材料磁性测量方法的基础研究

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本文从材料的磁性测量研究方法出发,从实验和理论的角度,对于不同磁性的材料进行测量和计算。建立多种磁测试方法,了解外部环境条件,内部能级结构以及材料的构成组分对材料磁性的影响。对于铁磁钢材,根据电磁感应原理建立了磁测试系统,提出了交流有效值磁导率的观点,对于不同信号频率、外部拉力、环境温度以及磁路间隙等环境下的钢材交流导磁性进行了深入研究,同时研究了交流励磁下的磁滞现象;对于反铁磁材料,以Fe2P2S6为例,建立铁离子的哈密顿方程,分析计算了材料基态能级和晶体结构,为研究Fe2P2S6材料的反铁磁性能来源提供理论基础;对于亚铁磁性锶铁氧体,用溶胶凝胶法先行制备出粉末材料,然后利用紫外可见光谱对制备过程进行跟踪,通过分析样品的电子顺磁共振谱图和X射线衍射谱,建立了利用材料顺磁性相研究晶体材料磁性能的方法,并通过测量粉末的剩磁进行验证。本文的主要成果如下:1.在直流磁特性参数的基础上,给出了材料的交流有效值磁导率的说法。根据所设计的实验线路和传感器,推导了所测交流有效值磁导率的计算公式,并通过实验结果进行了验证和修正。铁磁测量的实验过程中,利用传感器的检测信号,先后计算了电工纯铁和Q型钢的交流有效值磁导率。实验发现随频率的升高,磁导率都有下降的趋势,为工程应用的方便,实验频率主要采用50Hz。另外发现拉力和温度会造成材料磁导率的细微变化,而材料裂缝造成的磁路间隙会明显降低被测材料磁导率。利用数据采集系统测试时,得到交流励磁的磁滞现象,计算了磁路的品质因子,同时分析了频率对品质因子的影响,为铁磁材料内应力、裂缝及寿命等工程测试提供了实验依据。2.研究了反铁磁Fe2P2S6晶体中Fe离子的基态能级和晶体结构。考虑了自旋轨道耦合与自旋自旋耦合对基态能级的影响,利用哈密顿矩阵对Fe2P2S6晶体基态能级和电子顺磁共振的零场分裂进行了计算,借助前人的实验数据验证了公式的正确性。为反铁磁Fe2P2S6晶体的磁性研究提供了一定的理论基础。3.利用溶胶凝胶法制备了亚铁磁性锶铁氧体纳米粉末,并对制备过程进行了紫外可见吸收谱跟踪测试,对烧结后的产物用电子顺磁共振仪进行测试,并对制备出的粉末样品进行了X射线衍射表征和剩磁测试。研究了不同煅烧温度、不同氧环境对顺磁相的影响,另外还研究了不同锶铁摩尔比和镧离子掺杂浓度的对顺磁相影响,煅烧产物测试中发现除了顺磁相和磁铅石相,几乎无杂相。根据锶铁氧体材料顺磁相含量的多少,间接研究了锶铁氧体粉末的磁性能。
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