Giới thiệu sách mới: Từ Học và Vật Liệu Từ

Vật liệu từ không thể thiếu được trong các ngành công nghiệp điện (tạo điện năng, chuyển tải điện, điều khiển tự động,…), công nghiệp thông tin liên lạc, công nghiệp chế tạo ôtô, tầu thủy,…

Email: hien@itims.edu.vn

MỤC LỤC

Lời nói đầu – p3

PHẦN I.  CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA TỪ HỌC                        p13

Chương 1. Lịch sử phát triển của từ học và vật liệu từ – p14

1.1. Thời kỳ sơ khai – p14

1.2. Thời kỳ hưng thịnh về giải thích hiện tượng từ (cổ điển) – p15

1.3. Cơ sở lý thuyết vi mô giải thích hiện tượng từ – p16

1.4. Sự phát triển các vật liệu từ – p17

1.5. Các nguồn tạo từ trường – p18

Chương 2. Một số khái niệm về từ học và phân loại vật liệu từ – p19

2.1. Một số khái niệm về từ học – p19

2.1.1. Cực từ – p19

2.1.2. Cường độ từ trường (H) – p19

2.1.3. Từ độ  – p20

2.1.4. Cảm ứng từ  – p21

2.1.5. Độ từ thẩm (µ) và độ cảm từ hoặc hệ số từ hóa (χ) – p21

2.1.6. Hệ đơn vị đo từ – p22

2.1.7. Chuyển đổi một số đơn vị từ hai hệ CGS và SI, biểu thức các thông số từ chủ yếu – p22

2.2. Các loại vật liệu từ – p23

2.2.1. Các chất nghịch từ – p23

2.2.2. Các chất thuận từ – p23

2.2.3. Các chất sắt từ – p24

2.2.4. Các chất phản sắt từ – p24

2.2.5. Các chất feri từ p24

2.3. Sự phụ thuộc vào nhiệt độ và từ trường của χ–1 và M – p25

2.4. Các vật liệu từ ứng dụng – p26

2.4.1. Vật liệu từ cứng – p26

2.4.2. Vật liệu từ mềm – p26

2.4.3. Vật liệu ghi từ – p27

2.4.4. Các loại vật liệu từ ứng dụng khác – p27

2.5. Cách phân loại khác đối với vật liệu từ – p27

2.5.1. Phân loại dựa theo cấu trúc – p27

2.5.2. Phân loại theo cách khác – p27

Chương 3. Momen từ của nguyên tử – p28

3.1. Momen từ qũy đạo của điện tử – p28

3.2. Momen từ spin của điện tử – p29

3.3. Cấu trúc điện tử của nguyên tử và momen xung lượng điện tử – p30

3.4. Mẫu véctơ của các nguyên tử – p33

3.5. Các quy tắc Hund – p34

Chương 4. Nghịch từ – p37

4.1. Nghịch từ của vành đai điện tử nguyên tử – p37

4.1.1. Tần số Larmor – p37

4.1.2. Momen từ và năng lượng tạo ra do chuyển động tuế sai của điện tử trong từ trường ngoài   – p38

4.1.3. Độ cảm từ nghịch từ của các vành đai điện tử nguyên tử – p40

4.2. Độ cảm nghịch từ của các ion – p41

4.3. Độ cảm nghịch từ của các hợp chất hóa học – p42

4.4. Siêu dẫn – chất nghịch từ lý tưởng – p44

4.5. Hiện tượng chất nghịch từ bị nâng trong từ trường – p45

Chương 5. Thuận từ – p47

5.1. Mở đầu – p47

5.2. Lý thuyết cổ điển về thuận từ (lý thuyết Langevin – p48

5.3. Định luật Curie – p51

5.4. Một số bình luận – p51

5.5. Lý thuyết lượng tử về thuận từ, hàm Brillouin – p52

5.6. Thuận từ của các chất – p55

5.7. Thuận từ của các ion nhóm đất hiếm (4f) và nhóm sắt (3d) – p56

5.7.1. Nhóm đất hiếm (4f) – p56

5.7.2. Nhóm ion nhóm sắt (3d) – p58

5.7.3. Liên kết S–L và ảnh hưởng của trường tinh thể – p60

5.8. Các yếu tố ảnh hưởng lên tính chất thuận từ của các chất – p61

5.9. Tạo nhiệt độ thấp bằng phương pháp khử từ đoạn nhiệt các muối thuận từ – p62

5.9.1. Nguyên lý – p62

5.9.2. Thực nghiệm – p64

5.10. Thuận từ các điện tử dẫn (thuận từ Pauli) – p66

5.10.1. Các tính chất của các điện tử dẫn trong kim loại – p66

5.10.2. Tính chất thuận từ của điện tử tự do – p67

5.11. Nghịch từ của các điện tử tự do – p68

Chương 6. Sắt từ – p70

6.1. Các tính chất từ cơ bản của chất sắt từ – p70

6.2. Lý thuyết Weiss giải thích hiện tượng từ tự phát trong chất sắt từ – p72

6.2.1. Mô hình lý thuyết – p72

6.2.2. Lý thuyết Weiss giải thích sự phụ thuộc vào nhiệt độ của từ độ – p73

6.2.3. Độ lớn của trường Weiss – p75

6.3. Tương tác trao đổi – p76

6.3.1. Mở đầu – p76

6.3.2. Phương trình sóng của nguyên tử hyđro – p77

6.3.3. Năng lượng tương tác trao đổi và điều kiện có trật tự sắt từ – p78

6.4. Mối liên hệ giữa hằng số trường phân tử và tích phân trao đổi – p80

6.4.1. Hằng số trường phân tử – p80

6.4.2. Nhiệt độ trật tự từ  (Tc) – p81

6.5. Lý thuyết vùng năng lượng (lý thuyết vùng) – p84

6.5.1. Cấu trúc vùng năng lượng của các điện tử tập thể – p84

6.5.2. Giải thích từ độ bão hòa – p86

6.5.3. Tiêu chuẩn Stoner – p87

6.6. Trật tự từ của kim loại đất hiếm – p87

6.7. Các hợp kim sắt từ – p88

6.7.1. Các hợp kim – p88

6.7.2. Đường cong Slater–Pauling – p89

6.7.3. Hợp kim từ tạo bởi các nguyên tố phi từ tính – p90

6.8. Bình luận về lý thuyết, mô hình giải thích trật tự sắt từ – p90

Chương 7. Phản sắt từ và feri – từ – p92

A. Phản sắt từ

7.1. Các chất phản sắt từ – p92

7.2. Trật tự phản sắt từ – p93

7.3. Tương tác trao đổi gián tiếp hay siêu tương tác – p95

7.3.1. Mở đầu – p95

7.3.2. Siêu tương tác – p95

7.4. Lý thuyết trường phân tử giải thích tính chất của phản sắt từ – p96

7.4.1. Trường phân tử – p96

7.4.2. Lý thuyết trường phân tử đối với chất phản sắt từ ở nhiệt độ T > TN – p97

7.4.3. Xác định nhiệt độ TN theo lý thuyết trường phân tử – p98

7.5. Tính chất dị hướng của độ cảm từ của chất phản sắt từ trong từ trường ngoài có cường độ nhỏ   – p99

7.5.1. Mô tả – p99

7.5.2. Giải thích hiện tượng dị hướng của χ(T) – p100

7.6. Chất phản sắt từ trong từ trường ngoài có cường độ lớn – p101

7.6.1. Sự đảo véctơ momen từ – p101

7.6.2. Sự phá vỡ trật tự phản sắt từ bằng từ trường ngoài – p103

B. Feri – từ

7.7. Mở đầu – p103

7.8. Cấu trúc tinh thể của các ferit – p104

7.8.1. Cấu trúc tinh thể của ferit spinen – p104

7.8.2. Cấu trúc tinh thể của ferit garnet – p106

7.8.3. Cấu trúc tinh thể của ferit lục giác loại M (Me Fe12O19, Me = Ba, Sr, Pb) – p107

7.8.4. Ferit có cấu trúc trực thoi (perovskite – p107

7.9. Các tính chất từ của ferit – p108

7.9.1. Momen từ của ferit spinen và ferit lục giác – p108

7.9.2. Momen từ của ferit garnet – p111

7.10. Lý thuyết trường phân tử đối với ferit spinen có hai phân mạng từ – p113

7.10.1. Trường phân tử – p113

7.10.2. Trường hợp T > Tc – p113

7.10.3. Tính nhiệt độ trật tự Tc – p115

7.10.4. Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của momen từ tự phát ferit spinen – p115

7.10.5. Cấu trúc góc trong ferit spinen – p117

7.11. Lý thuyết trường phân tử trong ferit có ba phân  mạng từ (garnet – hồng ngọc lựu) – p118

7.11.1. Trường phân tử – p118

7.11.2. Từ độ phụ thuộc nhiệt độ – p119

7.11.3. Độ cảm từ của ferit garnet ở nhiệt độ T  > Tc – p119

7.11.4. Cấu trúc góc giữa các momen từ trong ferit garnet – p120

7.11.5. Ferit garnet trong từ trường có cường độ lớn – p121

PHẦN II. CÁC HIỆN TƯỢNG TỪ                                     – p123

Chương 8. Dị hướng từ và từ giảo – p124

8.1. Mở đầu – p124

8.2. Dị hướng từ tinh thể – p124

8.3. Năng lượng dị hướng tinh thể và các hằng số dị hướng – p125

8.3.1. Khái niệm – p125

8.3.2. Các hằng số dị hướng – p126

8.3.3. Độ lớn của các hằng số dị hướng. – p128

8.4. Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của các hằng số dị hướng. – p129

8.5. Bản chất của hiện tượng dị hướng từ tinh thể – p130

8.6. Dị hướng hình dạng – p131

8.6.1. Trường khử từ – p131

8.6.2. Phương pháp bổ chính đường cong từ hóa – p133

8.6.3. Năng lượng trường khử từ – p133

8.6.4. Hằng số dị hướng hình dạng – p133

8.7. Trường dị hướng – p134

8.8. Từ giảo – p135

8.8.1. Mở đầu – p135

8.8.2. Từ giảo của tinh thể lập phương – p137

8.8.3. Từ giảo của tinh thể lục giác – p139

8.9. Cơ chế vật lý giải thích hiện tượng từ giảo – p141

8.10. Năng lượng đàn hồi từ – p142

8.11. Ảnh hưởng ứng suất lên tính chất từ vật liệu – p143

Chương 9. Cấu trúc đomen – p146

9.1. Mở đầu – p146

9.2. Nguyên nhân tạo thành đomen – p146

9.3. Vách đomen – p148

9.3.1. Vách Block – p148

9.3.2. Năng lượng vách Block – p150

9.3.3. Một số ví dụ – p151

9.4. Độ dày của đomen – p152

9.5. Cấu trúc đomen trong tinh thể sắt từ đa trục – p155

9.5.1. Các dạng vách – p155

9.5.2. Định hướng momen từ trong vách 90o – p156

9.5.3. Đomen trong vùng có khuyết tật, tạp chất – p156

9.6. Cấu trúc đơn đomen – p157

9.7. Vách đomen trong màng mỏng từ – p159

9.8. Siêu thuận từ – p162

9.8.1. Mô tả – p162

9.8.2. Các tính chất của siêu thuận từ – p163

9.8.3. Lực kháng từ phụ thuộc kích thước hạt từ – p166

Chương 10. Quá trình từ hóa và từ trễ – p168

   A. Các quá trình từ hóa

10.1. Đường cong từ hóa – p168

10.2. Quá trình dịch chuyển vách thuận nghịch và không thuận nghịch, bước nhảy Barkhausen            – p170

10.3. Quá trình quay thuận nghịch của các momen từ trong đomen – p171

10.4. Hiệu ứng Hopkinson – p174

   B. Hiện tượng từ trễ

10.5. Mở đầu – p175

10.6. Hiện tượng trễ do việc ngăn cản vách đomen dịch chuyển – p176

10.7. Hiện tượng trễ do việc giữ sự phát triển các mầm đảo từ – p177

10.8. Trễ do quá trình quay không thuận nghịch – p177

10.8.1. Hiện tượng từ trễ do dị hướng hình dạng – p177

10.8.2. Hiện tượng từ trễ do dị hướng từ tinh thể – p180

10.8.3. Hiện tượng từ trễ do ứng suất – p181

10.9. Trao đổi dịch hay trao đổi dị hướng – p182

10.9.1. Hiện tượng – p182

10.9.2. Giải thích – p184

Chương 11. Vật liệu từ trong từ trường xoay chiều – p187

11.1. Mở đầu – p187

11.2. Các dòng xoáy – p187

11.3. Độ nhớt từ (từ tác dụng sau) – p189

11.4. Chất sắt từ trong từ trường xoay chiều – p190

11.4.1. Đường trễ – p190

11.4.2. Độ từ thẩm và tang góc tổn hao – p191

11.4.3. Phương pháp xác định độ từ thẩm ảo và tgδ – p193

11.5. Sự tán sắc của độ từ thẩm – p194

11.6. Cộng hưởng từ – p196

11.6.1. Cộng hưởng thuận từ điện tử (EPR) – p196

11.6.2. Cộng hưởng từ hạt nhân nguyên tử (NMR) – p198

PHẦN III. CÁC VẬT LIỆU TỪ                                        p199

Chương 12. Vật liệu từ mềm – p200

12.1. Mở đầu – p200

12.2. Yêu cầu đối với vật liệu từ mềm – p201

12.3. Sắt tinh khiết kỹ thuật – p202

12.3.1. Ảnh hưởng của tạp chất – p202

12.3.2. Ảnh hưởng của độ hạt – p203

12.3.3. Già hóa do nhiệt độ – p204

12.3.4. Một số vật liệu sắt tinh khiết kỹ thuật – p204

12.4. Thép kỹ thuật điện – p205

12.5.  Pecmaloi – p207

12.6. Điện môi từ – p211

12.7. Ferit từ mềm – p214

12.7.1. Ferit hệ Fe (ferit chỉ chứa sắt và oxy) – p216

12.7.2. Các ferit Cu và hỗn hợp – p217

12.7.3. Ferit Li–Zn  – p220

12.7.4. Các ferit Ni và hỗn hợp – p221

12.7.5. Ferit Mn và hỗn hợp – p224

12.7.6. Đa ferit – p227

12.8. Vô định hình và nano tinh thể từ mềm – p228

12.8.1. Vật liệu vô định hình  – p228

12.8.2. Các phương pháp chế tạo vật liệu vô định hình – p228

12.8.3. Tính chất từ và điện của vật liệu từ vô định hình – p230

12.8.4. Vật liệu từ mềm nano tinh thể – p231

Chương 13. Vật liệu ghi từ – p235

13.1. Mở đầu – p235

13.2. Các yêu cầu về vật liệu dùng làm đầu đọc (đầu từ) và ghi từ (băng đĩa) – p236

13.3. Các thông số cơ bản liên quan tới vật liệu ghi từ dạng hạt từ – p237

13.4. Các vật liệu ghi từ dạng oxit – p239

13.4.1. Oxit sắt gama (g–Fe2O3) – p239

13.4.2. Co2+g–Fe2O3 – p240

13.4.3. Oxit crôm (CrO2) – p240

13.4.4. Các hạt kim loại /oxit – p241

13.4.5. Ferit bari – p242

13.5. Các màng mỏng ghi từ – p243

13.5.1. Mở đầu – p243

13.5.2. Các màng mỏng ghi từ song song – p244

13.5.3. Các màng mỏng ghi từ vuông góc – p246

Chương 14. Vật liệu từ cứng – p248

14.1. Mở đầu – p248

14.2. Yêu cầu và các đặc trưng của nam châm vĩnh cửu – p248

14.3. Các nam châm hợp kim sắt từ – p251

14.3.1. Các thép nam châm – p251

14.3.2. Nam châm chứa các đơn đomen kéo dài (Elongated Single Domains– ESD)        – p251

14.3.3. Hợp kim vicalloy – p252

14.3.4. Các hợp kim cunhiphe (CuNiFe) và cunhico (CuNiCo) – p252

14.3.5. Các hợp kim FePt và CoPt – p252

14.3.6. Hệ hợp kim MnBi – p253

14.3.7. Hợp kim MnAlC và FeAlC – p253

14.4. Hệ nam châm AlNiCo – p254

14.4.1. Mở đầu  2- p54

14.4.2. Công nghệ chế tạo – p255

14.4.3. Đặc điểm của nam châm AlNiCo – p260

14.4.4. Hệ hợp kim FeCrCo – p261

14.5. Nam châm ferit bari – p261

14.5.1. Mở đầu  – p261

14.5.2. Các nam châm bột thiêu kết đẳng hướng – p262

14.5.3. Các nam châm bột thiêu kết dị hướng – p265

14.5.4. Các nam châm ferit kết dính – p267

14.5.5. Một số nhận xét và xu hướng phát triển – p267

14.6. Nam châm đất hiếm trên cơ sở coban – p268

14.6.1. Giới thiệu chung – p268

14.6.2. Quy trình chế tạo – p271

14.6.3. Các nam châm RCo5 và R2Co17 – p274

14.6.4. Nhận xét và triển vọng – p278

14.7. Nam châm loại NdFeB – p278

14.7.1. Giới thiệu chung – p278

14.7.2. Quy trình công nghệ – p281

14.7.3. Nhận xét và triển vọng – p287

14.7.4. Một số công nghệ mới áp dụng cho nam châm NdFeB – p288

14.7.5. Một số vật liệu từ cứng mới – p293

14.7.6. Các màng mỏng nam châm NdFeB – p295

Phụ lục I.   Các ký hiệu – p302

Phụ lục II.  Các hằng số vật lý cơ bản ( hệ SI) – p307

Phụ lục III.  Bảng chuyển đổi từ hệ đơn vị – p308

Phụ lục IV. Bảng chuyển đổi đơn vị của một số cường độ từ trường – p309

Các tài liệu tham khảo chính – p311