Magnetisk anisotropi betyder, at et materiale har en foretrukken retning for sine magnetiske momenter, når du påfører et magnetfelt på det. Kort sagt betyder det, at den måde, et materiale er peget på, påvirker, hvordan det opfører sig magnetisk. Nogle materialer ønsker at blive magnetiseret mere i én retning end andre. Vi kalder det den "lette" akse. De ønsker ikke at blive magnetiseret i andre retninger.

Årsager til magnetisk anisotropi

Der er et par ting, der forårsager magnetisk anisotropi.

  1. Krystalstruktur: Symmetrien i krystallattice af et materiale kan skabe en let akse. Kubiske materialer ønsker ofte at pege deres magnetisering langs den kropsdiagonale. Ikke-kubiske materialer ønsker at pege deres magnetisering langs visse krystalakser. Vi kalder dette magnetokrystallinsk anisotropi. Dette er den eneste indre årsag til anisotropi, fordi det stammer fra materialets struktur.
  2. Formanisotropi: Når du har ikke-sfæriske objekter som tynde film eller små partikler, kan du få anisotropi på grund af overflade- eller kant-effekter. Formen af materialet påvirker, hvordan det reagerer på et eksternt magnetfelt. Demagnetiseringsfelterne er forskellige afhængigt af, hvilken retning du måler dem i.
  3. Spin-Orbit Kobling: Interaktionen mellem elektronernes spin og elektronernes bevægelse omkring kernen kan få magnetiseringen til at pege i en bestemt retning.
  4. Magnetoelastisk anisotropi: Hvis du påfører en mekanisk belastning eller spænding på et materiale, kan du ændre, hvordan det opfører sig magnetisk.
  5. Udvekslingsanisotropi:Dette har at gøre med interaktionerne mellem de magnetiske momenter i materialerne. Når du har ferromagnetiske og antiferromagnetiske materialer koblet sammen, kan det antiferromagnetiske lag påvirke, hvordan magnetiseringen opfører sig i det ferromagnetiske lag.
  6. Doping og urenheder: Du kan bevidst indføre urenheder eller defekter i et materiale for at ændre dets elektroniske struktur, hvilket kan påvirke, hvordan det opfører sig magnetisk, og dets anisotropi.
  7. Spænding: Når du mekanisk deformerer et materiale, forvrider du symmetrien i dets krystalstruktur. Denne forvridning kan ændre, hvor den lette akse er, og hvordan det opfører sig magnetisk.

 

Typer af magnetisk anisotropi

Der er nogle forskellige typer af magnetisk anisotropi.

  1. Krystallinsk anisotropi:Dette er, når materialets krystalsymmetri bestemmer, hvor den lette akse er. Du kan se dette i kubiske og ikke-kubiske materialer.
  2. Formanisotropi: Dette er, når materialets form bestemmer, hvor den lette akse er. Du ser dette i tynde film og nanopartikler.
  3. Magnetostriktion: Dette er, når materialets magnetisme interagerer med gitterstrukturen, og materialet udvider sig eller trækker sig sammen, når du påfører et magnetfelt.
  4. Magnetisk feltanisotropi: Dette er, når materialet har en høj magnetisk susceptibilitet, og det eksterne magnetfelt interagerer med de magnetiske momenter i materialet forskelligt afhængigt af, hvilken vej feltet peger.

Anisotropi i hårde og bløde magnetiske materialer

Hårde magnetiske materialer: Disse materialer, såsom neodymiummagneter, har høj magnetisk anisotropi, så de er modstandsdygtige over for afmagnetisering. Vi bruger deres stærke, retningsbestemte magnetiske egenskaber i applikationer som motorer og generatorer.

Bløde magnetiske materialer: Mindre almindeligt kan bløde magnetiske materialer også være anisotrope på grund af interne strukturelle faktorer eller eksterne behandlingsmetoder. Eksempler inkluderer kornorienterede elektriske stål, der bruges i transformere.

 

Opnåelse af bedre magnetisk anisotropi

Producenter kan forbedre magnetisk anisotropi ved omhyggeligt at kontrollere flere faktorer under produktionen:

Materialevalg: Valget af basismateriale, som neodym i højtydende magneter, er nøglen til at opnå stærke magnetiske egenskaber.

Orientering og behandlingsteknikker: Når vi laver magneten, justerer vi de magnetiske momenter ved hjælp af processer som varmpresning eller isostatisk presning. Dette hjælper os med at lave magneter med bedre anisotrope egenskaber.

Kornstørrelse og -form: Vi har god kontrol over materialets kornstørrelse og -form for at sikre, at det har ensartede magnetiske egenskaber.

Oxygenindhold: Vi reducerer mængden af ilt under produktionen for at få materialet til at flyde bedre og bevare anisotropien.

Perpendicular Presning under et Magnetfelt: Vi justerer de magnetiske momenter, når vi presser materialet under produktionen. Det er sådan, vi opnår anisotropien i det endelige produkt.

 

Anisotropiske vs. Isotropiske Magneter

Anisotropiske Magneter: Disse magneter har magnetiske egenskaber, der afhænger af retningen. For eksempel laver vi sinterede neodymmagneter, hvor kornene er justeret under fremstillingen. Dette giver dem stærk magnetisk ydeevne i én foretrukken retning.

Isotropiske Magneter: I modsætning hertil har isotropiske magneter som bundne neodymmagneter ikke en foretrukken retning for magnetisering. De har lignende magnetiske egenskaber i alle retninger. Dette gør det muligt at forme og magnetisere dem i forskellige orienteringer. De er generelt svagere end anisotropiske magneter.

 

Anvendelser af Anisotropiske Magneter

Anisotropiske magneter har mange anvendelser i forskellige industrier, fordi de har stærkere magnetisk styrke og retningsbestemmelse. Her er nogle eksempler:

  1. Sensorer: Vi bruger anisotropiske magneter, som samarium-kobolt magneter, i sensorer, der omdanner magnetfelter til elektriske signaler. Du vil finde disse sensorer i bil- og luftfartssystemer.
  2. Generatorer: Vi bruger det magnetfelt, der skabes af anisotropiske magneter, til at lave generatorer. For eksempel er magneterne i vindmøller anisotropiske.
  3. Køling: Folk forsker i at bruge magneter i køling. For eksempel arbejder MIT med at bruge magneter som en potentiel kølemiddel.
  4. Nuklear Magnetisk Resonans (NMR): Vi bruger anisotropiske magneter til at fremstille NMR-spektrometre. Disse maskiner giver os mulighed for at studere de fysiske og kemiske egenskaber ved materialer.
  5. Medicinske Anvendelser: Anisotropiske magneter er stabile ved høje temperaturer, så vi bruger dem i steriliserbare medicinske enheder og implantater.

At kende til magnetisk anisotropi hjælper dig med at bruge magneter til deres bedste fordel i din specifikke anvendelse. Anisotrope magneter har en retning, hvilket er en stor ting. Derfor bruges de i så mange forskellige industrier, fra energi til sundhedspleje. Isotropiske magneter giver dig mere fleksibilitet i designet, men er ikke lige så stærke. Hvis du vil lære mere om magnetiske materialer, og hvordan de kan hjælpe dig, så kontakt os når som helst.

Magnetisk Anisotropi

Magnetisk Anisotropi. Billedkilde: Wikipedia