Vật liệu từ tính: Tính chất, hoạt động, chủng loại, sự khác biệt và ứng dụng của chúng

Có nhiều loại vật liệu và chất khác nhau được tạo thành từ các hạt tích điện: như; electron và proton. Những vật liệu này có thể biểu hiện một số đặc tính từ tính khi chúng bị từ hóa bởi một từ trường bên ngoài gọi là vật liệu từ tính. Những vật liệu này có mô men từ cảm ứng hoặc vĩnh viễn trong từ trường. Để nghiên cứu tính chất từ ​​của các vật liệu này, thông thường vật liệu được đặt trong một từ trường chuẩn, sau đó từ trường thay đổi. Trong công nghệ hiện đại, những vật liệu này đóng vai trò then chốt và là thành phần quan trọng cho máy biến áp , động cơ và máy phát điện. Bài viết này cung cấp thông tin ngắn gọn về vật liệu từ tính .

Vật liệu từ tính là gì?

Các vật liệu bị từ hóa bởi từ trường tác dụng bên ngoài được gọi là vật liệu từ tính. Những chất này cũng bị từ hóa bất cứ khi nào chúng bị nam châm hút. Ví dụ về các vật liệu này là; Sắt, Cobalt & Nickle.

Những vật liệu này được phân loại thành vật liệu mềm từ tính (hoặc) cứng từ tính.

Các vật liệu cứng có từ tính bị từ hóa thông qua một từ trường bên ngoài rất mạnh được tạo ra bởi một nam châm điện. Những vật liệu này chủ yếu được sử dụng để tạo ra nam châm vĩnh cửu được làm từ hợp kim thường bao gồm một lượng có thể thay đổi của sắt, niken, nhôm, coban và các nguyên tố đất hiếm như samarium, neodymium và dysprosium.

Các vật liệu mềm có từ tính rất dễ bị từ hóa mặc dù từ tính cảm ứng chỉ là tạm thời. Ví dụ, nếu bạn vuốt một nam châm vĩnh cửu bằng tuốc nơ vít hoặc đinh thì nó sẽ bị từ hóa tạm thời và sẽ tạo ra từ trường yếu vì một lượng lớn sắt nguyên tử được sắp xếp tạm thời theo một hướng tương tự thông qua từ trường bên ngoài.

Của cải

Tính chất vật liệu từ tính là một trong những khái niệm cơ bản nhất của vật lý. Vì vậy, các tài sản chủ yếu bao gồm; thuận từ, sắt từ và phản sắt từ sẽ được thảo luận dưới đây.

Thuận từ là một loại từ tính trong đó một số vật liệu bị hút yếu bởi từ trường tác dụng bên ngoài. Nó tạo thành từ trường bên trong và cảm ứng theo hướng của từ trường ứng dụng. Trong thuyết thuận từ, các electron chưa ghép cặp được sắp xếp ngẫu nhiên.

Sắt từ là hiện tượng một vật liệu như sắt bị từ hóa và vẫn bị từ hóa trong từ trường bên ngoài trong giai đoạn đó. Trong hiện tượng sắt từ, các electron chưa ghép cặp đều được kết nối với nhau.

Phản sắt từ là một loại trật tự từ tính chủ yếu xảy ra bất cứ khi nào mô men từ của các nguyên tử (hoặc) ion liền kề sắp xếp theo hướng ngược lại và dẫn đến mômen từ thuần bằng không. Vì vậy, hành vi này chủ yếu là do sự tương tác trao đổi giữa các ion hoặc nguyên tử lân cận, giúp liên kết phản song song để giảm năng lượng của hệ thống. Thông thường, vật liệu phản sắt từ thể hiện trật tự từ tính ở một nhiệt độ cụ thể được gọi là; Nhiệt độ Neel. Vật liệu ở nhiệt độ này sẽ trở thành thuận từ và mất đi đặc tính phản sắt từ.

Vật liệu từ tính hoạt động như thế nào?

Những vật liệu này có những vùng nhỏ trong đó mô men từ có thể được định hướng theo một hướng cụ thể gọi là miền từ chịu trách nhiệm chính cho hiệu suất độc quyền của vật liệu. Năng lượng tổng thể của vật liệu có thể được cung cấp đơn giản bằng năng lượng dị hướng, năng lượng trao đổi và năng lượng tĩnh điện. Bất cứ khi nào kích thước của vật liệu từ tính giảm đi thì nó sẽ tăng cường các miền khác nhau trong vật liệu. Vì vậy, do sự giảm năng lượng tĩnh từ, nhiều vách miền sẽ làm tăng năng lượng trao đổi và dị hướng. Do đó, kích thước của miền sẽ quyết định bản chất của vật liệu từ tính.

Mômen từ không ổn định đối với một số vật liệu có đường kính hạt nhỏ hơn so với đường kính siêu thuận từ tới hạn. Bất cứ khi nào đường kính của hạt nằm giữa đường kính tới hạn của siêu thuận từ và miền đơn thì mômen từ sẽ trở nên ổn định.

Các loại vật liệu từ tính

Có nhiều loại vật liệu từ tính khác nhau có sẵn trên thị trường và sẽ được thảo luận dưới đây.

Vật liệu thuận từ

Những vật liệu này không bị hút mạnh bởi nam châm như; thiếc magiê, nhôm, và nhiều hơn nữa. Những vật liệu này có độ thấm tương đối nhỏ nhưng độ thấm dương như nhôm là: 1.00000065. Những vật liệu này chỉ bị từ hóa bất cứ khi nào chúng nằm trong từ trường rất mạnh và chúng hoạt động theo hướng từ trường.

Bất cứ khi nào một từ trường mạnh được cung cấp bên ngoài, thì các lưỡng cực từ vĩnh cửu sẽ điều chỉnh chúng thành tự song song đối với từ trường tác dụng và tăng lên thành từ hóa dương. Nếu hướng lưỡng cực song song với từ trường tác dụng không hoàn toàn thì độ từ hóa cực kỳ nhỏ.

Vật liệu nghịch từ

Những vật liệu này bị đẩy qua một nam châm như thủy ngân, kẽm, chì, gỗ, đồng, bạc, lưu huỳnh, bismuth, v.v. được gọi là vật liệu nghịch từ. Những vật liệu này có độ thấm dưới một chút. Ví dụ, độ thấm của vật liệu đồng là 0,000005, vật liệu bismuth là 0,00083 và vật liệu gỗ là 0,9999995.

Khi những vật liệu này nằm trong từ trường cực mạnh thì những vật liệu này sẽ bị từ hóa nhẹ & tác dụng ngược chiều với từ trường tác dụng. Trong các loại vật liệu này có hai từ trường khá yếu sinh ra do sự chuyển động quỹ đạo và sự quay trục của các electron quanh hạt nhân.

Vật liệu sắt từ

Những loại vật liệu bị hút mạnh bởi từ trường được gọi là vật liệu sắt từ. Ví dụ về các vật liệu này là; niken, sắt, coban, thép, v.v. Những vật liệu này có độ thấm cực cao, dao động từ vài trăm đến hàng nghìn.

Các lưỡng cực từ trong các vật liệu này được sắp xếp đơn giản thành các miền khác nhau ở những nơi mà sự sắp xếp lưỡng cực riêng lẻ hoàn hảo một cách đáng kể và có thể tạo ra từ trường mạnh. Thông thường, các miền này được sắp xếp ngẫu nhiên và từ trường của mỗi miền bị triệt tiêu thông qua một miền khác và toàn bộ vật liệu không thể hiện hoạt động của nam châm.

Bất cứ khi nào một từ trường bên ngoài được cung cấp cho các vật liệu này, thì các miền sẽ tự định hướng lại để hỗ trợ từ trường bên ngoài và tạo ra một từ trường bên trong rất mạnh. Bằng cách loại bỏ từ trường bên ngoài, hầu hết các miền đều chờ đợi và tiếp tục liên kết theo hướng từ trường.
Vì vậy, từ trường của những vật liệu này vẫn tồn tại ngay cả khi từ trường bên ngoài biến mất. Vì vậy đặc tính chính này được dùng để sản xuất nam châm vĩnh cửu mà chúng ta sử dụng hàng ngày. Các vật liệu dùng để chế tạo nam châm vĩnh cửu thường có tính sắt từ cao như Sắt, niken, neodymium, coban, v.v..

Vui lòng tham khảo liên kết này để Vật liệu sắt từ .

Nguyên liệu thô từ tính

Thông thường, nam châm vĩnh cửu trên khắp thế giới được chế tạo bằng nhiều loại vật liệu khác nhau và mỗi loại vật liệu đều có những đặc tính khác nhau. Những vật liệu này chủ yếu bao gồm; alnico, cao su dẻo, ferrite, samarium cobalt & neodymium sẽ được thảo luận dưới đây.

Ferrit

Nhóm vật liệu sắt từ đặc biệt chiếm vị trí trung gian giữa vật liệu sắt từ và không sắt từ được gọi là ferrite. Những vật liệu này có các hạt vật liệu sắt từ mịn có tính thấm cao và được giữ lẫn nhau thông qua nhựa liên kết. Trong ferrite, độ từ hóa được tạo ra là rất đủ mặc dù độ bão hòa từ của chúng không cao như vật liệu sắt từ.

Những vật liệu này không tốn kém để tạo ra do cường độ từ tính của chúng. Chúng yếu hơn đáng kể so với các vật liệu đất hiếm nhưng thậm chí chúng vẫn được sử dụng rộng rãi trong một số ứng dụng thương mại. Những vật liệu này có sức mạnh như khả năng chống ăn mòn và khử từ.

Neodymium

Neodymium là một nguyên tố đất rất hiếm ((Nd) và số nguyên tử của nó là 60. Nó được phát hiện đơn giản vào năm 1885 bởi nhà hóa học người Áo, Carl Auer von Welsbach. Vật liệu này được trộn lẫn với boron, sắt và dấu vết của các nguyên tố khác như praseodymium & dysprosium để tạo ra hợp kim sắt từ gọi là Nd2Fe14b, đây là vật liệu từ tính rất mạnh.Nam châm Neodymium thay thế các loại vật liệu khác trong một số thiết bị công nghiệp và thương mại hiện đại.

Alnico

Từ viết tắt của nhôm, niken và coban là 'alnico' trong đó ba nguyên tố chính này được sử dụng chủ yếu để tạo ra vật liệu từ tính alnico. Những nam châm này là nam châm vĩnh cửu rất mạnh so với nam châm đất hiếm. Nam châm alnico có thể được thay thế bằng nam châm vĩnh cửu bên trong động cơ , loa và máy phát điện.

Coban Samari

Những nam châm này được Phòng thí nghiệm Vật liệu Không quân Hoa Kỳ phát triển đơn giản vào đầu những năm 1970. Samarium coban hay SmCo là một vật liệu từ tính được chế tạo bằng hợp kim của các nguyên tố đất bất thường như; samarium, coban kim loại cứng, vết sắt, hafnium, đồng, praseodymium & zirconium. Nam châm coban Samarium là nam châm đất hiếm như neodymium vì samari là một nguyên tố thuộc nhóm đất hiếm tương tự như neodymium.

Vật liệu từ tính và vật liệu không từ tính

Sự khác biệt giữa hai vật liệu này được thảo luận dưới đây.

So sánh

Sự so sánh giữa các vật liệu từ tính khác nhau được thảo luận dưới đây.

Các ứng dụng

Các ứng dụng của vật liệu từ tính bao gồm những điều sau đây.

• Chúng được sử dụng để tạo ra và phân phối điện trong các thiết bị sử dụng điện.
• Chúng được sử dụng để lưu trữ dữ liệu trên đĩa âm thanh, băng video và máy tính.
• Những vật liệu này được sử dụng rộng rãi trong đời sống, sản xuất, khoa học công nghệ quốc phòng.
• Chúng được sử dụng trong sản xuất các máy biến áp và động cơ khác nhau trong công nghệ điện, các bộ phận từ tính và ống vi sóng khác nhau trong công nghệ điện tử, bộ tăng cường & bộ lọc trong công nghệ truyền thông, súng điện từ, thiết bị gia dụng và mỏ từ tính trong công nghệ quốc phòng.
• Chúng được sử dụng rộng rãi trong thăm dò khoáng sản & địa chất, thám hiểm đại dương & công nghệ mới trong lĩnh vực năng lượng, thông tin, không gian và sinh học.
• Những vật liệu này đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực công nghệ điện tử và các lĩnh vực khoa học công nghệ khác.
• Chúng được áp dụng trong điện tử, y học, kỹ thuật điện, v.v.
• Chúng được sử dụng trong sản xuất các thiết bị điện và điện tử như động cơ điện, máy biến áp và máy phát điện.
• Chúng được sử dụng trong sản xuất thiết bị lưu trữ từ tính như; đĩa mềm, ổ đĩa cứng và băng từ.
• Các loại vật liệu này được sử dụng trong sản xuất cảm biến từ như; Cảm biến hiệu ứng Hall, cảm biến từ trường và cảm biến từ điện trở.
• Chúng được áp dụng trong các thiết bị y tế như; Máy MRI, máy điều hòa nhịp tim và hệ thống phân phối thuốc cấy ghép.
• Chúng được sử dụng trong các phương pháp tách từ tính, được sử dụng để tách các hạt từ tính khỏi các hạt không từ tính.
• Những vật liệu này được sử dụng trong việc tạo ra năng lượng tái tạo như; nhà máy thủy điện và tua-bin gió.

Như vậy, đây là tổng quan về từ tính vật liệu, chủng loại, sự khác biệt, so sánh vật liệu và ứng dụng của nó. Đây là câu hỏi dành cho bạn, nam châm là gì?