Магнитные и диэлектрические материалы

Магнитные и диэлектрические материалы
Некоторые основные понятия магнетизма
магнитная индукция B в материале, помещенном в магнитное поле с
напряженностью H:
B  H  4  M об
Mоб – объемный магнитный момент материала
магнитная проницаемость материала
B

H
M об
магнитная восприимчивость материала  
H
  1  4  
Диамагнетик : χ<0
Парамагнетик : χ>0
Ферромагнетик : χ>>0
Диамагнетизм – универсален (наведенный магнитный момент),
но слаб
Пара-, ферромагнетизм – магнитные моменты атомов или ионов
(наличие неспаренных d или
f – электронов)
Антиферро- и ферримагнетизм
Температурная зависимость магнитной восприимчивости
Tc – температура Кюри
TN – температура Нееля
Закон Кюри – Вейсса (для ПМ):
C

T 
Tc ферромагнетиков – простых в-в
Fe
Ni
Dy
1043 K
627 K
105 K
Co
Gd
1388 K
293 K
Основные магнитные параметры ФМ материала
Ms – намагниченность насыщения
Mr – остаточная намагниченность
Hc – коэрцитивная сила
Магнитная энергия – площадь петли
Mr
Ms
Магнетосопротивление
прямоугольность петли гистерезиса
MR= [R(0)-R(H)]/R(0)
Химический состав магнитных материалов
- металлы и сплавы Fe, Fe-C, Ni, Co, некоторые РЗЭ, SmCo5, Nd2Fe14B
-оксиды (сложные оксиды) металлов (ферриты)
суперобменное взаимодействие => атомы металла в одной подрешетке – АФМ
(-Fe2O3, NiO, CoO, FeO, MnO)
атомы металла в разных подрешетках –
ферримагнетики
шпинели AFe2O4 (A = Mg, Mn, Ni, Co, Zn, Cu, Fe), -Fe2O3
гранаты A3Fe5O12 (A=РЗЭ с r>0.114 нм)
ортоферриты AFeO3 (A = РЗЭ)
гексагональные ферриты М-гексаферрит AFe12O19 (A = Ba, Sr, Pb)
-халькошпинели – магнитные полупроводники
Магнитные жидкости
2FeCl3 + FeCl2 + 8NH3 + 4H2O => Fe3O4 + 8NH4Cl
+ олеиновая кислота – лиофилизация, предотвращение
агломерации наночастиц
гипертермия (раковых клеток), доставка лекарств
требования к материалу: нетоксичность, величина Tc
Магнитные нанокомпозиты:
немагнитная матрица / магнитное включение с упорядоченным
распределением включений – высокоплотная магнитная запись
магнитная матрица / немагнитное включение – повышение Hc
Сегнетоэлектрики
Ps – поляризация насыщения
Pr – остаточная поляризация
Ec – коэрцитивное поле
Структура перовскита
BaTiO3 : Ti-O 0.195 нм
возм. смещение Ti до 0.01 нм
Tc
BaTiO3
120oC
KNbO3
434oC
PbTiO3
490oC
LiNbO3
1210oC
Pb(ZrxTi1-x)O3
от 220 (x=0.95) до
490oC (x=0)
KNaC4H4O6*4H2O 24oC
сегнетова соль
Применение сегнетоэлектриков
конденсаторы C 
0 S
d
у СЭ ε~104
пироэлектрики (ΔP ΔT) – детекторы теплового излучения
Пьезоэлектрики (ΔP σ) – взаимопреобразование механической
и электрической энергии
звукосниматели, звукогенераторы,
устройства зажигания, …