Je čisti nikl magnet
Kao 28. element prijelaznog metala u periodičnoj tablici, Nickel -ova magnetska svojstva ostaju misterija, zadržavajući se u potrazi za znanstvenim otkrićem. Od svog službenog otkrića u 18. stoljeću, Nickel -ovo jedinstveno magnetsko ponašanje zbunilo je generacije fizičara. Ne pokazuje ni jak feromagnetizam željeza niti potpuni paramagnetizam aluminija. Ovo "dvosmisleno" magnetsko svojstvo, negdje između, uzelo je znanstvenike gotovo dva stoljeća da dešifriraju njegov temeljni mehanizam.
Magnetska priroda čistog nikla
Čisti nikl pokazuje slab feromagnetizam na sobnoj temperaturi, s čvrstoćom magnetizacije do 55 EMU/g i prisilnošću od oko 100 OE. Ovo svojstvo omogućava da ga privuče trajni magneti, a ne zadržavaju obnavljajući magnetizam željeza. Ovo svojstvo "mekog magnetskog" proizlazi iz svoje jedinstvene elektroničke strukture: nikl atomi sadrže osam elektrona u njihovim 3D orbitalima, pet sa spin - gore i tri sa Spin - dolje, što rezultira neto magnetskim trenutkom koji nije u potpunosti otkazan. Kada se veliki broj atoma nikla agregira, ti magnetski trenuci tvore spontano magnetizirane regije (domene) kroz interakcije razmjene. Međutim, u nedostatku vanjskog magnetskog polja, domene su nasumično usklađene i ne pokazuju makroskopski magnetizam.
Kada se primijeni vanjsko magnetsko polje, magnetizacija čistog nikla pokazuje tri faze:
Reverzibilna magnetizacija (0-500 OE): Zidovi domene polako se kreću, a intenzitet magnetizacije je linearno proporcionalan vanjskom magnetskom polju.
Barkhausen skok (500-1000 OE): Zidovi domene naglo se kreću, što je rezultiralo promjenom koraka intenziteta magnetizacije.
Near-saturation (>1000 OE): Sve su domene u osnovi usklađene, a povećanje intenziteta magnetizacije usporava.
Ova karakteristika daje čisti nikl izuzetno niske gubitke histereze u izmjeničnom magnetskom polju, s koeficijentom gubitka vrtložne struje samo jedan - treći od silikonskog čelika, što ga čini idealnim materijalom za visoke - frekvencijske elektromagnetske uređaje.
Tri ključna čimbenika koji utječu na magnetska svojstva
Učinak temperature na magnetska svojstva
Curie temperatura čistog nikla je 631 K (358 stupnjeva). Ispod ove temperature pokazuje feromagnetizam, dok se iznad ove temperature pretvara u paramagnetizam. Eksperimentalni podaci pokazuju da je magnetska osjetljivost 3,2 × 10 - 3 na 20 stupnjeva, ali naglo pada na 1,8 × 10-4 kada se zagrijava na 300 stupnjeva. Ova osjetljivost temperature koristi se u toplinskim senzorima: termistori na bazi nikla mogu postići točnost mjerenja od 0,1 stupnja u rasponu od -50 stupnjeva do 200 stupnjeva.
Oblikovanje učinka kristalne strukture
Lice - centrirana kubična (FCC) struktura čistog nikla na sobnoj temperaturi daje mu anizotropnu magnetsku propusnost. Kada se magnetizira duž [100] kristalnog smjera, magnetska propusnost doseže 1,2 × 10 - 6 h/m, dok je smjer [111] samo 0,8 × 10-6 h/m. Nikal s jednim kristalom pripremljen tehnologijom usmjerenog očvršćivanja može postići omjer magnetske anizotropije do 1,5: 1, što značajno poboljšava učinkovitost pretvorbe energije magnetskih uređaja.
Legiranje staza za poboljšanje
Dodavanje 30% željeza u formiranju permalonke (ni - Fe) može povećati svoju početnu magnetsku propusnost na redoslijed 10^5, 1.000 puta veća od čistog nikla. Dodavanje 5% kobalta niklu - legura kobalta smanjuje njegovu koercivnost sa 100 OE na 2 OE, što ga čini vrhunskim izborom za materijale za magnetsko snimanje. Ova strategija legiranja omogućuje magnetskim materijalima temeljenim niklom - da prekrivaju cijeli spektar, od mekih magneta do trajnih magneta.
Četiri rezanje - Edge aplikacije magnetskog pogona
Magnetska zaštita za kvantno računanje
U superprovodnim qubitsima, zamke fluksa formirane čistim tankim filmovima mogu smanjiti buku magnetskog polja za 40 dB, omogućujući kvantno vrijeme zadržavanja stanja veće od 100 μs. Koristeći nikl - magnetski štit na IBM -ovom kvantnom računalu, vjernost operacija kvantnih vrata povećala se s 99,2% na 99,97%. Revolucija magnetske jezgre u novoj energiji
Motorni stator Tesla Model 3 koristi nikl - željezo meka magnetska legura. Na radnoj frekvenciji od 20 kHz, gubitak željeza smanjuje se s 2,5 W/kg za tradicionalne silicijske čelične listove na 0,8 W/kg, što rezultira motoričkom učinkovitošću od 98,5% i povećanjem raspona od 15%.
Magnetska navigacija u biomedicini
Nikl nanočestice promjera 50 nm stvaraju lokalizirani toplinski učinak u naizmjeničnom magnetskom polju, što omogućava preciznu toplinsku ablaciju tumorskih stanica. Klinička ispitivanja pokazala su da ova terapija hipertermijom magnetske tekućine ima 72% izlječenja od raka jetre i uzrokuje manje oštećenja normalnog tkiva od tradicionalne radioterapije.
Od otkrića Nickel -ovog magnetizma u 18. stoljeću do izgradnje nikla - utemeljenih kvantnih magneta u 21. stoljeću, ljudsko razumijevanje čistog nikla magnetizma nastavilo se produbiti. Trenutno znanstvenici istražuju mogućnost postizanja nule {- energetskog magnetskog skladištenja manipuliranjem niklom topološkom magnetskom strukturom. U industriji, tehnologija 3D ispisa učinila je prilagođenu proizvodnju nikla - magnetskih uređaja utemeljenih na stvarnosti.
