磁学和磁性材料的发展历程
磁性材料
强磁质
M
P316
A
B
Illustration of magnetic ordering in a ferrimagnetic crystal. All Aatoms have their spins aligned in one direction and all Batoms have their spins aligned in the opposite direction. As the magnetic moment of an Aatom is greater than that of a Batom, there is net magnetization, M, in the crystal.
µ m
r
P
B
A magnetic dipole moment puts out a magnetic field just like bar magnet. The field B depends on µm.
磁学基础
orb
r I -e L
A
An orbitting electron is equivalent to a magnetic dipole moment orb.
8.磁畴与磁滞回线
磁畴(Magnetic Domain)理论是用量子理论 从微观上说明铁磁质的磁化机理。所谓磁 畴，是指磁性材料内部的一个个小区域， 每个区域内部包含大量原子，这些原子的 磁矩都象一个个小磁铁那样整齐排列，但 相邻的不同区域之间原子磁矩排列的方向 不同，如图所示。各个磁畴之间的交界面 称为磁畴壁。
I
(b)
I
(a) Consider a long solenoid. With free space as medium inside, the magnetic field is Bo. (b) A material medium inserted into the solenoid develops a magnetization M.
电磁学发展历程
电磁学发展历程电磁学的发展可以追溯到古代，但真正成为一门独立的学科是在近代科学的发展过程中。
以下是电磁学发展的一些重要阶段：1. 静电学的起源：古希腊哲学家如撒福特斯和蒂尔斯发现了一些有关静电现象的基本原理。
然而，这还只是对静电现象的观察，缺乏科学的解释。
2. 静电学的原理：17世纪，伊拉斯谟·鲍尔首次提出了电荷现象的量化概念，并给出了库仑定律，描述了电荷之间的相互作用。
这标志着静电学开始演化成为一个科学领域。
3. 磁学的发展：17世纪，吉尔伯特首次系统地研究了磁铁的性质，并发现了磁体可以产生磁场并相互作用。
此后，一系列的磁学实验和磁学理论的提出使得对磁场的研究逐渐深入。
4. 电磁感应：19世纪初，奥斯特里·菲伊尔斯特和迈克尔·法拉第分别独立地发现了电流会产生磁场，并由此提出了电磁感应定律。
这一研究奠定了电磁学与电磁感应的基础。
5. 麦克斯韦方程组的提出：19世纪中叶，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦通过研究静电学、磁学和电磁感应等现象，提出了麦克斯韦方程组。
这个方程组综合了电场和磁场之间的相互关系，为电磁学奠定了理论基础。
6. 电磁波的发现：麦克斯韦方程组预测存在电磁波的存在，意味着电磁波可以在空间中传播。
1886年，海因里希·赫兹首次实验证实了电磁波的存在，以及它们的传播性质，从而证实了麦克斯韦方程组的正确性。
7. 电磁学的理论完善：20世纪，量子力学和相对论的发展促进了电磁学的理论完善。
量子力学描述了电磁辐射的微观行为，而相对论描述了电磁场与质量之间的相互作用。
8. 应用于工程和技术领域：在电磁学理论的基础上，人们逐渐将电磁学应用到工程和技术领域。
电磁学的应用包括电力输送系统、通信技术、雷达和医学成像等领域。
总结起来，电磁学的发展经历了从静电学到电磁学的演化，从电荷与磁铁的相互作用到电磁感应和电磁波的研究。
通过对电磁场的理论和实验研究，电磁学为现代科学的发展提供了重要的基础。
探索磁性材料
探索磁性材料磁性材料是一种特殊的物质，它们能够在外加磁场作用下表现出磁性。
与其他材料相比，磁性材料具有独特的特性，它们被广泛应用于许多领域。
在本文中，我们将探索磁性材料的发展历史、种类、应用领域等方面。
一、发展历史磁性材料的历史可以追溯到几千年前。
早在古代，人们就发现一些石头会吸引铁物体，这些石头就是天然磁铁。
随着时间的推移，人们不断探索磁性现象，并通过制备磁性材料来应用它们。
在19世纪，磁性材料开始进入实际应用。
例如，人们发明了永磁铁，它具有很强的磁性，被广泛应用于发电机和电动机等设备。
20世纪初，随着磁性材料的研究不断深入，人们发现了更多种类的磁性材料，并应用于更广泛的领域。
二、种类根据磁性材料的性质，可以将其分为软磁性材料和硬磁性材料。
软磁性材料是一种容易被磁化和去磁化的材料，它们通常用于制造变压器、电感器、电动机等设备。
软磁性材料的磁性由于外加磁场而发生变化，但当磁场消失时，磁性也会消失。
常见的软磁性材料包括电工钢板、铁氧体等。
硬磁性材料是一种在外加磁场下具有很强磁性，并且保持磁性的材料。
硬磁性材料的磁性不易被外界磁场干扰和消除。
常见的硬磁性材料包括钕铁硼磁铁、铝镍钴磁铁等。
三、应用领域磁性材料具有广泛的应用领域，如电子、机械、冶金、医药等行业，以下简单介绍几个应用领域。
（一）电子行业在电子行业中，磁性材料被广泛应用于制造电子元器件和设备。
例如，磁性材料可以作为传感器的核心部件，用于检测电流、电压等物理量。
另外，通过调节磁性材料的磁场特性，可以实现电子设备的控制和调节。
（二）机械行业在机械行业中，磁性材料主要用于制造电动机和发电机等设备。
电动机和发电机中通常都需要使用大量的永磁铁，这些永磁铁需要具有很强的磁性，才能运行设备。
（三）冶金行业在冶金行业中，磁性材料通常用于制造磁选设备和磁性浮选设备等。
这些设备利用磁性材料对矿石中的磁性物质进行分离，以提高提矿的效率。
（四）医药行业在医药行业中，磁性材料被广泛应用于制造磁性药物、磁共振设备等。
磁学与磁性材料
磁学与磁性材料磁性材料是一类特殊的材料，具有吸引或排斥铁磁物质的能力。
磁学是研究磁现象和磁性材料的学科。
本文将对磁学和磁性材料的相关概念、应用和发展进行探讨。
一、磁学的基本概念磁学是物理学的一个分支，主要研究磁性现象和磁性材料的性质。
它涉及磁场、磁矩、磁感应强度和磁化强度等基本概念。
磁场是指周围存在磁流的区域，它可以由磁铁、电流或磁体产生。
磁矩是物质内部微小的磁元件，它具有带电粒子产生的磁性。
磁感应强度是磁场对空间中的磁性物体施加的作用力，可以用来描述磁场的强度和方向。
磁化强度是磁性材料在外磁场作用下磁化的程度。
二、磁性材料的分类与性质磁性材料可以根据其磁性质分为铁磁材料、顺磁材料和抗磁材料。
铁磁材料具有明显的自发磁化特性，如铁、镍、钴等。
顺磁材料受外磁场作用后，磁化方向和磁场方向一致，如氧化铁、铁氧体等。
抗磁材料不具备自发磁化特性且在外磁场下磁化弱，如铜、银等。
磁性材料的性质与其微观结构密切相关。
在铁磁材料中，微观磁矩相互作用导致自发磁化；在顺磁材料中，外加磁场作用下，电子磁矩与磁场方向一致；在抗磁材料中，微观磁矩相互作用导致自发磁化方向相反。
三、磁性材料的应用领域磁性材料在众多领域中都起着重要作用。
在电子技术领域，磁性材料广泛应用于电感器、变压器、磁盘驱动器等设备中；在能源领域，磁性材料用于制造磁能转换器件，如风力发电机、水力发电机等；在医学领域，磁性材料在核磁共振成像、磁控释药等方面具有广泛应用；在磁记录领域，磁性材料用于制造硬盘、磁带等存储设备。
四、磁学与磁性材料的发展趋势随着科学技术的不断进步，磁学和磁性材料领域也在不断发展。
一方面，磁学的理论模型和磁性材料的制备工艺不断改进，使得磁性材料的性能得到了提升；另一方面，新型磁性材料的研究和应用也不断推进，如自旋电子学材料、磁性纳米粒子等。
这些新材料和新技术的出现，不仅给电子技术、信息技术和能源技术等领域带来了新的发展机遇，还为科学家们研究磁学现象和磁性材料的本质提供了更多的实验条件和理论基础。
磁性材料的发展
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磁记录材料
自从1898年发明钢丝录音以来,磁记录介质经过101年 的发展历史.1930年,以Fe3O4微粒作为磁记录介质涂 布于赛璐珞上做成磁带. 1954 年 ,针状γ 2Fe2O3 磁粉 投入生产. 1967 年 ,杜邦公司研制成性能优良的 CrO2 磁带. 1973 年 ,Co-γ-Fe2O3 高性能磁粉用于录像 带.1976 年 , Fe ,Co 微粉用于高密度磁带. 1983 年 ,掺 Ti ,Co 的钡铁氧体磁粉用于涂布型磁记录介质. 1987 年 ,推出蒸镀金属录像带 ,将记录密度推上新阶段. 因此磁记录介质亦是经历了金属— 非金属 — 金属的 历史进程.但目前大量应用仍以磁性氧化物微粒录磁 介质为主. IBM公司将巨磁电阻效应用于读出磁头 ,轻易地将 存储密度提高17 倍 ,目前已超过5Gb/in2
磁性材料的发展
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目录
1 2 3 磁学的发展历程 磁性材料发展历程 磁性材料发展展望
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一、磁学的发展
早期人们对磁性的认识源于磁现象，我国在 公元前700年就有了磁性方面的记载，然而磁 学作为一门真正的科学来研究却食欲17世纪。 19世纪，奥斯特与法拉第发现了电与磁之 间可以相互转换—电磁感应效应，麦克斯韦 电磁场理论与洛仑兹电子论的建立，使磁学 的研究进入了物质微观世界。
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我国是稀土大国,稀土的蕴藏量占全球 的80 %.我国科学家在稀土永磁材料研 究中作出了十分出色的创新性工作 ,但 遗憾的是在初始研究中我国慢了一步 , 以致专利均为国外所垄断 ,从而使我国 永磁材料的发展受制于美国和日本.从 当前世界经济的格局看来 ,要发展民族 经济 ,必须有自己的知识产权 ,这就要求 我们在基础研究上要投入更多的人力、 物力 ,要勇于创新 ,及时申请专利.
磁性材料的发展和应用
磁性材料的发展和应用磁性材料的发展经历了从无机到有机、固态到液态、宏观到介观、电子磁有序到核磁有序强磁材料、单一型到复合型，并且显现出优异的磁性能和综合特性。
磁性材料由于分类标准和侧重点不同，有着不同的分类。
一般磁性材料按应用类型分类可以分为:永磁材料、软磁材料等。
一、定义磁性材料，是古老而用途十分广泛的功能材料，而物质的磁性早在3000年以前就被人们所认识和应用，例如中国古代用天然磁铁作为指南针。
现代磁性材料已经广泛的用在我们的生活之中，例如将永磁材料用作马达，应用于变压器中的铁心材料，作为存储器使用的磁光盘，计算机用磁记录软盘等。
可以说，磁性材料与信息化、自动化、机电一体化、国防、国民经济的方方面面紧密相关。
而通常认为，磁性材料是指由过度元素铁、钴、镍及其合金等能够直接或间接产生磁性的物质。
图1. 磁性材料磁性材料主要是指由过渡元素铁、钴、镍及其合金等组成的能够直接或间接产生磁性的物质。
磁性材料从材质和结构上讲，分为“金属及合金磁性材料”和“铁氧体磁性材料”两大类，铁氧体磁性材料又分为多晶结构和单晶结构材料。
从应用功能上讲，磁性材料分为：软磁材料、永磁材料、磁记录-矩磁材料、旋磁材料等等种类。
软磁材料、永磁材料、磁记录-矩磁材料中既有金属材料又有铁氧体材料；而旋磁材料和高频软磁材料就只能是铁氧体材料了，因为金属在高频和微波频率下将产生巨大的涡流效应，导致金属磁性材料无法使用，而铁氧体的电阻率非常高，将有效的克服这一问题、得到广泛应用。
二、磁性材料的分类1、永磁材料一经外磁场磁化以后，即使在相当大的反向磁场作用下，仍能保持一部或大部原磁化方向的磁性。
对这类材料的要求是剩余磁感应强度Br高，矫顽力BHC(即抗退磁能力)强，磁能积(BH)(即给空间提供的磁场能量)大。
相对于软磁材料而言，它亦称为硬磁材料。
永磁材料有合金、铁氧体和金属间化合物三类。
①合金类:包括铸造、烧结和可加工合金。
铸造合金的主要品种有:AlNi(Co)、FeCr(Co)、FeCrMo、FeAlC、FeCo(V)(W)；烧结合金有：Re－Co（Re代表稀土元素）、Re－Fe以及AlNi（Co）、FeCrCo等；可加工合金有：FeCrCo、PtCo、MnAlC、CuNiFe和AlMnAg等，后两种中BHC较低者亦称半永磁材料。
1、电磁学发展的历史回顾
1、电磁学发展的历史回顾早在公元前770年的春秋时代，中国人就发现了天然磁石，在东汉时代中国人发明了指南针，公元前120年前西汉刘安等编篆的《淮南子》中描述了“阴阳相薄为雷，激扬为电”。
北宋时期陈微显描述了磁屏蔽现象，并有磁石治疗耳病的记载。
17世纪(牛顿年代)法国旅行家卡⋅戴马甘兰游离中国后对中国的避雷针进行了描述“中国屋宇顶上龙头中有伸出的金属龙舌，舌根有细铁丝直通地下，使房屋不受雷电的破坏作用”。
虽然中国人发明较早，却无人去深入总结。
在我们的教科书里全是洋名，不见华名，因为中国古人注重发现，但不大注重理论总结与宣传。
1800年伏打给英国皇家学会会长班克斯写信介绍了电池的原理和构造。
使之成为至今众所周知的伏打电池。
1820年初奥斯芯发现电流的磁效应，并进行了深入研究和总结，而且首先传到德国和法国，在电磁学领域里，无人不晓奥斯芯这个大名。
1820年10月毕奥和萨伐尔发表了关于载流长直导线的磁场的实验结果，经过数学家拉普拉斯的帮助，总结出电流元在空间某点处产生的磁感应强度的规律d d 0I r 2μI l 4πr=⨯B e e ，称之为毕奥-萨伐尔-拉普拉斯定律，简称毕-萨定律。
1824年12月安培发现两传导电流之间的相互作用，并从毕-萨定律出发，描述了磁场环路公式0L L d I μ⋅=∑⎰B l ，称之为安培环路定律。
1832年法拉第发现磁铁与导体之间的感应，并认为是在导体中产生了感生电动势d d U =-l t∂Φ∂⎰。
法拉第还在静电测量方面和电镀领域作出了显著贡献。
1834年楞茨却认为是在导体中产生了感生电流I 。
由于感生电动势U ∆与感生电流I 体现在欧姆定律sdU Idl σ=-方程的两端，哪一个是因? 哪是一个果？这正如当时哲学界所争论的鸡蛋与小鸡的因果关系一样，谁也说不清楚。
1840年法拉第做了静电感应实验，麻绳系着一电量为Q 的带电体，并放入金属桶内，结果发现，金属桶外壁的电量也为Q ，然后，他用多个较大的金属桶套在外层，测量结果是：最外层桶的带电量仍为Q ，这是著名的桶实验。
磁场的研究历程教案：回顾磁场理论和磁学实验的发展历程
磁场的研究历程教案：回顾磁场理论和磁学实验的发展历程。
1.古代磁学磁铁的发现，可追溯至公元前2000多年前的中国周代。
当时，人们已经发现了磁铁可以吸引铁、镍、钴等金属，并在刺绣、指针等应用中使用。
公元前600年左右，古希腊哲学家萨摩斯发现了磁石可以使铁铸造物中的铁片受到力的作用，从而产生力矩。
公元前60年，罗马哲学家斯内卡在应用磁铁的过程中，发现磁铁有两个极性。
这些发现是古代磁学的基础。
2.磁体研究1570 年，英国科学家吉尔伯特通过实验发现，地球本身就像一个巨大的磁铁，具有南北两极。
该发现意味着，有些磁铁现象不是由磁铁本身产生的，而是由地球磁场产生的。
1799 年，法国科学家欧斯特在一块铁片上散布钢屑时，发现钢屑呈现出一种有规律的排列方式。
他推测，在这些排列的背后存在一种力，这力就是磁力。
1830 年代，英国科学家法拉第取得了重要的成果。
他发现，电流在任何导体中都会产生磁场，该发现为后来电磁学的发展奠定了基础。
3.磁场理论的发展19 世纪的早期，德国科学家安培发现，通电导线会在其周围形成磁场，磁场方向取决于电流方向。
这一发现使得科学家们开始关注磁场产生的原理。
1837 年，英国科学家法拉第首先提出了“磁场线”这一概念，用于描述磁场的分布和特点。
他认为磁场线是磁力线的原质，磁力线就是场线在铁磁体中的具体表现。
1864 年，麦克斯韦在磁场理论的研究中做出了重要贡献。
他通过实验和理论计算，证明了磁场的产生和变化是由电场的变化引起的。
4.磁学实验的发展19 世纪后期至20 世纪初期，磁学实验有了长足的发展。
1888 年，荷兰科学家赫兹通过实验证明，高频电流可以产生电磁波。
他的发现为无线电通讯技术的发展奠定了基础。
1895 年，法国科学家库里和他的学生赫丁发明了赫丁克尔电磁机，这是世界上第一个实用的发电机。
这一发明的推出，为现代电力工业的发展奠定了基础。
20世纪初期至50年代，超导体的研究和实验逐渐成熟，进一步推动了磁学研究的发展。
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磁学与磁性材料发展的历程
磁学与磁性材料发展的历程
公元前
5000年前人类发现天然磁石(Fe3O4)
2300年前中国人将天然磁石磨成勺型放在光滑的平面上，在地磁的作用下，勺柄指南，曰“司南”此即世界上第一个指南仪。
公元后
1000年前中国人用磁铁与铁针摩擦磁化，制成世界最早的指南针。
1100年左右中国将磁铁针和方位盘联成一体，成为磁针式指南仪，用于航海。
1405-1432 郑和凭指南仪开始人类历史上航海的伟大创举。
1488-1521 哥伦布，伽马，麦哲伦凭借由中国传来的指南仪进行了闻名全球的航海发现。
十七世纪
1600 英国人威廉.吉伯发表了关于磁的专著“磁体”，重复和发展了前人有关磁的认识和实验。
十八世纪
1785 法国物理学家C.库仑用扭枰建立了描述电荷与磁极间作用力的“库仑定律”。
十九世纪
1820 丹麦物理学家H.C.奥斯特发现电流感生磁力。
1831 英国物理学家M.法拉第发现电磁感应现象。
1873 英国物理学家J.C.麦克斯韦在其专著“论电和磁”中完成了统一的电磁理论。
1898-1899 法国物理学家P.居里发现铁磁性物质在特定温度下（居里温度）变为顺磁性的现象。
二十世纪
1905 法国物理学家P.I.郎之万基于统计力学理论解释了顺磁性随温度的变化。
1907 法国物理学家P.E.外斯提出分子场理论，扩展了郎之万的理论。
1921 奥地利物理学家W.泡利提出玻尔磁子作为原子磁矩的基本单位。
美国物理学家A.康普顿提出电子也具有自旋相应的磁矩。
1928 英国物理学家P.A.M.狄拉克用相对论量子力学完美地解释了电子的内禀自旋和磁矩。
并与德国物理学家W.海森伯一起证明了静电起源的交换力的存在，奠定了现代磁学的基础。
1936 苏联物理学家郎道完成了巨著“理论物理学教程”，其中包含全面而精彩地论述现代电磁学和铁磁学的篇章。
1936-1948 法国物理学家L.奈耳提出反铁磁性和亚铁磁性的概念和理论，并在随后多年的研究中深化了对物质磁性的认识。
1967 旅美奥地利物理学家K.J.斯奈特在量子磁学的指导下发现了磁能积空前高的稀土磁体(SmCo5)，从而揭开了永磁材料发展的新篇章。
1974 第二代稀土永磁-Sm2Co17问世。
1982 第三代稀土永磁-Nd2Fe14B问世。
1990 原子间隙磁体-Sm-Fe-N问世。
1991 德国物理学家E.F.克内勒提出了双相复合磁体交换作用的理论基础，指出了纳米晶磁体的发展前景。