A anisotropia magnética significa que um material tem uma direção preferencial para os seus momentos magnéticos quando se aplica um campo magnético. Em termos mais simples, significa que a orientação de um material afeta o seu comportamento magnético. Alguns materiais querem ser magnetizados mais numa direção do que noutra. Chamamos isso o eixo “fácil”. Eles não querem ser magnetizados noutras 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 a sua magnetização ao longo da diagonal do corpo. Materiais não cúbicos querem orientar a sua magnetização ao longo de certos eixos cristalinos. Chamamos isso de anisotropia magnetocristalina. Esta é a única causa intrínseca de anisotropia porque advém da estrutura do material.
  2. Anisotropia de Forma: Quando se têm objetos não esféricos, como filmes finos ou partículas pequenas, pode ocorrer anisotropia devido a efeitos de superfície ou de aresta. A forma do material afeta a sua resposta a um campo magnético externo. Os campos de desmagnetização são diferentes dependendo da direção em que os medimos.
  3. Acoplamento Spin-Orbit: A interação entre o spin dos elétrons e o movimento dos elétrons ao redor do núcleo pode fazer com que a magnetização queira apontar numa certa direção.
  4. Anisotropia Magnetoelástica: Se aplicar uma tensão ou esforço mecânico a um material, pode alterar o seu comportamento magnético.
  5. Anisotropia de Troca:Isto tem a ver com as interações entre os momentos magnéticos nos materiais. Quando se têm materiais ferromagnéticos e antiferromagnéticos acoplados, a camada antiferromagnética pode afetar a forma como a magnetização se comporta na camada ferromagnética.
  6. Dopagem e Impurezas: Pode introduzir intencionalmente impurezas ou defeitos num material para alterar a sua estrutura eletrónica, o que pode afetar o seu comportamento magnético e a sua anisotropia.
  7. Tensão: Quando se deforma mecanicamente um material, distorce-se a simetria da sua estrutura cristalina. Essa distorção pode alterar a direção do eixo fácil e o seu comportamento magnético.

 

Tipos de Anisotropia Magnética

Existem alguns tipos diferentes de anisotropia magnética.

  1. Anisotropia Cristalina:isto é quando a simetria do cristal do material determina onde está o eixo fácil. Pode ver-se isto em materiais cúbicos e não cúbicos.
  2. Anisotropia de Forma: isto é quando a forma do material determina onde está o eixo fácil. Isto é visível em filmes finos e nanopartículas.
  3. Magnetostricção: isto é quando o magnetismo do material interage com a estrutura da rede, e o material expande-se ou contrai-se quando aplica um campo magnético.
  4. Anisotropia do Campo Magnético: isto é quando o material possui uma suscetibilidade magnética elevada, e o campo magnético externo interage com os momentos magnéticos do material de forma diferente dependendo da direção para a qual o campo está apontado.

Anisotropia em Materiais Magnéticos Duros e Moles

Materiais Magnéticos Duros: Estes materiais, como ímãs de neodímio, possuem uma alta anisotropia magnética, pelo que resistem à desmagnetização. Utilizamos as suas fortes propriedades magnéticas direcionais em aplicações como motores e geradores.

Materiais Magnéticos Moles: Menos frequentemente, materiais magnéticos moles também podem ser anisotrópicos devido a fatores estruturais internos ou métodos de processamento externo. Exemplos incluem aços elétricos orientados em grão utilizados em transformadores.

 

Alcançar uma Melhor Anisotropia Magnética

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

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

Técnicas de Orientação e Processamento: Quando fabricamos o íman, alinhamos os momentos magnéticos usando processos como prensagem a quente ou prensagem isostática. Isto ajuda-nos a criar ímanes com melhores propriedades anisotrópicas.

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

Conteúdo de Oxigénio: Reduzimos a quantidade de oxigénio durante a produção para facilitar o fluxo do material e manter a anisotropia.

Prensagem perpendicular sob um campo magnético: Alinhamos os momentos magnéticos quando prensamos o material durante a produção. É assim que obtemos a anisotropia no produto final.

 

Ímãs anisotrópicos vs. ímãs isotrópicos

Ímãs anisotrópicos: Estes ímãs têm propriedades magnéticas que dependem da direção. Por exemplo, fabricamos ímãs de neodímio sinterizados com os grãos alinhados durante a fabricação. Isto confere-lhes um desempenho magnético forte numa direção preferencial.

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

 

Aplicações de Ímãs Anisotrópicos

Os ímãs anisotrópicos têm muitas utilizações em diferentes indústrias devido à sua maior força magnética e direcionalidade. Aqui estão alguns exemplos:

  1. Sensores: Utilizamos ímãs anisotrópicos, como ímãs de samário-cobalto, em sensores que convertem campos magnéticos em sinais elétricos. Encontrarás estes sensores em sistemas automotivos e aeroespaciais.
  2. Geradores: Utilizamos o campo magnético criado por ímãs anisotrópicos para fabricar geradores. Por exemplo, os ímãs em turbinas eólicas são anisotrópicos.
  3. Refrigeração: As pessoas estão a investigar o uso de ímãs na refrigeração. Por exemplo, o MIT está a desenvolver trabalhos sobre o uso de ímãs como potencial refrigerante.
  4. Ressonância Magnética Nuclear (RMN): Utilizamos ímãs anisotrópicos para fabricar espectrómetros de RMN. Estas máquinas permitem-nos estudar as propriedades físicas e químicas dos materiais.
  5. Aplicações Médicas: Os ímãs anisotrópicos são estáveis a altas temperaturas, pelo que os usamos em dispositivos médicos e implantes esterilizáveis.

Conhecer a anisotropia magnética ajuda-o a usar os ímanes da melhor forma possível na sua aplicação específica. Os ímanes anisotrópicos têm uma direção, o que é muito importante. É por isso que são utilizados em tantas indústrias diferentes, desde energia até cuidados de saúde. Os ímanes isotrópicos oferecem mais flexibilidade no design, mas não são tão fortes. Se quiser saber mais sobre materiais magnéticos e como podem ajudá-lo, entre em contacto connosco a qualquer momento.

Anisotropia Magnética

Anisotropia Magnética. Fonte da Imagem: Wikipedia