Подесивост магнетне силе у феритним магнетима

Увод

Феритни магнети, класа неметалних магнетних материјала састављених од оксида гвожђа и других металних елемената (као што су манган, цинк, никл итд.), широко се користе у различитим областима због својих јединствених магнетних и електричних својстава. Једно од важних питања у вези са феритним магнетима јесте да ли се њихова магнетна сила може подесити. Овај чланак ће се позабавити овом темом из више аспеката, укључујући принципе подешавања магнетне силе, методе подешавања, факторе утицаја и примене.

1. Принципи подешавања магнетне силе у феритним магнетима

1.1 Теорија магнетног домена

Феритни магнети, као и други магнетни материјали, састоје се од бројних магнетних домена. Сваки магнетни домен је мала област где су магнетни моменти атома поравнати у истом смеру, дајући домену нето магнетни момент. У немагнетизованом феритном магнету, ови магнетни домени су насумично оријентисани, што резултира нултим нето магнетним моментом за цео магнет. Када се примени спољашње магнетно поље, магнетни домени се постепено поравнавају са правцем спољашњег поља, узрокујући да магнет показује макроскопску магнетну силу.

Процес подешавања магнетне силе може се схватити у смислу кретања и реоријентације магнетних домена. Променом спољашњих услова, као што су јачина и смер магнетног поља, температура или механичко напрезање, може се променити стање поравнања магнетних домена, чиме се мења укупна магнетна сила феритног магнета.

1.2 Магнетна резонанца и анизотропија

Феритни материјали показују феномен магнетне резонанце, као што је феромагнетна резонанца (ФМР). Када се наизменично магнетно поље одређене фреквенције примени на феритни магнет у присуству статичког магнетног поља, долази до резонантне апсорпције. Ова резонанца је повезана са прецесијом магнетних момената електрона у фериту око правца статичког магнетног поља.

Магнетна анизотропија је још један важан фактор. Феритни магнети често имају преферирани смер магнетизације због своје кристалне структуре или процеса производње. Ова анизотропија утиче на лакоћу којом се магнетни домени могу преоријентисати и тиме утиче на подесивост магнетне силе. На пример, код једноосног анизотропног феритног магнета, магнетни домени ће се вероватније поравнати дуж одређене осе, а подешавање магнетне силе може захтевати јаче спољашње поље или другачији тип стимулуса да би се променила њихова оријентација.

2. Методе подешавања магнетне силе феритних магнета

2.1 Подешавање спољашњег магнетног поља

• Подешавање магнетног поља једносмерном струјом : Примена магнетног поља једносмерне струје (DC) је уобичајена метода. Променом јачине магнетног поља једносмерне струје може се утицати на поравнање магнетних домена у феритном магнету. На пример, повећање јачине спољашњег магнетног поља једносмерне струје може приморати више магнетних домена да се поравнају са њим, чиме се повећава магнетна сила феритног магнета. Насупрот томе, смањење јачине поља или промена његовог смера може ослабити магнетну силу или је чак обрнути.
• Подешавање магнетног поља наизменичне струје : Могу се користити и магнетна поља наизменичне струје (AC). Високофреквентна AC магнетна поља могу изазвати прецесију магнетних момената у фериту, а подешавањем фреквенције и амплитуде AC поља може се модификовати магнетно стање ферита. Ова метода се често користи у применама као што су магнетни модулатори и магнетни појачавачи.

2.2 Подешавање температуре

Температура има значајан утицај на магнетна својства феритних магнета. Како температура расте, термичко узбуђивање атома у фериту постаје интензивније, што може пореметити поравнање магнетних домена. За већину феритних магнета постоји критична температура која се назива Киријева температура ( Tc ​). Изнад Киријеве температуре, ферит губи своја феромагнетна својства и постаје парамагнетан, што значи да његова магнетна сила пада на веома низак ниво.

Контролисањем температуре феритног магнета, његова магнетна сила се може подесити. На пример, у неким применама, загревање феритног магнета на температуру близу, али испод Киријеве температуре може смањити његову магнетну силу, а затим његово хлађење може вратити део или целу оригиналну магнетну силу, у зависности од услова хлађења.

2.3 Подешавање механичког напрезања

Механички напон, као што су компресија, затезање или торзија, такође може утицати на магнетну силу феритних магнета. Када се механички напон примени на феритни магнет, он може изазвати деформацију кристалне решетке, што заузврат утиче на поравнање магнетних домена. На пример, компресија феритног магнета дуж одређене осе може проузроковати преоријентацију магнетних домена на начин који мења магнетну силу у том правцу.

Ова метода подешавања се често користи у магнето-еластичним уређајима, где су механичка и магнетна својства ферита повезана да би се постигле специфичне функције, као што су сензори и актуатори.

2.4 Подешавање састава материјала и микроструктуре

• Подешавање састава : Магнетна својства феритних магнета су уско повезана са њиховим хемијским саставом. Променом врста и пропорција металних елемената у фериту, могу се подесити његови магнетни параметри, као што су засићена магнетизација, коерцитивност и реманенција. На пример, повећање садржаја никла у никл-цинковом фериту може повећати његову коерцитивност и учинити га погоднијим за високофреквентне примене.
• Подешавање микроструктуре : Микроструктура феритних магнета, укључујући величину зрна, карактеристике граница зрна и порозност, такође утиче на њихова магнетна својства. Финозрни феритни магнети генерално имају већу коерцитивност и бољу магнетну стабилност у поређењу са крупнозрним. Контролисањем процеса синтеровања током производње феритних магнета, микроструктура се може оптимизовати како би се постигла жељена магнетна сила и подесивост.

3. Фактори који утичу на подесивост магнетне силе феритног магнета

3.1 Почетно магнетно стање

Почетно магнетно стање феритног магнета, као што је да ли је магнетизован или демагнетизован, и степен магнетизације, утичу на његову подесивост. Потпуно магнетизовани феритни магнет може захтевати јаче спољашње поље или значајнију промену других услова да би се додатно подесила његова магнетна сила у поређењу са делимично магнетизованим или демагнетизованим.

3.2 Геометрија и величина магнета

Облик и величина феритног магнета такође играју улогу. Различите геометрије, као што су цилиндричне, правоугаоне или тороидалне, имају различита поља размагнетизације унутар магнета, што утиче на поравнање магнетних домена. Већи магнети могу имати сложеније структуре магнетних домена и може им бити потребно више енергије за подешавање њихове магнетне силе у поређењу са мањим.

3.3 Услови животне средине

Фактори околине као што су влажност, електромагнетне сметње и присуство других магнетних материјала у близини такође могу утицати на подесивост магнетне силе феритних магнета. На пример, висока влажност може изазвати корозију на површини магнета, што временом може променити његова магнетна својства. Електромагнетне сметње из спољних извора могу да интерагују са магнетним пољем феритног магнета и утичу на његово магнетно стање.

4. Примене магнетне силе подесивог феритног магнета

4.1 Електромагнетна компатибилност (ЕМК) и супресија електромагнетних сметњи (ЕМИ)

У електронским уређајима, феритни магнети се широко користе као ЕМИ филтери. Подешавањем магнетне силе феритних језгара у овим филтерима, њихове импедансне карактеристике се могу мењати, што им омогућава ефикасно сузбијање електромагнетних сметњи на различитим фреквенцијама. На пример, у напајањима, подесиве феритне пригушнице могу се користити за блокирање високофреквентне буке, а истовремено омогућавају пролаз жељене нискофреквентне снаге.

4.2 Магнетни сензори

Подесиви феритни магнети се користе у разним магнетним сензорима. На пример, код магнеторезистивних сензора, промена магнетне силе феритног магнета може изазвати промену електричног отпора магнеторезистивног материјала, који се затим може мерити ради детекције магнетних поља или других физичких величина као што су положај, брзина и струја. Подешавањем магнетне силе феритног магнета, осетљивост и радни опсег сензора могу се оптимизовати.

43 магнетна актуатора

У магнетним актуаторима, подесива магнетна сила феритних магнета се користи за претварање магнетне енергије у механичку енергију. На пример, у неким микроелектромеханичким системима (MEMS), феритни магнети са подесивом магнетном силом могу се користити за покретање малих механичких компоненти, као што су вентили или огледала, за примене у оптичкој комуникацији, контроли флуида и другим областима.

4.4 Магнетно снимање и складиштење

Иако је употреба феритних магнета у традиционалним магнетним медијима за снимање опала са развојем нових технологија складиштења, подесиви феритни магнети и даље имају потенцијалну примену у неким специјализованим областима. Подешавањем магнетне силе може се побољшати густина снимања и стабилност магнетних уређаја за складиштење, а могу се истражити и нови механизми магнетног снимања.

5. Закључак

Магнетна сила феритних магнета се заиста може подесити различитим методама, укључујући подешавање спољашњег магнетног поља, подешавање температуре, подешавање механичког напрезања и подешавање састава материјала и микроструктуре. На подесивост утичу фактори као што су почетно магнетно стање, геометрија и величина магнета, као и услови околине. Ова подесивост чини феритне магнете веома свестраним и корисним у широком спектру примена, укључујући супресију EMC/EMI, магнетне сензоре, магнетне актуаторе и магнетно снимање. Како истраживања у области магнетних материјала настављају да напредују, вероватно ће се појавити нове методе и технологије за подешавање магнетне силе феритних магнета, што ће додатно проширити њихов обим примене и побољшати њихове перформансе.