Μαγνητικά Υλικά Υπεραγωγοί

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Μαγνητικά Υλικά Υπεραγωγοί ΣΚΛΗΡΑ ΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ (ΜΟΝΙΜΟΙ ΜΑΓΝΗΤΕΣ) Διδάσκων: Καθηγητής Ιωάννης Παναγιωτόπουλος

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς.

3 Μόνιμοι Μαγνήτες Επιθυμητά Χαρακτηριστικά Παράγοντας Απoμαγνήτισης Ενεργειακό Γινόμενο Εξέλιξη Μόνιμων Μαγνητών Υλικά Για Μόνιμους Μαγνήτες Χάλυβες ALNICO Εξαγωνικοί Φερρίτες Διαμεταλλικές Ενώσεις Σπανίων Γαιών (Fe,Co)Pt

4 Απομαγνητίζον πεδίο Ν Ν Ν Ν Ν Ν Ν Ν Ν Ν Ν Ν Ν Ν Ν Ν S S S S S S S S S S S S S S S S

5 Απομαγνητίζον πεδίο μ r μ r = B = A, φ = = ϕ 3 r r A 3

6 Απομαγνητίζον πεδίο B = 0, = J

7 Γραμμή Φόρτωσης και Σημείο Λειτουργίας Μόνιμου Μαγνήτη Απομαγνητίζον Πεδίο Η: = NM M = N = (1 N) N ( + M ) = µ B µ 0 0

8 Μέγιστο Γινόμενο Ενέργειας ΒΗ

9 Μέγιστο Γινόμενο Ενέργειας ΒΗ M C M()=M R C =M R B()=µ 0 (+M R ) B R =µ 0 M R ( ) µ ( ) µ ( ) 0 B + = + = 0 M R C

10 Μέγιστο Γινόμενο Ενέργειας: Υπολογισμός B max B()=µ 0 (+ C ) B R =µ 0 M R C =M R B ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 0 max , ) ( ) ( = = = = + = + = = R R R R R M M f B M M d d f d d M f B f µ µ

11 Μέγιστο Γινόμενο Ενέργειας: Περιορισμός από C B()=µ 0 (+M R ) B R =µ 0 M R M C C =M R M R /2 M R M =, B = µ R 0 Πρέπει να ανήκει στον βρόχο δηλαδή M C > M R 2 2 2

12 Σκληρά και Μαλακά Μαγνητικά

13 Μόνιμοι Μαγνήτες-Ενεργειακό γινόμενο 2 0M R B max = µ C 4 ( ) M 2 R

14 Παράγοντας Απομαγνήτισης

15 Μόνιμοι Μαγνήτες- Παράγοντας Απομαγνήτισης ( ) ( ) N N N B M B NM NM = = + = = = = 1 0, µ µ B

16 Μόνιμοι Μαγνήτες-Ενεργειακό γινόμενο 2 0M R B max = µ C 4 ( ) M 2 R

17 Σύγκριση Υλικών ως προς το ενεργειακό γινόμενο

18

19 Εξέλιξη Μόνιμων Μαγνητών: Αύξηση Ενεργειακού γινόμενου

20 AlNiCo Fe 58 Ni 30 Al 12 (Alnico3) Mishima (1931) Co (0-20wt%) + Cu Co (22-40wt%) + Θερμική επεξεργασία σε πεδίο: Alnico5 (ΠΑ), Ticonal, Alcomax (Ευρώπη) και ΤΚ7 (Ιαπωνία).

21 polyol synthesis of Co nanorods Cobalt laurate dihydrate Cobalt(II) acetate NaO solution of 1,2-butanediol. RuCl 3 D = 10 nm, L= 230 nm D = 23 nm, L= 170 nm D = 7 nm, L= 28nm

22 Eξαγωνικοί φερρίτες BaFe 12 O 19 και SrFe 12 O 19 BaO.6Fe 2 O =64 άτομα Fe 3+ (3d 5 )=5μ Β 18 οκταεδρικές 4 τετραεδρές 2 εξαεδρικές (18-6) 5=40μ Β Μ(4.2Κ)=0.66 Τ Μ(RT)=0.47 T K=0.33 MJ/m 3

23 SmCo 5 P6/mmm a=0.51nm, c=0.41nm M S =1.07 T, K=17.2 MJ/m 3, T C =1020 K

24 Γιατί οι Διαμεταλλικές Ενώσεις Σπανίων Γαιών έχουν μεγάλη ανισοτροπία; Πλέγμα Τροχιακή Σπιν Κρυσταλλικό Ηλεκτρικό Πεδίο LS 3d [Ar] 4s E C >λls S λls L 5s/p 4f [Pd] 5d/6s E C <λls ([ Kr]4d )( 4 f )( 5s 5 p ) Xe = Pd

25 R 2 T 17 και RT 12 (R=σπάνια γαία, Τ=Fe,Co) RT 5 R T 1 x 5+ 2x x = 1/ 3 R2T 17 x = 1/ 2 RT 1 12 x = 2 / 5 R3T 29 Eξαγωνική CaCu 5 Εξαγωνική Th 2 Ni 17 Pομβοεδρική Th 2 Zn 17

26 Ενδοπλεγματικές αντικαταστάσεις J ex = E -E + 0 Fe Cr Mn Co Ni Gd R/r d

27 Ενώσεις τύπου R 2 T 14 B και R 2 T 14 C Nd 2 Fe 14 B (ΒΗ> 400kJ/m 3, 2δις$) Ιαπωνία (Sagawa, Sumitomo Special Metals) ΗΠΑ (Croat & erbst, General Motors). τετραγωνική P4 2 /mmm Αντισιδηρομαγνητική Αλληλεπίδραση 3d 5d 4f Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu J=L-S => J(4f) S(3d) Tb,Dy,o,Er,Tm,Yb J=L+S=> J(4f) S(3d)

28 Σπάνιες Γαίες (4f) Ε C <λls< J ex ισχύουν οι κανόνες του und RFe 14 B c 4f b a R=Ce,Pr,Nd

29 Μαγνήτες υψηλών θερμοκρασιών Sm(Co 0.70 Fe 0.18 Cu 0.08 Zr 0.04 ) c-axis c-axis εξαγωνική Sm(Co,Cu) 5 C M M Ρομβοεδρική Sm 2 (Co,Fe,Cu,Zr) 17 c-axis T 1185 C 12h 850 C t Slowly cooled at 0.7 C/min. t

30 Σύνοψη Σκληρών Μαγνητικών Sm(Co,Fe,Cu,Zr)

31 Pt(Fe,Co)

32 Μέσα Υψηλής Ανιστροπίας (high-k media) Temperature ( C) C (δfe) 1394 C 912 C 770 C (αfe) L (γfe,pt) γ 1 (Fe 3 Pt) ~1300 C ~50 γ 2 (FePt) ~1350 C ~65 γ 3 (FePt 3 ) Fe Atomic Percent Platinum Pt 1769 C Disordered fcc FePt a Ordered fct FePt

33 Ψηφιακή Μαγνητική Εγγραφή

34 Υπερπαραμαγνητισμός k B T E B τ = τ 0 exp, τ 0 kbt 10 9 sec KV = 25 k B T Co 90Å,RT 100 χρόνια Co 68Å,RT 0.1 sec ΛΟΓΩ ΤΗΣ ΕΚΘΕΤΙΚΗΣ ΕΞΑΡΤΗΣΗΣ ΤΟΥ ΧΡΟΝΟΥ ΕΦΗΣΥΧΑΣΜΟΥ ΜΠΟΡΟΥΜΕ ΝΑ ΟΡΙΣΟΥΜΕ: ΓΙΑ ΣΥΓΚΕΚΡΙΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΕΝΑ ΚΡΙΣΙΜΟ ΜΕΓΕΘΟΣ ΚΑΤΩ ΑΠΌ ΤΟ ΟΠΟΙΟ ΕΧΟΥΜΕ ΥΠΕΡΠΑΡΑΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟ: VP = 25k B T K Co, RT, D P =72Å

35 Κάθετη εγγραφή Co/Pt, Co/Pd (επιφανειακή ανισοτροπία) FePt, SmCo 5 (c-άξονα κάθετα στο υπόστρωμα)

36 Τέλος Ενότητας

37 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

38 Σημειώματα

39 Σημείωμα Ιστορικού Εκδόσεων Έργου Το παρόν έργο αποτελεί την έκδοση 1.0. Έχουν προηγηθεί οι κάτωθι εκδόσεις: Έκδοση 1.0 διαθέσιμη εδώ.

40 Σημείωμα Αναφοράς Copyright Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων, Διδάσκων: Καθηγητής Ιωάννης Παναγιωτόπουλος. «Μαγνητικά Υλικά Υπεραγωγοί. ΣΚΛΗΡΑ ΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ (ΜΟΝΙΜΟΙ ΜΑΓΝΗΤΕΣ)». Έκδοση: 1.0. Ιωάννινα Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση:

41 Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά Δημιουργού - Παρόμοια Διανομή, Διεθνής Έκδοση 4.0 [1] ή μεταγενέστερη. [1]