磁性材料的居裡溫度與工作溫度

2021-01-14 找磁材

點擊圖片進入找磁材小程序 500+稀土永磁供應商為你報價

出品｜找磁材

作者｜懂磁帝


物質由原子構成，而原子是由原子核和電子組成的。在原子中，電子因繞原子核運動而具有軌道磁矩；電子因自旋具有自旋磁矩，原子的磁矩主要來源於電子磁矩，這是一切物質磁性的來源。
過高的溫度會改變原子的磁疇結構，從而導致物質磁性的消失。因此，各類磁性材料都有一個自己的最高工作溫度。了解磁材的最高工作溫度有利於在使用中避免因高溫而導致的磁體失磁。說到溫度與磁性關係的問題，我們首先要了解一個概念—「居裡溫度」。200多年前一位著名的物理學家在自己的實驗室裡發現了磁石的一個物理特性，就是當磁石加熱到一定溫度時，它原來的磁性就會消失，這位偉大的物理學家就是居裡夫人的丈夫—皮埃爾·居裡，後來人們把這個溫度叫居裡點（Curie point），又叫居裡溫度（Curie temperature，Tc）或磁性轉變點。定義：居裡溫度是磁性材料在鐵磁性物質/亞鐵性磁物質和順磁性物質之間改變的溫度。鐵磁物質被磁化後具有很強的磁性，但隨著溫度的升高，金屬點陣熱運動的加劇會影響磁疇磁矩的有序排列，當溫度達到足以破壞磁疇磁矩的整齊排列時，磁疇被瓦解，平均磁矩變為零，鐵磁物質的磁性消失變為順磁物質，與磁疇相聯繫的一系列鐵磁性質（如高磁導率、磁滯回線、磁致伸縮等）全部消失，相應的鐵磁物質的磁導率轉化為順磁物質的磁導率。鐵磁性消失時所對應的溫度即為居裡點溫度。數值：居裡溫度代表著磁性材料的理論工作溫度極限，居裡溫度的大小由物質的化學成分和晶體結構決定，例如鐵的居裡溫度約770℃，鈷的居裡溫度約1131℃。

超過居裡溫度：如果溫度超過居裡溫度，磁體內部分子劇烈運動並出現退磁的情況，並且是不可逆的；磁體退磁後可再次被充磁，但磁力會大幅下降，僅能達到原來的50%左右。

工作溫度

實際上，大部分磁性材料的最高工作溫度都遠低於其居裡溫度，在工作溫度內溫度升高磁力會下降，但是不超過居裡溫度的情況下，降溫後磁力大部分會恢復。工作溫度與居裡溫度的關係：居裡溫度越高，材料的工作溫度也相對越高，並且溫度穩定性更好。燒結釹鐵硼原料中加入鈷、鋱、鏑等元素可提高其居裡溫度，因此高矯頑力產品中（H、SH、…）普遍都含有鏑。 

磁體的最高使用溫度：取決於其本身的磁性能和工作點的選取。對同一磁鐵而言，工作磁路越閉合，磁體的最高使用溫度就越高，磁鐵的性能就越穩定。所以磁鐵的最高使用溫度並不是一個確定的值，而是隨著磁路的閉合程度而變化。




為了給磁材採購人員創建一個交流討論和答疑解惑的渠道，我們建立了找磁材-採購交流群，幫助採購人員更多地了解磁性材料及磁材知識。本群向磁材下遊應用端的採購經理和採購工程師開放，歡迎加入我們。

進群方式：

添加客服人員微信(識別下圖二維碼），告知想進群

為了保證群的質量，審核後拉入群

「每周一磁」欄目致力於向讀者們科普關於磁性材料的基本知識，以磁材和磁學概念解釋為入手點，文章淺顯易懂，希望能夠幫助大家了解並熟悉磁性材料。

「每周一磁」每周六學習一個磁性材料概念

「每周一品」每周日了解一個磁性材料產品


相關焦點

  • 每周一磁 · 磁性材料的居裡溫度與工作溫度
    在原子中，電子因繞原子核運動而具有軌道磁矩；電子因自旋具有自旋磁矩，原子的磁矩主要來源於電子磁矩，這是一切物質磁性的來源。過高的溫度會改變原子的磁疇結構，從而導致物質磁性的消失。因此，各類磁性材料都有一個自己的最高工作溫度。了解磁材的最高工作溫度有利於在使用中避免因高溫而導致的磁體失磁。
  • 進展|化學壓力提高稀磁半導體居裡溫度
    稀磁半導體兼具半導體材料和磁性材料的雙重特性，是破解後摩爾時代難題的候選材料之一。美國國家科學研究委員會(National Research Council)早在1991年就指出稀磁半導體在信息通訊、處理和存儲等方面有著廣泛的應用前景。
  • JACS:有機離子插層,相轉變的同時提高居裡溫度
    二維磁性通常與材料固有自旋漲落和電子結構有關，其居裡溫度表現出強烈的尺寸依賴性，結構和化學成分的理想可控則可以誘導各種磁階並增強自旋漲落。最近，在幾層和單層二維材料（例如Cr2Ge2Te6，CrI3和Fe3GeTe2）中發現了固有的鐵磁有序，推動了這一領域的研究發展。
  • CMF實驗室 | 磁性材料
    居裡溫度Tc：鐵磁物質的磁化強度隨溫度升高而下降，達到某一溫度時，自發磁化消失，轉變為順磁性，該臨界溫度為居裡溫度。它確定了磁性器件工作的上限溫度。實用中，永磁材料工作於深度磁飽和及充磁後磁滯回線的第二象限退磁部分。常用的永磁材料分為鋁鎳鈷系永磁合金、鐵鉻鈷系永磁合金、永磁鐵氧體、稀土永磁材料和複合永磁材料。軟磁材料，具有低矯頑力和高磁導率的磁性材料。軟磁材料易於磁化，也易於退磁，廣泛用於電工設備和電子設備中。應用最多的軟磁材料是鐵矽合金(矽鋼片)以及各種軟磁鐵氧體等 。
  • 15個磁性材料相關概念解釋(基礎版)
    硬磁材料：又叫永磁材料，是指難以磁化並且一旦磁化之後又難以退磁的材料，其主要特點是具有高矯頑力，包括有稀土永磁材料、金屬永磁材料及永磁鐵氧體。功能磁性材料：主要有磁致伸縮材料、磁記錄材料、磁電阻材料、磁泡材料、磁光材料以及磁性薄膜材料等。
  • 永磁體的溫度穩定性:剩磁溫度係數、矯頑力溫度係數、可逆溫度係數
    磁體的使用環境條件不同，所要求的性能穩定性也不同，例如太空飛行器上使用的磁體普遍關注振動和衝擊條件下的性能穩定性，同時也要求在射線、溫度與時間條件下穩定；要在酸、鹼環境下工作的磁體，一般要求其具有化學穩定性；而在工作環境溫度有變化的地方，都關注磁體是否具備溫度穩定性。
  • 進展| 第一性原理計算篩選本徵二維磁性材料
    因此，人們希望實現具有本徵磁性的二維層狀材料。先前人們根據Mermin–Wagner定理，各向同性的單原子層二維材料由於長程熱漲落並不能表現出宏觀磁性，本徵二維磁性材料被認為不能存在。最近的實驗工作發現，範德瓦爾斯結合的層狀材料CrI3和Cr2Ge2Te6具有低維長程磁序[Nature 546, 270 (2017), Nature 546, 265 (2017)]，這些工作開創了本徵二維磁性材料研究的新時代。目前已知的二維本徵磁性材料很少，其較低的居裡溫度（<50 K）很難滿足電子學器件的實用要求。
  • 磁鐵加熱會失去磁性,為什麼地球內部溫度很高還有磁場?
    如果原子中的磁矩完全抵消掉，那麼，該物質不會產生磁場，所以就不會表現出磁性，也就不是磁鐵。而如果原子中的磁矩疊加在一起，就會有一個淨磁矩，則該物質就會產生磁場，從而表現出磁性，這就是磁鐵。在磁鐵產生的磁場中，諸如鐵這樣的鐵磁性物質會被磁化，使得磁鐵和鐵磁性物質產生很強的電磁力作用，從而表現出磁鐵能夠吸引鐵磁性物質的現象。
  • 清華材料學院陳娜等在室溫磁性半導體及器件研究中取得重要進展
    清華材料學院陳娜等在室溫磁性半導體及器件研究中取得重要進展清華新聞網12月14日電 近日，材料學院材料加工研究所非晶合金研究組陳娜副研究員和合作者通過誘導磁性金屬玻璃發生金屬-半導體轉變的方式，開發出居裡溫度高於600 K的p型磁性半導體，並基於此磁性半導體實現了室溫p-n結和電控磁器件的製備（圖1b和c）。
  • 剩磁溫度係數、矯頑力溫度係數、可逆溫度係數
    永磁體一般是作為磁場源，在一定的空間內來提供恆定磁場，對於一些精密的儀器儀表和磁性器件來說，磁體磁場的穩定性至關重要，它會直接影響儀器的精度和可靠性。磁體的使用環境條件不同，所要求的性能穩定性也不同，例如太空飛行器上使用的磁體普遍關注振動和衝擊條件下的性能穩定性，同時也要求在射線、溫度與時間條件下穩定；要在酸、鹼環境下工作的磁體，一般要求其具有化學穩定性；而在工作環境溫度有變化的地方，都關注磁體是否具備溫度穩定性。
  • 中國科大半金屬磁性材料的理論設計取得新進展
    近日，中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室、化學與材料科學學院教授楊金龍研究組在尋找具有室溫半金屬磁性材料方面取得重要理論進展，使得製備可在常溫環境下工作的自旋電子器件成為可能。此成果發表在《美國化學會志》上。
  • 物理學最新成果：可以通過電學手段，控制磁性半導體中的磁性
    物理學家現在已經證明可以通過電學手段控制磁性半導體中的磁性，為新型自旋電子器件鋪平了道路。半導體是信息處理技術的核心，以電晶體的形式，半導體充當電荷的開關，允許在二進位狀態0和1之間切換。另一方面，磁性材料是信息存儲設備的重要部件。研究利用電子的自旋自由度來實現記憶功能。磁性半導體是一類獨特的材料，可以同時控制電荷和自旋，有可能在單一平臺上實現信息處理和存儲操作。
  • 熱重法實驗條件設定與曲線解析 第9部分 獨立式熱重儀的溫度校正
    磁性消失時所對應的溫度通常稱之為鐵磁性材料的居裡溫度。居裡溫度只與材料的組分有關，當材料的組分保持不變時，居裡點溫度也不會發生改變。通常是使用具有確定的居裡溫度值Tc的純金屬或合金作為標準物質。該溫度校正過程實質上為磁性溫度的測量，其中磁效應的外推終止點即為Tc的數值。圖4為使用幾種磁性標準物質進行校準得到的TG曲線，由圖可見TG曲線和DTG曲線都可以使用該方法進行溫度校準。
  • 溫度如何影響電機永磁體的性能以及不可逆去磁特性?
    在設計永磁體的應用時，必須考慮一個或多個磁體預期會在哪個溫度範圍內工作，由於可用的信息太多（其中一些信息可能不正確），將錯誤的磁特性與考慮的磁性材料的類型，特別是在熱穩定性方面，使磁性最後令人失望。隨著溫度從環境溫度升高和降低，所有磁性材料的磁通密度都會發生變化。
  • 用於嵌入式溫度測量的磁性納米傳感器
    美國NIST的熱磁成像與控制項目正在開發納米級別的溫度傳感器 位於馬裡蘭州的美國國家標準與技術研究所(NIST)的研究人員正在開發一種納米級超靈敏溫度傳感器陣列，據悉，這種傳感器可以嵌入到各種材料中。遙感系統將接收到這些磁性信號，被研究的系統將不會受到導線或其他笨重的外部物體的影響。 它可以使溫度測量的精確度比最先進的技術提高10倍，精確度在100毫秒內達到25millikelvin。測量可到國際單位制(SI);換句話說，它的讀數可以精確地與開爾文的基本定義相關聯。
  • 北京大學侯仰龍教授近年來在磁性納米材料領域重要工作概覽
    主要從事多功能磁性材料、新能源材料的控制合成及其在納米生物醫學與能源領域的應用探索研究。發展了單分散磁性納米材料的通用製備方法，探索了磁性納米顆粒在腫瘤等重大疾病的診斷與治療的應用；設計製備了若干納米結構雜化材料用於高性能的鋰電池電極等。
  • 支撐電子技術發展的電功能材料、電磁材料、磁性材料
    這是由於在室溫附近，溫度導致的熱膨脹被鐵磁性變化導致的收縮所抵消。磁性材料鐵磁體的自發磁化鐵(Fe)、鈷(CO)、鎳(Ni)等屬於鐵磁性晶體。其自發磁化是由晶體內部的微小磁疇（微小磁鐵）中的磁矩規則排列所產生的（圖8）。磁化時需要能量最低的方向稱為該磁性晶體的易磁化方向。
  • 凝聚態物理學的進展,對物質磁性的唯象研究,磁性物理的蓬勃發展
    在本世紀二十年代以前，物質磁性的研究處於唯象階段，研究諸如磁化、去磁等現象。根據物質的磁化率及其溫度關聯，磁性可以分成三種主要的類型；抗磁性、順磁性和鐵磁性。抗磁性是物質在外磁場作用下表現出的磁化方向和外場相反的、十分微弱的磁性；磁化的強霸不隨溫度而變。
  • 汽車電子之溫度傳感器
    為了保證控制系統能夠精確控制發動機的工作參數，必須隨時監測發動機冷卻液溫度、進氣溫度和排氣溫度，以便修正控制參數，計算吸入氣缸空氣的質量流量以及進行排氣淨化處理等。N型陶瓷半導體材料，它們在測量與溫度補償領域中有廣泛的用途。
  • 高壓製備具有高自旋有序溫度的發光磁性半導體
    然而，大多數磁性半導體 - 譬如磁性離子摻雜的稀磁半導體以及EuO、CdCr2S4等非摻雜的本徵鐵磁半導體 - 均具有遠低於室溫的磁有序溫度，大大限制了這類材料的潛在應用。因而，如何製備具有室溫以上磁有序溫度且磁、光、電等多種功能屬性耦合在一起的磁性半導體材料是極具挑戰的研究方向。