиваются
лишь в очень сильных магнитных полях и служат
для изготовления постоянных магнитов.
Магнитомягкие - материалы с малой коэрцитивной
силой и высокой магнитной проницаемостью. Они
обладают способностью намагничиваться до
насыщения в слабых магнитных полях,
характеризуются узкой петлей гистерезиса и
малыми потерями на перемагничивание.
Магнитомягкие материалы используются в
основном в качестве различных магнитопроводов:
сердечников дросселей, трансформаторов,
электромагнитов, магнитных систем
электроизмерительных приборов и т. п.
20

21. Содержание металлов и элементов в Земной коре

Медь = 0,01 %
Серебро = 4*10-6 %
Олово = 6*10-4 %
Титан = 0,58 %
Магний = 1,94 %
Золото = 5*10-7 %
Бериллий = 5*10-4 %
21

22.

Цинк = 2*10-2 %
Железо = 4,5 %
Алюминий = 7,5 %
Кремний = 25,7 %
Свинец = 8*10-4 %
Хром = 3,3*10-2 %
Никель = 1,8*10-2 %
22