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1、Northeastern University第第5讲讲材料的性能检测材料的性能检测材材 料料 概概 论论 李李 阳阳东北大学东北大学2006年年11月月Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 第第5讲讲材料的性能检测材料的性能检测 5.1基本力学性能及测试方法基本力学性能及测试方法5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法5.3热学性能及测试方法热学性能及测试方法5.4光学性能及测试方法光学性能及测试方法5.5声学性能及测试方法声学性能及测试方法5.6电学性能及测试方法电学性能及测试方法5.7低维材料的性能与测试技术低
2、维材料的性能与测试技术Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法1磁各向异性磁各向异性2磁致伸缩磁致伸缩3磁畴磁畴4静态磁化过程静态磁化过程5动态磁化过程动态磁化过程6自旋共振自旋共振7电磁特性电磁特性8磁光效应磁光效应9磁致热效应磁致热效应Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法1磁各向异性磁各向异性磁磁各各向向异异性性是是指指沿沿铁铁磁磁材材料料不不同同晶晶体体轴
3、轴方方向向自自发发磁磁化化的的内内能能不不同同，当当外外磁磁场场不不存存在在时时，自自发发磁磁化化沿沿内内能能最最低低的的晶晶体体轴轴方方问问磁磁化化。通通常常这这一一方方向向被被称称为易磁化轴、内能最大得方向被称为难磁化轴。为易磁化轴、内能最大得方向被称为难磁化轴。导导致致磁磁各各向向异异性性得得原原因因有有多多个个方方面面。主主要要分分磁磁晶晶各各向向异异性性、感感生生磁磁各各向向异性异性、形状各向异性形状各向异性、磁表面各向异性磁表面各向异性等几种类型。等几种类型。测测量量磁磁各各向向异异性性的的方方法法有有磁磁转转矩矩仪仪法法、磁磁化化曲曲线线法法、磁磁共共振振法法、奇奇异异点点探测法
4、探测法等。等。Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 1. .1磁各向异性类型磁各向异性类型铁铁磁磁性性或或反反铁铁磁磁性性物物体体的的磁磁性性一一般般都都呈呈现现出出反反映映晶晶体体对对称称性性的的各各向向异异性，通常称为性，通常称为磁晶各向异性磁晶各向异性。磁磁晶晶各各向向异异性性的的产产生生是是出出于于离离子子的的磁磁矩矩直直接接或或间间接接地地与与晶晶格格相相耦耦合合引引起起的的，并并敏敏感感地地依依赖赖于于磁磁性性离离子子的的电电子状态。子状态。一一般般仅仅考考虑虑电电子子的的轨轨道道角角动动量量与与晶晶格格进
5、进行行直直接接耦耦合合的的贡贡献献而而忽忽略略电电子子的自旋与晶格直接耦合的影响。的自旋与晶格直接耦合的影响。Fe单晶体在三个轴上的极化曲线单晶体在三个轴上的极化曲线（1）磁晶各向异性）磁晶各向异性5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 （2）感生磁各向异性感生磁各向异性 感感生生磁磁各各向向异异性性是是指指对对磁磁性性物物体体沿沿某某方方向向施施以以某某种种作作用用或或处处理理时时产产生生的的磁磁各向异性，包括各向异性，包括感生单轴各向异性感生单轴各向异性、轧制磁各向异性轧制磁
6、各向异性和和交换各向异性交换各向异性等。等。如如果果对对一一些些铁铁磁磁性性合合金金和和铁铁氧氧体体在在磁磁场场中中进进行行热热处处理理则则会会感感生生单单轴轴各各向向异异性性，称之为磁退火效应。，称之为磁退火效应。轧轧制制磁磁各各向向异异性性主主要要是是通通过过轧轧制制产产生生取取向向的的有有序序排排列列或或部部分分合合金金的的压压缩缩或或拉伸来产生。拉伸来产生。铁铁磁磁件件和和反反铁铁磁磁性性共共存存的的磁磁性性物物体体在在磁磁场场中中冷冷却却时时，可可以以感感生生一一个个单单向向各各向异性，称之为向异性，称之为交换各向异性交换各向异性。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法North
7、eastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 （3）形状各向异性）形状各向异性由由于于晶晶粒粒或或薄薄膜膜材材料料的的形形状状可可产产生生形形状状各各向向异异性性。形形状状各各向向异异性性产产生生的的根根源源是是长长程程的的磁磁双双极极化化交交换换作作用用。这这种种形形状状各各向向异异性性在在薄薄膜膜材材料料中中尤尤为为重重要要，通常是贡献一个易面的磁各向异性能通常是贡献一个易面的磁各向异性能对对于于析析出出晶晶粒粒的的块块体体材材料料，由由析析出出物物的的择择优优生生长长产产生生的的形形状状各各向向异异性性亦亦可可导导致致一一个个单单
8、轴轴各各向向异异性性。如如假假定定析析出出物物以以针针状状的的形形式式发发展展长长大大，则则其其形形状状各向异性能可表示为各向异性能可表示为5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 （4）表面磁各向异性表面磁各向异性 由于薄膜材料在表面的不对称性可以产生由于薄膜材料在表面的不对称性可以产生个个表面磁各向异性表面磁各向异性。可将薄膜的。可将薄膜的各向异性能描写成各向异性能描写成5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论：
9、 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 （1 1）磁转矩法）磁转矩法 磁磁转转矩矩法法是是利利用用转转矩矩磁磁强强计计测测定定在在磁磁场场中中单单晶晶的的易易磁磁化化轴轴和和磁磁各各向向异异性性。在在均匀磁场中作用在单晶体上的转矩均匀磁场中作用在单晶体上的转矩L为为实实验验上上可可以以测测出出转转矩矩L与与的的关关系系曲曲线线，利利用用上上式式拟拟合合实实验验曲曲线线，可可以以求求得得磁磁各各向向异异性性常常数数。通通过过对对实实验验曲曲线线做做傅傅立立叶叶分分析析，可可确确定定观观测测曲曲线线中中不不同同磁磁各各向向异性的贡献。异性的贡献。1. .2磁各向异性的测试方法磁各向异性的测
10、试方法5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 （2）磁化率法磁化率法 当当把把单单晶晶试试样样置置于于磁磁场场中中，自自旋旋轴轴就就从从易易磁磁化化方方向向转转到到磁磁场场H条条件件下下的的自自由能最小位置。对自由能求极小可推导出其平衡位置。材料的磁化率为由能最小位置。对自由能求极小可推导出其平衡位置。材料的磁化率为若若在在反反铁铁磁磁体体的的易易磁磁化化方方向向上上加加一一磁磁场场并并逐逐渐渐增增加加其其强强度度，则则在在临临界界磁磁场场时时自自旋旋轴轴将将向向垂垂直直于于易易
11、磁磁化化方方向向突突然然转转动动，对对于于不不同同的的磁磁场场强强度度上上式式有有不不同同的的近近似似表达式，从中可以得表达式，从中可以得 x- 曲线求得临界磁场。曲线求得临界磁场。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 （3）磁化曲线法）磁化曲线法磁磁化化曲曲线线法法是是测测量量铁铁磁磁性性晶晶体体的的一一种种简简便便方方法法，对对于于单单晶晶体体可可以以测测量量沿沿不不同同晶轴方向加磁场时的磁化强度曲线。晶轴方向加磁场时的磁化强度曲线。对对于于多多晶晶样样品品可可以以先先将将
12、粉粉末末沿沿磁磁场场取取向向后后用用环环氧氧树树脂脂固固定定后后，再再分分别别沿沿易易磁磁化轴和难磁化轴方向加磁场测量磁化强度。化轴和难磁化轴方向加磁场测量磁化强度。沿难磁化轴方向加磁场使磁化强度得到饱和的磁场即为沿难磁化轴方向加磁场使磁化强度得到饱和的磁场即为磁各向异性场磁各向异性场。难轴和易轴方向的磁化曲线所围成的区域的面积即为难轴和易轴方向的磁化曲线所围成的区域的面积即为磁晶各向异性能磁晶各向异性能。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 （4）奇异点探测法奇异点探测法 对
13、对某某磁磁性性材材料料沿沿难难磁磁化化方方向向加加磁磁场场测测量量其其磁磁化化曲曲线线M-H，在在磁磁场场等等于于磁磁各各向向异异性性场场时时磁磁化化曲曲线线达达到到饱饱，M-H 曲曲线线从从倾倾斜斜向向上上的的形形状状变变为为与与H轴轴平平行行的的直直线线，从而在从而在H=HA处形成一个拐点。处形成一个拐点。对对M求求H的二次导数可以发现存在一个峰，峰值的位置正对应磁各向异性场。的二次导数可以发现存在一个峰，峰值的位置正对应磁各向异性场。利利用用这这一一性性质质可可以以用用一一脉脉冲冲磁磁场场探探测测曲曲线线上上的的奇奇异异点点直直接接测测量量出出磁磁各各向异性场向异性场HA。这这种种方方法
14、法不不仅仅适适用用于于单单晶晶材材料料的的测测量量，还还可可测测定定多多晶晶样样品品的的磁磁各各向向异异性性场场。为为了在多晶测量中得到明锐的奇异峰，常用多晶取向样品。了在多晶测量中得到明锐的奇异峰，常用多晶取向样品。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 2磁致伸缩磁致伸缩退退磁磁状状态态的的铁铁磁磁体体磁磁化化时时，其其长长度度和和体体积积均均发发生生微微小小的的变变化化。这这种种现现象象称称为为磁致伸缩磁致伸缩。其中长度的变化称为。其中长度的变化称为线磁致伸缩线磁致伸缩，通
15、常磁致伸缩系数，通常磁致伸缩系数表示为表示为由由于于铁铁磁磁或或亚亚铁铁磁磁材材料料从从高高温温顺顺磁磁状状态态转转变变到到低低温温磁磁性性状状态态、产产生生自自发发磁磁化化导导致致原原来来完完整整的的晶晶格格发发生生扭扭曲曲，从从而而产产生生自自发发磁磁致致伸伸缩缩，晶晶粒粒取取向向随随机机分分布布的的材材料料不不能能表表现现磁磁致致伸伸缩缩，通通常常加加外外磁磁场场磁磁化化是是材材料料表表现现出出磁磁致致伸伸缩缩的的必必要要手手段。磁体磁化时体积发生改变的现象称为段。磁体磁化时体积发生改变的现象称为体积磁致伸缩体积磁致伸缩。为为了了测测量量磁磁致致伸伸缩缩，最最早早使使用用光光学学杠杠杆杆
16、法法，近近年年来来应应变变仪仪测测定定法法得得到到普普及及。此外，还有电容或电感测定法、此外，还有电容或电感测定法、X射线衍射法等。射线衍射法等。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 2.1磁致伸缩磁致伸缩类型类型改改变变磁磁致致伸伸缩缩的的观观测测方方向向与与磁磁场场方方向向的的相相对对关关系系，因因磁磁场场转转动动而而使使磁磁性性物物质质的的磁磁致致伸伸缩缩的的大大小小产产生生相相应应的的变变化化，称称之之为为方方向向性性磁磁致致伸伸缩缩。它它可可用用弹弹性性能能和和磁磁弹
17、性耦合能之间的平衡来说明。弹性耦合能之间的平衡来说明。磁磁致致伸伸缩缩的的测测量量值值因因试试样样形形状状不不同同而而不不同同的的现现象象称称为为磁磁致致伸伸缩缩的的形形状状效效应应。即使在经典的各向同性磁性材料中也可以出现这种方向性磁致伸缩。即使在经典的各向同性磁性材料中也可以出现这种方向性磁致伸缩。方方向向性性的的磁磁致致伸伸缩缩的的起起因因有有多多种种，可可以以分分为为偶偶极极子子间间相相互互作作用用机机制制、晶晶格格受受到到的的均均匀匀应应变变对对铁铁磁磁性性3d带带电电子子能能量量的的影影响响机机制制、晶晶格格形形变变对对4f电电子子轨轨道道的的影影响机制等。响机制等。（1 1）方向
18、性磁致伸缩）方向性磁致伸缩5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 （2）体积磁致伸缩）体积磁致伸缩铁铁磁磁性性材材料料在在磁磁场场作作用用下下体体积积发发生生改改变变的的现现象象称称为为体体积积磁磁致致伸伸缩缩。由由于于磁磁致致伸缩一般都很小，通常令体积磁致伸缩等于三个相互垂直方向的线磁致伸缩之和伸缩一般都很小，通常令体积磁致伸缩等于三个相互垂直方向的线磁致伸缩之和磁磁性性原原子子的的偶偶极极-偶偶极极交交互互作作用用对对线线性性磁磁致致伸伸缩缩做做出出主主要要贡贡献献，这这种种
19、偶偶极极间间交交互作用与磁化方向有关。互作用与磁化方向有关。铁铁磁磁性性交交换换作作用用主主要要引引起起自自发发磁磁化化时时材材料料自自发发体体积积磁磁致致伸伸缩缩，与与自自发发磁磁化化对对晶晶轴轴的的取取向向无无关关。这这种种自自发发体体积积磁磁致致伸伸缩缩的的起起因因涉涉及及弹弹性性能能和和交交换换能能的的竞竞争争导导致致的能量减少。自发体积磁致伸缩仅在立方晶系材料中是各向同性的。的能量减少。自发体积磁致伸缩仅在立方晶系材料中是各向同性的。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检
20、测 （3）磁机械效应）磁机械效应磁磁机机械械效效应应为为磁磁化化强强度度的的变变化化与与应应力力或或应应变变等等力力学学量量的的变变化化密密切切相相关关的的现现象象，包括磁致伸缩及其逆效应。包括磁致伸缩及其逆效应。磁磁致致伸伸缩缩的的逆逆效效应应主主要要有有逆逆威威德德曼曼效效应应、E效效应应、自自发发磁磁化化强强度度的的压压力力效效应应、磁磁转转变变点点的的压压力力效效应应、交交换换相相互互作作用用的的压压力力效效应应、磁磁晶晶各各向向异异性性的的压压力力效效应应等。等。主主要要是是由由于于加加上上应应力力或或压压力力后后产产生生应应变变，自自发发磁磁化化强强度度的的大大小小及及方方向向、磁
21、磁畴畴排列等磁性性质发生相应的变化。排列等磁性性质发生相应的变化。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 2.2磁致伸缩磁致伸缩测试方法测试方法（1）光学杠杆法）光学杠杆法光学杠杆法是最早用来测定磁致伸缩系数的方法之一。光学杠杆法是最早用来测定磁致伸缩系数的方法之一。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法放放在在螺螺线线管管S内内的的样样品品A，两两端端的的黄黄铜铜杆杆B和和B/固固定定。当当样样品品A被被磁磁化化而而伸伸缩缩时时，通通过过黄黄铜铜杆杆B的的一一端端而而使使杠
22、杠杆杆M连连动动，从从而而使使悬悬线线H所所带带动动的的光光杆杆转转动动，从从而而使使固固定定在在上上的的镜镜子子m偏偏转转。这这样样，通通过过测测量量光光点点位位置置的变化即可求得样品的变化即可求得样品A的磁致伸缩。的磁致伸缩。Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 （2）应变仪测定法应变仪测定法应应变变仪仪测测定定法法是是一一种种利利用用形形变变电电阻阻测测量量磁磁致致伸伸缩缩的的方方法法。将将普普通通应应变变片片贴贴在在磁磁性性晶晶体体上上，通通过过一一种种带带有有惠惠斯斯顿顿电电桥桥的的应应变变仪仪来来测测量量应
23、应变变片片的的电电阻阻变变化化。将将应应变变片片的的电电阻阻丝丝绕绕成成片片状状。将将应应变变片片贴贴在在样样品品上上，当当样样品品发发生生形形变变时时，从从形形变变电电阻阻值的改变由下式求得样品的长度变化值的改变由下式求得样品的长度变化还还可可以以将将材材料料磁磁化化时时长长度度的的变变化化变变换换为为电电容容量量的的变变化化。按按照照三三端端法法用用电电容容电电桥桥和和锁锁相相放放大大器器测测定定电电容容值值，计计算算出出磁磁性性具具体体的的磁磁致致伸伸缩缩，这这种种方方法法称称为为电电容容测测定法定法。类类似似地地，通通过过测测定定材材料料磁磁致致伸伸缩缩引引起起电电感感的的变变化化来来
24、测测量量磁磁致致伸伸缩缩的的方方法法称称为为电感测定法电感测定法。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 （3）X射线衍射法射线衍射法X光射线衍射法可用来直接测量材料的自发磁致伸缩。光射线衍射法可用来直接测量材料的自发磁致伸缩。根据根据晶格畸变的类型和大小晶格畸变的类型和大小，可以计算出磁致伸缩常数。，可以计算出磁致伸缩常数。设设坐坐标标轴轴x、y、z与与立立方方晶晶系系的的100、010和和00l轴轴一一致致，则则根根据据自自由能极小原理和晶体对称性，立方晶系单晶体面致伸缩表达
25、式为由能极小原理和晶体对称性，立方晶系单晶体面致伸缩表达式为5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 3磁畴磁畴 在在铁铁磁磁物物体体的的内内部部分分成成了了许许多多小小的的区区域域，即即磁磁畴畴。虽虽然然每每个个磁磁畴畴内内的的原原子子磁磁矩都整齐地排列起来，但这些磁畴的磁矩可以分别取不同的方向。矩都整齐地排列起来，但这些磁畴的磁矩可以分别取不同的方向。从从整整体体上上说说，所所有有磁磁畴畴的的磁磁距距叠叠加加起起来来为为零零，铁铁磁磁体体的的总总磁磁化化强强度度为为零零，对对外
26、外并并不不显显示示磁磁性性，在在磁磁畴畴与与磁磁畴畴之之间间有有一一过过渡渡层层被被称称为为磁磁壁壁。磁磁畴畴的的形形状状、大大小小及及它它们们之之间间的的搭搭配配方方式式，被被统统称称为为磁磁畴畴结结构构。在在材材料料内内部部出出现现磁磁畴畴结结构构主主要要是是为为了了降降低低退退磁磁能能。而而磁磁畴畴结结构构的的形形式式以以及及其其在在外外部部因因亲亲(磁磁场场、应应力力等等)作作用用下下的的变变化直接决定了磁性材料技术性能的好坏。化直接决定了磁性材料技术性能的好坏。观观察察磁磁畴畴的的实实验验方方法法主主要要有有：粉粉纹纹法法、磁磁光光法法、洛洛仑仑兹兹电电子子显显微微法法、X射射线线形
27、形貌学法貌学法、磁力显微镜法磁力显微镜法等。等。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 从从能能量量的的角角度度，实实际际上上存存在在的的磁磁畴畴结结构构一一定定是是能能量量最最小小的的，其其大大小小、形形状状等等取取决决于于材材料料的的交交换换能能、磁磁晶晶各各向向异异性性能能和和易易磁磁化化方方向向等等因因素素。由由于于各各种种磁磁性性材材料料的的上上述述内内禀禀磁磁性性能能各各异异，磁磁畴畴的的宽宽度度从从几几十十纳纳米米到到0.001cm变变化化，由由于于材材料料的的易易
28、磁磁化化方方向不同，相邻磁畴的自发磁化强度可以形成几种不同的角度。向不同，相邻磁畴的自发磁化强度可以形成几种不同的角度。3.1磁畴结构磁畴结构在片形畴结构中仍然存在着退磁能，在其端面仍有磁荷，只是比不分畴时小很多。在片形畴结构中仍然存在着退磁能，在其端面仍有磁荷，只是比不分畴时小很多。在在封封闭闭畴畴结结构构的的样样品品的的端端面面上上出出现现了了塞塞漏漏畴畴，使使磁磁通通量量闭闭合合在在样样品品内内部部，不不向向空空间间发发散散，因因此此样样品品端端面面上上不不出出现现磁磁荷荷。封封闭闭畴畴结结构构的的中中间间部部分分为为主主畴畴。这这种种结结构构虽虽然然可以排除退磁能，但却增加了塞漏畴的各
29、向异性能。可以排除退磁能，但却增加了塞漏畴的各向异性能。旋旋转转畴畴的的特特点点是是原原子子磁磁矩矩的的方方向向一一个个接接一一个个地地逐逐渐渐旋旋转转，形形成成封封闭闭回回线线，磁磁力力线线不不露露到到样样品品的的端端面面上上。样样品品的的端端面面上上没没有有磁磁荷荷，也也就就没没有有退退磁磁能能。样样品品的的内内部部也也就就没没有畴壁，畴壁能为零。有畴壁，畴壁能为零。 5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 3.2磁畴检测方法磁畴检测方法（1）粉纹法粉纹法粉纹法是观察磁畴的粉
30、纹法是观察磁畴的最早应用的方法最早应用的方法。粉纹法需要一台金相显微镜、样品。粉纹法需要一台金相显微镜、样品表面抛光设备以及制作含铁磁微粒的混悬胶体溶液。表面抛光设备以及制作含铁磁微粒的混悬胶体溶液。能否在金相显微镜下观察到清晰的磁畴花样，关键在于能否去除存在于试能否在金相显微镜下观察到清晰的磁畴花样，关键在于能否去除存在于试样表面的形变层和制作优质的混悬胶体溶液。在机械研磨之后，应使用电解抛样表面的形变层和制作优质的混悬胶体溶液。在机械研磨之后，应使用电解抛光法去除试样表面的形变层。光法去除试样表面的形变层。粉纹法的特点是设备简单、适用范围大。粉纹法的特点是设备简单、适用范围大。其局限性是不
31、能观察各向异性低的样品，不能在较高温度（其局限性是不能观察各向异性低的样品，不能在较高温度（100C）和较低和较低（-90C）温度下操作，很难观察磁畴的快速变化。）温度下操作，很难观察磁畴的快速变化。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 （2）磁光法磁光法磁磁光光法法利利用用透透射射平平面面偏偏振振光光偏偏置置面面的的旋旋转转（法法拉拉第第效效应应）或或反反射射平平面面偏偏振振光的旋转光的旋转（磁克尔效应）来显示磁畴结构。（磁克尔效应）来显示磁畴结构。偏偏置置面面旋旋转转的的角
32、角度度与与畴畴内内的的自自发发磁磁化化强强度度成成正正比比，旋旋转转的的方方向向与与自自发发磁磁化化强度的取向有关。强度的取向有关。如如果果使使起起偏偏镜镜与与验验偏偏镜镜正正交交，预预先先令令整整个个视视场场为为暗暗视视场场，这这是是由由磁磁畴畴引引起起的的偏偏置置面面的的微微小小转转动动也也能能产产生生衬衬度度，从从各各磁磁畴畴显显示示的的明明暗暗程程度度的的差差别别就就可可以以观观察到磁畴结构。察到磁畴结构。磁光法的优点是不受材料性能高低温的限制，配以高速摄影装置可观察磁畴磁光法的优点是不受材料性能高低温的限制，配以高速摄影装置可观察磁畴结构的运动变化过程。结构的运动变化过程。由于偏置面
33、一般仅转动由于偏置面一般仅转动5/，至多，至多20/左右，要求采用优质的起偏器和验偏器。左右，要求采用优质的起偏器和验偏器。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 （3）洛仑兹电子显微法）洛仑兹电子显微法电电子子显显微微镜镜的的洛洛仑仑兹兹法法是是利利用用电电子子射射线线通通过过铁铁磁磁性性薄薄膜膜样样品品时时受受到到洛洛仑兹力的作用，使得电子束发生偏转而形成的图象与磁畴结构有关。仑兹力的作用，使得电子束发生偏转而形成的图象与磁畴结构有关。洛洛仑仑兹兹力力与与样样品品内内的的磁磁
34、场场分分布布有有关关，具具体体的的方方法法分分反反射射、透透射射、扫扫描描等等多多种种。畴畴壁壁的的黑黑线线和和白白线线交交替替出出现现，且且随随聚聚焦焦是是通通过过聚聚焦焦和和次次聚聚焦焦而互相换位。而互相换位。 电电子子显显微微镜镜的的洛洛仑仑兹兹法法的的优优点点是是分分辨辨率率高高，能能研研究究精精细细结结构构，如如自自发发磁磁化化强强度度的的分分布布与与晶晶体体结结构构不不完完整整性性的的关关系系、畴畴壁壁内内原原子子矩矩的的分分布状态布状态等，也可以在不同温度和外磁场下进行观察。等，也可以在不同温度和外磁场下进行观察。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern
35、 University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 （4）X射线形貌学法射线形貌学法X射线形貌学法是利用射线形貌学法是利用X光束检测晶体内部磁致伸缩应变的方法。光束检测晶体内部磁致伸缩应变的方法。当当应应变变造造成成晶晶格格间间距距变变化化时时，布布拉拉格格反反射射角角也也因因此此产产生生微微小小变变化化。由由于于相相邻磁场磁致伸缩应变不同，利用邻磁场磁致伸缩应变不同，利用X射线技术就可以观察磁场结构。射线技术就可以观察磁场结构。X射线形貌学法的优点是分辨率高，在射线形貌学法的优点是分辨率高，在观察磁场的同时能观察结构的相互观察磁场的同时能观察结构的相互关
36、系关系，并可研究，并可研究反铁磁性磁体的磁畴反铁磁性磁体的磁畴。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 （5）磁力显微镜法）磁力显微镜法磁磁力力显显微微镜镜是是原原子子显显微微镜镜的的一一个个变变种种，利利用用一一根根镀镀上上磁磁性性材材料料的的探探针针，探探测测探探针针尖尖端端的的磁磁性性材材料料与与样样品品表表面面不不同同磁磁畴畴内内磁磁矩矩的的磁磁性性作作用用力力大大小小来来显显示示磁磁畴结构。畴结构。磁磁力力显显微微镜镜法法的的优优点点是是分分辨辨率率高高，能能与与原原子
37、子力力显显微微镜镜配配套套使使用用从从而而实实现现微微观观结构与磁畴结构的对照结构与磁畴结构的对照。 磁磁力力显显微微镜镜是是20世世纪纪80年年代代发发展展起起来的新技术，已显示出其技术优势。来的新技术，已显示出其技术优势。Nb2Fe14B/Fe钠米复合稀土永磁薄膜的磁畴结构钠米复合稀土永磁薄膜的磁畴结构5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 4静态磁化过程静态磁化过程 加加准准静静态态变变化化的的外外磁磁场场于于磁磁性性材材料料时时，材材料料的的磁磁性性强强度度随随外外磁场值
38、的逐渐增大的过程称为磁场值的逐渐增大的过程称为静态磁化过程静态磁化过程。 静态磁化过程是自发磁化或材料中自旋分布发生变化的磁化静态磁化过程是自发磁化或材料中自旋分布发生变化的磁化过程，由于外磁场使磁畴结构发生变化和自发磁化矢量分布发生过程，由于外磁场使磁畴结构发生变化和自发磁化矢量分布发生变化使总的磁化强度发生变化。变化使总的磁化强度发生变化。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 4.1磁场的产生和测量磁场的产生和测量 磁场的产生和测量是磁性材料的基础之一。磁场可以用磁场的产生
39、和测量是磁性材料的基础之一。磁场可以用空心线圈空心线圈、超导线圈超导线圈、电磁铁电磁铁、永久磁铁永久磁铁、脉冲线圈脉冲线圈等方法产生。等方法产生。 按照磁场测量原理可以将磁场的测量分为以下几类：利用按照磁场测量原理可以将磁场的测量分为以下几类：利用磁场作用磁场作用于线圈或磁铁的旋转力于线圈或磁铁的旋转力、利用、利用电磁感应电磁感应、利用、利用磁化特性的非线性磁化特性的非线性、利用、利用电磁场引起的物性变化电磁场引起的物性变化以及利用以及利用磁共振磁共振等方法。等方法。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材
40、料的性能检测材料的性能检测 4.2磁矩磁矩物物质质的的磁磁性性源源于于原原子子的的磁磁矩矩，原原子子的的磁磁矩矩来来源源于于核核外外电电子子和和原原子子核核。由由于于原原子子核核的的质质量量远远大大于于电电子子，所所以以原原子子核核的的磁磁矩矩远远小小于于电电子子的的磁磁矩矩，可可以以忽忽略略原原子子核核的的磁磁矩对物质宏观磁性的贡献。电子的磁矩由矩对物质宏观磁性的贡献。电子的磁矩由轨道磁矩轨道磁矩和和自旋磁矩自旋磁矩两部分组成。两部分组成。依依据据量量子子力力学学理理论论，一一个个电电子子的的轨轨道道磁磁矩矩与与其其轨轨道道角角动动量量密密切切相相关关，轨轨道道磁磁矩矩为为l为轨道量子数；为
41、轨道量子数；B为玻尔磁子，为玻尔磁子，B=1.16510-29Wb/m总的轨道磁偶极矩的绝对值相应为总的轨道磁偶极矩的绝对值相应为L为总轨道角量子数为总轨道角量子数电子具有自旋运动，一个电子自旋角动量对应的自旋磁矩为电子具有自旋运动，一个电子自旋角动量对应的自旋磁矩为在在填填满满电电子子的的次次壳壳层层个个的的电电子子自自旋旋角角动动量量互互相相抵抵消消了了，仅仅需需考考虑虑未未填填满满的的次次壳层中各个电子的自旋角动量的组合贡献。壳层中各个电子的自旋角动量的组合贡献。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲
42、材料的性能检测材料的性能检测 4.3磁化强度测量磁化强度测量通通过过测测量量磁磁化化强强度度可可以以得得到到磁磁性性材材料料磁磁矩矩的的信信息息。测测量量磁磁化化强强度度的的方方法法从从原理上可分为原理上可分为电磁感应法电磁感应法、测量作用力法测量作用力法、测量磁场法测量磁场法等。等。（1）电磁感应法）电磁感应法电电磁磁感感应应法法是是将将放放在在次次级级线线圈圈中中磁磁化化了了的的样样品品从从线线圈圈中中拔拔出出。或或让让磁磁场场强强度度变变化化，使使通通过过线线圈圈的的磁磁通通发发生生变变化化，积积分分由由电电磁磁感感应应所所产产生生的的电电动动势势来来测测量量磁磁通通的的方方法法。当当形
43、形成成磁磁路路的的横横截截面面积积为为S1的的磁磁芯芯被被磁磁场场H磁磁化化到到强强度度为为I时时，通过其周围绕有通过其周围绕有n匝横截面积匝横截面积S2的次级线圈的磁通的次级线圈的磁通为为5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 测测量量作作用用于于样样品品力力的的方方法法是是利利用用如如下下原原理理。当当有有一一定定磁磁矩矩M的的样样品品处处于于在在M方向上不均匀磁场中时，会受到一个来自于磁场的拉力方向上不均匀磁场中时，会受到一个来自于磁场的拉力F，其值为其值为通常用电磁铁来设
44、计和产生不同的磁场梯度。而测量力的方法有以下几种：通常用电磁铁来设计和产生不同的磁场梯度。而测量力的方法有以下几种：改进的普通化学天平，用动态微分电路式的线圈实现电磁平衡代替砝码的平衡改进的普通化学天平，用动态微分电路式的线圈实现电磁平衡代替砝码的平衡塞克斯密斯环秤，用小镜反射光线，通过测量光线的偏转测量作用于样品上的力塞克斯密斯环秤，用小镜反射光线，通过测量光线的偏转测量作用于样品上的力摆杆法，用动态微分电路式的线圈平衡对样品的横向作用力摆杆法，用动态微分电路式的线圈平衡对样品的横向作用力扭秤法，用光线的偏移测量细弹性丝的扭转扭秤法，用光线的偏移测量细弹性丝的扭转（2）测量作用力法）测量作用
45、力法V 为样品体积为样品体积、I 为磁化强度为磁化强度5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 （3）测量磁场法）测量磁场法利利用用测测量量磁磁化化后后的的样样品品所所产产生生磁磁场场的的方方法法的的原原理理，距距离离磁磁矩矩M的的某某点点（，r）的法向和切向方向的磁场随角度的法向和切向方向的磁场随角度的微小变化为的微小变化为即可计算出即可计算出M。从该点的从该点的Hr 、H 值，或值，或5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概
46、论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 4.4磁化曲线磁化曲线 当当加加于于磁磁性性材材料料的的磁磁场场值值逐逐渐渐增增加加时时，磁磁性性物物质质的的磁磁化化强强度度随随之之增增加加，磁磁化化强强度度与与磁磁场场的的关关系系曲曲线线即即为为磁磁化化曲曲线线。磁磁化化曲曲线线不不仅仅依依赖赖于于磁磁性性材材料料的的内内禀禀磁磁性性如磁矩、磁各向异性、不同类型的磁性等，还与磁畴结构紧密相关。如磁矩、磁各向异性、不同类型的磁性等，还与磁畴结构紧密相关。对对于于多多畴畴结结构构的的磁磁性性材材料料，其其初初始始磁磁化化曲曲线线可可以以分分为为畴畴壁壁的的可可逆逆位位移移、由由磁磁
47、畴畴突突变变引引起起的的不不可可逆逆磁磁化化、磁磁畴畴的的磁磁矩矩的的转转动动、趋趋近近饱饱和和等等四四个个阶阶段段。当当然然对对于于硬磁材料很难分清这四种具体的阶段，因为它们往往是同时发生的。硬磁材料很难分清这四种具体的阶段，因为它们往往是同时发生的。对对于于单单畴畴晶晶体体或或单单畴畴聚聚合合体体，通通常常仅仅考考虑虑磁磁矩矩的的可可逆逆与与不不可可逆逆转转动动磁磁化化过过程程对磁化曲线的贡献，不存在壁移过程。对磁化曲线的贡献，不存在壁移过程。抗抗磁磁性性、顺顺磁磁性性或或反反铁铁磁磁性性物物质质的的磁磁化化曲曲线线不不浮浮在在磁磁滞滞，而而铁铁磁磁性性物物质质的的磁磁化化曲曲线线具具有有
48、磁磁滞滞现现象象的的特特征征。当当施施加加反反向向磁磁场场对对铁铁磁磁性性材材料料进进行行退退磁磁时时可可得得到到磁磁滞回线滞回线。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 磁磁矩矩转转动动的的磁磁化化曲曲线线与与材材料料的的磁磁性性、自自旋旋织织构构、磁磁矩矩大大小小和和磁磁各各向向异异性性能能有有关关。对对于于反反铁铁磁磁体体，为为了了产产生生比比平平行行于于磁磁场场方方向向时时更更强强的的磁磁化化强强度度，会会产产生生一一种种使使自自旋旋轴轴垂垂直直于于磁磁场场的的倾倾向向。
49、在在某某一一临临界界磁磁场场下下会会产产生生自自旋旋轴轴陡陡转转的跳跃。在小于大于临界磁场时，磁化曲线为直线。的跳跃。在小于大于临界磁场时，磁化曲线为直线。对对于于铁铁磁磁性性材材料料，由由于于磁磁晶晶各各向向异异性性的的贡贡献献，磁磁以以发发生生磁磁化化强强度度的的跳跳变变，称称之之为为一一级级磁磁化化过过程程。超超顺顺磁磁性性的的磁磁化化曲曲线线常常常常对对应应于于朗朗之之万万函函数数的的原原点点附附近近的的直直线线部部分分直直到到饱饱和和的的整整个个范范围围。当当微微粒粒尺尺寸寸略略大大于于超超顺顺磁磁性性尺尺寸寸时时、可可以产生一种称之为以产生一种称之为热波动磁后效的磁化时间的滞后现象
50、热波动磁后效的磁化时间的滞后现象。铁铁磁磁性性物物质质通通过过技技术术磁磁化化达达到到饱饱和和后后进进一一步步磁磁化化，磁磁化化强强度度可可进进一一步步地地稍稍有有增增加加，称称之之为为强强磁磁场场磁磁化化率率，对对于于单单晶晶体体材材料料，沿沿不不同同的的晶晶轴轴方方向向磁磁化化可以获得不同的磁化曲线。可以获得不同的磁化曲线。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 4.5磁滞回线磁滞回线 铁磁性材料磁化后，逐渐减小磁场到零并反向加磁场磁化，得到的磁化曲线称铁磁性材料磁化后，逐渐
51、减小磁场到零并反向加磁场磁化，得到的磁化曲线称之为之为反磁化曲线反磁化曲线。进一步正向加磁场，形成一闭合回线称为。进一步正向加磁场，形成一闭合回线称为磁滞回线磁滞回线。磁滞回线实磁滞回线实际上对应于磁场循环变化时，磁化强度际上对应于磁场循环变化时，磁化强度M(或磁通密度或磁通密度B)随磁场变化的轨迹。在饱和随磁场变化的轨迹。在饱和磁场磁场F的磁滞回线为的磁滞回线为饱和磁滞回线饱和磁滞回线。 不不同同磁磁性性材材料料的的磁磁滞滞回回线线形形状状不不同同，从而可应用于不同的领域。从而可应用于不同的领域。 永永磁磁材材料料的的磁磁滞滞回回线线面面积积大大，要要求求有有高高的的剩剩余余磁磁感感应应强强
52、度度，高高矫矫顽顽力力和和高高最最大大磁能积磁能积。 软软磁磁材材料料要要求求有有高高的的磁磁感感应应强强度度和和低低的矫顽力。的矫顽力。 记记忆忆磁磁芯芯的的磁磁滞滞回回线线不不但但要要窄窄，还还要要近于矩形。近于矩形。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 4.6冲击法冲击法冲冲击击法法测测磁磁感感应应强强度度是是将将绕绕在在样样品品上上匝匝数数为为N2 的的探探测测线线圈圈与与冲冲击击电电流流计计串串联，冲击电流计起积分作用。联，冲击电流计起积分作用。闭闭磁磁路路样样品品是
53、是用用螺螺绕绕环环来来磁磁化化环环状状样样品品。由由于于螺螺绕绕环环产产生生的的磁磁场场不不强强，因因此此闭闭磁磁路路样样品品主主要要是是软软磁磁材材料料。螺螺绕绕环环产产生生的的磁磁场场可可通通过过测测量量磁磁化化电电流流计计算算出出来来，所所以以测测量量闭闭磁磁路路样样品品的的磁磁化化曲曲线线和和磁磁滞滞回回线线就就归归结结为为测测量量各各磁磁化化电电流流下下的的磁感应强度。磁感应强度。冲冲击击法法是是测测量量磁磁性性材材料料静静态态磁磁性性的的标标准准方方法法。开开磁磁路路样样品品一一般般是是指指在在螺螺线线管形磁场中测量的样品的磁化，主要用于永磁材料。管形磁场中测量的样品的磁化，主要用
54、于永磁材料。由由电电磁磁学学可可知知在在介介质质界界面面上上磁磁场场的的切切线线分分量量连连续续。又又由由于于在在外外磁磁场场均均匀匀的的范范围围内内，在在样样品品横横截截面面上上的的纵纵向向内内场场是是均均匀匀的的，因因此此测测定定内内场场就就归归结结为为测测定定样样品品表表面面的的磁磁场场了了。探探测测线线圈圈的的结结构构主主要要有有：磁磁位位计计、串串联联反反接接的的同同轴轴线线圈圈、扁扁平线圈平线圈等。等。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 4.7振动样品磁强计振动样
55、品磁强计 振动样品磁强计是基于电磁感应原理制成的测量磁性能的仪器。振动样品磁强计是基于电磁感应原理制成的测量磁性能的仪器。（1）被被磁磁化化的的样样品品在在包包围围它它的的测测量量线线圈圈或或在在两两个个串串联联反反接接的的线线路路之之间间以以某某一一频率往复运动，将产生的感应电动势积分后输出与磁通量变化成正比的电压；频率往复运动，将产生的感应电动势积分后输出与磁通量变化成正比的电压；（2）采采用用小小样样品品在在探探测测线线圈圈之之间间做做小小振振幅幅振振动动，将将样样品品视视为为一一个个磁磁偶偶极极子子，探探测测由由于于样样品品振振动动而而感感应应的的偶偶极极场场的的变变化化，可可以以推推
56、出出线线圈圈的的感感应应电电动动势势与与样样品品的的磁化强度成正比，通常的振动样品磁强计那是采用第二种类型。磁化强度成正比，通常的振动样品磁强计那是采用第二种类型。振振动动样样品品磁磁强强计计分分为为磁磁化化装装置置、振振动动系系统统、探探测测线线圈圈和和检检测测系系统统。磁磁化化装装置置主主要要由由电电磁磁铁铁组组成成。振振动动系系统统可可由由马马达达带带动动的的机机械械振振动动器器、扬扬声声器器驱驱动动装装置置或或压压电电元元件件驱驱动动。探探测测线线圈圈主主要要要要求求能能产产生生大大的的感感应应电电动动势势、对对样样品品位位置置和和磁磁化化场场波波动及其他干扰信号不敏感、信号噪声比大等
57、。动及其他干扰信号不敏感、信号噪声比大等。振动样品磁强计具有较高的灵敏度，可测定磁化强度或磁化率温度的变化。振动样品磁强计具有较高的灵敏度，可测定磁化强度或磁化率温度的变化。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 4.8脉冲强场磁强计脉冲强场磁强计 脉脉冲冲强强场场磁磁强强计计主主要要是是利利用用大大电电流流在在短短时时间间内内通通过过螺螺线线管管产产生生脉脉冲冲强强磁磁场场磁磁化化样样品品，利利用用探探测测线线圈圈探探测测由由于于脉脉冲冲场场导导致致的的磁磁通通量量的的变变化化
58、来来测测量量永永磁磁材材料料磁性能的设备。其特点是磁场强，脉冲磁场还可作充磁用途用来磁化永磁材料。磁性能的设备。其特点是磁场强，脉冲磁场还可作充磁用途用来磁化永磁材料。产生脉冲磁场的方法有产生脉冲磁场的方法有电容式放电法电容式放电法、可控硅式脉冲放电法可控硅式脉冲放电法等。等。电电容容式式放放电电法法通通过过一一个个双双向向开开关关分分别别连连接接电电容容器器充充电电、电电流流通通过过螺螺管管充充电电、在放电过程出观一个电流脉冲，从而产生脉冲磁场。在放电过程出观一个电流脉冲，从而产生脉冲磁场。可可控控硅硅式式脉脉冲冲放放电电法法利利用用可可控控硅硅控控制制交交流流电电流流的的通通过过螺螺线线管
59、管线线圈圈，获获得得一一个脉冲半波电流产生脉冲磁场。个脉冲半波电流产生脉冲磁场。脉脉冲冲强强场场磁磁强强计计可可以以用用来来测测量量铁铁磁磁材材料料的的磁磁化化曲曲线线、磁磁滞滞回回线线等等，还还可可以以配配备备微微分分电电路路用用奇奇异异点点探探测测法法直直接接测测量量磁磁化化曲曲线线二二次次导导数数曲曲线线确确定定磁磁各各向向异异性性场、场、级磁化过程的临界场、交换作用导致的低场峰等。级磁化过程的临界场、交换作用导致的低场峰等。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 4.9磁
60、秤法磁秤法 利利用用磁磁秤秤法法测测量量样样品品在在梯梯度度磁磁场场中中受受到到的的力力来来确确定定共共磁磁矩矩，获获得得磁磁化化强强度度或或磁化率。要求有一定的均匀范围的大的磁场梯度。磁化率。要求有一定的均匀范围的大的磁场梯度。在在电电磁磁铁铁极极头头间间产产生生梯梯度度磁磁场场的的两两种种方方法法：（1）利利用用特特殊殊形形状状的的电电磁磁铁铁极极头产生非均匀磁场头产生非均匀磁场；（2）在均匀磁场上附加电流线圈产生梯度磁场）在均匀磁场上附加电流线圈产生梯度磁场。测量力方法的不同导致磁秤法的结构有多种：测量力方法的不同导致磁秤法的结构有多种：用精密天平直接测量样品所受力；用精密天平直接测量样
61、品所受力；用萨克斯密斯环秤将力变换为与样品连接的圆环的形变再用光杠杆放大；用萨克斯密斯环秤将力变换为与样品连接的圆环的形变再用光杠杆放大；用电器秤将力转变为电信号，用摆式磁杆测量样品的摆动频率；用电器秤将力转变为电信号，用摆式磁杆测量样品的摆动频率；用左依磁化率秤。用左依磁化率秤。磁秤法可测量磁秤法可测量饱和磁化强度饱和磁化强度及及磁化率随温度的变化磁化率随温度的变化以及以及观察磁相变观察磁相变。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 4.10超导量子干涉器件磁强计超导量子干涉器
62、件磁强计 超超导导量量子子干干涉涉器器件件磁磁强强计计是是基基于于磁磁通通量量子子化化概概念念和和超超导导约约瑟瑟夫夫逊逊效效应应制制成成的的一一种种灵灵敏敏度度很很高高的的磁磁通通探探测测器器。其其分分辨辨本本领领可可达达10-19Wb。SQUID不不仅仅可可以以测测量量极极弱弱的的磁磁场场和和磁磁矩矩，还还可可以以测测量量弱弱电电压压、电电流流，建建立立电电压压基基准准、并并可可直直接接测测量量基基本本物物理理常常数数e/（e为为电电子子电电荷荷，为为普普朗朗克克常常数数）。在在宏宏观观尺尺度度上验证量子力学的基本原理。上验证量子力学的基本原理。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法N
63、ortheastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 5动态磁化过程动态磁化过程 在在交交变变磁磁场场作作用用力力下下，由由于于存存在在磁磁滞滞效效应应、涡涡流流效效应应、磁磁后后效效、畴畴壁壁共共振振、自自然然共共振振等等现现象象，铁铁磁磁性性物物质质的的磁磁性性质质与与在在静静磁磁场场作作用用下下的的磁磁性质大不相同。性质大不相同。在在交交变变磁磁场场中中的的磁磁感感应应强强度度比比外外加加的的交交变变磁磁场场落落后后一一相相位位，因因而而磁磁导率为一复数。导率为一复数。复复磁磁导导率率随随外外加加磁磁场场的的幅幅值值和和频频率率变
64、变化化，且且对对应应于于不不同同频频率率的的磁磁场场有不同的物理机制。有不同的物理机制。另另外外，在在高高频频交交变变场场作作用用下下，铁铁磁磁性性物物质质(往往往往也也是是电电解解质质)同同时时显显示其铁磁性和介电性。示其铁磁性和介电性。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 5.1交流磁化率交流磁化率 磁磁化化率率是是描描述述顺顺磁磁、抗抗磁磁、反反铁铁磁磁、自自旋旋玻玻璃璃、弱弱铁铁磁磁性性等等各各种种弱弱磁磁性性物物质质的的一一个个重重要要多多数数。测测量量磁磁化化率率及
65、及其其温温度度的的依依赖赖关关系系是是研研究究各各种种磁磁相相变变的的一一种种极其有效的方法。极其有效的方法。按按照照热热力力学学原原理理，磁磁化化率率反反常常是是二二级级相相变变的的一一个个重重要要标标志志。在在相相变变点点附附近近，低磁化率常常出现一个峰或突变。低磁化率常常出现一个峰或突变。测测量量直直流流弱弱磁磁磁磁化化率率可可用用任任何何一一种种灵灵敏敏度度高高的的测测量量磁磁化化强强度度的的方方法法，如如磁磁秤、振动样品磁强计，秤、振动样品磁强计，SQUID磁强计等。磁强计等。测测量量低低场场交交流流磁磁化化率率通通常常用用互互感感电电桥桥法法。这这种种仪仪器器的的特特点点是是结结构
66、构简简单单，灵灵敏度高，可以达到敏度高，可以达到10-1010-11Am2。铁磁材料在交变磁场中的磁化率为铁磁材料在交变磁场中的磁化率为5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 5.2 磁滞效应磁滞效应 磁磁滞滞效效应应为为，在在小小于于1MHz的的低低频频下下，由由畴畴壁壁的的不不可可逆逆移移动动或或磁磁矩矩的的不不可可逆逆转动所引起的磁感应强度随磁场强度变化的滞后效应。转动所引起的磁感应强度随磁场强度变化的滞后效应。当外加磁场非常小且铁磁体的磁化是可逆时，磁化过程在起始磁化率范
67、围。当外加磁场非常小且铁磁体的磁化是可逆时，磁化过程在起始磁化率范围。如如果果外外场场超超过过起起始始磁磁化化率率范范围围但但仍仍保保持持小小的的振振幅幅，磁磁化化过过程程已已不不再再是是完完全全可逆，其磁滞回线可用解析式表示，称为可逆，其磁滞回线可用解析式表示，称为瑞利磁滞回线瑞利磁滞回线。其能量损耗系数。其能量损耗系数5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 5.3涡流损耗涡流损耗 当当作作用用于于磁磁性性物物质质的的外外加加磁磁场场随随时时间间变变化化时时，磁磁性性体体中中磁
68、磁通通量量及及磁磁感感应应强强度度也也发发生生相相应应的的变变化化。根根据据电电磁磁感感应应定定律律，磁磁性性体体中中任任一一回回路路将将产产生生一一定定的的电电动动势势。如如果果磁磁性性材材料料具具有有一一定定的的电电导导率率，则则这这种种变变化化将将在在磁磁性性导导体体中中产产生生垂垂直直于于磁磁通通量量的环形感应电流，即的环形感应电流，即涡电流涡电流。根根据据楞楞次次定定律律，这这种种涡涡电电流流又又将将激激发发一一个个阻阻碍碍外外磁磁场场引引发发的的磁磁通通量量变变化化的的磁磁场，结果在磁性材料内部产生了抑制磁化强度变化的倾向。场，结果在磁性材料内部产生了抑制磁化强度变化的倾向。因因此
69、此磁磁性性导导体体内内的的实实际际磁磁场场(或或磁磁感感应应强强度度)总总是是滞滞后后于于外外磁磁场场，这这就就是是涡涡流流对磁化的滞后效应对磁化的滞后效应。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 5.4磁后效磁后效 除除了了涡涡流流引引起起的的延延迟迟现现象象以以外外，通通常常将将磁磁感感应应强强度度(或或磁磁化化强强度度)随随磁磁场场变变化而滞后变化的延迟现象称为化而滞后变化的延迟现象称为磁后效现象磁后效现象。永永磁磁体体的的剩剩余余磁磁化化强强度度及及磁磁芯芯材材料料的的导
70、导磁磁率率随随时时间间逐逐渐渐减减弱弱(老老化化)的的现现象象是一种广义的磁后效。是一种广义的磁后效。磁后效的机制有磁后效的机制有扩散磁后效扩散磁后效、热涨落磁后效热涨落磁后效、减落现象减落现象等。等。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 5.5高频损耗高频损耗 从千赫到兆赫波段的磁芯材料的高频损耗可表示为从千赫到兆赫波段的磁芯材料的高频损耗可表示为磁滞损耗角磁滞损耗角为为涡流损耗角涡流损耗角为为剩余损耗角剩余损耗角为为5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeas
71、tern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 5.6动态磁性测量动态磁性测量 利利用用电电子子积积分分器器将将样样品品次次级级线线圈圈的的感感应应电电动动势势积积分分，经经过过各各种种模模拟拟运运算算后后记记录录软软磁磁材材料料音音频频磁磁特特性性如如磁磁滞滞回回线线、磁磁化化曲曲线线、磁磁导导率率曲曲线线、交交直直流流叠叠加加磁磁化化、交流损耗曲线交流损耗曲线等。等。自自动动测测量量交交流流磁磁滞滞曲曲线线时时，样样品品做做成成环环形形，并并绕绕有有初初级级和和次次级级线线圈圈。前前者者由由音音频频电电源源供供电电，电电源源的的输输出出功功
72、率率和和频频率率均均可可调调。后后者者的的检检出出经经比比例例器器后后至至积积分分器器进进行行积积分分运运算算，得得到到与与磁磁感感应应强强度度B成成正正比比的的电电压压值值。用用控控制制器器来来控控制制积积分分器器，释释放放积积分分电电容容上上的的积积累累电电荷荷以以确确保保积积分分精精度度。用用采采样样变变换换器器来来变变换换与与B、H成正比的电压的周期以便于记录。成正比的电压的周期以便于记录。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 交交流流磁磁化化曲曲线线（Bm-Hm）的的
73、自自动动测测量量原原理理是是从从串串联联于于初初级级回回线线中中的的电电阻阻上上读读出出与与磁磁化化场场成成正正比比的的电电压压，经经比比例例器器后后送送人人峰峰值值整整流流器器，共共输输出出电电压压对对电电容容充电进行保持，从而得到与充电进行保持，从而得到与H 的峰值的峰值Hm 成正比的电压值。成正比的电压值。从从探探测测线线圈圈产产生生的的感感应应电电动动势势经经积积分分后后至至比比例例器器后后送送人人峰峰值值整整流流器器，而而得得到与到与B 成正比的电压值。成正比的电压值。交交流流磁磁导导率率曲曲线线的的测测量量只只要要在在磁磁化化曲曲线线（m-Hm）测测量量的的基基础础上上加加一一除除
74、法法器将器将Bm 和和Hm 做除法运算即得与做除法运算即得与m 成正比的电压。成正比的电压。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 6自旋共振自旋共振 对对于于具具有有自自旋旋的的体体系系，在在外外加加静静磁磁场场上上叠叠加加一一弱弱电电磁磁场场（如如微微波波），则则在在输输出出的的微微波波中中某某些些频频率率的的电电磁磁场场强强度度比比其其他他频频率率的的小小得得多多，在在不不加加外外静静磁磁场场时时则则无无此此现现象象。这这表表明明外外加加磁磁场场在在自自旋旋体体系系内内引引
75、起起了了一一种种特特殊殊的的过过程程，称称之之为为磁磁共共振振吸收现象。吸收现象。磁磁共共振振现现象象不不仅仅在在具具有有电电子子自自旋旋的的磁磁性性体体中中发发生生，而而且且在在具具有有核核自自旋旋的的物物质质中也会发生。不仅在顺磁体中，而且在铁磁体、反铁磁体和亚铁磁体中发生。中也会发生。不仅在顺磁体中，而且在铁磁体、反铁磁体和亚铁磁体中发生。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 6.1顺磁共振顺磁共振 在在顺顺磁磁体体中中发发生生的的磁磁共共振振现现象象称称为为顺顺磁磁共共
76、振振。通通常常以以最最常常用用的的X频频率率(9-l0GHz，波长约波长约3cm)为中心，自几百兆赫为中心，自几百兆赫(波长约波长约1m)到几十万兆赫到几十万兆赫(波长几毫米波长几毫米)。测试方法包括测试方法包括反射型谐振腔的纯电桥法反射型谐振腔的纯电桥法、微波电路法微波电路法、透过式测试法透过式测试法等。等。从电磁学观点，测量磁共振相当于测量交流磁化率从电磁学观点，测量磁共振相当于测量交流磁化率的实部和虚部，它们不是彼此独立的，有如下关系的实部和虚部，它们不是彼此独立的，有如下关系5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第
77、第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 6.2铁磁共振铁磁共振 和和顺顺磁磁共共振振类类似似，在在铁铁磁磁性性材材料料中中也也存存在在铁铁磁磁共共振振现现象象。铁铁磁磁体体的的磁磁化化强强度度M在在均均匀匀磁磁场场中中以以磁磁场场方方向向为为轴轴作作拉拉莫莫旋旋进进。对对于于均均匀匀各各向向同同性性的的无无穷穷大大样样品品同同时加外加稳幅磁场时加外加稳幅磁场(使样品磁化使样品磁化)和微波磁化时，其交变磁化强度和微波磁化时，其交变磁化强度为张量磁化率为张量磁化率5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的
78、性能检测材料的性能检测 6.3亚铁磁共振亚铁磁共振 亚亚铁铁磁磁体体具具有有两两个个以以上上的的亚亚晶晶格格结结构构，可可以以有有共共线线、非非共共线线的的亚亚铁铁磁磁性性。如如果不考虑磁晶各向异性和样品形状的影响。则自由能可写成果不考虑磁晶各向异性和样品形状的影响。则自由能可写成可可求求得得共共线线自自旋旋组组态态的的平平衡衡条条件件。对对于于有有磁磁晶晶各各向向异异性性时时，情情况况将将变变得得更更为为复杂，在无磁场时就可以存在非共线的平衡态。复杂，在无磁场时就可以存在非共线的平衡态。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论
79、： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 6.4反铁磁共振反铁磁共振 反反铁铁磁磁体体的的磁磁性性亚亚格格子子的的磁磁化化强强度度运运动动仍仍遵遵从从朗朗道道-栗栗弗弗席席茨茨运运动动方方程程。为为简简单单起见，仅考虑起见，仅考虑态的情况，可求出本征进动的圆频率态的情况，可求出本征进动的圆频率反铁磁共振线宽反铁磁共振线宽在强迫进动共振条件下，有在强迫进动共振条件下，有5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 6.5核磁共振核磁共振 原原于于核核由由质质子子和和中中子子构构成
80、成。质质子子和和中中子子都都有有自自旋旋的的本本征征角角动动量量，再再加加上上与与这这些粒子轨道运动有关的角动量构成原子核的核自旋角动量。些粒子轨道运动有关的角动量构成原子核的核自旋角动量。核磁共振的测量入法可分为核磁共振的测量入法可分为稳定法稳定法、自旋回波法自旋回波法两种。两种。稳稳定定法法的的特特点点是是：在在改改变变磁磁场场时时进进行行低低频频磁磁场场调调制制、在在改改变变频频率率时时进进行行低低频频频频率率调调制制。在在调调制制过过程程中中测测量量对对应应于于调调制制部部分分的的核核磁磁共共振振微微分分信信号号。主主要要有有电电桥桥法法、临界振荡器法临界振荡器法。自自旋旋回回波波法法
81、是是利利用用核核自自旋旋运运动动的的力力学学性性质质的的微微妙妙方方法法。在在t=0、t=时时加加高高频频脉脉冲冲磁磁场场，则则在在t=2以以后后，由由于于核核自自旋旋在在某某种种程程度度上上重重新新整整齐齐排排列列而而能能观观察到回波电信号。察到回波电信号。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 7电磁特性电磁特性 若若对对通通电电流流的的物物质质施施加加磁磁场场，就就会会使使该该物物质质的的电电位位差差发发生生变变化化，还还会会产产生生温度梯度，其电阻率也会发生改变，称为磁场
82、电效应。温度梯度，其电阻率也会发生改变，称为磁场电效应。磁场电效应包括各类磁场电效应包括各类磁阻效应磁阻效应、霍尔效应霍尔效应、磁场热效应磁场热效应等。等。磁磁性性物物质质受受电电场场作作用用产产生生与与电电场场成成正正比比的的磁磁化化强强度度现现象象或或受受磁磁场场作作用用产产生生与磁场成正比的电极化强度的现象为与磁场成正比的电极化强度的现象为磁电效应磁电效应，其逆效应为，其逆效应为压磁效应压磁效应。通通常常把把依依赖赖于于磁磁场场H 的的磁磁场场电电效效应应称称为为正正常常效效应应，依依赖赖于于磁磁性性物物质质的的磁磁化强度的效应称为化强度的效应称为反常效应反常效应。5.2磁学性能及测试方
83、法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 7.1磁阻效应磁阻效应 对对通通电电流流的的物物质质施施加加磁磁场场改改变变物物质质在在一一定定温温度度下下的的电电阻阻率率值值称称为为磁磁电电阻阻效效应应。磁磁阻阻效效应应包包括括正正常常磁磁阻阻效效应应、各各向向异异性性磁磁阻阻效效应应、巨巨磁磁电电阻阻效效应应、庞庞磁磁电电阻阻效效应应、隧隧穿穿电电阻阻效效应应等等。根根据据磁磁场场作作用用下下电电阻阻的的变变化化情情况况，磁磁电电阻阻效效应应分分为为正正磁磁电电阻效应和负磁电阻效应两种类型。阻效应和负磁电
84、阻效应两种类型。传统意义上的磁电阻效应一般是指传统意义上的磁电阻效应一般是指正常磁电阻效应正常磁电阻效应和和各向异性磁电阻效应各向异性磁电阻效应。正正常常磁磁电电阻阻效效应应是是指指在在非非磁磁性性金金属属中中，电电子子在在磁磁场场中中运运动动时时受受到到洛洛仑仑兹兹力力的的作用，产生回旋运动，从而增加了电子受散射的几率，导致电阻上升。作用，产生回旋运动，从而增加了电子受散射的几率，导致电阻上升。各各向向异异性性磁磁电电阻阻效效应应是是指指在在铁铁磁磁金金属属和和合合金金中中，磁磁场场方方向向与与电电流流方方向向平平行行时时产生的电阻率和磁场方向与电流方向垂直的电阻率不一致造成的效应。产生的电
85、阻率和磁场方向与电流方向垂直的电阻率不一致造成的效应。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 7.2霍尔效应霍尔效应 当当电电荷荷载载流流子子电电子子或或空空穴穴在在磁磁场场作作用用下下受受到到洛洛仑仑兹兹力力，并并在在附附加加产产生生的的电电场场作作用用下下，达达到到平平衡衡分分布布时时将将出出现现电电位位差差，为为磁磁场场对对于于电电流流的的一一次次效效应应，称称为为霍霍尔尔效应效应。霍霍尔尔效效应应是是磁磁场场电电效效应应的的一一种种，其其磁磁场场、电电流流和和霍霍尔尔电电
86、压压三三者者的的方方向向是是相相互互垂直的，一般以磁场的奇函数描述。垂直的，一般以磁场的奇函数描述。霍霍尔尔效效应应有有正正常常霍霍尔尔效效应应、反反常常霍霍尔尔效效应应、量量子子霍霍尔尔效效应应、分分数数量量子子霍霍尔尔效效应应等几种类型。等几种类型。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 7.3磁电效应及压磁效应磁电效应及压磁效应 磁电效应是磁性物质受电场磁电效应是磁性物质受电场E作用产生与作用产生与E成正比的磁化强度成正比的磁化强度I的现象，即的现象，即以及受磁场以及受磁场
87、H作用产生与作用产生与H成正比的电极化强度成正比的电极化强度的现象，即的现象，即磁磁电电效效应应通通常常用用下下列列方方法法进进行行观观察察：试试样样上上装装上上电电极极，加加一一数数十十千千赫赫的的交交流流电电场场，将将感感应应出出的的磁磁化化强强度度用用线线圈圈检检出出并并进进行行锁锁相相放放大大。或或把把对对交交流流磁磁场场的的响响应应从电极中检出电极化强度信号。从电极中检出电极化强度信号。压压磁磁效效应应观观测测通通常常是是用用装装有有热热交交换换用用的的氦氦气气应应力力启启动动的的加加压压器器的的扭扭秤秤来来进进行行的。的。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeast
88、ern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 8电磁特性电磁特性 当当光光透透过过透透明明的的磁磁性性物物质质（如如铁铁磁磁性性物物质质、亚亚铁铁磁磁性性物物质质、顺顺磁磁性性物物质质）或或者者被被磁磁性性物物质质反反射射时时，由由于于存存在在自自发发磁磁化化强强度度，而而产产生生新新的光学各向异性，观测到各种特殊的光学现象，总称为的光学各向异性，观测到各种特殊的光学现象，总称为磁光效应磁光效应。磁磁光光效效应应包包括括法法拉拉第第效效应应、科科顿顿-穆穆顿顿效效应应、磁磁圆圆二二色色性性、磁磁克克尔尔效应效应等。等。5.2磁学性能及测试方法磁
89、学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 法拉第效应和科顿法拉第效应和科顿-穆顿效应是当光线透过磁性物质时出现的双折射现象。穆顿效应是当光线透过磁性物质时出现的双折射现象。当当线线偏偏振振光光沿沿着着磁磁化化矢矢量量（或或磁磁场场）方方向向前前进进时时，由由于于左左、右右圆圆偏偏振振光光的的折折射射串不同使得偏振面发生旋转，即为串不同使得偏振面发生旋转，即为法拉第效应法拉第效应。当当光光线线垂垂直直于于磁磁化化矢矢量量透透过过时时，由由于于沿沿磁磁化化矢矢量量方方向向及及与与它它垂垂直直的的方方向向振振动动
90、的的偏振光的折射率不同而有双折射现象产生，为偏振光的折射率不同而有双折射现象产生，为科顿科顿-穆顿效应穆顿效应。当线偏振光被磁性物质反射时，反射光的偏振面发生旋转，为当线偏振光被磁性物质反射时，反射光的偏振面发生旋转，为磁克尔效应磁克尔效应。从从唯唯象象理理论论来来说说，磁磁光光效效应应就就是是光光线线在在介介电电常常数数为为、磁磁导导率率为为的的磁磁性性物质中传播或者在磁性物质的界面上反射或折射的现象。物质中传播或者在磁性物质的界面上反射或折射的现象。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材
91、料的性能检测 磁磁光光效效应应的的测测定定是是按按偏偏振振光光解解析析法法来来进进行行的的。将将由由单单色色器器出出来来的的光光用用起起偏偏器器变变为为线线偏偏振振光光入入射射到到试试样样上上。通通过过试试样样后后的的光光一一般般变变为为椭椭圆圆偏偏振振光光，用用补补偿偿器使其复原为线偏振光。器使其复原为线偏振光。通通过过用用检检偏偏器器测测定定其其偏偏转转，可可求求得得椭椭圆圆偏偏振振光光的的x轴轴和和y轴轴两两个个偏偏振振光光分分量量的的相相位位差差和和振振幅幅比比、法法拉拉第第旋旋转转角角和和椭椭圆圆率率。对对于于单单纯纯用用于于测测定定法法拉拉第第旋旋转转角角的的波波长长依依赖赖性性的
92、的磁磁旋旋光光分分散散计计和和用用于于测测定定椭椭圆圆率率的的椭椭圆圆二二色色性性测测定定装装置置，由由于于用了采取调制法的光电测光洁，有的装置可得到非常高的测量灵敏度。用了采取调制法的光电测光洁，有的装置可得到非常高的测量灵敏度。外外磁磁场场的的方方向向和和大大小小也也因因加加磁磁场场的的目目的的而而不不同同。磁磁光光克克尔尔效效应应是是对对从从试试样样来来的的反反射射光光进进行行满满圆圆偏偏光光解解析析，原原理理上上与与法法拉拉第第效效应应的的情情况况相相同同，根根据据试试样样反反射射面面、磁磁化化矢矢量量方方向向及及光光的的入入射射面面之之间间的的几几何何关关系系的的不不同同而而有有极极
93、化化效效应应，有有纵纵向效应和横向效应之分。向效应和横向效应之分。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 用表面用表面磁光柯尔效应磁光柯尔效应测量的测量的Co/ /Cu/ /Co薄膜的磁性交换耦合强度随薄膜的磁性交换耦合强度随Cu层厚度的变化层厚度的变化5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 9磁致热效应磁致热效应 当当对对磁磁性性物物体体加加磁磁场场时时，一一般般
94、将将引引起起微微小小的的温温度度上上升升或或下下降降。这这种种现现象象总总称为称为磁致热效应磁致热效应。磁致热效应为绝热过程，对于可逆过程可用热力学方法讨论。磁致热效应为绝热过程，对于可逆过程可用热力学方法讨论。若用若用U 表示内能，并忽略与体积和弹性相关的能量变化，则有如下关系表示内能，并忽略与体积和弹性相关的能量变化，则有如下关系在可逆绝热变化的场合，在可逆绝热变化的场合，dQ=TdS=0为等熵变化：为等熵变化：5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法Northeastern University材料概论：材料概论： 第第5 5讲讲 材料的性能检测材料的性能检测 磁致热效应的测量方法是把
95、加了磁场后产生的温度变化用示差电偶检出。磁致热效应的测量方法是把加了磁场后产生的温度变化用示差电偶检出。由由于于这这一一温温度度变变化化很很小小（特特别别是是在在弱弱磁磁场场下下），要要求求测测量量灵灵敏敏度度必必须须达达到到10-6C或或40erg/cm3（计测热量时）。计测热量时）。通通常常是是把把大大约约20个个热热电电偶偶、试试样样接接触触并并串串联联起起来来，把把它它们们叠叠加加后后总总的的热热电电动势用一个长周期的高灵额度捡流计来检测。动势用一个长周期的高灵额度捡流计来检测。利利用用各各热热电电偶偶作作为为初初级级线线圈圈缠缠绕绕在在软软磁磁合合金金磁磁芯芯上上，再再通通过过次次级级线线圈圈与与捡捡流流计计连连结结消消除除零零点点漂漂移移，进进而而把把捡捡流流计计的的偏偏转转放放大大后后进进行行记记录录，可可得得到到非非常常高高的灵敏度和精度。的灵敏度和精度。5.2磁学性能及测试方法磁学性能及测试方法
