Magnetická anizotropie znamená, že materiál má preferovanou směr pro své magnetické momenty, když na něj působíte magnetickým polem. Jednoduše řečeno, znamená to, že způsob, jakým je materiál orientován, ovlivňuje jeho magnetické chování. Některé materiály se chtějí více magnetizovat v jednom směru než v jiných. Tento směr nazýváme „snadný“ osou. Nechtějí být magnetizovány v jiných směrech.

Příčiny magnetické anizotropie

Existuje několik věcí, které způsobují magnetickou anizotropii.

  1. Krystalová struktura: Symetrie krystalové mřížky materiálu může vytvořit snadnou osu. Krychlové materiály často chtějí směřovat svou magnetizaci podél tělesové diagonály. Nekrychlové materiály chtějí směřovat svou magnetizaci podél určitých krystalových os. Tuto vlastnost nazýváme magnetokrystalickou anizotropií. To je jediná vnitřní příčina anizotropie, protože pochází ze struktury materiálu.
  2. Tvarová anizotropie: Když máte ne-sférické objekty, jako jsou tenké vrstvy nebo malé částice, můžete získat anizotropii kvůli povrchovým nebo okrajovým efektům. Tvar materiálu ovlivňuje, jak reaguje na vnější magnetické pole. Demagnetizační pole jsou odlišná v závislosti na směru měření.
  3. Spin-orbitální vazba: Interakce mezi spinem elektronů a pohybem elektronů kolem jádra může způsobit, že magnetizace bude chtít směřovat určitým směrem.
  4. Magnetoelastická anizotropie: Pokud na materiál působíte mechanickým napětím nebo tahem, můžete změnit jeho magnetické chování.
  5. Výměnná anizotropie:Tato souvisí s interakcemi mezi magnetickými momenty v materiálech. Když jsou feromagnetické a antiferomagnetické materiály spojeny, může antiferomagnetická vrstva ovlivnit chování magnetizace v feromagnetickém vrstvě.
  6. Doping a nečistoty: Můžete záměrně zavést nečistoty nebo defekty do materiálu, aby se změnila jeho elektronická struktura, což může ovlivnit jeho magnetické chování a anizotropii.
  7. Napětí: Když mechanicky deformujete materiál, narušujete symetrii jeho krystalové struktury. Tato deformace může změnit umístění snadné osy a její magnetické chování.

 

Typy magnetické anizotropie

Existuje několik různých typů magnetické anizotropie.

  1. Kryštalická anizotropie:toto je okamžik, kdy krystalová symetrie materiálu určuje, kde je snadná osa. To lze vidět u krychlových a nekrychlových materiálů.
  2. Tvarová anizotropie: toto je okamžik, kdy tvar materiálu určuje, kde je snadná osa. Vidíte to u tenkých vrstev a nanočástic.
  3. Magnetostrikce: toto je okamžik, kdy magnetismus materiálu interaguje s mřížkovou strukturou a materiál se rozšiřuje nebo smršťuje, když na něj působíte magnetické pole.
  4. Anizotropie magnetického pole: Toto je, když má materiál vysokou magnetickou susceptibilitu a vnější magnetické pole interaguje s magnetickými momenty v materiálu různě v závislosti na směru, kterým směřuje pole.

Anizotropie u tvrdých a měkkých magnetických materiálů

Tvrdé magnetické materiály: Tyto materiály, jako například neodymové magnety, mají vysokou magnetickou anizotropii, takže jsou odolné vůči demagnetizaci. Jejich silné, směrové magnetické vlastnosti využíváme v aplikacích jako jsou motory a generátory.

Měkké magnetické materiály: Méně často mohou být měkké magnetické materiály také anizotropní kvůli vnitřním strukturálním faktorům nebo vnějším zpracovatelským metodám. Příklady zahrnují zrnně orientované elektrické oceli používané v transformátorech.

 

Dosahování lepší magnetické anizotropie

Výrobci mohou zlepšit magnetickou anizotropii pečlivým řízením několika faktorů během výroby:

Výběr materiálu: Volba základního materiálu, například neodymu v magnetech s vysokým výkonem, je klíčová pro dosažení silných magnetických vlastností.

Orientace a techniky zpracování: Při výrobě magnetu zarovnáme magnetické momenty pomocí procesů jako je horké lisování nebo izostatické lisování. To nám pomáhá vyrábět magnety s lepšími anizotropními vlastnostmi.

Velikost a tvar zrna: Máme dobré kontrolu nad velikostí a tvarem zrna materiálu, aby měl konzistentní magnetické vlastnosti.

Obsah kyslíku: Snížujeme množství kyslíku během výroby, aby materiál lépe plynul a zachoval anizotropii.

Perpendikulární stlačení za magnetického pole: Při stlačování materiálu během výroby zarovnáme magnetické momenty. Takto získáváme anizotropii v konečném produktu.

 

Anizotropní vs. Izotropní magnety

Anizotropní magnety: Tyto magnety mají magnetické vlastnosti závislé na směru. Například vyrábíme sinterované neodymiové magnety, u kterých jsou zrna během výroby zarovnána. To jim poskytuje silný magnetický výkon v jednom preferovaném směru.

Izotropní magnety: Naopak, izotropní magnety, jako jsou vázané neodymiové magnety, nemají preferovaný směr magnetizace. Mají podobné magnetické vlastnosti ve všech směrech. To jim umožňuje tvarovat a magnetizovat je v různých orientacích. Obecně jsou slabší než anizotropní magnety.

 

Použití anizotropních magnetů

Anizotropní magnety mají mnoho využití v různých odvětvích, protože mají silnější magnetickou sílu a směrovost. Zde je několik příkladů:

  1. Senzory: Používáme anizotropní magnety, jako jsou samarium-kobaltové magnety, v senzorech, které mění magnetická pole na elektrické signály. Tyto senzory najdete v automobilových a leteckých systémech.
  2. Generátory: Magnetické pole vytvářené anizotropními magnety používáme k výrobě generátorů. Například magnety v větrných turbínách jsou anizotropní.
  3. Chlazení: Lidé provádějí výzkum, jak využít magnety v chlazení. Například MIT pracuje na využití magnetů jako potenciálního chladiva.
  4. Nukleární magnetická rezonance (NMR): Používáme anizotropní magnety k výrobě NMR spektrometrů. Tyto přístroje nám umožňují studovat fyzikální a chemické vlastnosti materiálů.
  5. Lékařské aplikace: Anizotropní magnety jsou stabilní při vysokých teplotách, proto je používáme v sterilizovatelných lékařských zařízeních a implantátech.

Znalost magnetické anizotropie vám pomáhá využívat magnety co nejefektivněji ve vašem konkrétním použití. Anizotropní magnety mají směr, což je velký rozdíl. Proto jsou používány v tolika různých odvětvích, od energetiky po zdravotnictví. Izotropní magnety vám dávají větší flexibilitu v návrhu, ale nejsou tak silné. Pokud se chcete dozvědět více o magnetických materiálech a jak vám mohou pomoci, kontaktujte nás kdykoli.

Magnetická anizotropie

Magnetická anizotropie. Zdroj obrázku: Wikipedia