磁特性及磁性材料揭秘

第六章　磁特性及磁性材料揭秘

指南针、造纸术、印刷术和火药被称为我国古代的“四大发明”，是中华民族对世界文明作出的伟大贡献。公元前三世纪，最早明确提出慈石能吸铁的著作是《吕氏春秋·精通》中所写的“慈石召铁，或引之也。”东汉高诱在《吕氏春秋注》中写到：“石，铁之母也。也有慈石，故能引其子，石之不慈者，亦不能引也。”最初的指南针称为“司南”，是用天然慈石制成的，样子像一只勺。其圆形的底可以使它在平滑的方位盘上自由旋转，等它静止后，勺柄的指向就是南方，如图6-1所示。

图6-1　我国古代的指南针——司南

古人曾在两千多年前首先使用天然磁石指南针，人们称之为“孝石”或“慈石”，外国人看做“爱恋之石”。在法语中把磁体称为l’aimant，吸引或友谊。在英语中，磁体一词来自Magnesia，此名词来自古代中东地区，即如今的土耳其，人们在那里发现了磁铁矿。总之，在世界各地，人类很早就发现了天然磁石的磁性，但是有关磁性现象本质的认识却经历了漫长的过程，直到19世纪发现了电和磁的相互关系后，才揭开了磁性的奥妙：丹麦自然哲学家奥斯特经过多年的研究，终于在1820年发现了电流的磁效应。

我们祖先用算盘珠拨上拨下的计算方法，创造了一种原始的二进位运算程序——算盘。算盘是我国古代发明创造的重要成就之一，至今已有一千多年的历史了。但是，磁性算盘即二元的磁性信息存储器的开发，则迟至近年才实现。电脑先驱者王安博士在他早期的王氏计算机中用了磁芯存储器。这些磁性存储器是细小的铁氧体环，它们可以通过两条互相垂直的引线同时施加电流脉冲，顺时针或逆时针方向使之磁化，在一格栅上实现一次铁芯寻址。在一次约定寻址中，在施加临界值（相对于铁芯的矫顽场）电流脉冲后，铁芯保持磁化状态。铁芯可以为随后的脉冲读出或重写（如图6-2所示）。王安自幼聪明非凡，先后于上海交通大学、哈佛大学就读，于1948年获哈佛博士学位。不久，他发明的“磁性存储器”大大提高了计算机的贮存能力。1964年，他推出最新的用晶体管制造的桌上电脑，并由此开始了王安电脑公司成功的历程。王安发明的磁芯存储器，很快被大规模集成电路所取代，半个世纪后的今天，又出现了应用巨磁电阻效应的新的“磁存储器”。

图6-2　20世纪50年代至60年代磁芯存储器示意图

今天，从个人电脑到大型计算机的信息技术都使用磁性材料在磁带、软盘、硬盘上储存信息。来自硅谷的磁性元件的产值已大于在那里制造的半导体元件。今天，人们对电脑存储器永无止境的追求，将会以纳米晶薄膜介质的开拓和以磁光材料为基础的各种各样磁记录技术的不断创新而得到满足。

磁性材料的应用极其广泛。比如，由小型开关电源供电的个人电脑以及许多工业和生活电子设备，都使用了20年前还不可能得到的新颖磁性材料技术。随着汽车工业的蓬勃发展，在每辆汽车的电动机、传动装置、传感器、电感器和其他电磁及磁控机械元件中，都要用到硬（永）磁以及软磁材料。发电、变电和输配电系统，则要用到成千上万台发电机和变压器，它们也都要使用各种各样的磁性材料，其中包括从SiFe合金到新型非晶磁性合金。此外，磁性材料还在现代商业的系统中无处不在：如从商品价格标签到电子商品监视传感器，即采用磁性金属玻璃制作的电子商品监视传感器，把遥控标签装在商品上，可以用来确定商品的位置，控制存货或防止偷盗。在监测出口附近设置一个询问区，通常是一对磁性天线，当一个激活的标签干扰了位于询问区内的磁场时，系统便可发出警报，对财产保护和通道控制可起重要作用。由此可见，磁性材料在人类生活和生产中的应用几乎包罗万象。