《中国大百科全书（第2版）》读书笔记6837

磁性材料 magnetic material

具有铁磁性能的材料的统称。包括自旋呈共线型分布的铁磁性、亚铁磁性材料，自旋呈螺旋型或成角型分布的，以及非晶态结构中自旋呈统计分布的铁磁性和亚铁磁性材料等。

其基本特征是材料随外磁场而磁化。磁化度M随外磁场的变化关系为回线，称为磁滞回线，即从外场为零的初始点，磁化强度M随H增大而增大，直至饱和值imgarr，当外场返回减小时，M不经原轨迹减小，H回到零点时，M仍保留一个“剩磁”值imgarr等，要想使M回到零值，必须反向加磁场直至“矫顽力”imgarr。

反向磁化情形类似。正反向反复化就构成了M-H曲线的“磁滞回线”。

广义的磁性材料有时也包括应用某种磁效应的弱磁性材料，如顺磁盐、反铁磁材料等。

简史

2000多年前人类就已发现磁现象，已有利用材料磁性制成的指南器。近代多种磁材料的研究和应用，是从19世纪末到20世纪初由于电工、电子学、无线电技术和信息技术的需要而发展起来的。

在软磁材料方面，1900年W.F.巴雷特等最早研究了铁硅（FeSi）合金的磁性，并于1903年开始工厂生产。

1934年N.P.戈斯研制成功立方织构硅钢片，使其获得广泛的应用。

1889年J.霍普金森最早研究铁镍(FeNi)合金磁性；1913年G.W.埃尔门发现提高其磁导率的特殊热处理工艺（称为坡莫合金处理)，后来他又研制成功加钴的坡明瓦合金（1928））和钼坡莫合金（1930）。

1960年P.杜威用快速冷凝技术获得原子结构无序的非晶态金属。10年后非晶态软磁合金得到快速发展并工业生产。80年代日本日立金属公司在非晶态软磁合金的基础上开发出纳米晶FeCuNbSiB合金，具有极好的软磁性。

在硬磁材料方面，19世纪中后期研制成功钨磁钢（1855）和铬磁钢（1870），20世纪初研制成功相应的钴钨磁钢（1917）和钴铬磁钢（1921），但其最大磁能积均小于10千焦/立方米。

30年代研制成铝镍钴(Al-Ni-Co)系永磁合金（1931～1940）和铂钴(Pt-Co)合金（1936），50年代初研制成钡铁氧体系列永磁材料，60～80年代稀土永磁imgarr、imgarr和imgarr三代材料相继出现，使最大磁能积提高到200千焦/立方米以上。

随着电子技术和信息技术的发展，磁记录材料也在其中起着重要的推动作用。从钢丝录音到铁氧体磁芯存储，从薄磁膜计算机内存到磁光存储盘，各种录音带、录像带、软盘、硬盘、磁光盘都是磁记录材料发展的见证。90年代发展的自旋电子学相应的各类磁性多层膜材料和器件，将会对21世纪的人类进步带来重大影响。

种类

磁性材料可按磁性、效应、结构、形态等分类。

按磁性可分为5类：

①硬磁材料。磁滞回线面积大，即磁化后剩磁imgarr大、矫项力imgarr大，能对其周围特定空间提供稳定的磁场的材料。又称永磁材料。

②软磁材料。磁滞回线面积小，细长形，即很容易饱和到imgarr，但剩磁imgarr不大，imgarr也很小，而导磁率为μ——磁化强度M与外磁场H之比很大的材料。

③矩磁材科。磁滞回线呈矩形，具有能与二进制数码对应的两个稳定的磁化状态的材料，又称磁记录材料。

③压磁材料。样品尺寸、休积和力学性能随磁化状态而明显变化的材料。又称磁致伸缩材料。主要有镍(Ni)金属、铽镝铁(Tb-Dy-Fe)合金等。

④旋磁材料。电磁波的偏振面会因材料的磁化状态而产生偏转的材料。多用于微波器件。故又称微波磁性材料，如钇铁石榴石（YIG）。

按学科交叉的磁效应可分为4类：

①磁光材料。对光（含红外）频段的旋磁效应和旋电效应高，且光损耗低的材料。多用于磁光存储和光纤通信中的磁光器件。

②磁电阻材料。外加磁场能引起材料电阻率明显变化的材料。早期多用铁镍合金的正磁电阻效应，磁电阻变化率在3％以下。1980年后相继发现磁性多层膜钴铜（Co/Cu）的巨磁电阻效应（GMR）和钙钛矿型锰基氧化物镧钙锰氧imgarr系列的庞磁电阻效应（CMR）等，并由此而衍生出新兴学科——自旋电子学。

③磁致冷材料。磁场引起材料熵的变化，而可通过绝热去磁用于降低温度的材料。可以用顺磁盐获得毫开（0.001K）以上的低，用核磁矩获得毫开以下的极低温。近年来在室温附近的磁致冷材料研究也有很大的进展，有金属钆（Gd），GdSiAl合金，Mn-（As，Sb）合金，MnFe（P-As）合金，NiMnGa合金，imgarr化合物等。

④生物磁性材料。人工制造的在生物体内不具有排异反应的磁性材料，或牛物体内通过生物矿化过程而产生的磁性材料，如可用于磁性药物的磁性微球等。这方面的研究尚很初步。

按材料的形态或维度可分为4类：

①三维块状材料。是最常用的形态。

②（准）二维磁性薄膜材料。有单层膜、多层膜、超薄膜之分。多用于磁记录的磁传感器。21世纪初发展出的自旋电子学就是基于磁性薄膜材料。

③（准）一维丝状材料。多用于磁记录和磁传感器，为针状imgarr，发展中的量子磁存储纳米磁性丝等。

④（准）零维超细纳米磁性粒子。处于单磁畴状态的超顺磁性材料。重要的应用有磁性液体和医用硭性微球等。

按结构类型可分为单晶材料、多晶材料、纳米晶材料、非晶态材料等。

应用

磁性材料在各方面有着广泛和重要的应用。例如，电力技术中的各种电机和功率变压器；电子技术中的各类磁性元件、电感脉冲变压器、微波电子管；通信技术中的磁性天线、传感器、滤波器；国防技术中的磁性水雷、地雷和隐身材科；仪表工业中的磁电式或电磁式仪表；家用电器中的各类音响和磁带；医学中的脑磁、心磁图设各，载磁药物和各类磁疗器；科学研宄中的加速器磁体、粒子磁谱仪；地矿技术中的磁法勘探和海洋磁测；信息技术中的各种硬盘、软盘和磁光盘；空间技术中的磁姿态控制和磁测，能源技术中的磁流体发电和磁约束热核聚变；生物技术中的磁致遗传变化、核磁共振成像等。

随着现代科技的发展，将会有更高性能或更新品种的磁性材料出现。

摘自：《中国大百科全书（第2版）》第4册，中国大百科全书出版社，2009年