磁體

從19世紀(jì)開始,磁學(xué)理論快速發(fā)展,新型磁性材料不斷被發(fā)現(xiàn)。如今,磁性材料已作為一類重要的功能材料被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,促進(jìn)了現(xiàn)代文明的進(jìn)步。永磁材料、軟磁材料和磁記錄材料是三大類主要磁性材料,它們與磁致冷材料、磁致伸縮材料、磁性吸波材料及新近發(fā)展的自旋電子材料構(gòu)成了磁性材料的龐大家族。其中,永磁材料也被稱為硬磁材料,是人類應(yīng)用最早的磁性材料。

與其他學(xué)科相比,磁學(xué)經(jīng)歷了從技術(shù)到科學(xué)的發(fā)展過程。中國人早在公元前300年就利用天然磁石制造了世界上最早的指南針。盡管人類很早便開始利用物質(zhì)的磁性,但直到19世紀(jì)才將對(duì)于磁性的認(rèn)識(shí)提升到理論階段,磁學(xué)得以飛速發(fā)展。

1820年,丹麥物理學(xué)家Hans Christian ?rsted通過著名的?rsted實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng),首次證明了電與磁之間的密切關(guān)系。同年,法國物理學(xué)家André-Marie Ampère闡明了通電線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)及通電線圈間相互作用的磁力。

1824年,英國工程師William Sturgeon研制了電磁體。

1831年,英國科學(xué)家Michael Faraday發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象,揭示了電與磁之間的內(nèi)在聯(lián)系,為電磁技術(shù)的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。

19世紀(jì)60年代,蘇格蘭物理學(xué)家James Clerk Maxwell創(chuàng)建了統(tǒng)一的電磁場(chǎng)理論,建立了著名的Maxwell方程。自此,人們對(duì)磁現(xiàn)象本質(zhì)的認(rèn)識(shí)才真正開始。

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磁學(xué)理論發(fā)展的同時(shí),人們對(duì)物質(zhì)的磁學(xué)性質(zhì)也進(jìn)行了研究:

1845年,Michael Faraday根據(jù)磁化率的不同,將物質(zhì)磁性劃分為抗磁性、順磁性及鐵磁性。

1898年,法國物理學(xué)家Pierre Curie研究了抗磁性和順磁性物質(zhì)的磁性與溫度的關(guān)系,并提出了著名的居里定律。

1905年,法國物理學(xué)家Paul Langevin利用經(jīng)典統(tǒng)計(jì)力學(xué)理論,解釋了第一類順磁性隨溫度變化的規(guī)律。此后,Léon Brillouin在Langevin理論的基礎(chǔ)上,考慮了磁場(chǎng)能量的不連續(xù)性,提出了半經(jīng)典順磁性理論。

1907年,法國物理學(xué)家Pierre-Ernest Weiss在Langevin和Brillouin磁性理論的啟發(fā)下,創(chuàng)立了“分子場(chǎng)”理論,提出了“磁疇”的概念。“分子場(chǎng)”和“磁疇”是當(dāng)代鐵磁學(xué)理論的基礎(chǔ),開創(chuàng)了鐵磁學(xué)研究的兩大領(lǐng)域,即解釋分子場(chǎng)本質(zhì)的自發(fā)磁化理論和研究鐵磁體在外磁場(chǎng)中磁疇變化的技術(shù)磁化理論。

1928年,Werner Karl Heisenberg從交換能出發(fā),建立了交換作用模型,闡明了“分子場(chǎng)”的本質(zhì)和起源。

1936年,蘇聯(lián)物理學(xué)家Lev Davidovich Landau完成了現(xiàn)代磁學(xué)巨著《理論物理學(xué)教程》,全面系統(tǒng)地論述了現(xiàn)代電磁學(xué)和鐵磁學(xué)理論。

此后,物理學(xué)家Louis Néel提出了反鐵磁性和亞鐵磁性的概念和理論,細(xì)化了人類對(duì)物質(zhì)磁性的認(rèn)識(shí)。

二十世紀(jì)五六十年代,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,各種磁學(xué)理論層出不窮,如RKKY作用理論和巡游電子鐵磁性理論等。

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與此同時(shí),鐵磁學(xué)理論在指導(dǎo)永磁材料研制方面所起的作用愈發(fā)明顯。

1917年,日本發(fā)明家本多光太郎發(fā)明了KS鋼。

1931年,日本冶金學(xué)家三島德七發(fā)明了MK鋼,而MK鋼被認(rèn)為是第一代永磁材料鋁鎳鈷磁體的先驅(qū)。

1933年,來自日本東京工業(yè)大學(xué)加藤與五郎和武井武共同發(fā)明了鐵氧體。鐵氧體被譽(yù)為第二代永磁體,至今占有非常大的市場(chǎng)分額。

1967年,奧地利物理學(xué)家Karl J. Strnat與他的同事共同發(fā)現(xiàn)了第一代稀土永磁體SmCo5,其性能是鋁鎳鈷磁體的數(shù)倍。

1977年,來自日本TDK公司的Teruhiko Ojima在Sm2Co17永磁體的研究中取得成功,宣告了第二代稀土永磁體的誕生。

1983年,日本科學(xué)家佐川真人和美國科學(xué)家John Croat分別發(fā)明了燒結(jié)釹鐵硼磁體釹鐵硼快淬磁粉。作為第三代稀土永磁體,釹鐵硼磁體極大促進(jìn)了現(xiàn)代文明的進(jìn)步。

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