A anisotropia magnética significa que um material possui uma direção preferencial para seus momentos magnéticos quando você aplica um campo magnético nele. Em termos mais simples, isso significa que a orientação de um material afeta seu comportamento magnético. Alguns materiais querem ser magnetizados mais em uma direção do que em outras. Chamamos isso de eixo “fácil”. Eles não querem ser magnetizados em outras direções.

Causas da Anisotropia Magnética

Existem algumas coisas que causam a anisotropia magnética.

  1. Estrutura Cristalina: A simetria da rede cristalina de um material pode criar um eixo fácil. Materiais cúbicos frequentemente querem orientar sua magnetização ao longo da diagonal do corpo. Materiais não cúbicos querem orientar sua magnetização ao longo de certos eixos cristalinos. Chamamos isso de magnetocristalina. Essa é a única causa intrínseca de anisotropia porque vem da estrutura do material.
  2. Anisotropia de Forma: Quando você tem objetos não esféricos, como filmes finos ou partículas pequenas, pode ocorrer anisotropia devido a efeitos de superfície ou borda. A forma do material afeta como ele responde a um campo magnético externo. Os campos de desmagnetização são diferentes dependendo da direção em que você os mede.
  3. Acoplamento Spin-Orbita: A interação entre o spin dos elétrons e o movimento dos elétrons ao redor do núcleo pode fazer com que a magnetização queira apontar em uma determinada direção.
  4. Anisotropia Magnetoelástica: Se você aplicar uma tensão ou deformação mecânica a um material, pode alterar seu comportamento magnético.
  5. Anisotropia de Troca:Isso tem a ver com as interações entre os momentos magnéticos nos materiais. Quando você tem materiais ferromagnéticos e antiferromagnéticos acoplados, a camada antiferromagnética pode afetar a forma como a magnetização se comporta na camada ferromagnética.
  6. Dopagem e Impurezas: Você pode introduzir intencionalmente impurezas ou defeitos em um material para alterar sua estrutura eletrônica, o que pode afetar seu comportamento magnético e sua anisotropia.
  7. Tensão: Quando você deforma mecanicamente um material, distorce a simetria de sua estrutura cristalina. Essa distorção pode alterar onde fica o eixo fácil e como ele se comporta magneticamente.

 

Tipos de Anisotropia Magnética

Existem alguns tipos diferentes de anisotropia magnética.

  1. Anisotropia Cristalina:é quando a simetria do cristal do material determina onde está o eixo fácil. Você pode ver isso em materiais cúbicos e não cúbicos.
  2. Anisotropia de Forma: é quando a forma do material determina onde está o eixo fácil. Você vê isso em filmes finos e nanopartículas.
  3. Magnetostrição: é quando o magnetismo do material interage com a estrutura da rede, e o material se expande ou contrai quando você aplica um campo magnético nele.
  4. Anisotropia do Campo Magnético: Isto é quando o material possui uma alta suscetibilidade magnética, e o campo magnético externo interage com os momentos magnéticos no material de forma diferente dependendo de para onde o campo está apontando.

Anisotropia em Materiais Magnéticos Duros e Macios

Materiais Magnéticos Duros: Estes materiais, como ímãs de neodímio, possuem alta anisotropia magnética, portanto são resistentes à desmagnetização. Usamos suas fortes propriedades magnéticas direcionais em aplicações como motores e geradores.

Materiais Magnéticos Macios: Menos comumente, materiais magnéticos macios também podem ser anisotrópicos devido a fatores estruturais internos ou métodos de processamento externo. Exemplos incluem aços elétricos orientados em grão usados em transformadores.

 

Alcançando uma Melhor Anisotropia Magnética

Fabricantes podem melhorar a anisotropia magnética controlando cuidadosamente vários fatores durante a produção:

Seleção de Material: A escolha do material base, como neodímio em ímãs de alto desempenho, é fundamental para obter propriedades magnéticas fortes.

Técnicas de Orientação e Processamento: Quando fabricamos o ímã, alinhamos os momentos magnéticos usando processos como prensagem a quente ou prensagem isostática. Isso nos ajuda a produzir ímãs com melhores propriedades anisotrópicas.

Tamanho e Forma dos Grãos: Temos bom controle sobre o tamanho e a forma dos grãos do material para garantir propriedades magnéticas consistentes.

Conteúdo de Oxigênio: Reduzimos a quantidade de oxigênio durante a produção para melhorar o fluxo do material e manter a anisotropia.

Prensagem Perpendicular Sob Campo Magnético: Alinhamos os momentos magnéticos quando pressionamos o material durante a produção. É assim que obtemos a anisotropia no produto final.

 

Ímãs Anisotrópicos vs. Isotrópicos

Ímãs Anisotrópicos: Esses ímãs têm propriedades magnéticas que dependem da direção. Por exemplo, fabricamos ímãs de neodímio sinterizados que têm os grãos alinhados durante a fabricação. Isso lhes confere um desempenho magnético forte em uma direção preferencial.

Ímãs Isotrópicos: Em contraste, ímãs isotrópicos como os ímãs de neodímio ligados não têm uma direção preferida para magnetização. Eles possuem propriedades magnéticas semelhantes em todas as direções. Isso permite moldá-los e magnetizá-los em diferentes orientações. Geralmente, são mais fracos que os ímãs anisotrópicos.

 

Aplicações dos Ímãs Anisotrópicos

Ímãs anisotrópicos têm muitos usos em diferentes indústrias porque possuem maior força magnética e direcionamento. Aqui estão alguns exemplos:

  1. Sensores: Usamos ímãs anisotrópicos, como ímãs de samário cobalto, em sensores que convertem campos magnéticos em sinais elétricos. Você encontrará esses sensores em sistemas automotivos e aeroespaciais.
  2. Geradores: Usamos o campo magnético criado por ímãs anisotrópicos para fabricar geradores. Por exemplo, os ímãs em turbinas eólicas são anisotrópicos.
  3. Refrigeração: Pesquisas estão sendo feitas para usar ímãs em refrigeração. Por exemplo, o MIT está trabalhando no uso de ímãs como potencial refrigerante.
  4. Ressonância Magnética Nuclear (RMN): Usamos ímãs anisotrópicos para fabricar espectrômetros de RMN. Essas máquinas nos permitem estudar as propriedades físicas e químicas dos materiais.
  5. Aplicações Médicas: Ímãs anisotrópicos são estáveis em altas temperaturas, por isso os usamos em dispositivos médicos esterilizáveis e implantes.

Conhecer a anisotropia magnética ajuda você a usar ímãs da melhor forma em sua aplicação específica. Ímãs anisotrópicos têm uma direção definida, o que é muito importante. Por isso, são usados em tantos setores diferentes, desde energia até saúde. Ímãs isotrópicos oferecem mais flexibilidade no design, mas não são tão fortes. Se quiser saber mais sobre materiais magnéticos e como eles podem ajudar você, entre em contato conosco a qualquer momento.

Anisotropia Magnética

Anisotropia Magnética. Fonte da Imagem: Wikipedia