如何利用磁性測量來評估非晶納米晶材料的穩定性

 磁測相關知識     |      2018-07-19 16:37:08

一、通過測量不同環境條件下的磁性參數

1、溫度變化下的磁性測量

(1)原理:

       非晶納米晶材料的磁性對溫度較為敏感。隨著溫度升高,材料內部的原子熱運動加劇,會影響磁矩的有序排列,進而改變磁性參數。例如,居里溫度(Tc)是材料磁性發生轉變的關鍵溫度點,當溫度接近或超過居里溫度時,材料的鐵磁性會消失。

(2)測量方法與評估:

       使用變溫磁性測量設備,如配備有加熱或冷卻裝置的振動樣品磁強計(VSM)或超導量子干涉儀(SQUID),在不同溫度下測量材料的磁化強度(M)隨磁場(H)的變化關系。觀察磁化強度隨溫度的變化曲線,如果在某一溫度范圍內,磁化強度的變化較為平緩,說明材料在該溫度區間具有較好的穩定性;如果磁化強度急劇下降或出現異常變化,則表明材料的穩定性較差。此外,還可以通過測量不同溫度下的磁導率來評估穩定性,穩定的材料在一定溫度范圍內磁導率變化較小。

2、濕度環境下的磁性測量

(1)原理:

       濕度可能會引起非晶納米晶材料表面吸附水分或發生化學反應,從而影響材料的微觀結構和磁性。例如,水分吸附可能會導致材料表面氧化,改變材料表面的磁各向異性。

(2)測量方法與評估:

       將材料置于不同濕度環境(如通過濕度控制箱來實現)中一段時間后,進行磁性測量。可以測量磁滯回線,對比在不同濕度環境下磁滯回線的形狀、矯頑力和剩余磁化強度等參數的變化。如果這些參數變化較小,說明材料在濕度變化時具有較好的穩定性;反之,則穩定性欠佳。

3、外加磁場長期作用下的磁性測量

(1)原理:

       長時間施加外加磁場可能會使非晶納米晶材料內部的磁疇結構發生不可逆的變化,從而影響磁性。如果材料具有較好的穩定性,在去除外加磁場后,其磁性應該能夠恢復到初始狀態或者變化很小。

(2)測量方法與評估:

       對材料施加一定強度的恒定外加磁場,持續一段時間(從數小時到數月不等,取決于材料的應用場景和預期穩定性要求)。之后,撤去外加磁場,測量材料的磁性參數,如磁化強度、磁導率等,并與未施加外加磁場前的初始值進行比較。如果磁性參數的變化在可接受范圍內,則表明材料在長期外加磁場作用下具有較好的穩定性。

二、基于磁性弛豫現象的測量

1、磁后效測量

(1)原理:

       非晶納米晶材料在受到磁場變化后,其磁化強度不會立即達到穩定值,而是需要一定的時間來弛豫到最終狀態,這種現象稱為磁后效。磁后效與材料內部的微觀結構、原子擴散等因素有關,通過測量磁后效可以反映材料的穩定性。

(2)測量方法與評估:

       采用時間分辨的磁性測量技術,例如脈沖磁場技術結合快速響應的磁性測量儀器。當施加一個脈沖磁場后,測量磁化強度隨時間的變化關系。如果材料的磁后效較小,即磁化強度能夠快速弛豫到穩定值,并且弛豫過程符合預期的規律(如指數衰減規律),則說明材料具有較好的穩定性。相反,如果磁后效較大,弛豫過程異常(如出現長時間的波動或非指數衰減),則可能暗示材料內部存在不穩定因素,如微觀結構缺陷或者成分不均勻性。

2、頻率依賴性測量

(1)原理:

       在交變磁場作用下,非晶納米晶材料的磁性會表現出頻率依賴性。這種頻率依賴性與材料內部的磁疇壁運動、自旋弛豫等過程有關。穩定的材料在一定頻率范圍內,其磁性參數(如磁導率、損耗角正切等)的頻率依賴性應該符合一定的規律并且變化較小。

(2)測量方法與評估:

       使用能夠產生不同頻率交變磁場的磁性測量設備,如交流磁化率儀或阻抗分析儀。在較寬的頻率范圍內(例如從低頻的幾十赫茲到高頻的數兆赫茲)測量材料的磁性參數隨頻率的變化曲線。如果材料的磁性參數在該頻率范圍內呈現平滑的變化,并且與理論模型或已知的穩定材料的行為相符,則表明材料具有較好的穩定性。如果在某些頻率點出現異常的峰值、谷值或者突變,則可能提示材料存在穩定性問題,例如可能是由于材料內部存在不同相之間的耦合作用或者微觀結構不均勻導致的。