Τι πρέπει να ξέρεις - Βασικές γνώσεις

Η ανισοτροπία σχήματος είναι ένα φαινόμενο που σχετίζεται με τη μηδενική χωρική τάξη του πεδίου μαγνήτισης και έχει μεγάλο πλεονέκτημα στην ευθυγράμμιση του μαγνητικού άξονα των σωματιδίων σε σχέση με την επιφάνεια κατά τη διάρκεια της αυτοσυναρμολόγησης σε συστοιχίες υψηλής ποιότητας 2D και 3D. Σε μαγνητικό υλικό, η ανάγκη για επιμήκεις δομές (ανισοτροπία σχήματος) είναι υψίστης σημασίας και ακόμη και μικρές αποκλίσεις από σφαιρικά σχήματα μπορούν να αλλάξουν σημαντικά το συνεκτικό πεδίο. Είναι γνωστό ότι όχι μόνο το μέγεθος αλλά το σχήμα των μεταλλικών νανοσωματιδίων επηρεάζει επίσης το ενεργειακό φάσμα, την πυκνότητα επιφανειακού φορτίου, την κολλοειδή σταθερότητα και τις μαγνητικές ιδιότητες των υλικών. Σε αυτό το έγγραφο, μελετάμε την επίδραση της ανισοτροπίας σχήματος σε νανοκύβους κοβαλτίου χρησιμοποιώντας στατικές και δυναμικές μαγνητικές ιδιότητες σε διάφορες θερμοκρασίες. Η ανισοτροπία σχήματος εισήχθη με τη μορφή νανοδίσκων χρησιμοποιώντας επιφανειοδραστική γραμμική αλυσίδας αμίνης στη διαδικασία ανάπτυξης. Οι παραλλαγές στο μέγεθος και το σχήμα των σωματιδίων προκάλεσαν κυρίαρχες αλλαγές στη μαγνητική συμπεριφορά των νανοκύβων. Παρατηρήσαμε την παραμονή του σιδηρομαγνητισμού πάνω από τη θερμοκρασία δωματίου. Μετρήθηκαν μεγαλύτερα συνεκτικά πεδία και σχέσεις εγκάρσιας επιδεκτικότητας RF και συσχετίστηκαν με την ανισοτροπία σχήματος που υπάρχει στους νανοκύβους. 

Τα μαλακά μαγνητικά υλικά μπορούν απλά να μαγνητιστούν και να απομαγνητιστούν. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι μόνο μικρή ενέργεια απαιτείται για το ίδιο. Αυτά τα υλικά  πολύ μικρό συνεκτικό πεδίο το οποίο είναι μικρότερο από 1000A/m. Η ανάπτυξη των μαγνητικών περιοχών αυτών των υλικών μπορεί να πραγματοποιηθεί εύκολα. Χρησιμοποιούνται κυρίως για να αυξήσουν τη ροή ή/και να δημιοργήσουν κάποιοα δρόμο για τη ροή που δημιουργείται από το ηλεκτρικό ρεύμα.

Οι κύριες παράμετροι που χρησιμοποιούνται για για την αξία ή την εξέταση των μαλακών μαγνητικών υλικών είναι η διαπερατότητα (χρησιμοποιείται για να καθοριστεί πώς ένα υλικό αντιδρά στο εφαρμοζόμενο μαγνητικό πεδίο), η δύναμη του συνεκτικού πεδίου (που έχει ήδη συζητηθεί), η ηλεκτρική αγωγιμότητα (η ικανότητα της ουσίας να μεταφέρει ηλεκτρικό ρεύμα) και η μαγνήτιση κορεσμού (μέγιστη ποσότητα μαγνητικού πεδίου που μπορεί να δημιουργήσει ένα υλικό).

Ιδιότητες Μαλακών Μαγνητικών Υλικών

Μέγιστη διαπερατότητα. Μικρή δύναμη του συνεκτικού πεδίου. Μικρή απώλεια υστέρησης. Μικρή παραμένουσα επαγωγή. Υψηλή μαγνήτιση κορεσμού. Μερικά από τα σημαντικά μαλακά μαγνητικά υλικά είναι τα ακόλουθα: Καθαρός σίδηρος: Ο καθαρός σίδηρος περιέχει πολύ μικρή περιεκτικότητα σε άνθρακα (> 0,1%).

Αυτό το υλικό μπορεί να τελειοποιηθεί για να αποκτήσει τη μέγιστη διαπερατότητα και την μικρότερη δύναμη συνεκτικού πεδίου με τη βοήθεια κατάλληλης τεχνικής προκειμένου να γίνει ένα μαλακό μαγνητικό υλικό. Αλλά προκύπτει απώλεια ρεύματος όταν υποβάλλεται σε πολύ υψηλή πυκνότητα ροής λόγω χαμηλής αντίστασης. Έτσι, χρησιμοποιείται σε εφαρμογές χαμηλών συχνοτήτων, όπως εξαρτήματα για ηλεκτρικά όργανα και πυρήνας στον ηλεκτρομαγνήτη. Κράματα σιδήρου πυριτίου Αυτό το υλικό χρησιμοποιείται συχνότερα στα μαλακά μαγνητικά υλικά. Η προσθήκη πυριτίου θα κάνει αύξηση της διαπερατότητας, θα υπάρχει χαμηλή απώλεια στροβιλισμού λόγω αύξησης της αντίστασης και μικρή απώλεια υστέρησης. Χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρική περιστρεφόμενη μηχανή, ηλεκτρομαγνήτη, ηλεκτρική μηχανή και μετασχηματιστή. Κράματα σιδήρου νικελίου Χρησιμοποιείται σε εξοπλισμό επικοινωνίας όπως μετασχηματιστής ήχου, κεφαλές εγγραφής και μαγνητικούς διαμορφωτές λόγω της υψηλής αρχικής διαπερατότητας σε αδύναμα πεδία. Διαθέτουν επίσης χαμηλές απώλειες υστέρησης και απώλειας ρεύματος. Χαλύβδινο φύλλο προσανατολισμένο σε κόκκους: χρησιμοποιείται για την κατασκευή πυρήνων μετασχηματιστών. Mu-metal: χρησιμοποιείται σε μικροσκοπικούς μετασχηματιστές που προορίζονται για εφαρμογές κυκλώματος. Κεραμικοί μαγνήτες: χρησιμοποιούνται για την κατασκευή συσκευών μνήμης για συσκευές μικροκυμάτων και υπολογιστή.

Μαγνητική επιδεκτικότητα, είναι το ποσοτικό μέτρο του βαθμού στον οποίο ένα υλικό μπορεί να μαγνητιστεί σε σχέση με ένα ορισμένο εφαρμοσμένο μαγνητικό πεδίο. Η μαγνητικήεπιδεκτικότητα ενός υλικού, που συμβολίζεται συνήθως με χ_m, είναι ίση με την μαγνήτιση Μ εντός του υλικού προς την εφαρμοζόμενη ισχύ του μαγνητικού πεδίου Η, ή χ_m = M/H. Αυτή η αναλογία, μιλώντας πιο συγκεκριμένα, είναι η επιδεκτικότητα όγκου, επειδή η μαγνήτιση ουσιαστικά περιλαμβάνει ένα ορισμένο μέτρο μαγνητισμού (διπολική ροπή) ανά μονάδα όγκου.

Τα μαγνητικά υλικά μπορούν να ταξινομηθούν ως διαμαγνητικά, παραμαγνητικά ή σιδηρομαγνητικά με βάση τις επιδεκτικότητες τους. Διαμαγνητικά υλικά, όπως το βισμούθιο, όταν τοποθετούνται σε εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, αποβάλλουν εν μέρει το εξωτερικό πεδίο από μέσα τους και, αν έχουν σχήμα ράβδου, ευθυγραμμίζονται σε ορθή γωνία με ένα μη ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο. Τα διαμαγνητικά υλικά χαρακτηρίζονται από σταθερές, μικρές αρνητικές επιδεκτικότητες, που επηρεάζονται ελάχιστα από τις αλλαγές της θερμοκρασίας.

Τα παραμαγνητικά υλικά, όπως η πλατίνα, αυξάνουν ένα μαγνητικό πεδίο στο οποίο τοποθετούνται επειδή τα άτομα τους έχουν μικρές μαγνητικές διπολικές ροπές που εν μέρει ευθυγραμμίζονται με το εξωτερικό πεδίο. Τα παραμαγνητικά υλικά έχουν σταθερές, μικρές θετικές επιδεκτικότητες, μικρότερες από 1/1000 σε θερμοκρασία δωματίου, πράγμα που σημαίνει ότι η ενίσχυση του μαγνητικού πεδίου που προκαλείται από την ευθυγράμμιση των μαγνητικών διπόλων είναι σχετικά μικρή σε σύγκριση με το εφαρμοζόμενο πεδίο. Η παραμαγνητική επιδεκτικότητα είναι αντιστρόφως ανάλογη με την τιμή της απόλυτης θερμοκρασίας. Οι αυξήσεις της θερμοκρασίας προκαλούν μεγαλύτερη θερμική δόνηση των ατόμων, η οποία παρεμβαίνει στην ευθυγράμμιση των μαγνητικών διπόλων.

Τα σιδηρομαγνητικά υλικά, όπως ο σίδηρος και το κοβάλτιο, δεν έχουν σταθερές επιδεκτικότητες. Η μαγνήτιση δεν είναι συνήθως ανάλογη με την ισχύ του πεδίου που εφαρμόζεται. Οι μετρημένες σιδηρομαγνητικές επιδεκτικότητες έχουν σχετικά μεγάλες θετικές τιμές, μερικές φορές πάνω από 1.000. Έτσι, μέσα σε σιδηρομαγνητικά υλικά, η μαγνήτιση μπορεί να είναι πάνω από 1.000 φορές μεγαλύτερη από το εξωτερικό πεδίο μαγνήτισης, επειδή τέτοια υλικά αποτελούνται από συμπαγείς συστάδες ατομικών μαγνητών (σιδηρομαγνητικά πεδία) που ευθυγραμμίζονται ευκολότερα από το εξωτερικό πεδίο.