Định hướng từ tính có nghĩa là một vật liệu có hướng ưu tiên cho các moment từ của nó khi bạn áp dụng một trường từ lên nó. Nói đơn giản hơn, điều đó có nghĩa là cách vật liệu được hướng về ảnh hưởng đến cách nó phản ứng từ. Một số vật liệu muốn được từ hóa nhiều hơn theo một hướng nhất định. Chúng tôi gọi đó là trục “dễ”. Chúng không muốn bị từ hóa theo các hướng khác.

Nguyên nhân của Định hướng Từ tính

Có một vài yếu tố gây ra định hướng từ tính.

  1. Cấu trúc tinh thể: Độ đối xứng của mạng tinh thể của một vật liệu có thể tạo ra một trục dễ. Vật liệu lập phương thường muốn hướng từ của chúng dọc theo đường chéo của khối. Vật liệu không lập phương muốn hướng từ của chúng dọc theo các trục tinh thể nhất định. Chúng tôi gọi đó là định hướng tinh thể từ. Đây là nguyên nhân nội tại duy nhất của định hướng vì nó xuất phát từ cấu trúc của vật liệu.
  2. Định hướng hình dạng: Khi bạn có các vật thể không hình cầu như màng mỏng hoặc các hạt nhỏ, bạn có thể gặp phải định hướng do các hiệu ứng bề mặt hoặc cạnh. Hình dạng của vật liệu ảnh hưởng đến cách nó phản ứng với trường từ bên ngoài. Các trường khử từ khác nhau tùy thuộc vào hướng đo đạc.
  3. Liên kết Spin-Orbit: Tương tác giữa spin của electron và chuyển động của electron quanh hạt nhân có thể khiến hướng từ muốn chỉ về một hướng nhất định.
  4. Định hướng từ tính điện từ: Nếu bạn đặt một ứng suất hoặc lực kéo cơ học lên vật liệu, bạn có thể thay đổi cách nó phản ứng từ.
  5. Định hướng trao đổi:Điều này liên quan đến các tương tác giữa các moment từ trong vật liệu. Khi bạn có các vật liệu ferromagnetic và antiferromagnetic kết hợp với nhau, lớp antiferromagnetic có thể ảnh hưởng đến cách hướng từ phản ứng trong lớp ferromagnetic.
  6. Doping và tạp chất: Bạn có thể cố ý đưa tạp chất hoặc khuyết tật vào vật liệu để thay đổi cấu trúc điện tử của nó, điều này có thể ảnh hưởng đến cách nó phản ứng từ và định hướng của nó.
  7. Ứng suất: Khi bạn biến dạng cơ học một vật liệu, bạn làm biến dạng cấu trúc tinh thể của nó. Sự biến dạng này có thể thay đổi vị trí của trục dễ và cách nó phản ứng từ.

 

Các loại định hướng từ tính

Có một vài loại định hướng từ tính khác nhau.

  1. Định hướng tinh thể:đây là lúc đối xứng tinh thể của vật liệu xác định hướng trục dễ của nó. Bạn có thể thấy điều này ở các vật liệu lập phương và không lập phương.
  2. Định hướng hình dạng: đây là lúc hình dạng của vật liệu xác định hướng trục dễ của nó. Bạn thấy điều này trong các lớp mỏng và hạt nano.
  3. Ứng suất từ: đây là lúc từ tính của vật liệu tương tác với cấu trúc mạng tinh thể, và vật liệu mở rộng hoặc co lại khi bạn áp dụng từ trường lên nó.
  4. Đặc tính dị hướng từ trường: Đây là khi vật liệu có độ nhạy từ cao, và từ trường bên ngoài tương tác với các mô men từ trong vật liệu khác nhau tùy thuộc vào hướng của trường.

Dị hướng trong vật liệu từ cứng và mềm

Vật liệu từ cứng: Những vật liệu này, chẳng hạn như nam châm neodymium, có độ dị hướng từ cao, vì vậy chúng chống lại sự mất từ tính. Chúng tôi sử dụng các đặc tính từ mạnh, theo hướng trong các ứng dụng như động cơ và máy phát điện.

Vật liệu từ mềm: Ít phổ biến hơn, các vật liệu từ mềm cũng có thể bị dị hướng do các yếu tố cấu trúc nội bộ hoặc phương pháp xử lý bên ngoài. Ví dụ bao gồm thép điện hướng hạt dùng trong biến thế.

 

Đạt được Dị hướng Từ tốt hơn

Các nhà sản xuất có thể cải thiện dị hướng từ bằng cách kiểm soát cẩn thận một số yếu tố trong quá trình sản xuất:

Lựa chọn vật liệu: Việc chọn vật liệu nền, như neodymium trong các nam châm hiệu suất cao, là chìa khóa để có được các đặc tính từ mạnh.

Kỹ thuật định hướng và xử lý: Khi chúng tôi tạo ra nam châm, chúng tôi căn chỉnh các mô men từ bằng các quy trình như ép nóng hoặc ép đồng nhất. Điều này giúp chúng tôi tạo ra các nam châm có đặc tính dị hướng tốt hơn.

Kích thước và hình dạng hạt: Chúng tôi kiểm soát tốt kích thước và hình dạng hạt của vật liệu để đảm bảo nó có các đặc tính từ nhất quán.

Nội dung oxy: Chúng tôi giảm lượng oxy trong quá trình sản xuất để làm cho vật liệu chảy tốt hơn và giữ được tính chất dị hướng.

Ép vuông góc dưới tác dụng của từ trường: Chúng tôi căn chỉnh các hướng từ khi ép vật liệu trong quá trình sản xuất. Đó là cách chúng tôi tạo ra tính chất dị hướng trong sản phẩm cuối cùng.

 

Nam châm dị hướng so với nam châm đa hướng

Nam châm dị hướng: Những nam châm này có đặc tính từ trường phụ thuộc vào hướng. Ví dụ, chúng tôi làm nam châm neodymium nung kết có các hạt được xếp hàng trong quá trình sản xuất. Điều này giúp chúng có hiệu suất từ mạnh mẽ trong một hướng ưu tiên.

Nam châm đa hướng: Ngược lại, nam châm đa hướng như nam châm neodymium liên kết không có hướng ưu tiên cho từ hóa. Chúng có đặc tính từ trường tương tự ở tất cả các hướng. Điều này cho phép bạn định hình và từ hóa chúng theo các hướng khác nhau. Thường thì chúng yếu hơn nam châm dị hướng.

 

Ứng dụng của nam châm dị hướng

Nam châm dị hướng có nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau vì chúng có cường độ từ mạnh hơn và tính hướng rõ ràng hơn. Dưới đây là một số ví dụ:

  1. Cảm biến: Chúng tôi sử dụng nam châm dị hướng, như nam châm samarium cobalt, trong cảm biến chuyển đổi từ trường thành tín hiệu điện. Bạn sẽ thấy các cảm biến này trong hệ thống ô tô và hàng không vũ trụ.
  2. Máy phát điện: Chúng tôi sử dụng trường từ tạo ra bởi nam châm dị hướng để chế tạo máy phát điện. Ví dụ, các nam châm trong turbine gió là nam châm dị hướng.
  3. Làm lạnh: Người ta đang nghiên cứu sử dụng nam châm trong công nghệ làm lạnh. Ví dụ, MIT đang nghiên cứu sử dụng nam châm như một chất làm lạnh tiềm năng.
  4. Cộng hưởng từ hạt nhân (NMR): Chúng tôi sử dụng nam châm dị hướng để chế tạo máy quang phổ NMR. Những thiết bị này giúp chúng tôi nghiên cứu các đặc tính vật lý và hóa học của vật liệu.
  5. Ứng dụng y tế: Nam châm dị hướng ổn định ở nhiệt độ cao, vì vậy chúng tôi sử dụng chúng trong các thiết bị y tế tiệt trùng và cấy ghép.

Hiểu về độ dị hướng từ trường giúp bạn sử dụng nam châm một cách tối ưu trong ứng dụng của mình. Nam châm dị hướng có hướng riêng, điều này rất quan trọng. Đó là lý do tại sao chúng được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, từ năng lượng đến chăm sóc sức khỏe. Nam châm isotropic mang lại sự linh hoạt hơn trong thiết kế nhưng không mạnh bằng. Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về vật liệu từ và cách chúng có thể giúp bạn, hãy liên hệ với chúng tôi bất cứ lúc nào.

Độ dị hướng từ trường

Độ dị hướng từ trường. Nguồn hình ảnh: Wikipedia