华丽的承诺只是敷衍的借口i
范文一：磁信息材料的特点与应用
电大理工
2007年 11月 Dianda Ligong 第 4期 总第 233期
磁信息材料的特点与应用
耿 冰 马桂荣
辽宁省新闻出版学校 (沈阳 110032)
摘 要 列举了常用的磁信息材料,分别介绍了它们的特点与应用前景。
关键词 信息材料 磁记录头 介质 矩磁 磁泡 磁光存储
磁信息材料是用磁学方法存储和记录信息的 磁载体材料。 按所采用的磁学原理和方法不同分 为矩磁性存储、磁泡存储、磁记录和磁光记录。 磁存储是随着计算机的兴起而发展起来的, 磁记 录则是从录音开始, 接着扩展到录像和数码, 形 成了广阔的磁信息技术领域, 磁信息材料在当代 信息社会中有着广泛而重要的应用 ⑴ 。
1 磁记录头材料
磁记录头由于要不断改变磁场方向, 因此采 用软磁材料, 它具有高导磁率, 高饱和磁化强度, 低矫顽力, 高力学强度, 高电阻率等特点。 在记 录过程中磁头将电信息转换为磁信息, 在重放过 程中将磁信息转换为电信息的磁器件。 对磁头材 料的主要要求是:
(1)高的磁导率 μ,以提高磁头灵敏度,增加 磁头气隙磁场;
(2)高的饱和磁极化强度 μ0M s ,以提高磁头 气隙磁场;
(3)低的矫顽力 Hc ,以减少磁滞损耗。 目前应用和研究的磁头材料有:
(1)铁氧体热压多晶材料和单晶材料,因其 电阻率高,可使用块体材料,其中 (Mn,Zn)Fe2O 4系材料饱和磁化强度和磁导率较高,应用较广; (Ni,Zn)Fe2O 4系材料的电阻率较高,可应用于更 高频率磁记录(如录像)。
(2)金属磁头材料,主要有硬度高的
Fe-Ni-Nb(Ta)系硬坡莫合金和 Fe-Si-Al 系合金。
(3)非晶磁头材料,具有电阻率较高,无磁 晶各向异性和无晶粒间界等优点,主要有
Fe-B(Si,C)系, Fe-Ni(Mo)-B(Si)系, Fe-Co-B(Si)系和 Fe-Co-Ni-Zr 系等非晶体磁头材料。由于非 晶磁性材料无晶界,故能避免磁头尖部的脱落, 磁头和磁带的摩擦磁噪音也比一般磁头小, 音响 效果优良且使用寿命长。
2 磁记录介质
磁记录是利用磁性原理输入 (写入) 、 记录、 存储和输出(读出)声音、图像、数字等信息的 技术。 磁记录介质由硬磁材料构成, 对于磁记录 介质材料的主要要求是:适当高的矫顽力 Hc 以 利抵抗环境磁干扰;高的饱和和磁极化强度 μ0M s , 以获得高的输出信息; 高的剩磁比 Mr/Ms, 可减小自退磁效应, 提高记录效率; 陡直的磁滞 回线, 以减小输出脉冲宽度, 提高记存信息分辩 率; 并要求有高的稳定性。 如今人们广泛使用的 磁带、 磁盘、 磁卡就属于磁记录介质。 目前已经 应用和尚在开发的磁记录介质分为铁氧体和金 属两大类, 或分为磁粉和连续磁膜两大类, 包括 下面几种磁性材料:
(1) γ-Fe 2O 3和 Co 或掺 Co 的 γ-Fe 2O 3磁粉, 是目 前应用最广的磁记录材料。
(2) CrO2磁粉,其磁特性如矫顽力、饱和磁 化强度、 剩磁比和磁晶各向异性常数都较高, 但 居里点低 (120)
℃ ,制备过程中又需高温、高压、 催化剂等条件,阻碍其应用。
. 12 . 电大理工 总第233期
(3)金属磁膜在一般磁记录中主要有 Fe 磁膜 和 Fe-CoDU 磁膜两种, 前者饱和磁化强度较后者 高,但矫顽力较后者低。
(4)Co-Cr系磁膜具有高的垂直(膜面)各向 异性,适宜于在垂直记录中应用。
(5)近年来,离子 (M)代换的 Ba(M,Fe)12O 19系 磁粉研究较多, 既可应用于一般磁记录中, 又可 应用于垂直磁记录中。
3 矩磁材料
磁滞回线接近矩形和矫顽力低的磁性材料, 称为矩磁材料。 矩磁材料制成的磁芯或磁膜可 以组成计算机的内存储器, 它利用矩磁材料的矩 形磁滞回线的两个稳定的剩磁状态构成计算机 二进位制的 “0” 和 “1” 双稳态, 再利用脉冲磁场存 取信息。 其主要磁参量要求是:① 矩形比 R=Br /Bs 高,以保证高的信 /噪比; ② 矫顽力 H c 低,以降 低驱动电流; ③ 开关时间 t s 短,即要求反磁化速 度高, 以提高信息存取速度; ④ 各项磁参量对各 种环境因素有高的稳定性。
矩磁材料已经大量应用的有常温的 Mg-Mn 系铁氧体和宽温用的 Li-Mn 系铁氧体(都为尖晶 石型铁氧体),以及 Ni-Fe 系合金薄膜。它们具 有非易失性和抗辐照的优点。
4 磁泡材料
磁泡材料是指在一定外加磁场作用下具有 磁泡畴结构的磁性薄膜材料 ⑵ 。当外加磁场增加 到某一程度时, 磁性晶体的一些磁畴便缩成圆柱 状, 其磁化强度与磁场方向相反, 像一群浮在膜 面上的小水泡 (称为磁泡) 。 圆柱状的磁畴利用 液相外延的方法在 [111]方向生长的磁性石榴石 单轴磁晶各向异性, 其易磁化轴垂直于膜面, 薄 膜厚度约为几微米, 对可见光是透明的。 利用偏 光显微镜可以清楚观察到薄膜中的畴形, 未加外 磁场时呈迷宫状畴,由明暗相间的条状畴构成, 两者的面积大体相等, 当外加磁场增加时, 磁化 方向和磁场方向相同的磁畴变宽, 磁化相反的畴 形变窄, 磁场再加强时, 那些变窄的反向磁畴就 要缩成分立的柱形畴, 磁泡存储是利用磁泡材料 中磁泡的有或无表示 “1” 或 “0” ,实现信息的存 储。 控制磁泡的产生、 清除和检出以实现信息的 写入和读出。
其主要要求是:① 品质因数 1 2
2
≥ s
u
M K Q
μ
=,
这是磁泡畴的稳定条件, K u 和 μ0M s 分别是磁泡材 料 (薄膜) 的垂直磁各向异性常数和饱和磁化强 度; ② 磁泡畴壁矫顽力 H c 低, 以减小驱动磁场和 功率; ③ 磁泡畴壁迁移率 μw 高, 以提高磁泡传输 信息的速度; ④ 要求磁泡各磁参量对温度、 时间、 振动等环境因素的稳定性高。磁泡存储器容量 大、 体积小、 无高速运动的机械部分, 但速度慢、 性能不够稳定,目前只是处于研制和试用阶段。 可用作磁泡的材料主要有石榴石型稀土铁氧体 系、 Tb-Fe 系、 Gd-Co 系非晶磁膜、钙钛石型铁 氧体系等。
5 磁光存储材料
磁光存储材料能使光在磁场作用下改变它 的传输和反射方向。 如克尔磁光效应是指线偏振 光入射到施加磁场的磁性材料表面反射出去时, 偏振面发生旋转的现象, 偏振角旋转的大小和方 向也与磁场强度、 材料磁性和磁场方向有关。 应 用较多的磁光存储材料主要有锰铋系磁膜和 Tb-Fe 系、 Cd-Co 系非晶磁膜材料。磁光存储正 是利用磁光效应对信息进行存取:将偏振光束投 射到加有写入磁场的磁光材料上, 受光照射部分 矫顽力降低, 材料的磁化方向将与写入磁场的方 向相同,这样便将代表不同写入磁场方向的 “0” 或 “1” 信息存入磁光存储器,当光移开后,矫顽 力增大, 使存储的信息不易丢失; 要读出信息时, 只要将偏振光束照射到信息点上, 因信息点处的 磁化方向不同, 反射光的旋转角方向也不同, 由 此就可知该点存储的代码。
信息化时代的突出特征是信息量剧增, 因此 需要高密度磁记录材料和海量存储技术。 硬磁材 料正在向着高磁能积、 高矫顽力、 高剩磁方向发 展, (下转第 15页 )
第 4期 王玉华:高职数学课程内容体系设置探究 . 15 .
师指导下用学到的数学知识和计算机技术,分 析、 解决一些实际的经济问题。 让学生在其中体 验 “用数学” 的过程, 认识到数学与计算机结合 的重要性, 缩短理论与实践的距离, 从而调动学 生学习数学的主动性, 加强学生数学建模能力的 培养和训练, 提高学生运用数学知识、 方法, 利 用计算机解决实际问题的意识、 兴趣和能力。 因 此在数学教学中, 只须强调计算方法的掌握, 而 不必训练计算的技巧, 这样可以大大节省教学时 间, 有助于内容的优化选择。 在数学教学中, 充 分借助直观图形、 图表等形象性的东西去揭示数 量关系, 能使学生对数学的学习变得生动愉悦起 来, 计算机是最好的工具。 使用计算机还有助于 对问题的探索求解,培养学生的探索和推理能 力,也增强了学生利用计算机的意识。
第三, 加强数学教研室和专业教研室的沟通 与联系, 积极开展数学课与专业课教学的有效合 作。 培养和提高学生运用数学知识和方法解决实 际问题的能力, 不仅仅是数学课的教学任务, 在 很大程度上也是专业课的教学任务, 它是一个系 统工程。 搞好数学知识与专业知识及实际问题衔 接部分的教学工作, 是教会学生利用数学方法解 决实际问题的重要环节。在数学课程的教学中, 刻意用简单、 具体的实例引出数学概念, 解释数 学概念对于研究实际问题的应用。 而在专业课的 教学中, 也应引导学生用数学方法解决经济问题 的意识, 这样做可以让学生学会并习惯用数学的 思维方式观察事物, 用数学的思想和方法分析解 决实际问题。
第四,增加应用 MM 方法的内容。所谓 MM 方法就是数学模型方法, 就是通过建立和研究客 观对象的数学模型来解释原形的功能特征及其 内在规律。数学必须“源于现实,寓于现实,用 于现实” 。数学本身就是一个与外界环境不断交 流的开放型体系,其真正价值就在于它的有用 性, 如果仅仅把数学看成一门纯理论科学而就数 学论数学是毫无一点意义。 可以这么说数学的应 用过程就是数学自我价值的实现过程,MM 方法 作为联系数学科学和非数学科学之间的桥梁, 显 得尤为重要。 通过身边的实际问题, 利用数学思 想建立模型, 通过模型的建立还能培养学生们团 队合作的精神, 为今后工作与他人合作打下良好 的基础。
第五, 教学是发展的、 动态的过程, 更新教 学内容, 优化教学效果, 也是课程改革的一个重 要方面。 仅仅设置了合理的课程体系和结构, 而 不调整和更新教学内容,课程改革只是走了形 式, 只有将合理的课程体系和结构与崭新的、 恰 当的教学内容相配套, 课程改革才能取得实质性 的进展。
课程内容体系设置是高等教育改革的核心 问题, 是提高教育质量和学生素质的前提。 高职 数学课程内容体系设置的研究, 同样值得我们认 真思考和探索。
本文系辽宁省教育科学 “ 十一五 ” 规划立项课题第职 教 29-24项(辽教函 [2006]8号文件)课题部分成果
(上接第 12页 ) NdFeB永磁合金最大磁能积已 达 52MGOe ;软磁材料正在向着高饱和磁通密 度、高磁导率、低磁损耗、低矫顽力、高截止频 率方向发展, 正在开发的纳米微晶软磁合金磁导 率高达 100000H /m ,饱和磁感应强度可达 1. 3T 。磁记录器的高密度、低噪音、小型化, 要求磁粉的颗粒尺寸由微米向亚微米、 纳米方向 发展, 纳米级磁颗粒技术则可以将硬盘的存储密 度提升至惊人的每平方英寸 50Tb ⑶ 。毫无疑问, 未来磁存储密度能否获得突破性的发展, 几乎完 全取决于相关领域纳米材料的研究成果。
参考文献
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范文二：磁光存储及其介质的研究
咸 宁 学 院 学 报 第 24 卷第 3 期 Vol . 24 ,No . 3
2 0 0 4 年 6 Journal of Xianning College J un . 2004
月
() 文章编号 :1006 - 5342 200403 - 0068 - 02
Ξ
磁光存储及其介质的研究
熊 钢
()咸宁学院 信息工程学院 ,湖北 咸宁 437005
摘 要 :简要讨论了磁光存储的原理 ,论述了磁光存储介质的共性及其实用化所必须具备的性能 ,对磁光存储技
术的发展作了展望 1
关键词 :磁光存储 ;磁光存储介质
中图分类号 :O44116 文献标识码 :A
3 0 引言 ) ( ) ,使之反向磁化 ,如图 1 a所示. 设小于矫顽力
在光辐射情况下 ,物质磁性会发生变化的现象 初始磁化方向存入的信息为“1”,则被照部分相反 称为光磁效应 ,也称光诱导磁效应 ,1967 年第一次 磁化方向存入信息为“0”,实现了信息的写入. 1 4 报道在 Si : YIG 中观察到光磁效应; 之后又在其 补偿点写入方式的原理是:亚铁磁性物质在2 它许多材料中陆续发现 11973 年 Chaudhari 首次 () 某一温度处 居里点以下饱和磁化强度为零 ,而由
采用 GdCo 薄膜进行磁光记录 ,开始了采用非晶材于其矫顽力与其饱和磁化强度成反比 ,在此温度处 料作为磁光记录介质的研究 ,磁光存储技术随之产 附近矫顽力有急剧变化. 这一温度被叫做这种介质 生 1 建立在磁光效应基础上的磁光存储技术兼有 () 的补偿点 或补偿温度. 由于矫顽力较大 ,在补偿
磁存储和光存储优点 ,使信息存储的高密度 、大容点附近又有急剧变化 ,当材料的某一局部因受激光 量 、高可靠性的目标得以实现 ,因此磁光存储技术 照射而升温时 ,受热区域的矫顽力会显著下降 ,以 一直是科学界非常活跃的研究领域. 致在周围退磁场和外加磁场的作用下 ,磁畴可发生 1 磁光存储原理 反转 ,效果与居里点写入是相同的. 介质中磁畴的
磁光存储 ,用一束强激光聚焦到磁光记录介质 正反同样受外加磁场的控制 , 可代表“0”和“1”信 薄膜上 ,热磁写入和擦除信息 ,利用磁光克尔效应 息 .
读出信息. 1 . 2 读出原理 从磁光盘读取信息利用了磁光克尔1 . 1 写入原理 磁光记录是通过一束激光聚焦在效应 ,这里 3 特定的磁光 ( ) 是极向磁光克尔效应. 如图 1 b所示 ,一束线偏
记录介质薄膜上实现的. 写入信息时 ,记录介质处振激光照射到已记录信息的磁光介质上 ,反射光偏 在特定的外加磁场中. 由于磁光介质有良好的垂直 振面相对入射光偏振面旋转一定的角度 ,这个转角膜面各向异性 ,在一定的条件下 ,该介质中磁畴的 θ称为磁光克尔转角, 它与介质的磁化有关 . 对于 磁化方向可以与外加磁场方向一致或相反. 这样 , 一个已写入信息的磁光介质来说 ,磁畴局部磁矩取 利用介质局部磁化方向的正 、反即可代表“0”和“1” 向不同 ,反向光偏振面的偏振旋转方向就不同. 这 两种信息. 写入分两种 ,即居里点写入和补偿点写 样出射光再现了记录的信息“1”和“0”,随着激光束
入 .的扫描 ,通过光电转换器 ,将出射光变成电信号 ,就 3 信息写入前 ,以一定强度的磁场 H对垂直磁 0 完成了读出过程. 化介质进行磁化 ,使各磁畴单元具有相同的磁化方 2 磁光存储介质 ( 向 ,磁光读写头的脉冲激光聚焦于介质表面 通常 2 . 1 磁光存储介质的共性 不同光磁材料有一些μ) 激光束斑直径约 1m,被照部分温度升高 ,当温度
共同的特性 : 首先 ,对于 达到 Tc 时 , 被照的部分为顺磁状态 , 磁化强度 Ms大多数光磁现象 ,磁性离子 ,即激活中心 ,可以处于 ( 为 0 ,通过读写头中线圈加一反偏场 约 300Oe ,远物质中的不同价态. 在这些材料中 ,光吸收可以导
( ) 两种情况 ,一种是 磁性对称性发生变化的情形 , ,或者引 果可以使激活中心移动到其它位置上
() 活中心浓度的变化 ,最终可以导致材料物理性 另一种是 磁性对称性不发生变化的情形 . 在各向 5 变化. 异性条件下光照物体时 ,例如 ,用线偏振光照射 ,或
者当磁场加到物体的任意一个方向上并同时用非 其次 ,在光诱导过程中 ,光诱导电荷转移始终
平衡处于竞争状态. 光诱导电荷转移和热平衡 偏振光照射时 ,对称性可能会发生变化 ,此时可以
观察到光诱导单轴各向异性 、磁化强度换向等现以造成一个或多个方向上的电荷分布的变化 ,
诱导电荷转移还可以增强或者加速自发变化. 光照过程中 ,有些光磁材料的磁导率 、矫顽力 、 象
. 畴壁 、磁滞回线和有关性质会发生变化或移动 ,这 5 ,6 些属于对称性不变化的情形.第三 ,在磁性石榴石和 Ni GaAs 等磁性半导体
() ( ) 磁盘写入噪音 没有或小的晶粒; 5足够高的读 实用的磁光存储介质必须具备的条件
( ) ,对实用的磁光存储介质性 根据磁光记录原理 写循环次数 > 1 ×106 次; 良好的抗氧化性 ,耐腐 7 () () 要求: 1有显著的垂直膜面的磁各向异性 ,蚀性及长期稳定性 ; 6居里温度在 400,600 K 之
( ) 向异性能要大于垂直磁化时的退磁能 ; 2大 间 ,补偿温度在室温左右.
( ) ( ) 目前已研究过的各种不同的光磁记录材料的光记录灵敏度 降低激光记录功率; 3大的 8 () ( ) 效应 大的克尔角或大的法拉弟角; 4低的主要特性见表 1.
表 1典型磁光记录材料的特性
矫顽力 沉积 退火温度 居里温度 克尔角 材料 晶体结构 o5 - 1 / nm 方式??() 10A/ M
真空 MnBi Hexagonal 300 360 2 0. 6/ 633 蒸读
真空
MnCuBi Cubic 400 180 0. 43/ 830 1,2 蒸读
溅射 PtCo Tetragonal 600 400 溅射 150,250 4 0. 2/ 830 TbFeCo Amorphous RT 真空 蒸
读 热分Pt/ Co Cubic RT 250,300 1 0. 36/ 410 解
BDyl G Garnet 500,600 250 2 1/ 633
Co - ferrite Spinel 热分解 300,600 0. 9 结语以及实现与 CD - R 、CD - R/ W、DVD - RAM 等多种
磁光存储技术作为一种新的记录技术 ,是磁记 媒体的兼容 ,降低成本 ,扩大其应用领域.术和光记录技术相结合的产物. 磁光盘作为计
参考文献 :可移动记录媒体的后起之秀 ,随着其存储容量
度增大 ,数据传输速度的加快 ,加上可靠性高 、1 刘湘林等. 磁光材料与磁光器件 M .北京 :北
信息时间长等优点 ,必将成为各种记录媒体的 京科技出版社 ,199011,5 .
2 W. B . Zeper , H. W. Van Kesteren , B . A. J . J acobs 者.
磁光存储技术今后的发展方向仍是不断扩大 et . al . Hysteresis , micros , tructure , and magneto -
()optical recording in Co/ Pd 存储容量 、提高信息的传输速度及处理速度 , 下转第 99 页
可注射网状骨替代材料的研究 第 3 期 张光学 ,尹玉姬 ,姚康德 99
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3 Johnna S. Temenoff , Antonios G. Mikos Injectable 参考文献 : biodegradable materials for orthopedic tissue engi2 1 Peter S J , Nolley J A , Widmer M S , et al . In vitro () βdegradation of a poly propylene fumarate/- trical2 () neeringJ . Biomaterials ,2000 , 21:2 405,2 412 . cium phosphate composite orthopedic scaffold J . 4 Mark D. Timmer , Catherine G. Ambrose , Antonios () Tissue Eng , 1997 , 3:207,215 . G. Mikos. In vitro degration of polymeric networks of 2 Frazier D D , Lathi V K , Gerhart T N et al . Ex Vi 2 ( ) poly propylene fumarate and the crossliking
( ) macromer poly propylene fumarate - diacrylate ( vo degradation of a poly propylene glycol - fu2
() J . Biomaterials ,2003 , 24:571,577 . ) cement J . maratebildegradable parliculate bone
Synthesis and Characterization of Injeta ble Hydrogel
1 2 2 ZHAN G Gua ng - xue , YIN Yu - ji, YAO Ka ng - de
(1 . Department of Chemistry and Life Science , Xianning College ,Xianning 437005 China ;
)2 . Material College ,Tianjin University ,Tianjin 300072 ,China
() ( ) ( ) Abstract : Polymeric networks of poly ethylene glycolfumarate PEGFcrosslinked with poly ethylene glycoldi2
( ) acrylate PEGDAwere investigated as an injectable , biodegradable bone cememt . This study examined the effect of β α () initiator temperature mole ratio monomer concentration and the incorporation of- tricalcium phosphate - TCPfiller on mechanical properties. The products were characterizated by FTIR、SEM.
() () Key words : Poly ethylene glycolfumarate ; Poly ethylene glycoldiacrylate ; Mechanical properties ; Characteriza2 tion
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Studyo n Magneto- optical Storages atnhde Recording Me dia
XION G Ga ng
()Department of Information Engineering , Xianning College , Xianning 437005 ,China Abstract : The physical principle of magneto - optical storages was introduced. The common characteristics of magneto - optical storages and the properties for the practical application of the magneto - optical storages were discussed. The prospect for the development of magneto - optical storages was made .
Key words :Magneto - optical storages ; Magneto - optical recording media
范文三：磁电阻材料及其应用
磁电阻材料及其应用
摘要：磁电阻材料在现代科技中有着广泛的应用。磁电阻材料种类很多，本文主要介绍了磁电阻材料中的磁各向异性材料和巨磁电阻材料，其中由于巨磁电阻材料有着及其广泛的应用，本文重点介绍了巨磁电阻效应和它的应用。 关键词：磁电阻材料，磁各向异性电阻，巨磁电阻，应用
Magnetoresistance Materials And It’s Applications
Abstract: Magnetoresistance materials have a wide range of applications in contemporary society. The species of magnetoresistance materials are great. In this article,I mainly introduce the anisotropic magnetoresistance materials and giant magnetoresistance materials of magnetoresistance materials.As the giant magnetoresistance materials have a wide applications comparing to the magnetically anisotropic substance,so I will mainly introduce the giant magnetoresistance and it’s applications. Key words: magnetoresistance materials;anisotropic magnetoresistance; giant magnetoresistance;application
引言
在当今信息时代里，信息高速公路的逐步建立和发展，促使物理工作者不断地发掘和探索新型的功能材料，以适应高密度信息存储和快速读写的需要，磁电
[1]阻的研究正是在这种需要下应运发展起来的。各向异性磁电阻在磁头上的应用
使磁记录有了重要的发展。巨磁电阻材料是具有显著远大于一般磁电阻效应的磁性材料。由于巨磁电阻在磁传感器和磁记录的读出磁头等高新技术中有着广泛和重要的应用，因而成为当前的重要科学研究项目[2]。
1 磁电阻材料
1.1 磁电阻效应及其应用
所谓磁电阻(magnetoresistance，MR) 效应，是指某些铁磁性材料在受到外加磁场作用时引起电阻变化的现象[3]。磁电阻效应是近几年凝聚态物理、材料科学的研究热点，由于其具有重要的科学意义和极其广泛的应用前景，使磁电阻材料的研究在最近十几年内取得了重大的进展。并且已在许多领域内开始应用。众所周知，磁场可以使许多金属的电阻发生改变，只不过变化率很小，这种磁场引起的电阻变化被称为磁致电阻或磁电阻[4]。在磁电阻效应发现后的不长时间内，
不断开发出一系列崭新的磁电子学器件，使计算机外存储器的容量获得了突破性进展，并使家用电器、自动化技术和汽车工业中应用的传感器得以更新。最近对半导体．金属复合结构的超大几何磁电阻进行了研究。首先对一种非磁性半导体．金属复合器件进行研究，观测到其室温磁电阻在0．05 T 和4 T 时可以达到100％和7．5×105％。目前已经研制成读写磁头传感器，可以使磁盘的存储密度达到116 Gb每平方英寸[5]。
1.2 各向异性磁电阻(AMR)效应及其应用
在铁磁金属及其合金中，可以观察到明显的磁电阻效应，这是和物质的磁化有关的效应，是由于铁磁性磁畴在外场的作用下各向异性运动造成的。由于磁电阻效应的大小与磁化强度的取向有，所以称为各向异性磁电阻(anisotropic magneoresistance) 效应[6]。各向异性磁电阻效应尽管不大，但将其应用于磁头使磁记录有了革命性的发展。此外，利用各向异性磁电阻效应的位移传感器可用于数控机床、非接触开关；角度传感器可用于汽车测速与控速及旋转解码器等。所有这类磁电阻传感器具有灵敏度高、功耗小、体积小、可靠性高等一系列优点
[7]。
1.3 巨磁电阻材料
巨磁电阻(GMR．giant magnetoresistance)材料是指在外磁场的作用下电阻发生显著变化(通常是指电阻降低) 的一类功能性材料，当该类材料的电阻随外磁场的变化十分巨大时，也被称为超磁电阻(CMR，colossal magnetoresistance)材料[8]。
1.3.1 具有GMR 效应的材料
（1）磁性金属多层膜
铁磁层和非磁层交替重叠构成的金属磁性多层膜常具有巨磁电阻效应，其中每层膜的厚度均在纳米量级。
（2）自旋阀
目前，实用多层膜是所谓的自旋阀，典型的自旋阀结构主要由铁磁层（自由层）+ 隔离层（非磁性层）+ 铁磁层（钉扎层）+ 反铁磁层组成。
（3）金属颗粒膜
所谓金属颗粒膜，是指铁磁性金属以颗粒的形式分散地镶嵌于非互熔的非磁性金属的母体中， 其巨磁电阻效应普遍认为是来源于自由传导电子在颗粒与母体之间的界面上及磁性颗粒内部的自旋相关散射。
（4）磁性隧道结
通过两个铁磁金属膜之间的金属氧化物势垒的自旋极化隧穿过程也可以产生GMR 效应。
（5）超巨磁电阻
目前已发现的具有GMR 效应的材料有掺杂稀土锰氧化物，铊系锰氧化合物以及铬基硫族尖晶石。 由于它们具有很高的磁电阻，故称之为超巨磁电阻[9]。
1.3.2 GMR材料的应用
巨磁电阻材料之所以在全世界广泛受到重视，是和它重要的应用分不开的。实际上在GMR 出现之前，数值不大的AMR 已得到应用。因此GMR 一经发现，人们立即意识到会发展比AMR 器件更为灵敏的GMR 器件。GMR 的基础研究及应用开发和开发研究几乎是齐头并进的。
（1）巨磁电阻传感器
传统的磁电阻传感器主要有半导体及磁性合金两种。半导体磁电阻器件具有
磁电阻比值及线性度好的优点，但有所需磁场较高，温度稳定性不够好的缺点。磁性合金薄膜器件饱和场低，灵敏度高，温度稳定性好，还有价廉之优点。巨磁电阻传感器由于具有巨大的GMR 值和较大的磁场灵敏度，表现出更强的竞争能力，用来代替传统磁电阻传感器，可大大提高传感器的分辨率，灵敏度、精确性等指标，特别是在微弱磁场的传感方面，如可用于伪钞识别器等方面，则显出更大的优势。更广泛的应用是各类运动传感器，如对位置、速度、加速度、角度、转速等的传感，在机电自动控制、汽车工业和航天工业等方面有广泛的应用。
（2）巨磁阻磁记录读出磁头
传统的电磁感应式磁头，在读取高密度磁记录信息时，信噪比也不能满足要求。此时对应于每个记录位的磁通量是微弱的。如果采用薄膜电阻磁头读取信息，磁场的微弱变化对应着磁电阻的显著变化，是读取高密度磁记录信息较理想的手段。因此，磁电阻头及巨磁电阻读出磁头就成为实现新型超高密度磁记录的关键技术及目前唯一有效途径。
(3) 巨磁电阻随机存储器（MRAM ）
最近，在巨磁电阻用于内存的主要组成部分—随机存储器RAM 方面获得较大进展。二十世纪五、六十年代普遍使用的RAM 由微型铁氧体磁芯组成；在二十世纪七十年代被半导体代替。目前计算机RAM 多采用硅集成电路组成。动态及静态随机存储器（DRAM 及SRAM ），DRAM 存储量大，价格低，为RAM 的主流，但速度稍慢；SRAM 的速度可达纳秒量级，但存储密度稍低，而且价格较高。二者均为易丢失性。近几年来，不丢失性的磁电阻和巨磁电阻随机存储器在迅速发展。1995年报道了开关速度可达亚纳秒的自旋阀型MRAM 记忆单元，及由16Mb 的MRAM 晶片组成的256M 字节的MRAM 芯片的设计报告。铁磁隧道结型MRAM 的实验亦在进行。
除了以上三方面的主要应用外，巨磁电阻在磁电子学中有更广泛的应用，如
[10]各种无接触磁控器件以及自旋晶体管等，正在探索中。
2 结语
磁电阻材料有着广泛的应用前景，尤其是巨磁电阻材料应用更为广泛。不过，各种磁电阻材料产生磁电阻效应的物理本质至今仍未完全清楚；对于GMR 材料的开发和应用，重要任务之一还是设法提高各类GMR 材料的室温MR 值和降低其工作磁场。这需要科学工作者来攻关解决。
3 参考文献
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范文四：磁流变材料与磁流变阻尼器的潜在工程应用
第25卷第1期2001年1月机 械 工 程 材 料
Materials for Mechanical EngineeringVol.25 No.1Jan.2001
磁流变材料与磁流变阻尼器的潜在工程应用
廖昌荣,余淼,陈伟民,黄尚廉
(重庆大学光电工程学院智能结构研究中心,重庆400044)
磁流变材料由悬浮于载体液中的磁化微粒和稳定剂构成,是一种智能材料,在工程上有
较大的应用前景。简要介绍了磁流变效应的机理及磁流变体的特性,阐述了磁流变器件的工作原理,归纳了磁流变技术在工程中的一些应用,展望了磁流变技术的应用前景。
关键词:磁流变效应;磁流变体;磁流变器件
摘 要:
中图分类号:TB381 文献标识码:A 文章编号:1000-3738(2001)01-0031-03
MagnetorheologicalMaterialsandPotentialApplicationofMagnetorheologicalDampingDevicesinEngineering
LIAOChang-rong,YUMiao,CHENWei-min,HUANGShang-lian
(ChongqingUniversity,Chongqing400044,China)
Abstract:Magnetorheologyicalfluid,whichconsistofsuspensionsofmagneticparticleandstabilizerina
carryingfluid,areregardedasoneofthemostversatilematerialsavailableforapplicationsinengineering.Theprincipleofmagnetorheologicaleffect(MRE)andthepropertiesofmagnetorheologicalfluids(MRF)arebrieflyintroducedinthispaper.Theworkprinciplesofmagnetorheologicaldampingdevicesareillustratedandsomeap-plicationofmagnetorheologicaltechniqueinengineeringarepresented.Thefutureofmagnetorheologicaltechniqueisprospected.
Keywords:magnetorheologicaleffect;magnetorheologicalfluid;magnetorheologicaldevice
1 引 言
磁流变效应(magneto-rhelogicaleffect,简称MRE)是磁流技术的基础,在20世纪40年代Rabi-nowJ首次发现磁流变现象:在外加磁场的作用下,某些流体的粘度会迅速发生显著变化,流体的流动屈服应力增大,从而改变其流变特性,当去掉外加磁场时,流体又灰复到原来的状态,其响应时间仅为几毫秒,这种现象称为磁流变效应。能产生磁流变效应的流体称为磁流变体(magneto-rheologicalfluid简称MRF),磁流变化由三部份组成:可在磁场中产生极化的离散微粒、载体液和稳定剂。可极化微粒是铁磁性和顺磁性的球形微粒(如铁、镍、钴、铁氧体和石榴石等),其直径一般为1～10Lm;载体液要求具有良好的温度稳定性、阻燃性和不易产生污染,一般采用硅油、煤油和合成油等;稳定剂的作用是确保磁流变体良好的沉降稳定性和凝聚稳定性,因为磁流变体是分散相,直径为微米级的粗分散体
收稿日期:1999-12-07;修订日期:2000-02-28
作者简介:廖昌荣(1964-),男,高级工程师,重庆大学博士生
[1]
系,在重力和离心力的作用下容易产生沉降现象,磁性微粒由于化学和物理作用易发生凝聚现象。
当磁流变体处于外加磁场中,其粘滞系数明显增加,其主要原因是结构元的变化,在经典理论中,用磁偶极矩和磁性微粒成链作为结构元来解释磁流变效应,Shulman和Kordonskii对磁流变效应作了解释[2]:悬浮相是按一定角度定向排列互不影响的粒子剪切流动,当受到外加磁场作用时,悬浮液粘滞性的增加是由于附加能量被结构元的载流分子介质所消耗,机械能消耗的程度(磁流变体粘性的增加)是由磁流变体的微结构(微粒伸长和定向排列的程度)、外加磁场强度和剪切率大小等因素所决定。磁流变体的流变学特性与诸多因素有关,主要是下列几方面:
(1)磁流变体的剪应力与饱和磁化强度的关系
[3]
Carlson等利用偶极子相互作用模型来描述磁
[4]
流变体的特性,与Ginder采用有限元方法研究结果是一致的:最大剪应力与饱和磁化强度的平方成正比。
(2)磁流变体的屈服应力与磁化率的关系
[5]
Rosenwig等将磁流变体看作一种非对称弹性和
磁性应力状态的连续体,研究了屈服应力与体积分数之间的关系,在悬浮相体积分数一定的情况下,随着磁化率的增加,屈服应力会增大。
(3)温度对磁流变体的影响 复旦大学的潘胜等[6]建立了一个实验装置,测试了温度对由羟基铁配制的磁流变体静态屈服应力的影响,研究结果表明,静态屈服应力在不同温度(室温～+150°C)变化非常小。
(4)磁流变体的剪切应力与悬浮相尺寸的关系 Lemaire对磁流变体的屈服应力与悬浮相微粒尺寸的关系进行了研究,悬浮相微粒直径对屈服应力的影响取决于耦合系数的大小,研究也发现,一定尺寸的单分散比多分散系试样具有更佳的磁流变体效应,这种效果来自无流动条件下的布朗运动引起的结构起伏,该运动使单链中两端临近微粒之间距离大于多分散系的平均距离,而链结构对流体流动的阻力恰恰来自于这种加大的间隙。
(5)磁流变体在剪切流作用下的结构变化 Cutillas的研究表明,在剪应力作用下磁场中的磁
[7]
流变体由六方密排向层状结构转变,发生该结构的转变的临界应变为0.15。
(6)添加剂对磁流变体性能的影响 添加剂增大了磁流变体的粘度,有助于克服磁性微粒的沉降,用不同载体液配制磁流变体必须考虑添加剂的不同比例,采用预处理的磁性微粒来配制磁流变体已使分散相的不稳定性有所改善,添加剂的比例应相应减少,或者采用对载体液的粘度不敏感的添加剂,使磁流变体的零场粘度下降。
2 磁流变阻尼器件的工作模式
适用于制作磁流变阻尼器件的磁流变体应具有下列特性:在加磁场作用下有较高的屈服应力;在零场作用时具有较低的粘度;较宽的工作温度范围;长期的沉降稳定性和凝聚稳定性;较好的化学稳定性;响应时间短;与密封元件不发生化学作用。磁流变体能制成各种各样的阻尼器件,其工作原理有下面三种形式,见图1
。
图1 磁流变阻尼器工作原理
Fig.1 PrinciplediagramofMRfluiddamper
3 磁流变阻尼器件及其工程应用
3.1 汽车座椅悬架磁流变阻尼器
图2为Lord公司开发的汽车座椅悬架阻尼器[8],该阻尼器为单筒式,采用压缩氮气作补偿,阻尼孔环形分布与电磁线圈绕制都在活塞上,通过活塞杆引出电源线,该阻尼器直径4.1cm,两连接孔中心距离为17.9cm,活塞行程为±2.9cm,阻尼器消耗磁流变体为70cm3,在活塞中发生流变的流变液为0.3cm3,在输入电流为1A时输入功率为5W。该阻尼器使用5×106次无故障发生,磁流变阻尼器寿命的长短决定于密封设计、材料选择和磁流变体的化学稳定性。
3.2 建筑结构中使用的磁流变阻尼器
建筑结构的振动是造成重大灾害的重要原因,对其振动进行控制是当今世界研究的重要课题,
磁
图2 汽车座椅悬加磁流变液阻尼器Fig.2 SchematicofMRfluiddamper
流变阻尼器是一种先进的执行器,为此Lord公司的研究人员开发了建筑结构抗振的阻尼器[9～11],见图3,其最大阻尼力为20t,可调阻尼系数为10,它将筒体作为磁路的一部分,外筒与活塞之间的间隙作为阻尼通道,为了增大阻尼力采用了三组活塞进行串联,电磁线圈绕制于活塞上,同时设计了专用的补偿装置,阻尼器行程为±8cm,内径为20.3cm,总长约为100cm,耗用磁流变体为5L。
片的振动。美国宾夕法尼大学的研究人员将传统的液力阻尼器改为磁流变阻尼器[14],见图5
。
图3 磁流变阻尼器结构Fig.3 SchematicofMRfluiddamper
图5 直升飞机旋转叶片磁流变阻尼器Fig.5 AMRfluiddamperforhelicopterblade
与汽车座椅悬架阻尼器的使用环境不同,建筑结构振动控制阻尼器绝大多数时间是静止不动的,密封和磨损不是重点考虑的问题。DykeSJ等[12]对磁流变阻尼器的应用进行了研究,通过模拟和实验室模型实验表明:采用加速度反馈控制策约,可以得到较为理想的控制效果,有关研究人员正致力于开发类似的磁流变阻尼器,为智能建筑结构提供新型的执行器。
3.3 微型磁流变阻尼器
可用于实时控制和主动控制的磁流变阻尼器由
[9]
Lord公司开发成功,见图4,该阻尼器的活塞为圆盘,电磁线圈绕制在外筒上,由于行程较小,可用有弹性的橡胶元件进行密封,不需要考虑动力密封和滑动密封。由于阻尼器被全部密封因而可采用水基磁流变体,这样便解决了油基(碳氢化合物)磁流变体与橡胶的化学作用。由于水基磁流变体有更多的稳定剂和表面活化剂可选择。但是这种结构的阻尼器行程受到限制(该阻尼器的行程为±3mm)。这种磁流变阻尼器可用于锁紧装置,在阻尼器的外面装上弹簧元件便可制成可调阻尼的发动机机座,为抑
制发动机引起的机械设备振动提供了新的途径。
研究人员采用开关控制和线性反馈控制方法对其振动进行了测试,结果表明:磁流变阻尼器比传统阻尼器更能有效地控制叶片振动,剪切模式的磁流变阻尼器比同样大小的弹性阻尼器能产生更大的阻尼,更能有效地抑制叶片共振。另外美国马里兰大学的研究人员也对直升飞机旋转叶片用的磁流变阻尼
[15～18]
器的特性进行了研究,对磁流变阻尼器在零场和磁场中进行了单一频率和两种复合频率的测试,建立了磁流变阻尼器的非线性粘弹-塑性模型,为磁流变阻尼器的应用奠定了相应的技术基础。3.5 其它磁流变阻尼器
磁流变阻尼器在汽车领域的应用主要集中在汽车悬架减振,这种减振器的行程较大,为此德国
[13]
萨尔大学的研究人员设计了一个长行程的磁流变阻尼器,见图6,并在减振器试验台上进行了测试。同时他们设计了一种行程为100Lm的阻尼器,并对其性能进行了测试。研究表明:在长行程减振器中,剪切率达到一定的数值以后,磁流变体在阀中的压力损失与剪切率基本无关,活塞速度太大将影响
磁流变效应。
[19]
图4 微型磁流变阻尼器
Fig.4 Amini-damperbasedonMRfluid
3.4 直升飞机旋转叶片磁流变阻尼器
由于飞行状态的变化和气候的变化,直升飞机的旋转叶片容易引起振动,给飞机和乘驾人员造成了极大的威胁,传统的方法是在叶片的后翼和襟翼之间安装被动的液力阻尼器或安装弹性阻尼器来减小振动,但这种方法不能提供有效的阻尼来抑制叶
图6 长行程磁流变阻尼器Fig.6 Along-strokeMRfluiddamper
4 结束语
由于磁流变体具有非常优良的可控性能,在工程上有广阔的应用前景,引起了有关工程技术领域
的高度重视,在我国已有不少研究人员致力于开发各种磁流变器件,主要应用在下列几个技术领域。
(1)汽车制造行业 利用磁流变体可以成功地开发许多新型的汽车零部件,如可控阻尼的悬架减振器,提高汽车的安全性和舒适性;汽车风扇调速离合器,使发动机处于更理想的工作状态;汽车离合器和汽车制动器,提高传动效率。
(2)液压控制行业 利用磁流变效应可开发各种流量控制阀和压力控制阀,这些液压元件没有相对运动的阀芯,制造成本低,无磨损,寿命长,易于控制,有较大的市场前景。
(3)机械制造行业 利用磁流变体在磁场作用下发生固化的特性,可对形状结构较为复杂的工件进行定位和夹紧,以便进行机械加工,这便可以开发磁流变夹具。
(4)机器人领域 利用磁流变体可以制造出作用力大、响应快、动作灵活、无磨损、易于控制的活动关节,这比传统的电-液控制关节更优越。
(5)建筑结构领域 由于地震和风震的影响,高层建筑和大型桥梁易产生振动,利用磁流变体可以制造阻尼可调的阻尼器,实现振动的半主动控制。
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(上接第30页)
应模式来描述,反应产物Al2O3在SiO2一方原位生长,反应包括孕育期、反应期及反应后期。反应放出热量。
(2)利用SiO2固体与铝液反应可制备出与SiO2制品尺寸一样的Al-Al2O3基复合材料制品。
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范文五：永磁材料的应用及相关磁产品
永磁材料的应用及相关磁产品
1.永磁材料简介
永磁材料又称硬磁材料，永磁材料一旦在磁场被充磁后，如撤去外磁场，材料可以保留很强的磁性，而且不易被退磁。高碳铁，铝镍结合金，铁铬钴合金，铷铁硼合金，钡锶氧体，锶铁氧体等都是永磁材料。它们可以用来制成永磁体，在一定的空间提供恒定的工作磁场。铁氧体的用量大、应用广泛、价格低，但磁性能一般，用于一般要求的永磁体。硬磁铁氧体的晶体结构大致是六角晶系磁铅石型，其典型代表是钡铁氧体BaFe12O19。这种材料性能较好，成本较低，不仅可用作电讯器件如录音器、电话机及各种仪表的磁铁，而且已在医学、生物和印刷显示等方面也得到了应用。硬磁材料利用磁场本身或者通过磁场和载流导体，带电粒子以及涡流等相互作用，可以使一种能量方便地转换成另外一种能量，从而被用来制作各种精密仪表，永磁电机，核磁共振成像仪，粒子加速器，磁疗装置，微波器件，扬声器的磁钢和电子电路中的记忆元件等。 2.永磁材料的特性
常用的永磁材料主要具有4种磁特性：
(1)高的最大磁能积。最大磁能积[符号为(BH)m]是永磁材料单位体积存储和可利用的最大磁能量密度的量度；
(2)高的矫顽(磁)力。矫顽力[符号为(H)c]是永磁材料抵抗磁的和非磁的干扰而保持其永磁性的量度；
(3)高的剩余磁通密度(符号为Br)和高的剩余磁化强度(符号为Mr)。它们是具有空气隙的永磁材料的气隙中磁场强度的量度；
(4)高的稳定性，即对外加干扰磁场和温度、震动等环境因素变化的高稳定性。 3.永磁材料的分类
当前常用的重要永磁材料主要有：
(1)稀土永磁材料：这是当前最大磁能积最高的一大类永磁材料，为稀土族元素和铁族元素为主要成分的金属互化物(又称金属间化合物)。我国研制和生产的钕铁硼稀土合金永磁材料；
(2)金属永磁材料：这是一大类发展和应用都较早的以铁和铁族元素(如镍、钴等)为重要组元的合金型永磁材料，主要有铝镍钴(AlNiCo)系和铁铬钴(FeCrCo)系两大类永磁合金。铝镍钴系合金永磁性能和成本属于中等，发展较早，性能随化学成分和制造工艺而变化的范围较宽，故应用范围也较广。铁铬钴系永磁合金的特点是永磁性能中等，但其力学性能可进行各种机械加工及冷或热的塑性变形，可以制成管状、片状或线状永磁材料而供多种特殊应用；
(3)铁氧体永磁材料：这是以Fe2O3为主要组元的复合氧化物强磁材料(狭义)和磁有序材料如反铁磁材料(广义)。其特点是电阻率高，特别有利于在高频和微波应用。如钡铁氧体(BaFe12O19)和锶铁氧体(SrFe12O19)等都有很多应用。
除上述3类永磁材料外，还有一些制造、磁性和应用各有特点的永磁材料。例如微粉永磁材料、纳米永磁材料、胶塑永磁材料(可应用于电冰箱门的封闭)、可加工永磁材料等。
在电学中硬磁材料的主要作用是产生磁力线，然后让运动的导线切割磁力线，从而产生电流。
3.磁性产品例子
（1）电动式扬声器
工作原理：根据
法拉第定律，当载流导体通过磁场时，会受到一个电动力，其方向符合弗来明左手定则，力与电流、磁场方向互相垂直，受力大小与电流、导线长度、磁通密度成正比。当音圈输入交变音频电流时，音圈受到一个交变推动力产生交变运动，带动纸盆振动，反复推动空气而发声。
（2）微波炉
微波炉加热原理：微波加热的原理简单说来是：当微波辐射到食品上时，食品中总是含有一定量的水分，而水是由极性分子（分子的正负电荷中心，即使在外电场不存在时也是不重合的）组成的，这种极性分子的取向将随微波场而变动。由于食品中水的极性分子的这种运动。以及相邻分子间的相互作用，产生了类似摩擦的现象，使水温升高，因此，食品的温度也就上升了。用微波加热的食品，因其内部也同时被加热，使整个物体受热均匀，升温速度也快。它以每秒24.5亿次的频率，深入食物5cm进行加热，加速分子运转。
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