Магнітна анізотропія означає, що матеріал має переважний напрямок для своїх магнітних моментів, коли до нього застосовують магнітне поле. Простими словами, це означає, що орієнтація матеріалу впливає на його магнітну поведінку. Деякі матеріали бажають бути намагніченими більше в одному напрямку, ніж інші. Ми називаємо це «легким» осьовим напрямком. Вони не хочуть бути намагніченими в інших напрямках.

Причини магнітної анізотропії

Існує кілька чинників, що спричиняють магнітну анізотропію.

  1. Кристалічна структура: Симетрія кристалічної решітки матеріалу може створювати легкий осьовий напрямок. Кубічні матеріали часто прагнуть спрямувати свою магнітну намагніченість вздовж діагоналі тіла. Некубічні матеріали прагнуть спрямувати свою магнітну намагніченість вздовж певних кристалічних осей. Це називається магнітокристалічною анізотропією. Це єдина внутрішня причина анізотропії, оскільки вона походить від структури матеріалу.
  2. Анізотропія форми: Коли у вас є некулясті об'єкти, такі як тонкі плівки або малі частинки, ви можете отримати анізотропію через поверхневі або крайові ефекти. Форма матеріалу впливає на його реакцію на зовнішнє магнітне поле. Поля демагнітизації різняться залежно від напрямку вимірювання.
  3. Спін-орбітальний зв'язок: Взаємодія між спіном електронів і рухом електронів навколо ядра може змусити магнітізацію прагнути спрямовуватися в певному напрямку.
  4. Магнітоластична анізотропія: Якщо ви застосуєте механічне напруження або натяг до матеріалу, ви можете змінити його магнітну поведінку.
  5. Обмінна анізотропія:Це пов'язано з взаємодіями між магнітними моментами у матеріалах. Коли у вас є з'єднані ферромагнітні та антиферромагнітні матеріали, антиферромагнітний шар може впливати на поведінку магнітізації у ферромагнітному шарі.
  6. Додатки та домішки: Ви можете навмисно вводити домішки або дефекти у матеріал для зміни його електронної структури, що може впливати на його магнітну поведінку та анізотропію.
  7. Напруження: Коли ви механічно деформуєте матеріал, ви спотворюєте симетрію його кристалічної структури. Це спотворення може змінити місце розташування легкого осьового напрямку та його магнітну поведінку.

 

Види магнітної анізотропії

Існує кілька різних типів магнітної анізотропії.

  1. Кристалічна анізотропія:це коли симетрія кристалу матеріалу визначає, де знаходиться легка вісь. Ви можете побачити це у кубічних та некубічних матеріалах.
  2. Анізотропія форми: це коли форма матеріалу визначає, де знаходиться легка вісь. Це видно у тонких плівках та наночастинках.
  3. Магнітострикція: це коли магнетизм матеріалу взаємодіє з кристалічною структурою, і матеріал розширюється або стискається при застосуванні магнітного поля.
  4. Анізотропія магнітного поля: Це коли матеріал має високу магнітну чутливість, і зовнішнє магнітне поле взаємодіє з магнітними моментами в матеріалі по-різному залежно від напрямку поля.

Анізотропія у тверді та м’яких магнітних матеріалах

Тверді магнітні матеріали: Ці матеріали, такі як неодимові магніти, мають високу магнітну анізотропію, тому вони стійкі до демагнітизації. Ми використовуємо їхні сильні, спрямовані магнітні властивості у таких застосуваннях, як мотори та генератори.

М’які магнітні матеріали: Менш поширено, м’які магнітні матеріали також можуть бути анізотропними через внутрішні структурні фактори або зовнішні обробки. Приклади включають зернопорівнені електричні сталі, що використовуються у трансформаторах.

 

Досягнення кращої магнітної анізотропії

Виробники можуть покращити магнітну анізотропію, ретельно контролюючи кілька факторів під час виробництва:

Вибір матеріалу: Вибір базового матеріалу, наприклад неодиму у високоефективних магнітах, є ключовим для отримання сильних магнітних властивостей.

Техніки орієнтації та обробки: Коли ми виготовляємо магніт, ми вирівнюємо магнітні моменти за допомогою процесів, таких як гаряче пресування або ізостатичне пресування. Це допомагає створювати магніти з кращими анізотропними властивостями.

Розмір і форма зерен: Ми маємо хороший контроль над розміром і формою зерен матеріалу, щоб забезпечити його стабільні магнітні властивості.

Вміст кисню: Ми зменшуємо кількість кисню під час виробництва, щоб матеріал краще тек і зберігав анізотропію.

Перпендикулярне пресування під магнітним полем: Ми вирівнюємо магнітні моменти під час пресування матеріалу у виробництві. Саме так ми отримуємо анізотропію у кінцевому продукті.

 

Анізотропні проти ізотропних магнітів

Анізотропні магніти: Ці магніти мають магнітні властивості, що залежать від напрямку. Наприклад, ми виготовляємо спечені неодимові магніти, у яких зерна вирівняні під час виробництва. Це дає їм сильні магнітні характеристики в одному переважному напрямку.

Ізотропні магніти: На відміну від них, ізотропні магніти, такі як зв’язані неодимові магніти, не мають переважного напрямку намагнічування. Вони мають подібні магнітні властивості у всіх напрямках. Це дозволяє формувати та намагнічувати їх у різних орієнтаціях. Вони зазвичай слабші за анізотропні магніти.

 

Застосування анізотропних магнітів

Анізотропні магніти мають багато застосувань у різних галузях через їхню більшу магнітну силу та напрямленість. Ось кілька прикладів:

  1. Датчики: Ми використовуємо анізотропні магніти, такі як магніти з самарію-кобальту, у датчиках, які перетворюють магнітні поля на електричні сигнали. Ці датчики застосовуються в автомобільних та аерокосмічних системах.
  2. Генератори: Ми використовуємо магнітне поле, створене анізотропними магнітами, для виготовлення генераторів. Наприклад, магніти у вітрових турбінах є анізотропними.
  3. Охолодження: Ведуться дослідження щодо використання магнітів в охолодженні. Наприклад, у MIT працюють над застосуванням магнітів як потенційного холодоагенту.
  4. Ядерний магнітний резонанс (ЯМР): Ми використовуємо анізотропні магніти для виготовлення ЯМР-спектрометрів. Ці прилади дозволяють вивчати фізичні та хімічні властивості матеріалів.
  5. Медичні застосування: Анізотропні магніти стабільні при високих температурах, тому ми використовуємо їх у стерилізованих медичних пристроях та імплантатах.

Знання про магнітну анізотропію допомагає вам максимально ефективно використовувати магніти у вашому конкретному застосуванні. Анізотропні магніти мають напрямок, що є дуже важливим. Саме тому їх використовують у багатьох різних галузях, від енергетики до охорони здоров’я. Ізотропні магніти дають більше гнучкості у дизайні, але не такі міцні. Якщо ви хочете дізнатися більше про магнітні матеріали та як вони можуть вам допомогти, зв’яжіться з нами у будь-який час.

Магнітна анізотропія

Магнітна анізотропія. Джерело зображення: Вікіпедія