铁磁性材料的磁参数测定

实验七铁磁性材料磁参数的测定材料科学与工程学院材料物理系2014.11.211.磁性分类原则2.实验目的3.实验原理4.实验内容与步骤5.实验报告要求6.思考题磁场强度H单位：A/m或高斯（Gs），矢量，由S极指向N极。磁场强度：是指外界磁场的大小，是一个矢量。单位同磁化强度M。磁场强度H一般是由导体中的电流或者永磁体产生的。磁感应强度B（磁通密度）单位：特斯拉（T）或韦/米2(Wb/m2)B=μ0(H+M)μ0是真空磁导率，μ0=410-7N/A2（T·m/A、H/m）在真空中（M=0），当磁场强度H为（107/4）A/m时，相应的磁感应强度为1T。磁化强度M单位：A/m或高斯（Gs），矢量，由S极指向N极。磁化强度：衡量物质有无磁性或磁性大小的物理量，定义为物质单位体积中的磁矩大小。单位同磁场强度H。磁化率χ＝M/H置于外磁场中的磁体，其磁化强度M与磁场强度H的比值称为磁化率：即χ＝M/H表征磁介质属性的物理量，表征物质磁性强弱。磁性分类原则1.抗磁性：没有固有原子磁矩；2.顺磁性：有固有磁矩，没有相互作用；3.铁磁性：有固有磁矩，直接交换相互作用；4.反铁磁性：有固有磁矩，间(直)接交换相互作用；5.亚铁磁性：有固有磁矩，间接交换相互作用；6.自旋玻璃和混磁性：有固有磁矩，RKKY相互作用；7.超顺磁性：磁性颗粒的磁晶各向异性与热激发的竞争。从实用的观点，根据磁化率χ（＝M/H）大小与符号，可分为五种：d1TO物质按磁性分类一、抗磁性某些物质，当它们受到外磁场H作用后，感生出与H相反的磁化强度，因此：χd0，此种磁性为抗磁性。且|χd|～10－5，与T无关。实例：惰性气体、许多有机化合物、某些金属（Bi、Zn、Ag、Mg）、非金属（如：Si、P、S）抗磁性diamagnetism，居里－外斯定律，居里定律PPPTTCTC二、顺磁性许多物体在受到外磁场作用后，感生出与磁场同方向的磁化强度，所以，χp0。顺磁性物质具有一固有磁矩，但各原子磁矩取向混乱，对外不显示宏观磁性，在磁场作用下，原子磁矩转向H方向，感生出与H一致的M。数值很小（显微弱磁性）。室温下χP：10－3～10－6。多数顺磁性物体的χp与温度有密切关系实例：稀土金属和铁族元素的盐。Tp/1O其中：C为居里常数，TP为顺磁性居里温度。Tp/1O顺磁性paramagnetism三、反铁磁性定值。不增反降，并逐渐趋于随温度降低，，但，服从afNppafNTTTTTCTT,0即在T＝TN（奈尔温度）时，χaf最大。TTN时，其内部磁结构按次晶格自旋成反平行排列，每一次晶格的磁矩大小相等、方向相反，故它的宏观磁性等于零，只有在很强的外磁场作用下才能显示出微弱的磁性。实例：过渡族元素的盐类及化合物，如MnO，CrO,CoO等af1NTTOA位A位B位A位B位B位反铁磁性antiferromagnetism四、铁磁性内部原子磁矩按磁畴自发平行取向，只要在很小的磁场作用下就能磁化到饱和。其χf0（约为10～106），有磁滞现象。当TTC时，铁磁性转变为顺磁性，服从居里－外斯定律。实例：3d金属Fe，Co，Ni，4f金属钆、铽、镝、铒、铥、钬等以及很多合金与化合物。f1TcTPTTTC铁磁性ferromagnetism自发磁化：铁磁体的原子磁矩在不加外磁场时，由于一种自身力量的作用而互相平行排列，呈饱和磁化的状态。磁畴:这种自发磁化不是整体饱和，而是分成许多小区域，在每个小区域内饱和，这种饱和的小区域称为磁畴。磁化后磁化前五、亚铁磁性内部磁结构与反铁磁性相同，但相反排列的磁矩大小不等量。故亚铁磁性具有宏观磁性（未抵消的反铁磁性结构的铁磁性）。Χm0，大小为1～103实例：铁氧体。前三种为弱磁性，后两种为强磁性，具有此二性的材料叫磁性材料。m1TcTpTOA位B位A位B位A位B位亚铁磁性metastableferrimagnetism一、磁化曲线表示磁场强度H与所感生的B或M之间的关系O点：H＝0、B＝0、M＝0，磁中性或原始退磁状态OA段：近似线性，起始磁化阶段AB段：较陡峭，表明急剧磁化HHm时，二曲线基本重合。HHm后，M逐渐趋于一定值MS（饱和磁化强度），而B则仍不断增大。由B－H（M－H）曲线可求出μ或χ磁化曲线与磁滞回线二、磁滞回线(Hysteresisloop)从饱和磁化状态开始，再使磁化场减小，B或M不再沿原始曲线返回。当H＝0时，仍有一定的剩磁Br或Mr。为使B（M）趋于零，需反向加一磁场，此时H=Hc称为矫顽力。BHC：使B＝0的Hc（磁感矫顽力）MHC：M＝0时的Hc（内禀矫顽力）一般|BHC||MHC|实验目的1.了解磁性材料的分类和基本磁学参数。2.了解振动样品磁强计的工作原理和仪器组成结构。3.测量两种材料的磁滞回线，并计算相关的磁学参数。实验原理1.振动样品磁强计（VSM）VSM是公认的专门检测各类材料磁特性的设备，如磁化强度Ms、居里温度Tc、矫顽力Hc、剩磁Mr等，可根据磁滞回线的特点而判断被测样品的磁属性。由于其操作简单、运行费用低（除超导类型外）、坚固耐用、检测灵敏度高等特点，被广泛用于相关的工矿企业、大专院校及研究机构中，成为材料磁性研究、质检把关等方面不可缺少的关键设备，并且利用该设备，可测量诸如粉料、块材及各种纳米级材料、各种复合型材料的顺磁性、抗磁性及亚铁磁性和铁磁性的相关磁特征，为检测和研究这些材料提供可靠的实验数据。图7振动样品磁强计结构示意图电磁铁系统、样品强迫振动系统和信号检测系统2.测定原理当振荡器的功率输出给振动头驱动线圈时，该振动头即可使固定在其驱动线圈上的振动杆以ω的频率驱动作等幅振动，从而带动处于磁场H中的被测样品作同样的振动，这样被磁化了的样品在空间所产生的偶极场将相对于不动的检测线圈作同样振动，从而导致检测线圈内产生频率为ω的感应电压，而振荡器的电压输出则反馈给锁相放大器作为参考信号；将上述频率为ω的感应电压送到处于正常工作状态的锁相放大器后（所谓正常工作，即锁相放大器的被测信号与其参考信号同频率、同相位），经放大及相位检测而输出一个正比于被测样品总磁矩的直流电压V，与此相对应的有一个正比于磁场H的直流电压V（即取样电阻上的电压或高斯计的输出电压），将两个相互对应的电压图示化，即可得到被测样品的磁滞回线（或磁化曲线）。如预知被测样品的体积或质量、密度等物理量即可得出被测样品的诸多磁特性。第n圈zdSnasyxHr实验内容与步骤1.VSM测量样品的制备；2.使用VSM进行磁参数测量；3.测量数据处理与分析。实验报告要求★明确实验目及要求；★掌握实验原理、仪器结构；★简述主要实验步骤；★测试结果曲线及分析；★回答思考题。思考题1.本实验中参考信号是怎样产生的，其作用是什么？2.简述振动样品磁强计的特点及用途。分组安排：每班分为两组，即四组（2班的先做？）每组分为两小组，各测一个样品；个别情况，班长协调！谢谢！材料科学与工程学院材料物理系2014.11.21