磁性材料与器件
磁性材料与器件永磁材料课件
具有高磁导率、高矫顽力、高剩磁和 低温度系数等特点，能够提供稳定的 磁场环境。
永磁材料的分类
硬磁材料
矫顽力较高，磁性能稳定，不易退磁，常用于制造永磁体和各种永磁元件。
软磁材料
矫顽力较低，磁导率高，易于磁化和退磁，常用于制造变压器、电机和互感器 等电磁元件。
永磁材料的应用领域
电子信息技术
用于制造各种电子器件，如扬 声器、耳机、麦克风等。
磁场
磁力作用的场，对处于其 中的磁体产生作用力。
磁畴的形成与结构
磁畴定义
铁磁物质内部的一个个小区域，每个区域内的分 子磁矩都差不多沿着同一方向。
磁畴结构
在磁畴壁或畴心处，磁矩方向产生改变，导致磁 场强度突变。
磁畴形成
在温度低于居里点时，自发磁化过程导致磁畴形 成。
磁化过程与磁滞回线
磁化曲线
表示磁场强度与磁感应强 度之间关系的曲线。
永磁材料具有良好的稳定性和耐久性，可以长时间保存记录的 信息，保证数据的可靠性和完整性。
在磁记录中应用永磁材料可以实现低能耗，降低设备的运行成 本。
利用永磁材料的特性，可以实现快速读写操作，提高了数据处 理的效率和响应速度。
永磁材料在其他器件中的应用
医疗器械
在医疗器械中，永磁材料可 以用于制造各种医疗设备和 器械，如核磁共振成像仪、 磁场治疗仪等。
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熔炼法
熔炼法是一种通过高温融化原材料，然后进行浇 注、冷却和加工得到永磁材料的方法。
该方法的优点在于可以制备出大型的永磁体，且 生产效率较高。
熔炼法的缺点在于制备出的永磁材料性能较低， 且需要大量的能源和原材料。
化学共沉淀法
01
化学共沉淀法是一种通过化学反应将原材料转化为沉淀物，然 后进行热处理得到永磁材料的方法。
磁性材料、超导材料和器件
2006，25（2）.―41～44.采用传统固相反应合成法制备（1－x）Na0.5K0.5NbO3-xLiTaO3无铅压电陶瓷，研究了LiTaO3对Na0.5K0.5NbO3材料晶体结构和压电性能的影响。
结果表明：随着LiTaO3含量的增加，材料逐渐由斜方相向四方相过渡。
当x＜0.06时，材料为斜方相；当X＞0.06时，材料为四方相：并发现有未知相结构的Ta2O5存在；材料在x=0.06处为准同型相界，该组分材料具有良好的压电性能：d33=134～151pC N-1，k p=30％～38％，Q m=153，N d=318lHz m。
图4表1参94、磁性材料、超导材料和器件O48，TN386.12007020168高k栅极电介质材料与S i纳米晶体管/张邦维(湖南大学应用物理系)//微纳电子技术.―2006，43（3）.―113～120.Si MOS晶体管进入nm尺度后，原来通用的栅极介电材料SiO2已不能适应纳米晶体管继续小型化的需要，必须用高k栅极电介质材料取而代之。
对Si纳米晶体管为什么要采用高k栅极电介质材料、此类材料的物理性能和电学性能、与Si之间的相容性以及材料中缺陷对其性能和器件的影响等一系列问题进行了论述，并且讨论了高k栅极电介质材料的进一步发展。
图7表1参0O48，TQ136.1+22007020169 C O x Ti1-x O2-δ体材中氢退火引起的铁磁性及结构相变/孔令刚，康晋锋，王漪，刘力锋，刘晓彦，张兴，韩汝琦(北京大学微电子学研究所)//物理学报.―2006，55（3）.―1453～1457.利用固相反应法在700℃～1000℃不同的温度下、空气中烧结Co3O4和TiO2混合物，制备了（Co3O4）x/3（TiO2）1-x（0＜x≤0.1）样品，所有的烧结样品均表现出顺磁行为，但经500℃氢退火后均表现出室温铁磁性。
X射线衍射（XRD）分析显示，在所有样品中均存在钙钛矿相CoTiO3，说明Co3O4与TiO2反应形成了CoTiO3；同时，在700℃低温和900℃以上的高温烧结样品中分别观察到了单相的锐钛矿和金红石相结构。
稀土磁性材料在磁存储器件中的应用
稀土磁性材料在磁存储器件中的应用磁存储器件是计算机、移动设备和其他电子设备中不可或缺的重要组成部分。
稀土磁性材料作为一种优秀的材料，已经广泛应用于磁存储器件中，发挥着关键的作用。
本文将探讨稀土磁性材料在磁存储器件中的应用，以及其在提高存储器件性能方面的优势。
一、磁存储器件简介磁存储器件是一种通过磁性材料的磁记忆特性来实现数据存储的设备。
其基本原理是利用磁域的方向改变来表示二进制数据，即通过调整磁场的极性来存储信息。
二、稀土磁性材料的特性稀土磁性材料是一类由稀土元素和过渡金属元素组成的合金材料。
它具有以下几个重要的特性：1. 高矫顽力：稀土磁性材料具有较高的矫顽力，即能够在外加磁场的作用下保持自身磁化方向不变。
这使得它们在磁存储器件中能够更加可靠地存储数据。
2. 高矫顽力温度稳定性：稀土磁性材料的矫顽力随着温度的升高会下降。
然而，与其他磁性材料相比，稀土磁性材料的矫顽力下降速度较慢，使得它们能够在较高温度下保持稳定的磁性能。
3. 高磁饱和磁化强度：稀土磁性材料具有较高的磁饱和磁化强度，即在饱和磁场下能够达到较高的磁化强度。
这使得它们能够在较小的体积中存储更多的数据。
三、稀土磁性材料在存储器件中的应用稀土磁性材料在磁存储器件中应用广泛，主要体现在以下几个方面：1. 磁盘驱动器中的应用：磁盘驱动器是一种常见的计算机存储设备，稀土磁性材料被广泛应用于其中的磁性盘片。
稀土磁性材料的高矫顽力和高磁饱和磁化强度使得磁性盘片能够快速、精确地进行数据存储和读取，提高磁盘驱动器的工作效率和存储容量。
2. 磁随机存取存储器中的应用：磁随机存取存储器（MRAM）是一种新型的非易失性存储器。
稀土磁性材料在其中起到了关键的作用，通过控制磁性层的磁化方向来实现数据的存储和读取。
稀土磁性材料的高矫顽力和矫顽力温度稳定性使得MRAM能够在宽温度范围内保持稳定的磁性能，并且具有快速、耐久的特点。
3. 磁随机存取存储器中的应用：磁阻存取存储器（MRAM）是一种集成了磁性层和电阻器件的存储器，稀土磁性材料作为磁性层的关键组成部分被广泛应用。
磁性材料与器件-第三章-技术磁化
3.1.2 磁晶各向异性能
M
W HdM
0
3.1.2 磁晶各向异性能
沿铁磁晶体不同晶轴方向磁化 时所增加的自由能不同，称这 种与磁化方向有关的自由能为 磁晶各向异性能。 在易磁化轴方向上，磁晶各向 异性能最小，而在难磁化轴方 向上，磁晶各向异性能最大。 铁磁体从退磁状态磁化到饱和，需要付出的磁化功为：
3.3.1 磁化机制
技术磁化：铁磁体在外场作用下通过磁畴转动和 畴壁位移实现宏观磁化的过程
磁化本质： 内部的磁畴结 构发生变化
3.3.1 磁化机制
3.3.1 磁化机制
沿外场H方向上的磁化强度MH
Vi为第i个磁畴的体积；i为第i个磁畴的自发磁化 强度与H间的夹角； V0为块体材料的体积。 当H改变H时，MH的改变为
z Is(123)
[001]
[100]：1=1,2=0,3=0
EK[100]=0
[110]： 1 0,2 3 1/ 2 EK[110]=K1/4
y
[110]
1 2 3 1/ 3 [111]：
EK[111]=K1/3+K2/27
x
3.1.2 磁晶各向异性能
3.1.1 磁晶各向异性
同一铁磁物质的单晶体，其磁化曲线随晶轴 方向不同而有所差别，即磁性随晶轴方向而异。 这种现象称为磁晶各向异性。 磁晶各向异性存在于所有铁磁性晶体中。 沿铁磁体不同晶轴方向磁化的难易程度不同，磁 化曲线也不相同。
3.1.1 磁晶各向异性
从能量角度，铁磁体从退磁状态磁化到饱和状态，M-H曲 线与M轴之间所包围的面积等于磁化过程做的功
3.1.5 磁晶各向异性起源
磁晶各向异性来源模型
（a）磁体水平磁化时，电子云交叠少，交换作用弱 （ b）磁体垂直磁化时，由于 L-S 耦合作用，电子云 随自旋取向而转动，电子云交叠程度大，交换作用 强。
磁性材料及器件
磁性材料及器件磁性材料是一类具有磁性的材料，可以被磁场吸引或排斥。
常见的磁性材料包括铁、镍、钴等金属，以及氧化铁、氧化镍等氧化物。
磁性材料具有许多特殊的物理和化学性质，因此在许多领域都有广泛的应用。
在磁性材料中，最常见的是铁磁性材料，它具有强大的磁性，并能长时间保持磁性。
铁磁性材料被广泛应用于制造磁铁和电机等设备，如电动机、发电机和变压器等。
在电子产品中也广泛使用铁磁性材料，如扬声器、麦克风和磁带等。
除了铁磁性材料，还有一种叫做铁磁性材料的合金。
铁磁合金是由铁和其他金属（如铝、镍、铬等）组成的材料。
这些合金通常具有比纯铁更强的磁性，并且具有较高的韧性和耐腐蚀性。
铁磁合金广泛应用于航空航天、汽车和电子设备等高科技领域。
除了铁磁性材料，还有一类叫做软磁性材料的材料。
软磁性材料具有较低的磁导率和较高的剩余磁感应强度，适用于高频交流磁场中的应用。
软磁性材料广泛应用于变压器、电感器和传感器等设备中，用于控制和转换电能。
在磁性材料的基础上，可以制造磁性器件。
磁性器件是利用磁性材料的特性制造的一种设备，可以转换电能和机械能。
常见的磁性器件有电动机、发电机、变压器、电磁铁等。
这些器件利用磁性材料产生的磁场来实现能量转换和控制。
电动机和发电机利用磁场和导线之间的电磁感应原理，将电能和机械能相互转换。
变压器利用磁场的互感作用来实现电能变压和传输。
电磁铁则利用磁场的吸引力来实现机械运动的控制。
总之，磁性材料及器件在电子、电力、工业和科技等领域中有着广泛的应用。
通过利用磁性材料的特性，可以实现能量转换和控制，从而实现各种设备和系统的正常运行。
磁性材料及器件的发展和应用将继续推动科学技术的进步和社会的发展。
磁性材料的应用及开发
磁性材料的应用及开发磁性材料是一种具有特殊性质的材料，它们能够对外界磁场做出反应，表现出吸引或排斥的力，因此被广泛应用于许多重要领域。
一、磁性材料的种类磁性材料可以分为软磁性材料和硬磁性材料两类。
软磁性材料是指在磁场作用下易于磁化并失磁的材料，主要用于制造变压器、电感器、磁头等电子元器件。
硬磁性材料则是一种保持着自身磁性的材料，常用于生产磁铁、磁性存储器等。
二、磁性材料的应用1. 电子元器件软磁性材料在电子元器件中有着重要的应用，它们常用于制造变压器、电感器、磁头等。
变压器或电感器可以将交流电转化为稳定的直流电，而磁头则可以将磁性信号转化为电信号。
因此，磁性材料对于现代电子技术的发展有着非常重要的贡献。
2. 磁性存储器磁性存储器是我们日常生活中较为常见的一种电子存储设备，它们使用硬磁性材料作为存储介质，通过磁极的极性来表示存储的 0/1 数据。
随着信息技术的不断发展，磁性存储器的容量也不断提高，无论是个人电脑还是大型数据中心，都需要大量的磁性存储器来存储数据。
3. 医疗领域磁性材料在医疗领域也有着广泛的应用，例如核磁共振成像（MRI）就是一种基于磁性材料的成像技术，通过对人体内部的水分子进行磁共振测量，可以得到高清晰度的图像，以便医生进行诊断和治疗。
此外，磁性材料还可以用于制造人工内耳、磁性贴片等医疗器械。
4. 环保产业磁性材料在环保产业中的应用也越来越多，例如用于油污清洁的磁性吸附剂、磁性分离技术、磁性气体净化器等。
这些应用可以帮助我们更有效地处理环境污染问题。
三、磁性材料的开发随着科技的不断发展，磁性材料的种类和性能也在不断地得到改进和提升。
例如，基于磁阻效应的磁性材料可以用于制造更快速和灵活的磁性存储器，有机磁性材料可以作为柔性电子材料，用于制造可穿戴设备等。
此外，还有许多新型磁性材料正在不断涌现，如石墨烯、拓扑绝缘体等。
但是，磁性材料的开发也面临着一些挑战。
例如，一些磁性材料的稳定性和生产成本仍然需要得到优化，同时对于磁性材料的环境友好性和可持续性也需要更多的关注。
《磁性材料与器件》教学大纲
《磁性材料与器件》教学大纲磁性材料与器件是一门介绍磁性材料的基本原理、性质和应用的课程。
本教学大纲旨在培养学生对磁性材料与器件的了解和应用能力。
以下是该课程的教学大纲。
课程名称：磁性材料与器件课程学分：3学分课程类型：专业必修课前置课程：材料学基础、电磁学基础教学目标：1.了解磁性材料的基本概念、分类和性质；2.掌握磁性材料的物理特性测量方法；3.理解磁性材料的磁学特性，包括磁滞回线、磁导率等；4.熟悉常见的磁性材料应用及其制备工艺；5.能够设计和优化磁性材料器件；6.培养学生的科学研究和创新能力。
教学内容：第一周：引言与磁性材料概述-课程介绍-磁性材料的定义和基本概念-磁性材料的分类和特性第二周：磁性材料的物理特性测量-磁场的测量方法-磁化曲线的测量与分析-磁导率的测量与计算第三周：磁性材料的磁学特性-磁感应强度和磁通量密度的关系-磁化强度和磁化率的定义和计算-磁滞回线与磁滞损耗第四周：常见磁性材料的特性与应用-软磁材料的特性与应用-硬磁材料的特性与应用-磁存储材料的特性与应用第五周：磁性材料器件的制备工艺-磁性材料的制备方法-薄膜磁性材料的制备工艺-磁性材料的微结构与性能关系第六周：磁性材料的器件设计与优化-磁性材料在传感器和电机中的应用-磁性材料器件的设计原理和优化方法-磁性材料器件的性能测试和评估第七周：磁性材料的前沿研究与发展趋势-新型磁性材料的合成方法与性能-磁性现象与自旋电子学的关系-磁性材料在能源和信息存储中的应用课程组织形式：1.讲授课：通过PPT讲解课程的基本概念、理论和应用。
2.实验课：安排一定数量的实验课程，让学生亲自进行磁性材料的性能测试和器件制备。
3.讨论课：组织学生进行小组讨论，深入探讨学习材料中的问题和案例。
4.课程作业：布置课后作业，提高学生对磁性材料的理解和应用能力。
教材及参考书目：主教材：1.《磁性材料学》芮琳2.《现代磁性材料与磁性器件》杨荇辉参考书目：1.《磁性材料与磁性现象》张继德2.《磁学基础》钟守武3.《材料科学基础》周建民评价与考核方式：1.平时成绩（30%）：包括课堂参与、作业完成情况、实验成绩等。
磁性材料、超导材料和器件
以低相对介电常数的硼硅酸盐玻璃粉末和氧化硅粉末为原料，制备了玻璃-氧化硅复合材料。
研究了烧结温度和氧化硅含量对复合材料的电学性能和力学性能的影响。
结果表明，当氧化硅质量分数为45％时，玻璃-氧化硅复合材料经840℃、2h的烧结后，其εr为3．8，tanδ为4×10-4，P v为9.8×1011Ωcm，抗弯强度σ为30MPa。
另外，该复合材料在100～500℃之间的热膨胀系数为（8．0—10．0）×10-6℃-1。
图7表0参7TM282007050036烧成工艺对C aC u3Ti4O12陶瓷介电性能的影响/倪维庆，俞建长，郑兴华，梁炳亮(福州大学材料科学与工程学院)//电子元件与材料.―2006，25（10）.―26～29.采用短时间烧结制备了CaCu3Ti4O12（CCTO）陶瓷，并详细研究了预烧温度、烧结温度等工艺对结构和性能的影响。
研究了εr和tanδ随测试频率（20Hz～1MHz）、温度（25～150℃）的变化规律。
结果表明：CCTO 陶瓷的性能对烧成工艺非常敏感。
较低的预烧温度较容易获得高εr（εr 为11248）的C CTO陶瓷。
图6表1参15TM28，TQ1742007050037纳米粉体对低温烧结C M S微波介质陶瓷的改性/王焕平，张启龙，杨辉(浙江大学材料与化工学院)//电子元件与材料.―2006，25（9）.―37～39，42.在低温烧结的CaO-MgO-SiO2（CMS）陶瓷中，引入粒径为50～100nm 的Ca0．7Mg0．3SiO3纳米粉体，研究了纳米粉体对陶瓷烧结行为和介电性能的影响。
研究发现：添加质量分数为5％的纳米粉体能有效促进陶瓷的烧结，拓宽其烧结温度范围，提高其微波介电性能。
在890℃烧结后得到良好的介电性能：εr=9．31，Q f=22574OHz。
通过对电镀前后性能的对比发现，添加适量纳米粉体，可消除陶瓷中的大气孔，有效防止电镀过程中电镀液渗入陶瓷体，从而大大改善电镀后陶瓷的介电性能。
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磁性材料与器件结课论文
电科1303班白晋轩 2013016078 这个学期我因为兴趣原因选择了磁性材料与器件这门选修课，经过一个学期的学习与交流，有了很多感悟与心得，很感谢王维老师的精彩教学，让我经历了一个充实而又有趣的课程学习
磁性材料是应用广泛、品类繁多、与时俱进的一类功能材料，人们对物质磁性的认识源远流长，据传说，公元前P 世纪黄帝大战蚩尤于涿鹿，迷雾漫天，伸手不见五指，黄帝利用磁石指南的特性，制备了能指示方向的原始型的指南器，遂大获全胜&古时的磁石为天然的磁铁矿，其主要成分为Fe3O4，古代取名为慈石，所谓“慈石吸铁，母子相恋”十分形象地表征磁性物体间的互作用磁性材料的进展大致上分几个历史阶段：当人类进入铁器时代，除表征生产力的进步外，还意味着金属磁性材料的开端，直到18世纪金属镍、钴相继被提炼成功，这一漫长的历史时期是3d过渡族金属磁性材料生产与原始应用的阶段；20世纪初期磁性合金人工制备成功，并广泛地应用于电力工业、电机工业等行业，成为3d过渡族金属磁性材料的鼎盛时期，从此以后，电与磁开始了不解之缘；20世纪后期，从50年代开始，3d过渡族的磁性氧化物（铁氧体）逐步进入生产旺期，由于铁氧体具有高电阻率，高频损耗低，从而为当时兴起的无线电、雷达等工业的发展提供了所必需的磁性材料，标志着磁性材料进入到铁氧体的历史阶段；1967年，SmCo合金问世，这是磁性材料进入稀土-3d; 过渡族化合物领域的历史性开端1983年，高磁能积的钕铁硼稀土永磁材料研制成功，现已誉为当代永磁王TbFe2巨磁致收缩材料与稀土磁光材料的问世更丰富了稀土-3d过渡族化合物磁性材料的内涵1972年的非晶磁性材料与1988年的纳米微晶材料的呈现，更添磁性材料新风采1988年，磁电阻效应的发现揭开了自旋电子学的序幕- 因此从20世纪后期延续至今，磁性材料进入了前所未有的兴旺发达时期，并融入到信息行业，成为信息时代重要的基础性材料之一-
磁性材料应用十分广泛，品种繁多，存在以下多种分类方式-
按物理性质分类：（1）按静磁特性：即根据静态磁滞回线上的参量，如矫顽力、剩磁等来确定磁性材料的类型- 例如：永磁属高矫顽力一类磁性材料；软磁属低矫顽力的一类磁性材料；矩磁属高剩磁、低矫顽力的一类磁性材料；磁记录介质属于中等矫顽力同时，具有高剩磁的一类磁性材料，而磁头却要求低矫顽力、高饱和磁化强度-（2）按交叉耦合效应：分为磁光、磁热、磁致收缩、旋磁、吸波材料- 按反常霍尔效应：分为铁电E 铁磁、巨磁阻抗材料等-（3）按与自旋相关的输运性质：有自旋电子学材料-
按化学组成分类：可分为金属（合金）、无机（氧化物）、有机化合物以及其复合磁性材料按维度分类：可分为纳米（零维、一维、二维）、颗粒膜、非晶、纳米微晶、块体磁性材料
按磁有序结构分类：可分为铁磁、亚铁磁、反铁磁、超顺磁材料
按应用分类：可分为永磁、软磁、磁记录、旋磁、磁致收缩、磁传感器、隐身、磁制冷等材料
这是磁性材料领域的最基础的知识，我印象深刻，整个教学中除了老师的授课外还有我们学生自己成立小组讨论学习感兴趣的内容并上台讲述，整个过程也是让人难以忘怀，感谢老师能给我们这样一个展示自我的机会。