Chào mừng các bạn đến với
bài thuyết trình của nhóm 5

Chủ đề:

Vật liệu
từgốc của từ học
►Lịch sử và nguồn
►Các hiện tượng từ học
►Phân loại vật liệu từ
►Ứng dụng

Vật liệu là gì?
•

Vật liệu là các chất liệu để làm ra
hoặc tạo ra một vật. Từ khi nền văn
minh loài người xuất hiện, con người sử
dụng các vật liệu theo cùng với năng
lượng để nâng cao đời sống của mình.
Vật liệu có ở khắp nơi bao quanh chúng
ta bởi các sản phẩm được làm từ các vật
liệu.

Tàu đệm từ
Tàu đệm từ (xe điện đồng cực từ
tính) là một phương tiện chuyên
chở, nó bao gồm cả sự tương tác
giữa tàu và đường ray, mỗi cái
được thiết kế đặc biệt tương thích
lẫn nhau để tạo ra lực nâng lên và
đẩy tới bằng lực điện từ.

Lịch sử hình thành
Từ học là một ngành được ứng dụng trong
cuộc sống của con người từ rất sớm mà đầu
tiên là ở Trung Hoa và Hy Lạp cổ đại.
Ở phương Đông, Trung Hoa là nơi sớm
nhất sử dụng các đá nam châm làm kim chi
nam để chỉ phương Nam-Bắc từ thời đại của
Chu Công

Quặng đá nam châm đầu tiên
được phát hiện ở Trung Quốc

Các vật liệu khi được đặt trong từ trường ngoài (do
một dòng điện hoặc một nam châm vĩnh cửu sinh ra) thì bị
nhiễm từ. Tức là chúng có thể hút các mạt sắt hoặc bị hút
vào các nam châm vĩnh cửu. Khi đó ta nói vật bị từ hóa hay
vật đã bị phân cực từ.

Có thể hình dung một thỏi vật liệu đã được từ hóa như hình ảnh của một
thanh nam châm hút các mạt sắt mô tả ở hình dưới. Hai đầu thanh bị phân thành hai
cực mà ta quen gọi là cực bắc và cực nam. Sự sắp xếp của mạt sắt ở hai đầu và xung
quanh thanh tương tự hình ảnh các đường sức từ đi vào và đi ra ở hai lưỡng cực
điện. Tuy nhiên ở các lưỡng cực từ thì không thể tách rời hai cực từ riêng biệt ra
như từng điện tích một được. Nếu bẻ gãy một thanh nam châm thì ta lại được những
thanh nam châm mới, nhỏ hơn, mỗi thanh đều có cực bắc và cực nam, ngay cả khi
thỏi nam châm chỉ bằng một nguyên tử thì ta cũng không thể tìm được đơn cực từ
hay là cực từ cô lập. Như vậy, phần tử nhỏ bé nhất có từ tính trong thiên nhiên là
lưỡng cực từ.

hân loại vật liệu từ
1.Chất nghịch từ
2.Chất thuận từ
3.Chất sắt từ
4.Chất phản sắt từ
5.Chất feri từ

Chất
thuậntừ:từ
Chất nghịch

-• Là
hóa
lệ
Là chất
chất có
có độ
độ từ
cảm
từX>0
X cónhưng
giá trị cũng
âm vàrấtrấtnhỏ,
nhỏcỡ
hơnvà1,tỷchỉ
với
Khi chưa
có từ trường
cáctừmomen
từ của
cáccủa
vào .khoảng
. Nguồn
gốc tínhngoài
nghịch
là chuyển
động
điện từ trên
quỹion
đạothuận
quanhtừhạt
nhân,
tạo hỗn
ra từloạn
trường
nguyên
tử hoặc
định
hướng
còncó
khi
chiều
ngược ngoài
với từ chúng
trườngsắp
ngoài.
có
từ trường
xếp cùng hướng với từ
trường.

Chất
Chấtphản
sắt từ:
sắt từ

• Độ cảm từ X có giá trị rất lớn, cỡ . Ở (nhiệt độ Curie) từ độ J giảm
dần, không tuyến tính khi nhiệt độ tăng lên. Tại từ độ biến mất. Ở
vùng nhiệt độ giá trị phụ thuộc tuyến tính vào nhiệt độ. Sắt từ là vật
liệu từ mạnh, trong chúng luôn tồn tại các momen từ tự phát, sắp xếp
một cách có trật tự ngay cả khi không có từ trường ngoài. Sắt từ còn
có nhiều tính chất độc đáo và những ứng dụng quan trọng
Là chất từ yếu, X ~ , nhưng sự phụ thuộc của vào nhiệt độ không
hoàn toàn tuyến tính như chất thuận từ và có một hõm tại nhiệt độ
(gọi là nhiệt độ Nell). Khi trong phản sắt từ cũng tồn tại các
momen từ tự phát như sắt từ nhưng chúng sắp xếp đối song song
từng đôi một. Khi sự sắp xếp của các momen từ spin trở nên hỗn

Chất feri từ:
• Độ cảm từ có giá trị khá lớn, gần bằng của sắt từ (X ~ ) và cùng tồn tại các
momen từ tự phát. Tuy nhiên cấu trúc tinh thể của chúng gồm hai phân mạng
mà ở đó các momen từ spin (do sự tự quay của điện từ tạo ra) có giá trị khác
nhau và sắp xếp phản song song với nhau, do đó từ độ tổng cộng khác không
ngay cả khi không có từ trường ngoài tác dụng, trong vùng nhiệt độ . Vì vậy
feri từ còn được gọi là phản sắt từ không bù trừ. Khi trật tự từ bị phá vỡ, vât
liệu trở thành thuận từ.
• Ngoài ra người ta cũng còn phân biệt các loại vật liệu từ theo tính năng ứng
dụng hoặc thành phần kết cấu của chúng như vật liệu từ cứng (nam châm vĩnh
cửu), vật liệu từ mềm, vật liệu từ kim loại, vật liệu từ oxit, vật liệu từ dẻo (cao
su, nhựa)… Ở phần sau sẽ trình bày cụ thể hơn về tính chất cũng như ứng
dụng của các vật liệu từ này.

Vật liệu từ cứng là gì ?
• Vật liệu từ cứng là vật liệu sắt từ, khó khử từ và khó từ hóa.
Ý nghĩa của tính từ “cứng” ở đây chính là thuộc tính khó khử
từ và khó bị từ hóa, chứ không xuất phát từ cơ tính của vật
liệu từ.

Hình ảnh nam châm đất hiếm
NdFeB – vật liệu
Từ cứng điển hình

-

Lịch sử hình thành vật liệu từ
cứng
Vật liệu từ cứng là loại vật liệu từ được phát hiện và sử dụng sớm nhất
trong lịch sử loài người. Người Trung Quốc cho rằng từ đời Hoàng Đế (trị
vì Trung Hoa từ những năm 2698 TCN đến 2599 TCN), đã chế tạo ra các
kim chỉ nam dùng để xác định phương hướng. Đó là các đá nam châm có
khả năng hút sắt và định hướng Bắc-Nam. Chính sử đầu tiên đã ghi chép
việc chế tạo các la bàn này là đầu đời nhà Chu (1046-771 TCN) và la bàn
thực sự xuất hiện nhiều là thế kỷ thứ 7 trước công nguyên (đồng thời ở
Trung Quốc và Hy Lạp). Các kim chỉ nam trong la bàn là một dạng của
vật liệu từ cứng, là các oxit sắt Fe3O4.

• Các vật liệu từ cứng thương phẩm dùng để chế tạo nam châm
vĩnh cửu xuất hiện lần đầu tiên vào những năm từ 1740 đến
1750 ở Châu Âu và thức sự phát triển mạnh từ cuối thế kỷ
19, đầu thế kỷ 20 đến nay.

Đường cong từ trễ và các đặc trưng của vật liệu từ cứng

Các đặc
Lực kháng từ: Lực kháng từ, ký hiệu là Hc là đại lượng
trưng

quan trọng đặc trưng cho tính từ cứng của vật liệu từ cứng.
. Nguồn gốc của lực kháng từ lớn trong các vật liệu từ cứng
chủ yếu liên quan đến dị hướng từ tính thể lớn trong vật liệu .

Các vật liệu từ cứng thường có cấu trúc tinh thế có tính đối xứng kém hơn so
với các vật liệu từ mềm và chúng có dị hướng từ tinh thể rất lớn. Lực kháng từ
của vật liệu từ cứng thong thường được biết đến qua công thức:

+ Tích năng lượng từ cực đại: là đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu của vật từ,
được đặc trưng bởi năng lượng từ cực đại có thể tồn trữ trong một đơn vị thể tích vật
từ. Trong đó:
Đại lượng này có đơn vị là đơn vị mật độ năng lượng . Tích năng lượng từ cực đại
Thành phần thứ nhất có đóng góp lớn nhất với là hằng số dị hướng từ
được xác định trên đường cong khử từ thuộc về góc phần tư thứ 2 trên đường cong
từ trễ,
là thể
mộtbậc
điểm
của tích cảm ứng từ B và từ trường H là cực đại.
tinh
1, sao
là từcho
độ giá
bãotrị
hòa
Vì thế, tích năng lượng từ cực đại thường được ký hiệu là (B.H)max.
Thành phần thứ 2 có đóng góp nhỏ hơn 1 bậc với là thừa số khử từ đo
haicủa
phương
nhau
Vìtheo
là tích
B (đơnkhác
vị trong
CGS là Gauss – G), và H (đơn vị trong CGS là Oersted
Thành
thứ 3lượng
có đóng
gópcónhỏ
là từ
T là
ứng
– Oe),
nênphần
tích năng
từ còn
mộtnhất
đơn với
vị khác
là giảo
GOe bão
(đơnhòa,
vị này
thường
suấthơn
nộiđơn vị chuẩn SI trong khoa học và công nghệ vật liệu từ)
dùng
Và a,b,c lần lượt là các hệ số đóng1GOe
góp =
Để có tích năng lượng từ cao, vật liệu cần có lực kháng từ lớn và cảm ứng từ dư cao.

+ Cảm ứng từ dư: thường ký hiệu là Br hay Jr, là cảm ứng từ còn dư sau khi
ngắt từ trường.
+ Nhiệt độ Curie: Đây là nhiệt độ mà tại đó vật liệu bị mất từ tính, trở
thành chất thuận từ. Một số vật liệu từ cứng được ứng dụng trong các nam
châm hoạt động ở nhiệt độ cao nên nó đòi hỏi nhiệt độ Curie rất cao. Loại
vật liệu từ cứng có nhiệt độ Curie cao nhất hiện nay là nhóm các vật liệu
trên nền SmCo có nhiệt độ Curie từ 500 độ C đến trên 1000 độ C.

- Vật liệu từ cứng có thể dùng để chế tạo các nam châm
vĩnh cửu hoặc được sử dụng làm vật liệu ghi từ trong các
ổ đĩa cứng, các băng từ.

VẬT LIỆU TỪ MỀM
Vật liệu từ mềm, hay vật liệu sắt từ
mềm (tiếng anh: Soft magnetic material) là
vật liệu sắt từ, "mềm" về phương diện từ
hóa và khử từ, có nghĩa là dễ từ hóa và dễ
khử từ.

Các thông số của vật liệu từ mềm
- Lực kháng từ: là từ trường ngoài ngược cần thiết để triệt tiêu từ độ của mẫu.
Lực kháng từ của các vật liệu từ mềm phải nhỏ hơn cỡ 100 Oe. Những vật
liệu có tính từ mềm tốt, thậm chí có lực kháng từ rất nhỏ (tới cỡ 0,01 Oe).
- Độ từ thẩm ban đầu (intial permeability): Là thông số rất quan trọng nói
lên tính từ mềm của vật liệu từ mềm. Độ từ thẩm ban đầu được định nghĩa
bởi công thức:

-

Vật liệu từ mềm có độ từ thẩm ban đầu từ vài trăm, đến vài ngàn, các
vật liệu có tính từ mềm tốt có thể đạt tới vài chục ngàn, thậm chí hàng trăm
ngàn.

Chú ý: Độ từ thẩm (permeability) là đại lượng đặc
trưng cho khả năng phản ứng của vật liệu từ dưới tác dụng
của từ trường ngoài.

- Độ từ thẩm cực đại (Maximum permeability): Ta biết rằng vật liệu sắt từ không
những có độ từ thẩm lớn mà còn có độ từ thẩm là một hàm của từ trường ngoài.
Và độ từ thẩm cực đại cũng là một thông số quan trọng. Có những vật liệu sắt từ
mềm có độ từ thẩm cực đại rất cao, tới hàng vài trăm ngàn ví dụ như permalloy,
hay hợp kim nano tinh thể Finemet...

-

Cảm ứng từ bão hòa hay từ độ bão hòa  : Vật liệu từ mềm thường có từ độ
bão hòa rất cao. Loại có từ độ cao nhất là hợp kim có từ độ bão hòa đạt tới
2,34 T.

Một số loại vật liệu từ mềm
Tôn Silic: Là hợp kim của sắt (khoảng 85%), với Silic (Si), hoặc chứa
thêm khoảng 5,4% nhôm (Al), còn được gọi là hợp kim Sendust, là
một trong những vật liệu sắt từ mềm được dùng phổ biến nhất có độ
cứng cao, có độ từ thẩm cao và tổn hao trễ thấp. Tuy nhiên, vật liệu
này trên nền kim loại, nên có điện trở suất thấp, do đó không thể sử
dụng ở tần số cao do sẽ làm xuất hiện tổn hao xoáy lớn

Hợp kim Permalloy: Là hợp kim của niken (Ni) và sắt (Fe), có lực kháng từ rất
nhỏ, độ từ thẩm rất cao (vật liệu có độ từ thẩm ban đầu lớn tới 10000), có độ bền
cơ học và khả năng chống ăn mòn cao. Tuy nhiên, permalloy có từ độ bão hòa
không cao.Hợp kim FeCo: là các hợp kim từ mềm có từ độ bão hòa cao, nhiệt độ
Curie cao.

-

Các vật liệu gốm ferrite: Là hợp chất của ôxit Fe với một ôxit kim loại
hóa trị 2 khác, có công thức chung là . Các ferrite mang bản chất gốm, nên có
điện trở suất rất cao nên tổn hao dòng xoáy của ferrite rất thấp, được dùng cho
các ứng dụng cao tần và siêu cao tần.
Hợp kim vô định hình và nano tinh thể: Là các hợp kim nền sắt
hay coban (Co), ở trạng thái vô định hình, do đó có điện trở suất cao hơn
nhiều so với các hợp kim tinh thể, đồng thời có khả năng chống ăn mòn, độ
bền cơ học cao, và có thể sử dụng ở tần số cao hơn so với các vật liệu tinh thể
. kim loại. Vật liệu vô định hình không có cấu trúc tinh thể, nên triệt tiêu dị
nền
hướng từ tinh thể, vì thế nó có tính từ mềm rất tốt. Vật liệu vô định hình nền
Co còn có từ giảo bằng 0 nên còn có lực kháng từ cực nhỏ.

Lần đầu tiên, các nhà khoa học tại Australia đã tạo ra một tinh thể nano
- Khi kết tinh từ trạng thái vô định hình, ta có vật liệu nano tinh thể, là các hạt
có thể uốn cong ánh sáng. Tinh thể này nhỏ hơn 500 lần một sợi tóc của
connanô
người
kếtvà
tinh
được
trênsử
nềndụng
vô định
để đặt
hìnhnền
dư,móng
triệt tiêu
chotừkính
giảonhìn
từ tổban
hợpđêm
hai pha
siêuvô
nhẹ.
định hình và tinh thể nên có tính từ mềm cực tốt và có thể sử dụng ở tần số
cao. Vật liệu từ mềm nano tinh thể thương phẩm tốt nhất là [FINEMET] ()
được phát minh bởi Yoshizawa (Hitachi Metal Ltd, Nhật Bản) năm 1988 và
nhiều thế hệ khác được phát triển sau đó.
- Và nhiều loại khác…

Tinh thể giúp nhìn thấy vật thể
trong đêm tối đang trong quá trình
hoàn thiện. (Ảnh: Night Vision
Guys).

Ứng dụng của vật liệu từ mềm
- Được dùng trong lõi biến thế, lõi dẫn từ, cuộn cảm, cuộn chặn, nam châm
điện, cảm biến đo từ trường,…

Ứng dụng của vật liệu từ
mềm trong kỹ thuật
quảng cáo của công ty
Hitachi

Tóm lại :
- Nghành vật liệu rất đa dạng và phong phú. Tất cả các vật liệu, ở mọi trạng thái,
dù ít hây nhiều đều thể hiện tính chất từ. Các vật liệu có những ứng dụng rất quan
trọng, không thể thiếu được trong khoa học kỹ thuật và đời sống. Chúng ta vẫn
thường xuyên bắt gặp các vật liệu sắt từ và những tính chất của nó khiến ta tò mò
thích thú, ví dụ như nam châm có thể hút sắt, hay các lõi biến thế sao lại phải là
các lá mỏng, rồi các nam châm điện, hay ổ đĩa cứng. Việc nghiên cứu tính chất từ
của vật liệu giúp chúng ta khám phá thêm những bí ẩn của cuộc sống và củng cố
thêm nguồn kiến thức cho chúng ta.

Đọc thêm
https://text.123doc.org/document/2073334-bai-giang-vat-lieu-tu.htm
https://tailieu.vn/tag/ung-dung-vat-lieu-tu.html

Bạn có biết?

Các nhà khoa học tại IBM trong khi nghiên cứu công nghệ nano
đã làm ra một bộ phim hoạt hình khá thú vị với tên gọi “A Boy and His
Atom”. Đây là bộ phim hoạt hình có kích thước nhỏ nhất thế giới, chỉ
ở mức độ phân tử. Bộ phim dài 90 giây, miêu tả cảnh một cậu bé chơi
đùa với một quả bóng là phân tử carbon monoxide và nhảy múa.
Bộ phim bao gồm 202 khung hình, kích thước của mỗi
khung hình chỉ bằng 1/1000 bề mặt cắt ngang của một sợi tóc. Các
nhà khoa học đã làm ra bộ phim này bằng cách di chuyển các phân tử
trên bề mặt của một tấm đồng, và quay lại qua kính hiển vi STM.

Bài thuyết trình
kết thúc

Nhóm 5 chào nhé!!!