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1、无机材料物理性能无机材料物理性能2008年年2月月5日日第二十四讲第二十四讲第七章第七章无机材料的磁学性能无机材料的磁学性能v物质的磁性物质的磁性 v磁畴与磁滞回线磁畴与磁滞回线 v铁氧体的磁性与结构铁氧体的磁性与结构 v磁性材料磁性材料n磁性磁性n磁矩磁矩磁矩是表示磁体本质的一个物理量。磁矩是表示磁体本质的一个物理量。任何一个封闭的电流都具有磁矩任何一个封闭的电流都具有磁矩。其方向与环形电流法线的方向一致，其方向与环形电流法线的方向一致，其大小为电流与封闭环形的面积的乘其大小为电流与封闭环形的面积的乘积积I IS S。物质的磁性物质的磁性物质的磁性物质的磁性物质的磁性物质的磁性n磁矩在磁场中
2、所受到的作用力在均匀磁场中，磁矩在磁场中所受到的作用力在均匀磁场中，磁矩受到磁场作用的力矩磁矩受到磁场作用的力矩n为了求得磁矩在磁场中所受的力，对一维情为了求得磁矩在磁场中所受的力，对一维情况可以写出况可以写出:n磁矩是表征磁性体磁性大小的物理量。磁矩是表征磁性体磁性大小的物理量。物质的磁性物质的磁性n磁化强度磁化强度磁化强度也是描述磁质被磁化后其磁性强磁化强度也是描述磁质被磁化后其磁性强弱的一个物理量。弱的一个物理量。称为磁化率或磁化系数称为磁化率或磁化系数 V为样品的体积为样品的体积,若外磁场已知，若外磁场已知，则则M可由力的测定计算出。可由力的测定计算出。n磁化强度的测定磁化强度的测定可
3、由实验测定。一小块磁体在外磁场中受力可由实验测定。一小块磁体在外磁场中受力物质的磁性物质的磁性n电子的磁矩电子的磁矩电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成 物质的磁性不是由电子的轨道磁矩引起，而物质的磁性不是由电子的轨道磁矩引起，而是主要由自旋磁矩引起是主要由自旋磁矩引起 孤立原子的磁矩决定于原子的结构孤立原子的磁矩决定于原子的结构 某些元素具有各层都充满电子的原子结构，某些元素具有各层都充满电子的原子结构，其电子磁矩相互抵消，因而不显磁性其电子磁矩相互抵消，因而不显磁性物质磁性的本质物质磁性的本质物质磁性的本质物质磁性的本质v“交换交换”作用作用处于不同
4、原子间的未被填满壳层上的电子处于不同原子间的未被填满壳层上的电子发生的特殊的相互作用称为发生的特殊的相互作用称为 “交换交换”作用作用 在晶体内，参与这种相互作用的电子已不在晶体内，参与这种相互作用的电子已不再局限于原来的原子，而是再局限于原来的原子，而是 “公有化公有化”了了 “交换能交换能”与晶格的原子间距有密切关系与晶格的原子间距有密切关系 物质磁性的本质物质磁性的本质交换能与铁磁能的关系交换能与铁磁能的关系v抗磁性抗磁性当磁化强度为负时，固体表现为抗当磁化强度为负时，固体表现为抗磁性磁性 Bi,Cu,Ag,Au Bi,Cu,Ag,Au 等金属具有这种性质等金属具有这种性质抗磁性物质的抗
5、磁性一般很微弱，抗磁性物质的抗磁性一般很微弱，磁化率一般约为磁化率一般约为-10-5，为负值，为负值 磁性的分类磁性的分类磁性的分类磁性的分类v顺磁性顺磁性顺磁性物质的主要特征是不论外加磁场是顺磁性物质的主要特征是不论外加磁场是否存在，原子内部存在永久磁矩否存在，原子内部存在永久磁矩 顺磁性物质的磁性除了与顺磁性物质的磁性除了与H有关外，还依有关外，还依赖于温度，其磁化率与绝对温度成反比赖于温度，其磁化率与绝对温度成反比 顺磁性物质的磁化率一般也很小，室温下顺磁性物质的磁化率一般也很小，室温下约为约为10-5 过渡元素、稀土元素、锕系元素，还有铝过渡元素、稀土元素、锕系元素，还有铝铂等金属，都
6、属于顺磁物质铂等金属，都属于顺磁物质 磁性的分类磁性的分类v铁磁性铁磁性有一类物质如有一类物质如Fe,Co,Ni，室温下磁化率可达室温下磁化率可达103数量级，这类物质的磁性称为铁磁性数量级，这类物质的磁性称为铁磁性铁磁性物质即使在较弱的磁场内，也可得到极铁磁性物质即使在较弱的磁场内，也可得到极高的磁化强度，而且当外磁场移去后，仍可保高的磁化强度，而且当外磁场移去后，仍可保留极强的磁性。各类磁性物质的留极强的磁性。各类磁性物质的-曲线示于下图曲线示于下图磁性的分类磁性的分类v铁磁性铁磁性铁磁体的铁磁性只在某一温度以下才表现出铁磁体的铁磁性只在某一温度以下才表现出来，超过这一温度，铁磁性消失。这
7、一温度来，超过这一温度，铁磁性消失。这一温度称为称为居里点居里点其磁化率与温度的关系服从居里其磁化率与温度的关系服从居里一外斯定律一外斯定律 磁性的分类磁性的分类v反铁磁性反铁磁性反铁磁性物质大反铁磁性物质大都是非金属化合物，都是非金属化合物，如如MnO。不论在什么温度不论在什么温度下，都不能观察到下，都不能观察到反铁磁性物质的任反铁磁性物质的任何自发磁化现象，何自发磁化现象，因此其宏观特性是因此其宏观特性是顺磁性的顺磁性的反铁磁性反铁磁性 O的自旋与左方的自旋与左方Mn+自旋方向相同。自旋方向相同。当右方的当右方的Mn2+的自旋方向相反时，系统的自旋方向相反时，系统有较低的能量，这是有较低的能量，这是Mn2+通过通过O的相互的相互作用出现的情况。激发态的出现，是作用出现的情况。激发态的出现，是O2提供了一个提供了一个2p电子导致的，而电子导致的，而p电子的电子的空间分布是空间分布是型，故型，故MOM间的夹角间的夹角为为180度时，间接交换作用最强，而度时，间接交换作用最强，而=90 时的作用最弱。超交换理论也可以时的作用最弱。超交换理论也可以说明铁氧体所具有的亚铁磁性说明铁氧体所具有的亚铁磁性.