Magnetinen anisotropia tarkoittaa, että materiaalilla on mieluisa suunta magneettisille momentilleen, kun siihen kohdistetaan magneettikenttä. Yksinkertaisemmin sanottuna se tarkoittaa, että materiaalin suunta vaikuttaa sen magneettiseen käyttäytymiseen. Jotkut materiaalit haluavat magnetoitua enemmän yhteen suuntaan kuin toisiin. Tätä kutsutaan ”helpoksi” akseliksi. Ne eivät halua magnetoitua muissa suunnissa.

Magnetisen anisotropian syyt

On muutamia asioita, jotka aiheuttavat magnetista anisotropiaa.

  1. Kiderakenne: Materiaalin kiderakenteen symmetria voi luoda helpon akselin. Kuutiomaiset materiaalit haluavat usein suunnata magnetisaationsa rungon diagonaalin suuntaan. Ei-kuutiomaiset materiaalit haluavat suunnata magnetisaationsa tiettyjen kideakselien suuntaan. Tätä kutsutaan magnetokideanisotropiaksi. Tämä on ainoa anisotropian sisäinen syy, koska se johtuu materiaalin rakenteesta.
  2. Muotoanisotropia: Kun sinulla on epäsfäärisiä kappaleita, kuten ohuita kalvoja tai pieniä hiukkasia, anisotropiaa voi syntyä pinnan tai reunan vaikutuksista. Materiaalin muoto vaikuttaa siihen, miten se reagoi ulkoiseen magneettikenttään. Demagnetoivat kentät ovat erilaisia riippuen siitä, mistä suunnasta niitä mitataan.
  3. Spin-orbit-sidonnaisuus: Elektronien spinin ja elektronien liikkeen vuorovaikutus ytimen ympärillä voi saada magnetisaation haluamaan suunnata tiettyyn suuntaan.
  4. Magnetoelastinen anisotropia: Jos kohdistat mekaanista venytystä tai jännitystä materiaaliin, voit muuttaa sen magneettista käyttäytymistä.
  5. Vaihtoanisotropia:Tämä liittyy magneettisten momenttien vuorovaikutuksiin materiaaleissa. Kun ferromagneettiset ja antiferromagneettiset materiaalit ovat kytkettyinä, antiferromagneettinen kerros voi vaikuttaa magnetisaation käyttäytymiseen ferromagneettisessa kerroksessa.
  6. Dopaus ja epäpuhtaudet: Voit tarkoituksellisesti lisätä epäpuhtauksia tai virheitä materiaaliin muuttaaksesi sen elektronista rakennetta, mikä voi vaikuttaa sen magneettiseen käyttäytymiseen ja anisotropiaan.
  7. Jännitys: Kun muokkaat materiaalia mekaanisesti, vääristät sen kiderakenteen symmetriaa. Tämä vääristymä voi muuttaa, missä helppo akseli sijaitsee ja miten se käyttäytyy magneettisesti.

 

Magnetisen anisotropian tyypit

On olemassa muutamia erilaisia magnetisen anisotropian tyyppejä.

  1. Kideanisotropia:Tämä on tilanne, jossa materiaalin kiteen symmetria määrää, missä helppo akseli sijaitsee. Tämä näkyy kuutio- ja ei-kuutiomateriaaleissa.
  2. Muotoanisotropia: Tämä on tilanne, jossa materiaalin muoto määrää, missä helppo akseli sijaitsee. Tämä näkyy ohutkalvoissa ja nanopartikkeleissa.
  3. Magnetostriktio: Tämä on tilanne, jossa materiaalin magnetismi vuorovaikuttaa kiderakenteen kanssa, ja materiaali laajenee tai supistuu, kun siihen kohdistetaan magneettikenttä.
  4. Magnetisen kentän anisotropia: Tämä on tilanne, jossa materiaalilla on korkea magneettinen herkkyys, ja ulkoinen magneettikenttä vuorovaikuttaa materiaalin magneettisten momenttien kanssa eri tavoin riippuen kentän suunnasta.

Anisotropia kovissa ja pehmeissä magneettimateriaaleissa

Kovat magneettimateriaalit: Nämä materiaalit, kuten neodyymimagneetit, omaavat korkean magneettisen anisotropian, joten ne ovat vastustuskykyisiä demagnetisaatiolle. Käytämme niiden vahvoja, suuntautuneita magneettisia ominaisuuksia sovelluksissa kuten moottoreissa ja generaattoreissa.

Pehmeät magneettimateriaalit: Harvemmin pehmeät magneettimateriaalit voivat myös olla anisotrooppisia sisäisten rakenteellisten tekijöiden tai ulkoisten käsittelymenetelmien vuoksi. Esimerkkeinä ovat rakeisiin suuntautuneet sähköteräkset, joita käytetään muuntajissa.

 

Parempaan magneettiseen anisotropiaan pääseminen

Valmistajat voivat parantaa magneettista anisotropiaa hallitsemalla huolellisesti useita tekijöitä tuotannon aikana:

Materiaalin valinta: Perusmateriaalin valinta, kuten neodyymi suorituskykyisissä magneeteissa, on avain vahvojen magneettisten ominaisuuksien saavuttamiseen.

Suuntaus ja käsittelytekniikat: Kun valmistamme magneettia, suuntaamme magneettiset momentit prosesseilla kuten kuumapuristus tai isostaattinen puristus. Tämä auttaa meitä tekemään magneetteja, joilla on paremmat anisotrooppiset ominaisuudet.

Rakeen koko ja muoto: Meillä on hyvä hallinta materiaalin rakeen koon ja muodon suhteen varmistaaksemme, että sillä on tasaiset magneettiset ominaisuudet.

Hapen sisältö: Vähennämme hapen määrää tuotannon aikana saadaksemme materiaalin virtauksen paremmaksi ja säilyttääksemme anisoottisuuden.

Perpendicularinen puristus magneettikentän alla: Laitamme magneettiset momentit linjaan puristettaessa materiaalia tuotannon aikana. Näin saamme lopputuotteeseen anisoottisuuden.

 

Anisotrooppiset vs. isotrooppiset magneetit

Anisotrooppiset magneetit: Näillä magneeteilla on magneettisia ominaisuuksia, jotka riippuvat suunnasta. Esimerkiksi valmistamme sintra-magneetteja neodyymistä, joiden kiteet ovat linjassa valmistuksen aikana. Tämä antaa niille vahvan magneettisen suorituskyvyn yhdessä suosikkisuunnassa.

Isotrooppiset magneetit: Vastakohtaisesti isotrooppiset magneetit, kuten sitoutuneet neodyymimagneetit, eivät ole magnetoinnin suhteen suuntautuneita. Niillä on samanlaiset magneettiset ominaisuudet kaikissa suunnissa. Tämä mahdollistaa niiden muotoilun ja magnetoinnin eri orientaatioissa. Ne ovat yleensä heikompia kuin anisotrooppiset magneetit.

 

Anisotrooppisten magneettien sovellukset

Anisotrooppisilla magneeteilla on monia käyttötarkoituksia eri teollisuudenaloilla, koska niillä on vahvempi magneettinen voima ja suuntaavuus. Tässä muutama esimerkki:

  1. Anturit: Käytämme anisotrooppisia magneetteja, kuten samarium-koboltti-magneetteja, antureissa, jotka muuttavat magneettikenttiä sähköisiksi signaaleiksi. Näitä antureita löytyy autoteollisuuden ja ilmailujärjestelmien sovelluksista.
  2. Generaattorit: Käytämme anisotrooppisten magneettien luomaa magneettikenttää generaattoreiden valmistukseen. Esimerkiksi tuuliturbiinien magneetit ovat anisotrooppisia.
  3. Jäähdytys: Ihmiset tekevät tutkimusta magneettien käyttämisestä jäähdytyksessä. Esimerkiksi MIT tutkii magneettien käyttöä mahdollisena jäähdytysaineena.
  4. Ydinnukleaarinen magneettinen resonanssi (NMR): Käytämme anisotrooppisia magneetteja NMR-spektrometrien valmistukseen. Nämä laitteet mahdollistavat materiaalien fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien tutkimisen.
  5. Lääketieteelliset sovellukset: Anisotrooppiset magneetit ovat vakaita korkeissa lämpötiloissa, joten käytämme niitä sterilisoitavissa lääketieteellisissä laitteissa ja implanteissa.

Magnettisen anisotropian tunteminen auttaa sinua käyttämään magneetteja parhaalla mahdollisella tavalla erityisessä sovelluksessasi. Anisotrooppisilla magneeteilla on suunta, mikä on suuri asia. Siksi niitä käytetään niin monilla eri teollisuudenaloilla, energian ja terveydenhuollon alasta lähtien. Isotrooppiset magneetit tarjoavat enemmän joustavuutta suunnittelussa, mutta eivät ole yhtä vahvoja. Jos haluat oppia lisää magneettimateriaaleista ja siitä, miten ne voivat auttaa sinua, ota meihin yhteyttä milloin tahansa.

Magnettinen anisotropia

Magnettinen anisotropia. Kuvan lähde: Wikipedia