เป็นแม่เหล็กนิกเกิลบริสุทธิ์

ในฐานะที่เป็นองค์ประกอบโลหะทรานซิชันครั้งที่ 28 ในตารางธาตุคุณสมบัติแม่เหล็กของนิกเกิลยังคงเป็นปริศนา นับตั้งแต่การค้นพบอย่างเป็นทางการในศตวรรษที่ 18 พฤติกรรมสนามแม่เหล็กที่เป็นเอกลักษณ์ของนิกเกิลได้มีนักฟิสิกส์รุ่นต่อ ๆ ไป มันไม่ได้แสดงให้เห็นถึง ferromagnetism ที่แข็งแกร่งของเหล็กหรือ paramagnetism ที่สมบูรณ์ของอลูมิเนียม คุณสมบัติแม่เหล็กที่ "คลุมเครือ" นี้อยู่ที่ไหนสักแห่งในระหว่างนั้นได้นำนักวิทยาศาสตร์มาเกือบสองศตวรรษในการถอดรหัสกลไกพื้นฐาน

ธรรมชาติของแม่เหล็กของนิกเกิลบริสุทธิ์

นิกเกิลบริสุทธิ์แสดงให้เห็นถึงความอ่อนแอของ ferromagnetism ที่อุณหภูมิห้องโดยมีความแข็งแรงของแม่เหล็กสูงถึง 55 emu/g และการบีบบังคับประมาณ 100 OE สถานที่ให้บริการนี้ช่วยให้สามารถดึงดูดได้ด้วยแม่เหล็กถาวรในขณะที่ไม่ได้รักษาแม่เหล็กที่มีการเปลี่ยนแปลงของเหล็ก คุณสมบัติ "แม่เหล็กที่อ่อนนุ่ม" นี้เกิดจากโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นเอกลักษณ์: อะตอมนิกเกิลมีอิเล็กตรอนแปดตัวในวงโคจร 3 มิติห้าตัวที่มีการหมุน - ขึ้นและสามครั้งด้วยการหมุน - ทำให้ช่วงเวลาแม่เหล็กสุทธิไม่ได้ถูกยกเลิกอย่างสมบูรณ์ เมื่อรวมอะตอมนิกเกิลจำนวนมากช่วงเวลาแม่เหล็กเหล่านี้จะเกิดพื้นที่แม่เหล็กตามธรรมชาติ (โดเมน) ผ่านการแลกเปลี่ยนการโต้ตอบ อย่างไรก็ตามในกรณีที่ไม่มีสนามแม่เหล็กภายนอกโดเมนจะถูกจัดแนวแบบสุ่มและไม่แสดงแม่เหล็กขนาดมหึมา

เมื่อมีการใช้สนามแม่เหล็กภายนอกการสะกดจิตของนิกเกิลบริสุทธิ์แสดงสามขั้นตอน:

การดึงดูดแบบย้อนกลับได้ (0-500 OE): ผนังโดเมนเคลื่อนที่ช้าลงและความเข้มของแม่เหล็กเป็นสัดส่วนเชิงเส้นตรงกับสนามแม่เหล็กภายนอก

Barkhausen Jump (500-1000 OE): ผนังโดเมนเคลื่อนที่อย่างกะทันหันส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงขั้นตอนในความเข้มของแม่เหล็ก

Near-saturation (>1,000 OE): โดเมนทั้งหมดได้รับการจัดตำแหน่งเป็นหลักและการเพิ่มขึ้นของความเข้มของแม่เหล็กจะช้าลง

คุณลักษณะนี้ให้การสูญเสียฮิสเทรีซิสที่ต่ำมากในสนามแม่เหล็กสลับด้วยค่าสัมประสิทธิ์การสูญเสียกระแสไฟฟ้าไหลเวียนเพียงหนึ่งเดียว - ที่สามของเหล็กซิลิกอนทำให้เป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูง -

ปัจจัยสำคัญสามประการที่มีผลต่อคุณสมบัติแม่เหล็ก

ผลของอุณหภูมิต่อคุณสมบัติแม่เหล็ก

อุณหภูมิคูรีของนิกเกิลบริสุทธิ์คือ 631 K (358 องศา) ต่ำกว่าอุณหภูมินี้จะแสดง ferromagnetism ในขณะที่สูงกว่าอุณหภูมินี้มันจะเปลี่ยนเป็น paramagnetism ข้อมูลการทดลองแสดงให้เห็นว่าความไวต่อแม่เหล็กคือ 3.2 × 10 - 3 ที่ 20 องศา แต่ลดลงอย่างรวดเร็วถึง 1.8 × 10-4 เมื่อถูกความร้อนถึง 300 องศา ความไวของอุณหภูมินี้ใช้ในเซ็นเซอร์ความร้อน: เทอร์มิสเตอร์ที่ใช้นิกเกิลสามารถบรรลุความแม่นยำในการวัด 0.1 องศาในช่วง -50 องศาถึง 200 องศา

การสร้างผลกระทบของโครงสร้างผลึก

ใบหน้า - โครงสร้างลูกบาศก์กึ่งกลาง (FCC) ของนิกเกิลบริสุทธิ์ที่อุณหภูมิห้องให้การซึมผ่านของแม่เหล็ก anisotropic เมื่อแม่เหล็กไปตามทิศทางคริสตัล [100] การซึมผ่านของแม่เหล็กถึง 1.2 × 10 - 6 h/m ในขณะที่ทิศทาง [111] เพียง 0.8 × 10-6 h/m นิกเกิลผลึกเดี่ยวที่จัดทำโดยเทคโนโลยีการทำให้แข็งตัวของทิศทางสามารถบรรลุอัตราส่วน anisotropy แม่เหล็กสูงถึง 1.5: 1 ปรับปรุงประสิทธิภาพการแปลงพลังงานอย่างมีนัยสำคัญของอุปกรณ์แม่เหล็ก

เส้นทางการเพิ่มประสิทธิภาพการผสม

การเพิ่มเหล็ก 30% ในรูปแบบ permalloy (ni - fe) สามารถเพิ่มการซึมผ่านของแม่เหล็กเริ่มต้นตามลำดับ 10^5, 1,000 เท่าของนิกเกิลบริสุทธิ์ การเพิ่ม 5% โคบอลต์ลงในนิกเกิล - โลหะผสมโคบอลต์ช่วยลดการบีบบังคับจาก 100 OE เป็น 2 OE ทำให้เป็นตัวเลือกอันดับต้น ๆ สำหรับวัสดุบันทึกแม่เหล็ก กลยุทธ์การผสมนี้เปิดใช้งานนิกเกิล - วัสดุแม่เหล็กที่ใช้เพื่อครอบคลุมสเปกตรัมทั้งหมดตั้งแต่แม่เหล็กอ่อนไปจนถึงแม่เหล็กถาวร

การตัดสี่ครั้ง - แอปพลิเคชันขอบของไดรฟ์แม่เหล็ก

การป้องกันแม่เหล็กสำหรับการคำนวณควอนตัม

ใน superconducting qubits กับดักฟลักซ์ที่เกิดขึ้นจากฟิล์มบางนิกเกิลบริสุทธิ์สามารถลดเสียงรบกวนสนามแม่เหล็กได้ 40 เดซิเบลทำให้เวลาการเก็บรักษาควอนตัมเกิน 100 μs การใช้นิกเกิล - โล่แม่เหล็กที่ใช้ในคอมพิวเตอร์ควอนตัมของ IBM ความเที่ยงตรงของการทำงานของเกตควอนตัมเพิ่มขึ้นจาก 99.2% เป็น 99.97% การปฏิวัติแกนแม่เหล็กในพลังงานใหม่

สเตเตอร์มอเตอร์ของ Tesla Model 3 ใช้นิกเกิล - โลหะผสมแม่เหล็กนุ่ม ๆ ที่ความถี่ในการใช้งาน 20kHz การสูญเสียธาตุเหล็กจะลดลงจาก 2.5W/kg สำหรับแผ่นเหล็กซิลิกอนแบบดั้งเดิมเป็น 0.8W/kg ส่งผลให้มีประสิทธิภาพของมอเตอร์ 98.5% และเพิ่มขึ้น 15% ในช่วง

การนำทางแม่เหล็กใน biomedicine

อนุภาคนาโนนิกเกิลที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 50nm สร้างผลทางความร้อนที่มีการแปลในสนามแม่เหล็กสลับกันทำให้การระเหยด้วยความร้อนที่แม่นยำของเซลล์มะเร็ง การทดลองทางคลินิกได้แสดงให้เห็นว่าการรักษาด้วยแม่เหล็กของเหลว hyperthermia นี้มีอัตราการรักษา 72% สำหรับมะเร็งตับและทำให้เกิดความเสียหายน้อยลงต่อเนื้อเยื่อปกติกว่าการรักษาด้วยรังสีแบบดั้งเดิม

จากการค้นพบแม่เหล็กของนิกเกิลในศตวรรษที่ 18 ไปจนถึงการก่อสร้างนิกเกิล - แม่เหล็กควอนตัมที่ใช้ในศตวรรษที่ 21 ความเข้าใจของมนุษยชาติเกี่ยวกับแม่เหล็กของนิกเกิลบริสุทธิ์ยังคงลึกซึ้งยิ่งขึ้น ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์กำลังสำรวจความเป็นไปได้ของการบรรลุศูนย์ - การจัดเก็บพลังงานแม่เหล็กโดยการจัดการโครงสร้างแม่เหล็กโทโพโลยีของนิกเกิล ในอุตสาหกรรมเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติได้ทำการผลิตนิกเกิลที่กำหนดเอง - อุปกรณ์แม่เหล็กที่ใช้เป็นจริง