none

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

2. ►Lịch sử và nguồn gốc của từ học
►Các hiện tượng từ học
►Phân loại vật liệu từ
►Ứng dụng

3. 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

4. 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.

5. 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.

6. 1.Chất nghịch từ
2.Chất thuận từ
3.Chất sắt từ
4.Chất phản sắt từ
5.Chất feri từ

7. Chất nghịch từ:
• Là chất có độ cảm từ X có giá trị âm và rất nhỏ hơn 1, chỉ vào
khoảng 10−5
. Nguồn gốc tính nghịch từ là chuyển động của
điện từ trên quỹ đạo quanh hạt nhân, tạo ra từ trường có chiều
ngược với từ trường ngoài.
- Là chất có độ từ hóa X>0 nhưng cũng rất nhỏ, cỡ 10−4
và
tỷ lệ với
1
𝑇
. Khi chưa có từ trường ngoài các momen từ của
các nguyên tử hoặc ion thuận từ định hướng hỗn loạn còn
khi có từ trường ngoài chúng sắp xếp cùng hướng với từ
trường.
Chất thuận từ

8. Chất sắt từ:
• Độ cảm từ X có giá trị rất lớn, cỡ 106. Ở T < TC (nhiệt độ Curie) từ
độ J giảm dần, không tuyến tính khi nhiệt độ tăng lên. Tại T = TC từ
độ biến mất. Ở vùng nhiệt độ T > TC giá trị
𝟏
𝐗
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
Chất phản sắt từ
Là chất từ yếu, X ~ 10−4
, nhưng sự phụ thuộc của
𝟏
𝐗
vào nhiệt độ
không hoàn toàn tuyến tính như chất thuận từ và có một hõm tại
nhiệt độ TN (gọi là nhiệt độ Nell). Khi T < TN 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 T > TN sự sắp xếp của các
momen từ spin trở nên hỗn loạn và X lại tăng tuyến tính theo T
như chất thuận từ

9. Chất feri từ:
• Độ cảm từ có giá trị khá lớn, gần bằng của sắt từ (X ~ 10−4
) 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 T < TC. Vì vậy feri từ còn
được gọi là phản sắt từ không bù trừ. Khi T > TC 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.

10. 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

11. 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.

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

13. Các đặc trưng
Lực kháng từ: Lực kháng từ, ký hiệu là Hc là đại lượng
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:
HC = a
K1
IS
+ b N1 − N2 IS + c
TλS
IS

14. HC = a
K1
IS
+ b N1 − N2 IS + c
TλS
IS
Trong đó:
Thành phần thứ nhất có đóng góp lớn nhất với K1 là hằng số dị hướng từ
tinh thể bậc 1, IS là từ độ bão hòa
Thành phần thứ 2 có đóng góp nhỏ hơn 1 bậc với N1, N2 là thừa số khử
từ đo theo hai phương khác nhau
Thành phần thứ 3 có đóng góp nhỏ nhất với λS là từ giảo bão hòa, T là
ứng suất nội
Và a,b,c lần lượt là các hệ số đóng góp
+ 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.
Đại lượng này có đơn vị là đơn vị mật độ năng lượng
J
m3. Tích năng lượng từ cực
đại được xác định trên đường cong khử từ thuộc về góc phần tư thứ 2 trên đường
cong từ trễ, là một điểm sao cho giá trị của tích cảm ứng từ B và từ trường H là cực
đại. Vì thế, tích năng lượng từ cực đại thường được ký hiệu là (B.H)max.
Vì là tích của B (đơn vị trong CGS là Gauss – G), và H (đơn vị trong CGS là Oersted
– Oe), nên tích năng lượng từ còn có một đơn vị khác là GOe (đơn vị này thường
dùng hơn đơn vị chuẩn SI trong khoa học và công nghệ vật liệu từ)
1GOe =
8
1000
J
m3
Để có tích năng lượng từ cao, vật liệu cần có lực kháng từ lớn và cảm ứng từ dư cao.

15. + 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.

16. - 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.

17. 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.

18. - 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:
µ𝑖 = lim
𝐻→0
𝑑𝐵
𝑑𝐻

19. - 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...

20. - 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 𝐹𝑒65𝐶𝑜35có từ độ bão hòa
đạt tới 2,34 T.

21. 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

22. 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 𝑁𝑖75𝐹𝑒25 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.

23. - 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 MO𝐹𝑒2𝑂3. 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
nền kim loại.
. Vật liệu vô định hình không có cấu trúc tinh thể, nên triệt tiêu dị
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.

24. - Khi kết tinh từ trạng thái vô định hình, ta có vật liệu nano tinh thể, là các hạt
nanô kết tinh trên nền vô định hình dư, triệt tiêu từ giảo từ tổ hợp hai pha vô
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]
(𝐹𝑒73,5𝑆𝑖13,5𝐵9𝑁𝑏3𝐶𝑢1) 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…
Lần đầu tiên, các nhà khoa học tại Australia đã tạo ra một tinh thể nano
có thể uốn cong ánh sáng. Tinh thể này nhỏ hơn 500 lần một sợi tóc của
con người và được sử dụng để đặt nền móng cho kính nhìn ban đêm siêu
nhẹ.
Tinh thể giúp nhìn thấy vật thể trong
đêm tối đang trong quá trình hoàn
thiện. (Ảnh: Night Vision Guys).

25. 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