钴铁氧体的各向异性与磁致伸缩研究
钴铁氧体磁性纳米粉体
溶胶-凝胶法钴铁氧体磁性微粉具有独特的物理、化学特性，催化特性与磁特性。
如矫顽力和电阻率可达到比磁性合金高几十倍的水平，高频磁导率较高，单元铁氧体在室温下的磁晶各向异性常数高达约2.7×10 J·m，在可见光区有较大的磁光偏转角，化学性能稳定且耐蚀、耐磨，因而可以将其粉体粒径与直流磁化参数调节到合适的范围用作磁记录介质，以保证在足够信噪比条件下不断提高记录密度。
钴铁氧体磁性微粉还可以作为一种重要的微波吸收剂使用，这主要是因为在微波频率C波段与Ku波段能保持较高的复数磁导率。
目前钴铁氧体磁性微粉合成方法主要有氧化物法、盐类分解法、化学共沉淀法、溶胶-凝胶法等。
其中溶胶-凝胶法实验操作简单，便于对材料进行离子掺杂以改善其性能，具有前躯体分解和氧化物形成温度都很低，反应物在合成过程中处于高度均匀分散状态，可获得纳米级的粉体等优点，在实现产业化方面有较强的竞争优势实验部分1.1纳米CoFe2O3的制备将CoCl-2·6HO与FeCl-3·4HO按一定摩尔比投料，加入柠檬酸，溶于少量水中磁力搅拌1 h，生成红色溶胶。
再加入少量聚乙二醇，用乙醇稀释至总金属离子浓度为0.1 mol·L，继续磁力搅拌2 h，超声0.5 h，使体系充分均匀。
1.2分析与测定采用梅特勒-托利多TGA/SDTA热重分析仪对比分析热分解反应过程，用A V A TAR360（Nicolet）红外光谱仪分析掺杂微粉结构，用SIEMENS-D-500X射线衍射仪分析钴铁氧铁微粉物相及粒度，用VBH-55型震动样品磁强计测定比饱和磁化强度和矫顽力。
采用MettlerToledo公司热重分析仪对干凝胶进行热重分析，采用Siemens公司X射线衍射仪分析产物的晶体结构，采用Ricoh公司透射电镜研究产物的形貌，采用南京大学仪器厂震动样品磁强计研究产物的磁性。
343 K下蒸发稀溶胶直至得到深褐色凝胶，红外箱中烘干，破碎后分别于473 K，523 K，673 K和773 K下灼烧2 h，进行XRD和IR分析；在773~923 K 范围内不同温度下焙烧样品，并分别灼烧1 h和2 h，进行粒度分析；对产物进行透射电镜分析和磁性分析。
材料磁性与磁致伸缩效应的研究
材料磁性与磁致伸缩效应的研究材料的磁性一直是材料科学研究的一个重要方向。
磁性材料的磁致伸缩效应是指在磁场作用下，材料会发生形变，这种形变与磁场的强度和方向密切相关。
磁致伸缩效应的研究不仅有助于深入理解材料的磁性行为，还可以为磁致伸缩材料在传感器、驱动器和可调节材料等领域的应用提供理论依据。
要研究材料的磁性和磁致伸缩效应，首先需要寻找具有磁性的材料。
传统上，铁、镍和钴等过渡金属是常见的磁性材料。
近年来，随着磁性材料的不断发展，科学家们发现了更多磁性材料，如铁氧体、钕铁硼等。
这些磁性材料具有不同的磁矩排列方式和磁化行为，因此可以用于研究不同类型的磁致伸缩效应。
磁致伸缩效应的研究需要利用实验手段来测量和观察材料在磁场中的变化。
一种常用的实验方法是通过霍尔效应来测量材料的磁致伸缩效应。
霍尔效应是材料在磁场中电阻发生变化的现象，通过测量这种电阻的变化可以推断材料的磁致伸缩效应。
除了实验手段，理论模拟也是研究磁致伸缩效应的重要方法之一。
通过建立材料的电子结构模型和磁场相互作用模型，可以通过计算来推导材料在磁场中的形变行为。
这种理论模拟有助于深入理解材料的磁致伸缩效应的本质，以及磁场对材料的控制作用。
在材料科学领域，这种理论模拟可以为磁致伸缩材料的设计和应用提供重要的指导。
磁致伸缩效应不仅在基础研究中具有重要意义，还被广泛应用于实际生活中。
磁致伸缩材料在传感器领域有着重要的应用。
例如，磁性材料的磁致伸缩效应可以用于制作压力传感器，通过测量材料在磁场中的形变来间接测量压力的变化。
此外，磁致伸缩材料还可以用于制作驱动器和可调节材料。
通过控制材料在磁场中的形变，可以实现对材料性能的调节和控制。
在磁致伸缩材料的应用中，研究材料的磁性和磁致伸缩效应的机制至关重要。
通过深入了解磁性材料的磁矩排列和磁化过程，可以更好地设计和优化磁致伸缩材料的性能。
同时，研究磁致伸缩材料在不同应变和温度条件下的性能变化也是非常重要的，这有助于提高磁致伸缩材料的稳定性和可靠性。
各个材料的磁致伸缩系数
各个材料的磁致伸缩系数磁致伸缩（Magnetostriction）是指材料在磁场作用下发生的尺寸变化现象。
磁致伸缩系数是衡量材料磁致伸缩效应的重要参数，表示材料在单位磁场下产生的相对长度变化。
不同材料的磁致伸缩系数各不相同，下面将介绍几种常见材料的磁致伸缩系数。
1. 铁磁材料铁磁材料是指在外磁场作用下能够产生明显磁致伸缩效应的材料。
最典型的铁磁材料是铁、镍和钴。
这些材料的磁致伸缩系数一般在10^-6到10^-5之间，属于中等强度的磁致伸缩材料。
铁磁材料的磁致伸缩效应被广泛应用于磁致伸缩传感器、磁致伸缩驱动器等领域。
2. 铁氧体材料铁氧体材料是一类具有高导磁性能的磁性材料，其磁致伸缩系数相对较小。
一般来说，铁氧体材料的磁致伸缩系数在10^-7到10^-6之间。
铁氧体材料常用于制造磁芯、电感器等电子元器件，其磁致伸缩特性可用于制造压电陶瓷材料。
3. 铁氧氮材料铁氧氮材料是一类新型的磁性材料，具有较高的磁致伸缩效应。
铁氧氮材料的磁致伸缩系数一般在10^-5到10^-4之间，是一类较高强度的磁致伸缩材料。
铁氧氮材料的磁致伸缩效应可应用于制造磁致伸缩传感器、磁致伸缩驱动器等高精度设备。
4. 铁镁硅合金材料铁镁硅合金材料是一种具有良好磁致伸缩效应的磁性材料。
铁镁硅合金材料的磁致伸缩系数可达到10^-4以上，是目前磁致伸缩效应最强的材料之一。
铁镁硅合金材料的磁致伸缩特性广泛应用于制造磁致伸缩驱动器、磁致伸缩换能器等领域。
5. 非铁磁材料非铁磁材料是指在外磁场作用下不产生明显磁致伸缩效应的材料。
非铁磁材料的磁致伸缩系数一般较小，通常在10^-8以下。
非铁磁材料的磁致伸缩效应较弱，常用于制造结构件、机械零件等领域。
在实际应用中，根据不同的需求可以选择适合的材料来实现特定的磁致伸缩效应。
磁致伸缩系数的大小决定了材料在磁场作用下的变形程度，对于磁致伸缩传感器、磁致伸缩驱动器等设备的性能具有重要影响。
因此，在材料选择和设计中，需要考虑材料的磁致伸缩系数以及其他相关性能，以满足特定的应用需求。
磁晶与向异性与磁轴伸缩课件
医疗领域
利用磁晶与向异性材料的生物相 容性和磁响应性，应用于医学影 像、药物载体、肿瘤治疗等领域
。
06
案例研究：磁晶与向 异性在硬盘中的应用
硬盘的工作原理
硬盘存储原理
硬盘通过存储数据在磁性材料上，利用磁性材料的磁化状态来记录数据。当电流通过磁头线圈时，磁 头与磁盘表面接触，产生磁场，使磁盘表面上的磁性颗粒磁化，从而记录数据。
磁晶与向异性与磁轴伸缩课 件
目录
• 磁晶与向异性简介 • 磁晶的分类与特性 • 向异性与磁轴伸缩 • 磁晶与向异性在科技中的应用 • 磁晶与向异性面临的挑战与解决方案 • 案例研究：磁晶与向异性在硬盘中的应用
01
磁晶与向异性简介
磁晶与向异性的定义
磁晶
磁晶是指在晶体结构中，由于原 子、分子或离子的排列方式不同 ，导致磁场方向发生变化的特性 。
复杂晶体结构的磁晶各向异性表现出更为复杂的特性，其磁化强度M在不同方向上 可能存在更为复杂的变化。
常见的复杂晶体结构有铁氧体、稀土金属间化合物等。
03
向异性与磁轴伸缩
向异性定义与分类
定义
向异性是指物质在各个方向上表现出不同的物理性质。
分类
晶体材料的向异性可以分为自发向异性和诱导向异性。自发向异性是指晶体材 料本身固有的性质，而诱导向异性则是在外部磁场或电场作用下表现出的性质 。
应用
利用向异性与磁轴伸缩之间的关系，可以开发出新型的传感器、换能器等器件， 用于磁场或电场的测量和调控。同时，这种效应在磁性存储器、磁性随机存储器 等领域也有着广泛的应用前景。
04
磁晶与向异性在科技 中的应用
磁记录技术
磁记录技术是一种利用磁性材料特性进行信息存储的技术，如硬盘、磁 带等。磁晶与向异性在磁记录技术中起着关键作用，它们决定了磁记录 的稳定性和可靠性。
磁晶各向异性和磁致伸缩
6 2
6
3
，
222
1 2 3，
24 24 24 42 42 42 12 23 31 12 23 31
1 6 2 6 3 6 1 22 2 2 23 2 3 2 1 2 3 1 22 23 2
第三项
3 2 2 222 2 222 2 22 22 22 22 1 2 122 3 233 1 31 12 23 31
[100]：1=1,2=0,3=0
EA=0
y
[110]： 10,231/ 2 EA=K1/4
[110]
[111]：1231/ 3 EA=K1/3+K2/27
x
立方晶系各向异性
Fe: K1=4.72x104Jm-3 K2=-0.075x104Jm-3
Ni: K1=-5.7x103Jm-3 K2=-2.3x103Jm-3
b. (110)面测定
1=0,2=sin,3=cos
E A2 23 2sin2cos2
sin 2 2 sin c o s
cos22cos21
T K 1 ( 2 s2 i n 3 s4 i) n K 2 (s 2 i4 s n 4 i n 3 s6 i)n
8
64
极大 =25031‘, -0.561K1 ,极小 =70021‘,+0.210K1
EA wi
i
i表示自旋对。由于远处自旋对的相互作用很小，仅考虑近邻，最多
到次近邻之间的相互作用。设(1,2,3 )为平行自旋对的方向余弦， 对原子連线方向与x-轴平行的自旋对，cos可以用1代替，对平行y-,z轴的自旋对，cos可分别用2和3替代。
E A N l(1 2 1 3 ) q (1 4 7 6 1 2 3 3 5 ) .... l (2 2 1 3 ) q (2 4 .....
钴铁氧体纳米晶粒的结构及磁特性研究
第３ Ｏ卷 第 ２期
钴铁氧体纳 米晶粒 的结构及磁特性研 究
吕庆荣， 方庆清， 瑞， 李 王翠平
（ 安徽大学 物理与材料科学学院 ， 安徽 合肥备 了纳米 尺度 的钴铁氧 体粉料 ， 并在 １６ ２ ０—１４ ￣ ３ ０Ｃ温度下 进行 了
１ 实验方法
以草酸铵为沉淀剂 ， 以化学纯 的氯化钴 、 硫酸亚铁为原料 ， 按基本配方 Ｃ ｅ ． ＝ ． ｎＦ， （ ０ ２～１０ Ｏ ．） 和共沉离子方程式 ２ ｅ Ｆ 。 Ｍ ＋ （ ２ ４ ＋ Ｈ ０ ＋ ｅ ３ Ｃ Ｏ ） ６ ２ 一Ｍ Ｆ ２ Ｃ Ｏ ） ・ Ｈ Ｏ 计算出所需原料 ， ｅｅ（ ２ ４ ３ ６ ２ ， 用去 离子水配置等量浓度 的工作 液 （ 氯化 钴 、 硫酸亚铁 的混合 液 ） 和沉淀液 （ 酸铵溶液 ） 草 并分别加热 至 ７ ￣ 然后把工作液缓缓注入沉淀液中并不 断搅拌 ， ０ Ｃ； 充分混合好后静置 ２ ， ｈ 将所得 到的沉淀生成物洗 涤、 干燥后移入高温炉中按照 ｌ ｍｎ的升温速率加热到 ８０Ｃ， ｏ Ｃ／ ｉ ５ ￣ 并在此温度下保温 ２ ５ ； ． ｈ 最后， 将这 些预烧后 的微粉材料分别在 １６ ￣ １８ ￣ １０ ￣ １２ ￣ 和 １４ ￣ 温度下保温 ２ ５ ２０Ｃ、 ０ ２ Ｃ、 ０ ３ Ｃ、 ０Ｃ ３０Ｃ ３ ．ｈ后 ， 在空气 中自
立方 结构 的钴 铁氧 体是 一种性 能优 良的永磁 材料 ， 具 有独 特 的 物理 特 性 、 学 特 性 及磁 学 特 性 ， 它 化 它 的饱 和磁化 强度 较高 、 晶各 向异性 常数较 大 、 磁 化学 性 能稳 定 而且 耐 腐蚀 耐 磨 损 ． 有 这 些优 点 使 所
它广泛地应用于低损耗磁芯材料 、 垂直磁记录材料 、 磁性静态波器件 以及表面磁性研究 中 ． 近年来 ， 研究发现钻尖晶石型氧化物薄膜在短波长 内有较大的克尔效应 ｊ ， ４Ｊ这对于在保持高信 躁 比的前提下 提高磁记录密度和存取速度具有重要的意义， 因此在磁光存储介质竞争中处于十分有利的地位． 作为一 种新型的蓝紫光磁光记录材料 ， 钴铁氧体系列正在引起人们越来越高的重视． 采用化学共沉淀法制备出了 钴铁 氧体 粉料 ｃ ｅ Ｏ （ ： ． ｏＦ ０２一１０ ， ． ）研究 了钴含量 及退火温度对 晶粒结 构物相 以及磁性 能的影 响．
Tb-Dy-Fe磁场热处理感生各向异性磁致伸缩效应压磁效应论文
感生各向异性对TbDyFe取向晶体压磁效应作用研究【摘要】立方Laves相TbDyFe合金是一种超磁致伸缩材料,能够实现机械能与电磁能的快速转换,拥有大应变、高能量密度、快速响应等特性,在传感器、作动器和执行器等系统中具有广泛应用前景,被视为21世纪战略性新材料。
磁场热处理可调控TbDyFe材料的初始磁畴分布状态,感生各向异性,从而改善磁致伸缩和压磁响应。
本文对<110>取向Tb0.3Dy0.7Fe1.95合金棒进行离轴磁场热处理,采用磁力显微镜观察了磁场热处理前后的磁畴形貌演变,用力磁耦合设备测量了磁致伸缩和压磁系数,探讨了磁热感生各向异性对磁致伸缩性能及压磁系数的作用机理。
主要结果如下：<110>取向Tb0.3Dy0.7Fe1.95合金棒放在与轴向成35°夹角的0.3 T外磁场中进行热处理后,无预压应力时的饱和磁致伸缩值λs由热处理前的1023 ppm提高到1650 ppm;预压应力小于20 MPa时,磁场热处理后的样品表现出显著的磁致伸缩“跳跃”效应,当预压应力为20 MPa时,λs可达2310 ppm;磁场热处理后的样品在较低的预压应力下在更低磁场时就可以获得最大的d33,即能获得较优的磁致伸缩性能；磁场热处理... 更多还原【Abstract】 As a gaint magnetistritive material, cubic Laves phase TbDyFe alloys can realize quick conversion between mechanical energy and electromagnetic energy. Due to the giant magnetostriction, high energy density, quick response, TbDyFe alloys could be widely applied in transducers, sensors, andactuators. Magnetic field annealing can change the initial magnetic domain distribution of TbDyFe oriented crystals, hence improve the magnetostrictive and piezomagnetic responses. In this work,<110> ori... 更多还原【关键词】Tb-Dy-Fe；磁场热处理；感生各向异性；磁致伸缩效应；压磁效应；【Key words】Tb-Dy-Fe；Magnetic annealing；Induced anisotropy；Magnetostriction；Piezomagnetic effect；摘要5-6Abstract 6-7第一章绪论10-221.1 压磁效应10-111.2 压磁材料概述11-151.2.1 铁氧体11-121.2.2 铁基非晶12-131.2.3 铁磁形状记忆合金13-141.2.4 Terfenol-D超磁致伸缩材料14-151.3 Terfenol-D材料的压磁效应15-211.3.1 Terfenol-D材料的特点151.3.2 Terfenol-D材料压磁效应的研究现状15-171.3.3 Terfenol-D材料基于压磁效应的应用17-181.3.4 磁场热处理对Terfenol-D性能的影响18-211.4 本文的选题意义和研究内容21-22第二章实验方法22-282.1 取向合金制备232.2 磁场热处理23-242.3 微观组织与磁畴观察24-262.3.1 金相组织观察242.3.2 X射线衍射分析(XRD) 24-252.3.3 磁畴显微观察25-262.4 磁测量26-282.4.1 磁致伸缩测量26-272.4.2 压磁曲线测量27-28第三章磁场热处理TbDyFe取向晶体的磁畴与磁致伸缩28-393.1 引言283.2 实验28-293.3 实验结果与讨论29-383.3.1 择优取向和微观组织29-313.3.2 磁畴形貌31-323.3.3 磁致伸缩32-383.4 本章小结38-39第四章磁场热处理TbDyFe取向晶体的压磁效应39-534.1 引言394.2 实验39-404.3 结果与讨论40-514.3.1 压磁曲线40-434.3.2 压磁系数43-484.3.3 讨论48-514.4 本章小结51-53第五章结论53-54参考文献。
钴铁氧体的各向异性与磁致伸缩研究
钴铁氧体的各向异性与磁致伸缩研究钴铁氧体具有电阻率高,高频涡流损耗小,磁致伸缩系数大,耐腐蚀等优点。
钴铁氧体单晶体磁致伸缩达到-590×10-6,但由于磁晶各向异性较高,多晶体磁致伸缩仅为-200×10-6。
本文目标是研制出具有大磁致伸缩、大压磁系数和低驱动场的钴铁氧体多晶材料。
探索了取向多晶钴铁氧体的制备工艺,并阐述了微观取向和宏观磁致伸缩之间的关系;研究了磁场热处理和热等静压处理对烧结体磁畴结构和显微结构的影响,阐述了磁场热处理感生各向异性的机制;研究了元素添加对磁晶各向异性和磁致伸缩性能的影响;研究了力场磁场耦合作用下的磁弹性能,明确了磁致伸缩应变和弹性模量随应力的变化规律。
探索了取向多晶钴铁氧体的制备工艺。
通过高能球磨获得单晶态粉体,经过注浆成型和磁场取向获得取向坯体,再经过排塑和烧结最终获得了具有强<001>丝织构的取向多晶材料。
基于取向分布函数对取向多晶钴铁氧体的磁致伸缩进行了定量计算,结果显示多晶材料的磁致伸缩依赖于<001>丝织构的强度。
通过热等静压处理进一步消除了烧结体内部气孔等缺陷,致密度达到99%以上。
对取向多晶钴铁氧体进行磁场热处理,可以感生出单轴各向异性,提高90°畴转的比例。
通过磁场取向和后续热处理,磁致伸缩提高到-564×10-6/Oe,压磁系数达到-1.54×10-6/Oe,饱和场进一步降低至500 Oe。
研究了添加元素对钴铁氧体磁晶各向异性和磁致伸缩性能的影响。
通过XPS 对元素分布进行了分析,结果显示同时添加Mn和Zn可以促进Co2+进入氧八面体间隙,在降低磁晶各向异性K1的同时保持较高的饱和磁致伸缩系数,从而提高λS/K1和压磁系数。
研究了钴铁氧体在力场和磁场耦合作用下的磁弹性行为。
利用多场耦合测量装置,研究恒应力作用下的磁致伸缩行为和恒磁场作用下的应力应变行为,结果显示饱和磁致伸缩随压应力增加而线性降低,无偏置磁场时应力应变曲线出现△E效应,△E最大可以达到29%。
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钴铁氧体的各向异性与磁致伸缩研究
钴铁氧体具有电阻率高,高频涡流损耗小,磁致伸缩系数大,耐腐
蚀等优点。
钴铁氧体单晶体磁致伸缩达到-590×10-6,但由于磁晶各
向异性较高,多晶体磁致伸缩仅为-200×10-6。
本文目标是研制出具
有大磁致伸缩、大压磁系数和低驱动场的钴铁氧体多晶材料。
探索了取向多晶钴铁氧体的制备工艺,并阐述了微观取向和宏观磁致伸缩之
间的关系;研究了磁场热处理和热等静压处理对烧结体磁畴结构和显
微结构的影响,阐述了磁场热处理感生各向异性的机制;研究了元素
添加对磁晶各向异性和磁致伸缩性能的影响;研究了力场磁场耦合作
用下的磁弹性能,明确了磁致伸缩应变和弹性模量随应力的变化规律。
探索了取向多晶钴铁氧体的制备工艺。
通过高能球磨获得单晶态粉体,经过注浆成型和磁场取向获得取向坯体,再经过排塑和烧结最终获得
了具有强<001>丝织构的取向多晶材料。
基于取向分布函数对
取向多晶钴铁氧体的磁致伸缩进行了定量计算,结果显示多晶材料的
磁致伸缩依赖于<001>丝织构的强度。
通过热等静压处理进一
步消除了烧结体内部气孔等缺陷,致密度达到99%以上。
对取向多晶
钴铁氧体进行磁场热处理,可以感生出单轴各向异性,提高90°畴转
的比例。
通过磁场取向和后续热处理,磁致伸缩提高到-564×10-6/Oe,压磁系数达到-1.54×10-6/Oe,饱和场进一步降低至500 Oe。
研究了添加元素对钴铁氧体磁晶各向异性和磁致伸缩性能的影响。
通过XPS 对元素分布进行了分析,结果显示同时添加Mn和Zn可以促进Co2+进入氧八面体间隙,在降低磁晶各向异性K1的同时保持较高的饱和磁
致伸缩系数,从而提高λS/K1和压磁系数。
研究了钴铁氧体在力场和磁场耦合作用下的磁弹性行为。
利用多场耦合测量装置,研究恒应力作用下的磁致伸缩行为和恒磁场作用下的应力应变行为,结果显示饱和磁致伸缩随压应力增加而线性降低,无偏置磁场时应力应变曲线出现△E效应,△E最大可以达到29%。
利用原子力显微镜对磁畴结构进行原位观测,结果显示压应力会诱导出单轴各向异性,使晶粒内部磁畴结构变得均匀一致。