2.1 磁性鐵氧化物 磁性鐵氧化物 磁性鐵氧化物 磁性鐵氧化物 .1 氧化鐵氧化鐵氧化鐵 氧化鐵基本性質基本性質基本性質 基本性質 .1 氧化鐵氧化鐵氧化鐵氧化鐵基本性質基本性質基本性質基本性質
2.1.3 磁學特性 磁學特性 磁學特性 磁學特性
2.1.3.1 磁性材料分類磁性材料分類磁性材料分類磁性材料分類
物質在磁場中可被磁化的稱為磁性物質，磁性(magnetism)可分為好幾種，各具有 不同的磁性結構，磁性物質每單位體積(1m3)所含之磁矩稱作磁化強度(magnetization intensity, M)，假設磁場為 H，則兩者關係：
M = χ H (2.1) χ：磁化率(magnetic susceptibity)， henry/m
χ與μo(導磁率)之單位相同，因此可用μo為單位來量度χ。此量度的磁化率稱作相對
磁化率(relative magnetic susceptibity, χr)，可依χr的各種變化形式來解釋物質的磁性結 構，以此觀點可將磁性分為下面五類：
(1) 反磁性(diamgnetism)
反磁性呈現的磁化與外加磁場方向相反，磁化率為負，χr之値約在 10-5~10-6， 為一種弱磁性，而導磁率略小於 1，如果物質中有磁原子，則磁原子所顯現的順磁 性會很輕易的掩蓋反磁性。典型的反磁性材料有 Cu、Zn、Si 和具 NaCl 晶型結構之 無機材料與大部分有機分子等。
(2) 順磁性(paramagnetism)
與鹽類、部分金屬...等。
(3) 鐵磁性(ferromagnetism)
鐵磁性材料有強烈的交互作用在原子與相鄰原子之磁陀間，導致磁陀彼此之間 (4) 反鐵磁性(antiferromagnetism)
反鐵磁性也屬於弱磁性，與順磁性一樣，具有小而正的磁化率，溫度對磁化率
(5) 陶鐵磁性(ferrimagnetism)
陶鐵磁性是由 Neel 所提出，此類的材料在宏觀上類似鐵磁性的行為，磁離子佔 有兩種的格子位置(A 與 B)，由於 A 和 B 位置的磁陀間具有強烈的負交互作用，假 設 A 位置的磁陀指向正向，則 B 位置的磁陀即指向負向，因為 A 和 B 位置的磁離 子數目及離子的磁陀大小皆不相同，故產生淨磁矩，即為自生磁化。當陶鐵磁體在 溫度升高時，磁矩排列會受到熱擾亂，自生磁化便會減少，達到居里溫度時，磁矩
的排列會完全雜亂，自生磁化也隨之消失。典型的陶鐵磁體有一結構通式 MO．
Fe2O3，M 為二價的金屬離子，如 Mn、Ni、Fe、Co、Mg...等。
圖 2-2 Fe2+和 Fe3+在 Fe3O4中旋轉磁力矩組態示意圖(邱意為，2005)
表 2-3 Fe2+和 Fe3+在 Fe3O4單位晶胞中磁力矩之分佈(邱意為，2005)
八面體格子位置 四面體格子位置 淨磁力矩
2.1.3.2 磁滯曲線與磁區磁滯曲線與磁區磁滯曲線與磁區磁滯曲線與磁區 而沿著曲線 OABC 變化，最終達到飽和磁化(saturation magnetization，MS)。在圖中 OA 的範圍內，磁化的過程是可逆的，也就是說，當磁場消失後，磁化便會回復為零。曲線 (hysteresis loop)，如圖 2-5 所示。
基本上，可以由保磁力的大小來區別軟磁與硬磁的材料，根據定義來說明，保磁力
(1) 多磁區(multidomain)
(3) 超順磁區(superparamagnetic domain)
當磁性材料粒徑小於 DP時，熱效應的影響會導致材料消磁，造成保磁力為零，這 種材料在較弱的磁場中即可呈現磁飽和狀態，且不會有磁滯的現象產生。
不同磁性材料的單磁區臨界半徑 DS與超順磁區的臨界半徑 DP都有所不同，圖 2-8 為各磁性物質的粒徑對保磁力之關係圖。一般來說，飽和磁化量只與材料的種類有關，
與粒徑無關(麥守義，2005)。
圖 2-3 經過磁壁之磁力矩自旋示意圖(Cullity, 1972)
圖 2-4 磁力矩與磁壁隨磁場強度變化示意圖(Cullity, 1972)
圖 2-5 材料磁化狀態與外加磁場之磁滯曲線關係圖(Cullity, 1972)
圖 2-6 磁區結構與材料粒子大小關係圖(陳育裕，1998)
圖 2-7 保磁力(HC)與顆粒大小關係圖(Cullity, 1972)
圖 2-8 各磁性物質的粒徑對保磁力之關係圖(Cullity, 1972)