如何利用磁性測(cè)量來(lái)評(píng)估非晶納米晶材料的穩(wěn)定性

 磁測(cè)相關(guān)知識(shí)     |      2018-07-19 16:37:08

一、通過(guò)測(cè)量不同環(huán)境條件下的磁性參數(shù)

1、溫度變化下的磁性測(cè)量

(1)原理:

       非晶納米晶材料的磁性對(duì)溫度較為敏感。隨著溫度升高,材料內(nèi)部的原子熱運(yùn)動(dòng)加劇,會(huì)影響磁矩的有序排列,進(jìn)而改變磁性參數(shù)。例如,居里溫度(Tc)是材料磁性發(fā)生轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵溫度點(diǎn),當(dāng)溫度接近或超過(guò)居里溫度時(shí),材料的鐵磁性會(huì)消失。

(2)測(cè)量方法與評(píng)估:

       使用變溫磁性測(cè)量設(shè)備,如配備有加熱或冷卻裝置的振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)或超導(dǎo)量子干涉儀(SQUID),在不同溫度下測(cè)量材料的磁化強(qiáng)度(M)隨磁場(chǎng)(H)的變化關(guān)系。觀察磁化強(qiáng)度隨溫度的變化曲線,如果在某一溫度范圍內(nèi),磁化強(qiáng)度的變化較為平緩,說(shuō)明材料在該溫度區(qū)間具有較好的穩(wěn)定性;如果磁化強(qiáng)度急劇下降或出現(xiàn)異常變化,則表明材料的穩(wěn)定性較差。此外,還可以通過(guò)測(cè)量不同溫度下的磁導(dǎo)率來(lái)評(píng)估穩(wěn)定性,穩(wěn)定的材料在一定溫度范圍內(nèi)磁導(dǎo)率變化較小。

2、濕度環(huán)境下的磁性測(cè)量

(1)原理:

       濕度可能會(huì)引起非晶納米晶材料表面吸附水分或發(fā)生化學(xué)反應(yīng),從而影響材料的微觀結(jié)構(gòu)和磁性。例如,水分吸附可能會(huì)導(dǎo)致材料表面氧化,改變材料表面的磁各向異性。

(2)測(cè)量方法與評(píng)估:

       將材料置于不同濕度環(huán)境(如通過(guò)濕度控制箱來(lái)實(shí)現(xiàn))中一段時(shí)間后,進(jìn)行磁性測(cè)量??梢詼y(cè)量磁滯回線,對(duì)比在不同濕度環(huán)境下磁滯回線的形狀、矯頑力和剩余磁化強(qiáng)度等參數(shù)的變化。如果這些參數(shù)變化較小,說(shuō)明材料在濕度變化時(shí)具有較好的穩(wěn)定性;反之,則穩(wěn)定性欠佳。

3、外加磁場(chǎng)長(zhǎng)期作用下的磁性測(cè)量

(1)原理:

       長(zhǎng)時(shí)間施加外加磁場(chǎng)可能會(huì)使非晶納米晶材料內(nèi)部的磁疇結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆的變化,從而影響磁性。如果材料具有較好的穩(wěn)定性,在去除外加磁場(chǎng)后,其磁性應(yīng)該能夠恢復(fù)到初始狀態(tài)或者變化很小。

(2)測(cè)量方法與評(píng)估:

       對(duì)材料施加一定強(qiáng)度的恒定外加磁場(chǎng),持續(xù)一段時(shí)間(從數(shù)小時(shí)到數(shù)月不等,取決于材料的應(yīng)用場(chǎng)景和預(yù)期穩(wěn)定性要求)。之后,撤去外加磁場(chǎng),測(cè)量材料的磁性參數(shù),如磁化強(qiáng)度、磁導(dǎo)率等,并與未施加外加磁場(chǎng)前的初始值進(jìn)行比較。如果磁性參數(shù)的變化在可接受范圍內(nèi),則表明材料在長(zhǎng)期外加磁場(chǎng)作用下具有較好的穩(wěn)定性。

二、基于磁性弛豫現(xiàn)象的測(cè)量

1、磁后效測(cè)量

(1)原理:

       非晶納米晶材料在受到磁場(chǎng)變化后,其磁化強(qiáng)度不會(huì)立即達(dá)到穩(wěn)定值,而是需要一定的時(shí)間來(lái)弛豫到最終狀態(tài),這種現(xiàn)象稱為磁后效。磁后效與材料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)、原子擴(kuò)散等因素有關(guān),通過(guò)測(cè)量磁后效可以反映材料的穩(wěn)定性。

(2)測(cè)量方法與評(píng)估:

       采用時(shí)間分辨的磁性測(cè)量技術(shù),例如脈沖磁場(chǎng)技術(shù)結(jié)合快速響應(yīng)的磁性測(cè)量?jī)x器。當(dāng)施加一個(gè)脈沖磁場(chǎng)后,測(cè)量磁化強(qiáng)度隨時(shí)間的變化關(guān)系。如果材料的磁后效較小,即磁化強(qiáng)度能夠快速弛豫到穩(wěn)定值,并且弛豫過(guò)程符合預(yù)期的規(guī)律(如指數(shù)衰減規(guī)律),則說(shuō)明材料具有較好的穩(wěn)定性。相反,如果磁后效較大,弛豫過(guò)程異常(如出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的波動(dòng)或非指數(shù)衰減),則可能暗示材料內(nèi)部存在不穩(wěn)定因素,如微觀結(jié)構(gòu)缺陷或者成分不均勻性。

2、頻率依賴性測(cè)量

(1)原理:

       在交變磁場(chǎng)作用下,非晶納米晶材料的磁性會(huì)表現(xiàn)出頻率依賴性。這種頻率依賴性與材料內(nèi)部的磁疇壁運(yùn)動(dòng)、自旋弛豫等過(guò)程有關(guān)。穩(wěn)定的材料在一定頻率范圍內(nèi),其磁性參數(shù)(如磁導(dǎo)率、損耗角正切等)的頻率依賴性應(yīng)該符合一定的規(guī)律并且變化較小。

(2)測(cè)量方法與評(píng)估:

       使用能夠產(chǎn)生不同頻率交變磁場(chǎng)的磁性測(cè)量設(shè)備,如交流磁化率儀或阻抗分析儀。在較寬的頻率范圍內(nèi)(例如從低頻的幾十赫茲到高頻的數(shù)兆赫茲)測(cè)量材料的磁性參數(shù)隨頻率的變化曲線。如果材料的磁性參數(shù)在該頻率范圍內(nèi)呈現(xiàn)平滑的變化,并且與理論模型或已知的穩(wěn)定材料的行為相符,則表明材料具有較好的穩(wěn)定性。如果在某些頻率點(diǎn)出現(xiàn)異常的峰值、谷值或者突變,則可能提示材料存在穩(wěn)定性問(wèn)題,例如可能是由于材料內(nèi)部存在不同相之間的耦合作用或者微觀結(jié)構(gòu)不均勻?qū)е碌摹?/p>