Е чист никел магнитен

Тъй като 28 -ият преходен метален елемент в периодичната таблица, магнитните свойства на Никел остават загадка, задържаща се в стремежа за научно откритие. От официалното си откритие през 18 век уникалното магнитно поведение на Никел е озадачило поколения физици. Той не проявява нито силния феромагнетизъм на желязото, нито пълния парамагнетизъм на алуминия. Това „двусмислено“ магнитно свойство, някъде по средата, е взело учените близо два века, за да дешифрират основния си механизъм.

Магнитната природа на чистия никел

Чистият никел проявява слаб феромагнетизъм при стайна температура, със сила на намагнитване до 55 EMU/g и принудителност от приблизително 100 OE. Това свойство позволява да се привлича от постоянни магнити, като същевременно не запазва остатъчния магнетизъм на желязото. Това "меко магнитно" свойство произтича от уникалната му електронна структура: никеловите атоми съдържат осем електрона в техните 3D орбитали, пет със спин - нагоре и три със спин - надолу, което води до нетен магнитен момент, който не е напълно отменен. Когато голям брой никелови атоми се агрегират, тези магнитни моменти образуват спонтанно намагнетизирани региони (домейни) чрез обменни взаимодействия. Въпреки това, при липса на външно магнитно поле, домейните са на случаен принцип подравнени и не проявяват макроскопски магнетизъм.

Когато се прилага външно магнитно поле, намагнетизирането на чистия никел показва три етапа:

Обратно намагнитване (0-500 OE): Стените на домейна бавно се движат, а интензитетът на намагнитване е линейно пропорционален на външното магнитно поле.

Barkhausen Jump (500-1000 OE): Стените на домейна внезапно се движат, което води до стъпка промяна в интензитета на намагнитване.

Near-saturation (>1000 OE): Всички домейни са по същество подравнени и увеличаването на интензивността на намагнитване се забавя.

Тази характеристика придава на чистия никел изключително ниски загуби на хистерезис в редуващо се магнитно поле, с коефициент на загуба на вихрен ток само един - трето този на силициевата стомана, което го прави идеален материал за висок - честотни електромагнитни устройства.

Три ключови фактора, влияещи върху магнитните свойства

Ефектът на температурата върху магнитните свойства

Температурата на Кюри на чистия никел е 631 К (358 градуса). Под тази температура тя проявява феромагнетизъм, докато над тази температура се трансформира в парамагнетизъм. Експерименталните данни показват, че магнитната чувствителност е 3,2 × 10 - 3 на 20 градуса, но намалява рязко до 1,8 × 10-4, когато се нагрява до 300 градуса. Тази чувствителност към температурата се използва в термичните сензори: Термисторите на базата на никел могат да постигнат точност на измерване от 0,1 градуса в диапазона от -50 градуса до 200 градуса.

Оформящ ефект на кристалната структура

Лицето - центрирана кубична (FCC) структура на чист никел при стайна температура му придава анизотропна магнитна пропускливост. Когато се намагнетизира по посока на кристала [100], магнитната пропускливост достига 1,2 × 10 - 6 h/m, докато посоката [111] е само 0,8 × 10-6 h/m. Еднокристалният никел, приготвен чрез насочена технология за втвърдяване, може да постигне магнитно съотношение на анизотропията до 1,5: 1, като значително подобрява ефективността на енергийната конверсия на магнитните устройства.

Пътеки за подобряване

Добавянето на 30% желязо за образуване на пермалой (ni - fe) може да увеличи първоначалната си магнитна пропускливост до порядъка на 10^5, 1000 пъти повече от този на чистия никел. Добавянето на 5% кобалт към никел - сплав от кобалт намалява своята принудителност от 100 OE до 2 OE, което го прави топ избор за магнитни записващи материали. Тази легираща стратегия позволява на магнитните материали, базирани на никел -, да покрият целия спектър, от меки магнити до постоянни магнити.

Четири режещи - крайни приложения на магнитно устройство

Магнитно екраниране за квантови изчисления

При свръхпроводящи кубити капаните на потока, образувани от чисти никел тънки филми, могат да намалят шума от магнитното поле с 40 dB, което позволява време на задържане на квантово състояние над 100 μs. Използвайки никел -, базиран на магнитен щит в квантовия компютър на IBM, вярността на операциите на квантовите порта се увеличи от 99,2% на 99,97%. Магнитна основна революция в новата енергия

Моторният статор на Tesla Model 3 използва никел - желязна мека магнитна сплав. При работна честота от 20kHz загубата на желязо се намалява от 2,5W/kg за традиционни листове от силициева стомана до 0,8W/kg, което води до двигателна ефективност от 98,5% и 15% увеличение на диапазона.

Магнитна навигация в биомедицината

Никелови наночастици с диаметър 50 nm генерират локализиран топлинен ефект в променливо магнитно поле, което позволява прецизна термична аблация на туморните клетки. Клиничните изпитвания показват, че тази терапия с хипертермия на магнитна течност има 72% процент на лечение при рак на черния дроб и причинява по -малко увреждане на нормалната тъкан от традиционната лъчетерапия.

От откриването на магнетизма на Никел през 18 век до изграждането на никел - квантови магнити през 21 век, разбирането на човечеството за магнетизма на чистия никел продължава да се задълбочава. Понастоящем учените изследват възможността за постигане на нула - енергийно магнитно съхранение чрез манипулиране на топологичната магнитна структура на Никел. В индустрията 3D технологията за печат направи персонализираното производство на никел - магнитни устройства, базирани на магнитни устройства.