L: tuổi thọ ở nhiệt độ so sánh ví dụ nhiệt độ ứng với cấp chịu nhiệt
CHƯƠNG 4 VẬT LIỆU TỪ (VLT)
4.1.2 Phân loại vật chất theo tính chất từ:
Vật liệu từ được phân loại theo phương diện nhiễm từ trên cơ sở những giá trị của và kμr M.Theo phản ứng với từ trường ngồi và đặc tính sắp xếp từ bên trong, mọi vật chất trong thiên nhiên cĩ thể chia thành năm nhĩm: nghịch từ, thuận từ, sắt từ, kháng sắt từ và ferit từ .
Hình 4.1 Bảng tuần hồn trình bày một số nguyên tố từ tính ở nhiệt độ phịng.
Vật chất nghịch từ (Diamagnetic): là những vật chất cĩ độ từ cảm âm và khơng phụ thuộc vào hướng của từ trường ngồị.Chúng cĩ μr cĩ giá trị khơng đổi cho đến cường độ từ trường rất lớn. Trong vật liệu khơng cĩ từ trường riêng khi khơng cĩ từ trường ngồi : μr<1 ; kM = ( - 0,1.10- 6 ) đến ( – 10- 5 ). Độ từ cảm của vật chất nghịch từ thay đổi rất ít theo nhiệt độ. Điều này được giải thích rằng hiệu ứng nghịch từ là quá trình bên trong nguyên tử, mà sự chuyển động nhiệt của các hạt khơng bị ảnh hưởng lên nĩ.Sự thể hiện bên ngồi của vật chất nghịch từ là chất nghịch từ bị đẩy ra khỏi từ trường khơng đồng nhất.
Vật chất nghịch từ là các khí trơ, H2 và nhiều chất lỏng( nước, dầu mỏ và các sản phẩm của nĩ ), hàng loạt kim loại như đồng vàng, bạc, thủy ngân… và phần lớn bán dẫn như silic, Ge, liên kết AIIIBv, AIIBvI và các liên kết hữu cơ, tinh thể kiềm – halogen, thủy tinh vơ cơ và các vật chất khác. Vật chất nghịch từ là tất cả các vật chất cĩ liên kết đồng hĩa trị và các vật chất cĩ trạng thái siêu dẫn.
Vật chất thuận từ (Paramagnetic): là các vật chất cĩ độ từ cảm kM dương, khơng phụ thuộc vào cường độ từ trường ngồi. Ở nhiệt độ bình thường độ từ cảm kM của vật chất thuận từ khoảng 10-3 -10-6. Vì vậy hệ số từ thẩm tương đối μr khơng khác nhiều 1. Nhờ độ nhiễm từ dương của vật chất thuận từ, nếu đưa chúng vào từ trường khơng đồng nhất sẽ bị kéo vàọ Trong trường rất mạnh và ở nhiệt độ thấp trong vật chất thuận từ cĩ thể xảy ra trạng thái bão hịa từ, trong đĩ tất cả mơmen từ cơ bản định hướng song song với cườngai2 .Hiệu ứng thuận từ theo bản chất vật lý rất giống phân cực lưỡng cực của điện mơi.
Hầu hết các kim loại, các chất khí ơxy, nitơ, các muối kim loại, sắt từ ở nhiệt độ cao, các chất mangan, crom, vanadi, clorua coban (CoCl2) clorua sắt (FeCl2) clorua canxi (CaCl2) là vật chất thuận từ .
Các vật chất thuận từ rắn cĩ độ từ cảm thay đổi theo nhiệt độ tuân theo định luật Quyri – Veiss:
kM = C/(T- θ)
C, và θ là hằng số của vật chất quan sát.
Vật chất sắt từ (ferromagnetic): là các vật chất cĩ độ từ cảm rất cao tới106, và phụ thuộc rất nhiều vào cường độ từ trường và nhiệt độ. Tính chất quan trọng nhất của vật chất sắt từ là khả năng từ hĩa tới bão hịa trong từ trường yếụ- chúng cĩ rất lớn, và là hàm số của cường độ từ trường. Khi khơng cĩ từ trường ngồi, bên trong vật liệu đã cĩ những miền từ hĩa tự phát. Khi cĩ từ trường ngồi, những miền này sắp xếp theo trật tự.VD: sắt, coban, niken, một số đất hiếm cĩ k
r
μ
M=106 là vật chất sắt từ
Vật chất kháng sắt từ(antiferromagnetic):là các vật chất, ở nhiệt độ thấp hơn một nhiệt độ nào đĩ sẽ xuất hiện sự định hướng tự phát phản song song của các mơmen từ cơ bản của các nguyên tử (hoặc ion) giống nhau trong mạng tinh thể. Vật chất kháng sắt từ cĩ độ từ cảm dương (kM = 10-3- 10-5) và phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ. Khi bị đốt nĩng,vật chất kháng sắt từ sẽ chuyển tiếp pha vào trạng thái thuận từ. Nhiệt độ của chuyển tiếp này, khi biến mất trật tự từ được gọi là điểm kháng sắt từ Quyri.
Hình 4.2 Trật tự từ trong cấu trúc MnO
Cĩ hàng ngàn liên kết cĩ tính chất kháng sắt từ .Hình 4.2 là ví dụ chỉ rõ cấu trúc của MnO(cĩ mạng tinh thể giống NaCl). Các ion của Mn cĩ các momen từ hướng ngược nhau. Mặc dù cĩ sự sắp xếp trật tự từ trong tinh thể ,nhưng tổng từ hố (nhiễm từ ) của tinh thể khi khơng cĩ từ trường ngồi bằng 0.
Ferittừ gồm các vật chất mà tính chất từ của chúng cĩ kháng sắt từ khơng triệt tiêu. Tương tự như chất sắt từ chúng cĩ độ từ cảm rất cao, và phụ thuộc rất nhiều vào cường độ từ trường và nhiệt độ. Mặc dù vậy ferit từ cĩ những khác biệt cơ bản với sắt từ. Tính chất của ferit từ cĩ ở một vài hợp kim, nhưng chủ yếu là các liên kết oxit, trong đĩ ferit cĩ ý nghĩa thực tế nhất.
Thuận từ, nghịch từ , kháng sắt từ cĩ thể liên kết thành nhĩm vật chất cĩ từ tính yếu, trong khi đĩ sắt từ và ferit từ là vật chất cĩtừ tính mạnh.