Tiszta nikkel mágneses

Mivel a periódusos táblázat 28. átmeneti fém eleme, a nikkel mágneses tulajdonságai továbbra is rejtélyek maradnak, és a tudományos felfedezés törekvései is fennmaradnak. A 18. századi hivatalos felfedezés óta a Nickel egyedi mágneses viselkedése megdöbbent a fizikusok generációiban. Sem a vas erős ferromagnetizmusát, sem az alumínium teljes paramagnetizmusát nem mutatja. Ez a "kétértelmű" mágneses tulajdonság, valahol a köztük, majdnem két évszázadon át a tudósok megfejtették annak alapjául szolgáló mechanizmust.

A tiszta nikkel mágneses jellege

A tiszta nikkel szobahőmérsékleten gyenge ferromagnetizmust mutat, legfeljebb 55 emu/g mágnesezési szilárdsággal és kb. 100 oe -os kócsével. Ez a tulajdonság lehetővé teszi, hogy állandó mágnesek vonzzák azt, miközben nem tartják meg a vas remanens mágnesességét. Ez a "puha mágneses" tulajdonság az egyedi elektronikus szerkezetéből fakad: a nikkelatomok nyolc elektronot tartalmaznak a 3D -s pályájukban, öt spin - felfelé és három centrifugálással - lefelé, egy nettó mágneses pillanathoz vezetve, amelyet nem lehet teljesen megszakítani. Ha nagyszámú nikkelatom aggregálódik, ezek a mágneses momentumok spontán módon mágnesezett régiókat (tartományokat) képeznek csere -interakciók révén. Külső mágneses mező hiányában azonban a domének véletlenszerűen igazodnak, és nem mutatnak makroszkopikus mágnesességet.

Külső mágneses mező alkalmazásakor a tiszta nikkel mágnesesítése három szakaszot mutat:

Reverzibilis mágnesezés (0-500 OE): A doménfalak lassan mozognak, és a mágnesezési intenzitás lineárisan arányos a külső mágneses mezővel.

Barkhausen ugrás (500-1000 OE): A doménfalak hirtelen mozognak, ami lépésváltozást eredményez a mágnesezési intenzitásban.

Near-saturation (>1000 oe): Az összes domain lényegében igazodik, és a mágnesezési intenzitás növekedése lelassul.

Ez a tulajdonság a tiszta nikkel rendkívül alacsony hiszterézis veszteségeket eredményez egy váltakozó mágneses mezőben, az örvényáram -veszteség együtthatóval csak egy - harmadik a szilícium acélból, így ideális anyaggá teszi a magas- frekvenciás elektromágneses eszközöket.

Három kulcsfontosságú tényező, amelyek befolyásolják a mágneses tulajdonságokat

A hőmérséklet hatása a mágneses tulajdonságokra

A tiszta nikkel curie hőmérséklete 631 K (358 fok). Ezen hőmérséklet alatt ferromagnetizmust mutat, míg a hőmérséklet felett paramagnetizmussá alakul. A kísérleti adatok azt mutatják, hogy a mágneses érzékenység 3,2 × 10 - 3 20 fokon, de hirtelen 1,8 × 10-4-re csökken, ha 300 fokra melegszik. Ezt a hőmérsékleti érzékenységet a hőérzékelőkben használják: a nikkel -alapú termisztorok 0,1 fokos mérési pontosságot érhetnek el -50 fokos és 200 fokos tartományban.

A kristályszerkezet kialakítása

A tiszta nikkel szobahőmérsékleten a - központosított köbös (FCC) szerkezete anizotrop mágneses permeabilitást eredményez. A [100] kristály irány mentén mágnesezve, a mágneses permeabilitás eléri az 1,2 × 10 - 6 h/m 1,2 × 10-et, míg a [111] irány csak 0,8 × 10-6 h/m. Az irányított megszilárdulási technológiával előállított egykristályos nikkel 1,5: 1-ig terjedő mágneses anizotropia arányt érhet el, ami jelentősen javítja a mágneses eszközök energiaátalakítási hatékonyságát.

A javító utak ötvözése

30% vas hozzáadása a permalloy (ni - fe) képződéséhez kezdeti mágneses permeabilitást 10^5, 1000 -szerese a tiszta nikkelnek. Ha 5% kobaltot ad hozzá egy nikkelhez - kobaltötvözet, csökkenti a koerci képességét 100 oe -ről 2 OE -re, így a mágneses felvételi anyagok legjobb választása. Ez az ötvözési stratégia lehetővé teszi a nikkel - alapú mágneses anyagok számára a teljes spektrum lefedését, a lágy mágnesektől az állandó mágnesekig.

Négy vágás - A mágneses meghajtó széle alkalmazása

Mágneses árnyékolás a kvantumszámításhoz

A szupravezető kvitekben a tiszta nikkel vékony fóliák által képződött fluxuscsapdák 40 dB -rel csökkenthetik a mágneses mező zaját, lehetővé téve a 100 μs -os kvantumállapot -retenciós időket. Az IBM kvantumszámítógépében nikkel - alapú mágneses pajzs használatával a kvantumkapu -műveletek hűsége 99,2% -ról 99,97% -ra nőtt. Mágneses mag forradalma új energiában

A Tesla Model 3 motoros állórésze nikkel - vas lágy mágneses ötvözetet használ. 20 kHz -es működési frekvencián a vasveszteség a hagyományos szilícium acéllemezek 2,5 W/kg -ról 0,8 W/kg -ra csökken, ami 98,5% motor hatékonyságát és 15% -os növekedést eredményez.

Mágneses navigáció az orvosbiológiai navigációban

Az 50 nm átmérőjű nikkel -nanorészecskék lokalizált hőhatást generálnak egy váltakozó mágneses mezőben, lehetővé téve a tumorsejtek pontos hőkarbezését. A klinikai vizsgálatok kimutatták, hogy ennek a mágneses folyadék hipertermia -terápiának a májrákban 72% -os gyógyulási sebessége van, és kevesebb károsodást okoz a normál szövetben, mint a hagyományos sugárterápia.

A nikkel mágnesességének a 18. században történő felfedezésétől a nikkel {{1} alapú kvantummágnesek felépítéséig a 21. században az emberiség megértése a tiszta nikkel mágnesességéről tovább mélyült. Jelenleg a tudósok feltárják annak lehetőségét, hogy nulla- energia mágneses tárolást érjenek el a nikkel topológiai mágneses szerkezetének manipulálásával. Az iparban a 3D nyomtatási technológia a nikkel - alapú mágneses eszközök testreszabott produkcióját valósággá tette.