Magnetna anizotropija pomeni, da ima material prednostno smer za svoje magnetne trenutke, ko nanj nanesete magnetno polje. Enostavneje povedano, to pomeni, da smer, v katero je usmerjen material, vpliva na njegovo magnetno vedenje. Nekateri materiali želijo biti bolj magnetizirani v eni smeri kot v drugih. To imenujemo »lahka« os. Ne želijo biti magnetizirani v drugih smereh.

Vzroki magnetne anizotropije

Obstajata nekaj stvari, ki povzročajo magnetno anizotropijo.

  1. Kristalna struktura: Simetrija kristalne mreže materiala lahko ustvari lahko os. Kristali s kubično strukturo pogosto želijo usmeriti svojo magnetizacijo vzdolž telesne diagonale. Nekubični materiali želijo usmeriti svojo magnetizacijo vzdolž določenih kristalnih osi. To imenujemo magnetokrystalna anizotropija. To je edini notranji vzrok anizotropije, saj izhaja iz strukture materiala.
  2. Oblika anizotropije: Ko imate neokrogla telesa, kot so tanke filme ali majhni delci, lahko pride do anizotropije zaradi površinskih ali robnih učinkov. Oblika materiala vpliva na to, kako se odziva na zunanjo magnetno polje. Polja za demagnetizacijo so različna glede na smer merjenja.
  3. Spin-orbitalno povezovanje: Interakcija med spinom elektronov in gibanjem elektronov okoli jedra lahko povzroči, da želi magnetizacija biti usmerjena v določeno smer.
  4. Magnetoelastična anizotropija: Če na material nanesete mehansko napetost ali napetost, lahko spremenite njegovo magnetno vedenje.
  5. Izmenjevalna anizotropija:To je povezano z interakcijami med magnetnimi trenutki v materialih. Ko imate feromagnetne in antiferomagnetne materiale, povezanih skupaj, lahko antiferomagnetni sloj vpliva na vedenje magnetizacije v feromagnetnem sloju.
  6. Doping in nečistoče: Namerno lahko v material vnesete nečistoče ali napake, da spremenite njegovo elektronsko strukturo, kar lahko vpliva na njegovo magnetno vedenje in anizotropijo.
  7. Napetost: Ko mehansko deformirate material, porušite simetrijo njegove kristalne strukture. Ta deformacija lahko spremeni, kje je lahko os in kako se obnaša magnetno.

 

Vrste magnetne anizotropije

Obstaja nekaj različnih vrst magnetne anizotropije.

  1. Kristalna anizotropija:to je, ko kristalna simetrija materiala določa, kje je enostavna os. To lahko vidite pri kubičnih in nekubičnih materialih.
  2. Oblika anizotropije: to je, ko oblika materiala določa, kje je enostavna os. To opazite pri tankih filmih in nanopartiklih.
  3. Magnetostrikcija: to je, ko magnetizem materiala sodeluje z mrežno strukturo, in material se razširi ali skrči, ko nanj aplicirate magnetno polje.
  4. Anisotropija magnetnega polja: To je, ko ima material visoko magnetno susceptibilnost, in zunanji magnetni tok se z magnetnimi momenti v materialu razlikuje glede na smer, v katero je usmerjeno polje.

Anisotropija v trdnih in mehkih magnetnih materialih

Trdni magnetni materiali: Ti materiali, kot so neodimijevi magneti, imajo visoko magnetno anizotropijo, zato so odporni proti demagnetizaciji. Njihove močne, smerne magnetne lastnosti uporabljamo v aplikacijah, kot so motorji in generatorji.

Mehki magnetni materiali: Manj pogosto, mehki magnetni materiali lahko prav tako kažejo anizotropijo zaradi notranjih strukturnih dejavnikov ali zunanjih obdelovalnih metod. Primeri vključujejo zrnato usmerjene električne jekle, uporabljene v transformatorjih.

 

Doseganje boljše magnetne anizotropije

Proizvajalci lahko izboljšajo magnetno anizotropijo s skrbnim nadzorom več dejavnikov med proizvodnjo:

Izbor materiala: Izbor osnovnega materiala, kot je neodim v visokozmogljivih magnetih, je ključen za doseganje močnejših magnetnih lastnosti.

Smernice in postopki obdelave: Ko izdelujemo magnet, usmerjamo magnetne momente z uporabo postopkov, kot so vroče stiskanje ali isostatsko stiskanje. To nam pomaga izdelati magnete z boljšimi anizotropnimi lastnostmi.

Velikost in oblika zrn: Imamo dober nadzor nad velikostjo in obliko zrn materiala, da zagotovimo dosledne magnetne lastnosti.

Vsebnost kisika: Zmanjšujemo količino kisika med proizvodnjo, da material teče bolje in ohranjamo anizotropijo.

Perpendicularno stiskanje pod magnetnim poljem: Ko med proizvodnjo stiskamo material, uskladimo magnetne trenutke. Tako dosežemo anizotropijo v končnem izdelku.

 

Anizotropni in izotropni magneti

Anizotropni magneti: Ti magneti imajo magnetne lastnosti, ki so odvisne od smeri. Na primer, izdelujemo sintrane neodimijeve magnete, ki imajo zrnca usklajena med proizvodnjo. To jim daje močno magnetno zmogljivost v eni prednostni smeri.

Izotropni magneti: Za razliko od tega, izotropni magneti, kot so vezani neodimijevi magneti, nimajo prednostne smeri za magnetizacijo. Imajo podobne magnetne lastnosti v vseh smereh. To jim omogoča oblikovanje in magnetizacijo v različnih orientacijah. Na splošno so šibkejši od anizotropnih magnetov.

 

Uporaba anizotropnih magnetov

Anizotropni magneti imajo številne uporabe v različnih industrijah, ker imajo močnejšo magnetno jakost in smernost. Tukaj je nekaj primerov:

  1. Senzorji: Uporabljamo anizotropne magnete, kot so samarium-kobalt magneti, v senzorjih, ki pretvarjajo magnetna polja v električne signale. Te senzorje najdete v avtomobilskih in letalskih sistemih.
  2. Generatorji: Magnetno polje, ustvarjeno z anizotropnimi magneti, uporabljamo za izdelavo generatorjev. Na primer, magneti v vetrnih turbinah so anizotropni.
  3. Hladilni sistemi: Ljudje raziskujejo uporabo magnetov pri hladilnih sistemih. Na primer, MIT raziskuje uporabo magnetov kot potencialnega hladilnega sredstva.
  4. Nuklearna magnetna resonanca (NMR): Uporabljamo anizotropne magnete za izdelavo NMR spektrometrov. Ti stroji nam omogočajo preučevanje fizikalnih in kemijskih lastnosti materialov.
  5. Medicinske uporabe: Anizotropni magneti so stabilni pri visokih temperaturah, zato jih uporabljamo v sterilizabilnih medicinskih napravah in vsadkih.

Poznavanje magnetne anizotropije vam pomaga najbolje izkoristiti magnete v vaši specifični aplikaciji. Anizotropni magneti imajo smer, kar je zelo pomembno. Zato se uporabljajo v tako različnih industrijah, od energetike do zdravstva. Anizotropni magneti nudijo večjo prilagodljivost pri oblikovanju, vendar niso tako močni. Če želite izvedeti več o magnetnih materialih in kako vam lahko pomagajo, nas lahko kontaktirate kadarkoli.

Magnetna Anizotropija

Magnetna Anizotropija. Vir slike: Wikipedia