急求资料!!关于氧化锌的半导体材料!!

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半导体材料:氧化锌半导瓷 化学式:ZnO 基本概况:ZnO(氧化锌)是一种新型的化合物半导体材料Ⅱ一Ⅵ宽禁带(E =3.37eV)。在常温常压下其是一种非常典型的直接宽禁半导体材料,稳定相是六方纤锌矿结构,其禁带宽度所对应紫外光波长,有希望能够开发出蓝绿光、蓝光、紫外光等等多种发光器件。氧化锌的能带隙和激子束缚能较大,透明度高,有优异的常温发光性能,在半导体领域的液晶显示器、薄膜晶体管、发光二极管等产品中均有应用。此外,微颗粒的氧化锌作为一种纳米材料也开始在相关领域发挥作用。 晶体数据:针状体根部直径 (µm) 0.1~10 比热 (J/g·k) 5.52 耐热性能 (℃) 1720(升华) 真实密度 (g/cm3) 5.8 表观密度 (g/cm3) 0.01~0.5 粉体电阻率 (Ω·cm) 104~109 介电常数 (实部) 4.5~30 介电常数 (虚部) 20~135 拉伸强度 (MPa) 1.2×104 d性模量 (MPa) 3.5×105 热膨胀率 (%/℃) 4×106 氧化锌空间结构 电镜下的氧化锌半导体材料 制备方法:纯氧化锌是煅烧锌矿石或在空气中燃烧锌条而得。氧化锌结晶是六角晶系,晶格常数α=3.25×10-10m,c=5.20×10-10m。室温下满足化学计量比关系的氧化锌晶体或多晶体中导电载流子极少,具有绝缘体的性能。在空气中经高温处理后,将会因氧的过剩或不足而成为偏离化学计量比关系的不完整晶体,即含有氧缺位或氧填隙锌的非化学计量比结晶,使自由电子或空穴大大增多,氧化锌由白色绝缘体变成青黑色半导体。当在氧化锌中加入适量的其他氧化物或盐类,如Bi2O3、Sb2O3、Co2O3、MnO、Cr2O3、Al2O3或Al(NO3)2等作为添加剂,按一般的陶瓷工艺成型烧结,可以制得氧化锌半导瓷。理论模型:六方纤锌矿结构是理想的氧化锌,对称性C6v-4、属于P63mc空间群,品格常数C=O.521 nm,Y=120 ,a=b=O.325 nm,α=β= 90。。其中c/a较理想的六角柱紧堆积结构的1.633稍小为1.602。其它方向的氧ZnO键长为O.197 nm,只有c轴方向为0.199 nm,其晶胞由锌的六角密堆积与氧的六角密堆积反向套够而成。本文所有的及孙模型都是以超晶胞为基础的模型。我们可以看出,在氧化锌中的配位体是一个三角锥,锥顶原子和中心原子的键长与锥面三个原子的键长相比要稍大,其棱长小于底面边长。所以,ZnO 四面体为晶体中02-一配位多面体,O2-与Zn 配位情况基本相同。 计算结果:利用实验晶格参数对理想的ZnO晶体的电子结构进行了计算。其中包括总体态密度,能带结构,分波态密度。图3,图4,图5为计算结果。用其他理论方法计算的结果与本文计算结果相符合。我们可以从图3,图4,图5中看出,基本上,ZnO的价带可分为两个区域,分别是-4.0~0 eV的上价带区以及一6.0~L4.0 eV的下价带。很显然,ZnO下价带区则主要是Zn3d态贡献的,而上价带区则主要是由02p态形成的。在一18 eV处由02s态贡献的价带部分,与其他两个价带由于之间的相互作用相对较弱,本文不做相关讨论。对于主要来源干Zn4s态贡献的导带部分,从Zn4s态到02p态电子具有明显的跃迁过程,氧位置处的局域态密度的引力中心受到影响向低能级方向移动,这就表明了,理想ZnO是一个共价键较弱,离子性较强的混合键金属氧化物半导体材料。组成:这种半导瓷由半导电的氧化锌晶粒及添加剂成分构成的晶粒间层所组成,其理想结构模型如图。由于每一个氧化锌晶粒和晶粒间层之间都能形成一个接触区,具有一般半导体接触的单向导电性,所以两个晶粒间存在两个相反位置的整流结,一块氧化锌半导瓷片是大量相反放置的整流结组的堆积。 图6:氧化锌半导瓷空间结构氧化锌半导瓷的伏安特性:当外加电压于这种材料时,低电压下,由于反偏整流结的阻挡作用,材料呈高阻状态,具有绝缘性能。当电压高达一定值时,整流结发生击穿,材料电阻率迅速下降,成为导电材料,可以通过相当大密度的电流。图7:氧化锌半导体瓷的伏安特性 作用:氧化锌半导瓷的非线性电压电流关系。利用这种对称的非线性伏安特性可以制成各种电压限幅器、能量吸收装置等,如电力系统的过电压保护装置,特别是由于这类材料低电压下的电阻率高,因而在长期工作电压下漏电流小、发热小,可以做成不带火花间隙的高压避雷器;而高电压下电阻低、残压小,能把过电压限制在更低的水平上,使电网和电工设备的绝缘水平有可能降低,特别是在超高压电网,这一点更为重要。拓展:稀磁半导体材料(Diluted magnetic semiconductors,DMS)稀释磁性半导体简称稀磁半导体(Diluted Magneticsemi Conductors,DMS),是利用3d族过渡金属或4f族稀土金属的磁性离子替代Ⅱ2Ⅵ族、Ⅳ2Ⅵ族、Ⅱ2Ⅴ族或Ⅲ2Ⅴ族等化合物半导体中的部分非磁性阳离子而形成的新型半导体材料,又可称为半磁半导体(Semi Magnetic Semi Conductors,SMSC)材料或半导体自旋电子材料。之所以称为稀磁半导体是由于相对于普通的磁性材料,其磁性元素的含量较少。这类材料由于阳离子替代而存在局域磁性顺磁离子,具有很强的局域自旋磁矩。局域顺磁离子与迁移载流子(电子或空穴)之间的自旋2自旋相互作用结果产生一种新的交换相互作用,使得稀磁半导体具有很多与普通半导体截然不同的特殊性质,如磁性、显著的磁光效应和磁输运性质。稀磁半导体能利用电子的电荷特性和自旋特性,即兼具半导体材料和磁性材料的双重特性。它将半导体的信息处理与磁性材料的信息存储功能、半导体材料的优点和磁性材料的非易失性两者融合在一起,这种材料研制成功将是材料领域的革命性进展。同时,稀磁半导体在磁性物理学和半导体物理学之间架起了一道桥梁。ZnO作为一种宽带隙半导体,激子束缚能较高(60meV),具有温度稳定性好、光透过率高、化学性能稳定,原料丰富易得、价格低廉等优点,并且过渡金属离子易于掺杂,可制备性能良好的稀磁半导体,因而成为目前稀磁半导体材料的研究热点。 国内研究以及原理:近年来,由于1i掺杂的Zn()材料可能同时具有铁电性和铁磁性,国内很多研究者都对它进行了研究。南京大学的宋海岸等制备了Ni、I』i共掺的ZnO薄膜,发现由于Li掺杂引入了空穴,使铁磁性减弱 ]。北京航空航天大学的李建军等制备了I Co共掺的ZnO纳米颗粒,实验发现,当掺杂浓度少于9 时体系的铁磁性会增强,其原因是掺入后形成了填隙原子,电子浓度明显增加,使得束缚磁极子浓度增加,且磁极子之间容易发生重叠,最终导致铁磁耦合作用增强。武汉大学的C W Zou等制备了Mn、Li共掺杂的ZnO薄膜,研究了不同Mn掺杂浓度的ZnO样品。但这些研究中对Li、Mn共掺杂ZnO陶瓷的磁性研究并不常见。 应用现状与前景展望(1)改变组分获得所需的光谱效应通过改变磁性离子的浓度可得到所需要的带隙,从而获得相应的光谱效应。由于其响应波长可覆盖从紫外线到远红外线的宽范围波段,这种DMS是制备光电器件、光探测器和磁光器件的理想材料。在Ⅲ2Ⅴ族宽带隙稀磁半导体GaN中掺入不同的稀土磁性元素可发出从可见光到红外的不同波长的光,加上GaN本身可发紫外光,因此掺稀土GaN材料可发出从紫外到红外波段的光,如在GaN中掺Er可发绿光,而掺Pr可发红光等。1994年Wilson等[24]在掺Er的GaN薄膜中首次观察到1.54μm的红外光荧光。1998年Steckl等采用Er原位掺杂方法首次获得绿光发射[25],掺Er的GaN的另一个重要特性是其温度猝灭效应很弱,这对于制备室温发光器件非常重要。后来红光和蓝光器件相继研制成功,这些都可以作为光通信和光电集成的光源。(2)sp2d交换作用的应用利用DMS的巨法拉第旋转效应可制备非倒易光学器件,也可用于制备光调谐器、光开关和传感器件。DMS的磁光效应为光电子技术开辟了新的途径。利用其磁性离子和截流子自旋交换作用(sp2d作用)所引起的巨g因子效应,可制备一系列具有特殊性质的稀磁半导体超晶格和量子阱器件。这种量子阱和超晶格不仅具有普通量子阱和超晶格的电学、光学性质,而且还具有稀磁半导体的磁效应,因此器件具有很多潜在的应用价值。利用磁性和半导体性实现自旋的注入与输运,可造出新型的自旋电子器件,如自旋过滤器和自旋电子基发光二极管等。(3)深入研究自旋电子学,推动DMS的实用化自旋电子学是目前固体物理和电子学中的一个热点,其核心内容是利用和控制固体,尤其是半导体中的自旋自由度。近年来以稀磁半导体为代表的自旋电子学的研究相当活跃,各国科研机构和各大公司都投入了巨大财力和人力从事此领域的研究。利用具有磁性或自旋相关性质的DMS基材料可制出一类新型器件———既利用电子、空穴的电荷也利用它们的自旋。这些新材料和人造纳米结构,包括异质结构(HS)、量子阱(QW)和颗粒结构一直是一些新型功能的“沃土”———与自旋相关的输运、磁阻效应和磁光效应。自旋电子学可用于计算机的硬驱动,在计算机存储器中极具潜力。在高密度非易失性存储器、磁感应器和半导体电路的集成电路、光隔离器件和半导体激光器集成电路以及量子计算机等领域,DMS材料均有重大的潜在应用。但上述以稀磁半导体为基础的自旋电子器件的研制尚处于起步阶段,距实用化还有很长的路程。自旋电子学与自旋电子学器件研究的深入,将加深DMS机理的研究和理论的探索,推动DMS的实用化过程。(4)室温DMS的研究为了应用方便,需要开发高居里温度(Tc)的DMS材料(高于室温)。室温下具有磁性为磁性半导体的应用提供了可能。扩展更多的掺杂磁性元素或生长更多种类材料来提高DMS材料的居里温度是当前的首要问题。近来Hori等成功掺入5%Mn在GaN中,获得了高于室温的Tc报道表明(Zn,Co)O的居里温度可达到290~380K[26]。Dietl等[6]采用Zener模型对闪锌矿结构的磁半导体计算表明,GaMnN和ZnMnO具有高达室温的居里温度,该计算结果对实验研究提供了很好的理论依据。但是,如何将磁性和半导体属性有机地结合起来仍然是值得进一步研究的问题。

篇一:磁性材料名词解释

磁性材料

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magnetic material

可由磁场感生或改变磁化强度的物质。按照磁性的强弱,物质可以分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性等几类。铁磁性和亚铁磁性物质为强磁性物质,其余为弱磁性物质。现代工程上实用的磁性材料多属强磁性物质,通常所说的磁性材料即指强磁性材料。

磁性材料的用途广泛。主要是利用其各种磁特性和特殊效应制成元件或器件;用于存储、传输和转换电磁能量与信息,或在特定空间产生一定强度和分布的磁场;有时也以材料的自然形态而直接利用(如磁性液体)。磁性材料在电子技术领域和其他科学技术领域中都有重要的作用。

简史 中国是世界上最先发现物质磁性现象和应用磁性材料的国家。早在战国时期就有关于天然磁性材料(如磁铁矿)的记载。11世纪就发明了制造人工永磁材料的方 法。1086年《梦溪笔谈》记载了指南针的制作和使用。1099~1102年有指南针用于航海的记述,同时还发现了地磁偏角的现象。 近代,电力工业的发展促进了金属磁性材料──硅钢片(Si-Fe合金)的研制。永磁金属从 19世纪的碳钢发展到后来的稀土永磁合金,性能提高二百多倍。随着通信技术的发展,软磁金属材料从片状改为丝状再改为粉状,仍满足不了频率扩展的要求。 20世纪40年代,荷兰J.L.斯诺伊克发明电阻率高、高频特性好的铁氧体软磁材料,接着又出现了价格低廉的永磁铁氧体。50年代初,随着电子计算机的发 展,美籍华人王安首先使用矩磁合金元件作为计算机的内存储器,不久被矩磁铁氧体记忆磁芯取代,后者在60~70年代曾对计算机的发展起过重要的作用。50 年代初人们发现铁氧体具有独特的微波特性,制成一系列微波铁氧体器件。压磁材料在第一次世界大战时即已用于声纳技术,但由于压电陶瓷的出现,使用有所减少。后来又出现了强压磁性的稀土

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合金。非晶态(无定形)磁性材料是近代磁学研究的成果,在发明快速淬火技术后,1967年解决了制带工艺,正向实用化过渡。

分类 磁性材料按磁性功能分,有永磁、软磁,矩磁、旋磁和压磁材料;按化学成分分,有金属磁和铁氧体;按结构分,有单晶、多晶和非晶磁体;按形态分,有磁性薄膜、塑性磁体、磁性液体和磁性块体。磁性材料通常是按功能分类的。

永磁材料 一经外磁场磁化以后,即使在相当大的反向磁场作用下,仍能保持一部或大部原磁化方向的磁性。对这类材料的要求是剩余磁感应强度Br高,矫顽力BHC(即抗退磁能力)强,磁能积(BH)max (即给空间提供的磁场能量)大。相对于软磁材料而言,它亦称为硬磁材料。

永磁材料有合金、铁氧体和金属间化合物三类。①合金类:包括铸造、烧结和可加工合金。铸造合金的主要品种有:AlNi(Co)、 FeCr(Co)、FeCrMo、FeAlC、FeCo(V)(W);烧结合金有:Re-Co(Re代表稀土元素)、Re-Fe以及AlNi(Co)、 FeCrCo等;可加工合金有:FeCrCo、PtCo、MnAlC、CuNiFe和AlMnAg等,后两种中BHC较低者亦称半永磁材料。②铁氧体类: 主要成分为MO·6Fe2O3,M代表Ba、Sr、Pb或SrCa、LaCa等复合组分。③金属间化合物类:主要以MnBi为代表。

永磁材料有多种用途。①基于电磁力作用原理的应用主要有:扬声器、话筒、电表、按键、电机、继电器、传感器、开关等。②基于磁电作用原理的应用主要有:磁控管和行波管等微波电子管、显像管、钛泵、微波铁氧体器件、磁阻器件、霍尔器件等。③基于磁力作用原理的应用主要有:磁轴承、选矿机、磁力分离器、磁性吸盘、磁密封、磁黑板、玩具、标牌、密码锁、复印机、控温计等。其他方面的应用还有:磁疗、磁化水、磁麻醉等。

根据使用的需要,永磁材料可有不同的结构和形态。有些材料还有各向同性和各向异性之别。

软磁材料 它的功能主要是导磁、电磁能量的转换与传输。因此,对这类材料要求有较高的磁导率和磁感应强度,同时磁滞回线的面积或磁损耗要小。与永磁材料相反,其Br和BHC越小越好,但饱和磁感应强度Bs则越大越好。 软磁材料大体上可分为四类。①合金薄带或薄片:FeNi(Mo)、FeSi、FeAl等。②非晶态合金薄带:Fe基、Co基、FeNi基或FeNiCo基等配以适当的Si、B、P和其他掺杂元素,又称磁性玻璃。③磁介质(铁粉芯):FeNi(Mo)、FeSiAl、羰基铁和铁氧体等粉料,经电绝缘介质包覆和粘合后按要求压制成形。④铁氧

体:包括尖晶石型──M++ O·Fe (M++

2O3 代表NiZn、MnZn、MgZn、Li1/2Fe1/2Zn、CaZn等),磁铅石型──Ba3Me2Fe24O41(Me代表Co、Ni、Mg、Zn、Cu及其复合组分)。

软磁材料的应用甚广,主要用于磁性天线、电感器、变压器、磁头、耳机、继电器、振动子、电视偏转轭、电缆、延迟线、传感器、微波吸收材料、电磁铁、加速高频加速腔、磁场探头、磁性基片、磁场屏蔽、高频淬火聚能、电磁吸盘、磁敏元件(如磁热材料作开关)等。

矩磁材料和磁记录材料 主要用作信息记录、无接点开关、逻辑 *** 作和信息放大。这种材料的特点是磁滞回线呈矩形。

旋磁材料 具有独特的微波磁性,如导磁率的张量特性、法拉第旋转、共振吸收、场移、相移、双折射和自旋波等效应。据此设计的器件主要用作微波能量的传输和转换,常 用的有隔离器、环行器、滤波器(固定式或电调式)、衰减器、相移器、调制器、开关、限幅器及延迟线等,还有尚在发展中的磁表面波和静磁波器件(见微波铁氧

体器件)。常用的材料已形成系列,有Ni系、Mg系、Li系、YlG系和BiCaV系等铁氧体材料;并可按器件的需要制成单晶、多晶、非晶或薄膜等不同的 结构和形态。

压磁材料 这类材料的特点是在外加磁场作用下会发生机械形变,故又称磁致伸缩材料,它的功能是作磁声或磁力能量的转换。常用于超声波发生器的振动头、通信机的机械 滤波器和电脉冲信号延迟线等,与微波技术结合则可制作微声(或旋声)器件。由于合金材料的机械强度高,抗振而不炸裂,故振动头多用Ni系和NiCo系合 金;在小信号下使用则多用Ni系和NiCo系铁

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氧体。非晶态合金中新出现的有较强压磁性的品种,适宜于制作延迟线。压磁材料的生产和应用远不及前面四种材 料。 展望 磁电共存这一基本规律导致了磁性材料必然与电子技术相互促进而发展,例如光电子技术促进了光磁材料和磁光材料的研制。磁性半导体材料和磁敏材料和器件可 以应用于遥感、遥则技术和机器人。人们正在研究新的非晶态和稀土磁性材料(如FeNa合金)。磁性液体已进入实用阶段。某些新的物理和化学效应的发现(如 拓扑效应)也给新材料的研制和应用(如磁声和磁热效应的应用)提供了条件。 参考书目

戴礼智编著:《金属磁性材料》,上海人民出版社,上海, 1973。周志刚等编著:《铁氧体磁性材料》,科学出版社,北京,1981。

李荫远、李国栋编著:《铁氧体物理学》第二版,科学出版社,北京,1983。

具有铁磁性能的材料。电工技术中常用的磁性材料可分为高磁导率、低矫顽力、低剩磁的软磁材料和高矫顽力、高剩磁的永磁材料两大类。永磁材料又称硬磁材料。

磁性是物质的一种基本属性。物质按照其内部结构及其在外磁场中的性状可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性物质。铁磁性和 亚铁磁性物质为强磁性物质,其他均为弱磁性物质。

磁性材料有各向同性和各向异

性之分。各向异性材料的磁性能依方向不同而异。因此,在使用各向异性材料时, 必须注意其磁性能的方向。电工领域中常用的磁性材料都属于强磁性物质。反映磁性材料基本磁性能的有磁化曲线、磁滞回线和磁损耗等。 磁化曲线和磁滞回线 反映磁性材料磁化特性的曲线。可以用于确定磁性材料的一些基本特性参量如磁导率μ、饱和磁通密度Bs、剩余磁场强度即矫顽力Hc、剩余磁通密度即剩磁Br,以及磁滞损耗P等。 基本磁化曲线是铁磁物质以磁中性状态为出发点,在反复磁化过程中B 随H 变化规律的曲线,简称磁化曲线(图1)。它是确定软磁材料工作点的依据。B 和H 的关系如下: B=μ0(H+M )

式中μ0为真空磁导率(又称磁常数),在国际单位制(SI)中,其值为

μ=4π×10-7

0亨/米;H为磁场强度,单位为安/米(A/m)M 为磁化强度,单位为安/米(A/m)。图中磁化到饱和时的B值称为饱和磁通密度Bs,相应的磁场强度为 Hs。通常,要求磁性材料有高的Bs值。

磁化曲线上任一点的B 与H 之比就是磁导率μ,即对于各向同性的导磁

物质μ=B/H, 常用的是相对磁导率μr

=μ/μ0,它是无量纲的纯数,用以表

示物质的磁化能力。因此,按μr的大小,把各类物质划分为:μr

<1的抗磁性

物质,μr>1的顺磁性物质,μr

1的强磁性物质。根据B-H 曲线可以描绘出μ-H

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曲线,图中μm和μi分别称为最大磁导率和初始磁导率。μi是在低磁场下使用软磁材料的一个重要参量。

图2表示外磁场H 变化一周时B 随H变化而形成的闭合曲线。

由于B 的变化滞后于H,这个现象称为磁滞。闭合曲线称为磁滞回线。图中可见,当Hs降为零时,B 并不回到零,而仅到b点,此值(Br)称为剩余磁通密度,简称剩磁。若要使Br降到零,需加一反磁场,这个反磁场强度的绝对值称为

磁感应矫顽力,简称矫顽力Hrr

c。B与Bs之比称为剩磁比或称开关矩形比(B/Bs),它表征矩磁材料磁滞回线接近矩形的程度。磁滞回线的形状和面积直接表征磁性材料的主要磁特性。

软磁材料的磁滞回线窄,故矫顽力低,磁滞损耗也低(图3a),常用于电机、变压器、继电器的铁心磁路。若磁滞回线窄而接近于矩形(称为矩磁材

料)(图3c),则这种软磁材料不仅矫顽力低而且Br

/Bs值也高,适宜作记忆元件

和开关元件。永磁材料其磁滞回线面积宽大(图3b),Br

和Hc都大,经饱和磁化后,储存的磁场能量大。常用作发电机、电动机的永磁磁极和测量仪表、扬声器中的永磁体等。

磁损耗 单位重量的磁性材料在交变磁场中磁化,从变化磁场中吸收并以热的形式耗散的功率称为磁损耗或铁损耗P。 它主要由磁滞损耗和涡流损耗引起。其中由磁滞现象引起的能量损耗称为磁滞损耗,它与磁滞回线所包围的面积成正比。磁滞损耗功率Ph可由下式计算Ph=кhBmnV

式中为频率(Hz);Bm为最大磁通密度(T);指数 n为经验参数,和Bm大小有关;V为磁性材料的体积;кh为与铁磁物质性质有关的系数。在交变磁场中导电物质(包括铁磁物质)将感应出涡流,由涡流产生的电阻损耗称为涡流损耗。涡流损耗的功率Pe可由下式计算 P2

e=кeBmnV

式中кe为与材料的电阻率、截面大小、形状有关的系数。Ph和Pe是衡量电工设备、仪表产品质量好坏的重要参数。

具有强磁性的材料。这类材料微观特征是相邻原子或离子磁矩呈有序排列,从而显示出铁磁性或亚铁磁性。宏观特征是在外磁场作用下具有明显的磁化强度。4 / 17

按化学成分分类 基本上可分为金属磁性材料与铁氧体两大类。 ①金属磁性材料。主要是铁、镍、钴元素及其合金,如铁硅合金、铁镍合金、铁钴合金、钐钴合金、铂钴合金、锰铝合金等等。它们具有金属的导电性能,通常呈现铁磁性,具有较高的饱和磁化强度,较高的居里温度,较低的温度系数,在交变电磁场中具有较大的涡流损耗与趋肤效应, 因此金属软磁材料通常适用于低频、大功率的电力、电子工业。例如硅钢片的饱和磁感应强度约为2T(特斯拉),比一般铁氧体大5倍,广泛用作电力变压器。金 属永磁材料目前磁能积很高,用它可以制成体积小,重量轻的永磁器件,尤宜用于宇航等空间科技领域,其缺点是镍、钴以及稀土金属价格贵,材料来源少。 ②铁氧体。是指以氧化铁为主要成分的磁性氧化物,早期曾译名为“铁淦氧磁物“,简称“铁淦氧”,因其制备工艺沿袭了陶瓷和粉末冶金的工艺,有时也称为磁性瓷。大多数为亚铁磁性,从而饱和磁化强度较低,其电阻率却比

金属磁性材料高106

倍以上,在交变电磁场中损耗较低,在高频、微波、光频段应用时更显出其独特的优点,从晶体结构考虑,铁氧体主要分为:尖晶石型(与天然MgAl2O4尖晶石同晶型),例如锰锌铁氧体、镍锌铁氧体等;石榴石型〔与天然的(Fe,Mn)3Al2(SiO4)3石榴石同晶型〕,例如钇铁石榴石型铁氧体(Y3Fe5O12))等;六角晶系铁氧体,例如与天然Pb(Fe7.5)Mn3.5Al0.5Ti0.5)O19磁铅石同晶型的钡

铁氧体(BaFe)O2+

1219),易磁化轴处于六角平面内的Y型铁氧体(Ba2MeFe12)O22)等。 按应用情况分类 大体上可分为 6类(由于磁性材料的种类繁多,应用广泛,实际上决非此6类所能完全概括)。

①永磁材料又名硬磁材料。具有高矫顽力与剩磁值。通常以最大磁能积(BH)m衡量永磁材料的优值。例如:铝镍钴系合金、钐钴系合金、锰铝系合金、铁铬钴系合金以及钡铁氧体、锶铁氧体等。

②软磁材料。具有较低的矫顽力,较窄的磁滞回线。通常以初始磁导率,

饱和磁感应强度以及交流损耗等值的大小标志其主要性能。材料主要有 纯铁、铁硅合金系、铁镍合金系、锰锌铁氧体、镍锌铁氧体等。软磁材料是磁性材料中种类最多、应用最广泛的一类,在电力工业中主要是用作变压器、

电动机与

发 电机的磁性材料,在电子工业中制成各种磁性元件,广泛地应用于电视、广播、通信等领域。

③矩磁材料。磁滞回线呈矩形,而矫顽力较小的一种软磁材料,通常以剩磁Br与最大磁感应强度Bm之比的.矩形比Br/Bm值标志其静态特性。材料主要有锂锰铁氧体,锰镁铁氧体等。用在电子计算机,自动控制等技术中常作为记忆元件、开关和逻辑元件等的材料。

④旋磁材料。利用旋磁效应的磁性材料,通常用于微波频段,以复张量磁导率、饱和磁化强度等标志其主要性能。常用的材料为石榴石型铁氧 体、锂铁氧体等。可制作各种类型的微波器件,如隔离器、环流器、相移器等。自1952年以来,铁氧体在微波领域的应用,促使微波技术发生革命性的变革。利 用铁氧体的张量磁导率的特性才能制造出一系列非互易性微波器件;利用铁氧体的非线性效应,可设计出一系列有源器件,如倍频器、振荡器等。 ⑤压磁材料。利用磁致伸缩效应的磁性材料,以磁致伸缩系数标志其主要性能,通常用于机械能与电能的相互转换。例如可制成各种超声器件、滤波器、磁扭线存储器、振动测量器等。常用的材料为镍片、镍铁氧体等。目前正在深入研究磁声耦合效应,以期开拓新的应用领域。

⑥磁记录材料。主要包括磁头材料与磁记录介质两类,前者属于软磁材料,后者属于永磁材料,由于其应用的重要性与性能上的特殊要求而另列 一类。磁头材料除了应具有软磁材料的一般特性外,常要求高记录密度,低磨损。常用的有热压多晶铁氧体、单晶铁氧体、铝硅铁合金、硬叵姆合金等。磁记录介质 要求有较大的剩磁值,适当高的矫顽力值

,以便将电的信息通过磁头而在

磁带上以一定的剩磁迹记录下来。常用的材料为γ-三氧化二铁。高记录密度的材料有二氧化铬金属薄膜等。目前磁记录已普遍应用于各个领域,例如录音、录码、录像等,因此,近年来磁记录材料的产量急剧增长。从广义来说,磁泡材料也属于这一类。

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磁性材料正在不断发展。例如非晶态磁性材料,磁性半导体等,都是当前极为活跃的研究领域。磁性材料的用途亦越趋广泛。

参考书目

李荫远、李国栋编:《铁氧体物理学》,修订版,科学出版社,北京,1978。郭贻诚著:《铁磁学》,高等教育出版社,北京,1965。R.S.特贝尔、D.J.克雷克著,北京冶金研究所译:《磁性材料》,科学出版社,北京,1979。(R.S.Tebble and D.J.Craik, magnetic materials, Wiley Inters cience,London,1969.)

具有磁有序的强磁性物质,广义还包括可应用其磁性和磁效应的弱磁性及反铁磁性物质。磁性是物质的一种基本属性。物质按照其内部结构及其在外 磁场中的性状可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性物质。铁磁性和亚铁磁性物质为强磁性物质,抗磁性和顺磁性物质为弱磁性物质。磁性材料按性 质分为金属和非金属两类,前者主要有电工钢、镍基合金和稀土合金等,后者主要是铁氧体材料 。按使用又分为软磁材料、永磁材料和功能磁性材料。功能磁性材料主要有磁致伸缩材料、磁记录材料、[[磁电阻材料]、磁泡材料、磁光材料,旋磁材料以及磁性薄膜材料等,反应磁性材料基本磁性能的有磁化曲线、磁滞回线和磁损耗等。

磁石

单位质量的磁性材料在交变磁场中磁化,从变化磁场中吸收并以热的形式耗散的功率称为磁损耗,或称铁损耗,它包括磁滞损耗和涡流损耗。其中由 磁滞现象引起的能量损耗为磁滞损耗,与磁滞回线所包围的面积成正比。在交变磁场中导电物质将感应出涡

流,由涡流产生的电阻损耗称涡流损耗。

篇二:电磁屏蔽材料的选用和设计要点

电磁屏蔽材料的选用和设计要点

屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离,以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。具体讲,就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来,防止干扰电磁场向外扩散;用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来,防止它们受到外界电磁场的影响。因为屏蔽体对来自导线、电缆、元部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量(涡流损耗)、反射能量(电磁波在屏蔽体上的界面反射)和抵消能量(电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场,可抵消部分干扰电磁波)的作用,所以屏蔽体具有减弱干扰的功能。

(1)当干扰电磁场的频率较高时,利用低电阻率的金属材料中产生的涡流,形成对外来电磁波的抵消作用,从而达到屏蔽的效果。

(2)当干扰电磁波的频率较低时,要采用高导磁率的材料,从而使磁力线限制在屏蔽体内部,防止扩散到屏蔽的空间去。

(3)在某些场合下,如果要求对高频和低频电磁场都具

有良好的屏蔽效果时,往往采用不同的金属材料组成多层屏蔽体。

许多人不了解电磁屏蔽的原理,认为只要用金属做一个箱子,然后将箱子接地,就能够起到电磁屏蔽的作用。在这种概念指导下结果是失败。因为,电磁屏蔽与屏蔽体接地与否并没有关系。真正影响屏蔽体屏蔽效能的只有两个因素:一个是整个屏蔽体表面必须是导电连续的,另一个是不能有直接穿透屏蔽体的导体。屏蔽体上有很多导电不连续点,最主要的一类是屏蔽体不同部分结合处形成的不导电缝隙。这些不导电的缝隙就产生了电磁泄漏,如同流体会从容器上的缝隙上泄漏一样。解决这种泄漏的一个方法是在缝隙处填充导电d性材料,消除不导电点。这就像在流体容器的缝隙处填充橡胶的道理一样。这种d性导电填充材料就是电磁密封衬垫。

在许多文献中将电磁屏蔽体比喻成液体密封容器,似乎只有当用导电d性材料将缝隙密封到滴水不漏的程度才能够防止电磁波泄漏。实际上这是不确切的。因为缝隙或孔洞是否会泄漏电磁波,取决于缝隙或孔洞相对于电磁波波长的尺寸。当波长远大于开口尺寸时,并不会产生明显的泄漏。因此,当干扰的频率较高时,这时波长较短,就需要使用电磁

密封衬垫。具体说,当干扰的频率超过10MHz时,就要考虑使用电磁密封衬垫。

凡是有d性且导电良好的材料都可以用做电磁密封衬垫。按照这个原理制造的电磁密封衬垫有:

导电橡胶:在硅橡胶内填充占总重量70~ 80%比例的金属颗粒,如银粉、铜粉、铝粉、镀银铜粉、镀银铝粉、镀银玻璃球等。这种材料保留一部分硅橡胶良好d性的特性,同时具有较好的导电性。

金属编织网:用铍铜丝、蒙乃尔丝或不锈钢丝编织成管状长条,外形很像屏蔽电缆的屏蔽层。但它的编织方法与电缆屏蔽层不同,电缆屏蔽层是用多根线编成的,而这种屏蔽衬垫是由一根线织成的。打个形象的比喻,就像毛衣的袖子一样。为了增强金属网的d性,有时在网管内加入橡胶芯。

指形簧片:铍铜制成的簧片,具有很好的d性和导电性。导电性和d性。

多重导电橡胶:由两层橡胶构成,内层是普通硅橡胶,外层是导电橡胶。这种材料克服了传统导电橡胶d性差的缺

点,使橡胶的d性得以充分体现。它的原理有些像带橡胶芯的金属丝网条。

选择使用什么种类电磁密封衬垫时要考虑四个因素:屏蔽效能要求、有无环境密封要求、安装结构要求、成本要求。不同衬垫材料的特点比较,如表所示。

屏蔽按机理可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽。

1 电场屏蔽【屏蔽机理】:将电场感应看成分布电容间的耦合。

【设计要点】:

a、 屏蔽板以靠近受保护物为好,而且屏蔽板的接地必须良好!!!

b、屏蔽板的形状对屏蔽效能的高低有明显影响。全封闭的金属盒最好,但工程中很难做到!

c、屏蔽板的材料以良导体为好,但对厚度无要求,只要有足够的强度就可了。

2 磁场屏蔽磁场屏蔽通常是指对直流或低频磁场的屏

蔽,其效果比电场屏蔽和电磁场屏蔽要差的多。【 屏蔽机理】:主要是依靠高导磁材料所具有的低磁阻,对磁通起着分路的作用,使得屏蔽体内部的磁场大为减弱。

【设计要点】:

a、 选用高导磁材料,如坡莫合金;

b、 增加屏蔽体的厚度;以上均是为了减小屏蔽体的磁阻; c、 被屏蔽的物体不要安排在紧靠屏蔽体的位置上,以尽量减小通过被屏蔽物体体内的磁通;

d、 注意屏蔽体的结构设计,凡接缝、通风空等均可能增加屏蔽体的磁阻,从而降低屏蔽效果。

e、对于强磁场的屏蔽可采用双层磁屏蔽体的结构。对要屏蔽外部强磁场的,则屏蔽体的外层选用不易饱和的材料,如硅钢;而内部可选用容易达到饱和的高导磁材料,如坡莫合金等。反之,如果要屏蔽内部强磁场时,则材料的排列次序要到过来。在安装内外两层屏蔽体时,要注意彼此间的绝缘。当没有接地要求时,可用绝缘材料做支撑件。若需接地时,可选用非铁磁材料(如铜、铝)做支撑件。

3 电磁场屏蔽电磁场屏蔽是利用屏蔽体阻止电磁场在空间传播的一种措施。

篇三:铁磁材料的性质

铁磁材料的性质

铁磁材料具有很强的被磁化特性,它们集电环在外磁场的作用下,能产生远大于外磁场的附加磁场。只有铁心的线圈,其磁场远比无铁心线圈的磁场强,所以电机、电器等设备都要采用铁心。这碳刷样就可以用较小的电流来产生较强约磁场,使线圈的体积、重量都大为减小。

铁成材料主要具恒压簧有如下的磁性能:

①高导磁性。铁磁材料的磁导率4在—投情况下远比非铁磁材料大。

②剩磁性。铁磁材料经磁无刷无环启动器化后,若励磁电流降低到o,铁磁材料中仍能保留一定的剩磁。

3磁饱和性。铁磁材料内的磁场增加到一定后,这时磁场增强变得极为缓慢,达到了饱和值。

④磁滞性。铁磁材料在交变磁化过程中,磁感应强度的变化滞后于磁场强度的变化且亩磁滞损耗。

铁磁材料常分成两类,软成材料和硕磁材料。软磁材料的剩磁、磁滞损耗等均较小,常用的软磁材料有硅钢片(电上钢板)、铸钢和铸铁等。硬磁材料的剩磁、磁滞损耗等均较大。硬磁材料经过磁化后,能得到很强的剩磁,而且不易退磁。常用的硬磁材料有钨钢、铝镍钻合金等,主要用于制造永久磁铁。


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