Adalah magnetik nikel murni
Sebagai elemen logam transisi ke -28 dalam tabel periodik, sifat magnetik Nickel tetap menjadi misteri, berlama -lama dalam pencarian penemuan ilmiah. Sejak penemuan resminya di abad ke -18, perilaku magnetik unik Nickel telah membingungkan generasi fisikawan. Ini tidak menunjukkan feromagnetisme yang kuat dari besi maupun paramagnetisme lengkap aluminium. Properti magnetik "ambigu" ini, di suatu tempat di antaranya, telah membawa para ilmuwan hampir dua abad untuk menguraikan mekanisme yang mendasarinya.
Sifat magnetik dari nikel murni
Nikel murni menunjukkan feromagnetisme yang lemah pada suhu kamar, dengan kekuatan magnetisasi hingga 55 emu/g dan koersivitas sekitar 100 OE. Properti ini memungkinkannya tertarik oleh magnet permanen sambil tidak mempertahankan magnet remanen zat besi. Properti "magnet lembut" ini berasal dari struktur elektronik yang unik: atom nikel berisi delapan elektron dalam orbital 3D mereka, lima dengan spin - ke atas dan tiga dengan spin - turun, menghasilkan momen magnet bersih yang tidak sepenuhnya dibatalkan. Ketika sejumlah besar atom nikel agregat, momen -momen magnetik ini membentuk daerah (domain) magnet spontan melalui interaksi pertukaran. Namun, dengan tidak adanya medan magnet eksternal, domain secara acak disejajarkan dan tidak menunjukkan magnetisme makroskopis.
Ketika medan magnet eksternal diterapkan, magnetisasi nikel murni menunjukkan tiga tahap:
Magnetisasi Reversibel (0-500 OE): Dinding domain perlahan bergerak, dan intensitas magnetisasi sebanding secara linear dengan medan magnet eksternal.
Barkhausen Jump (500-1000 OE): Dinding domain tiba-tiba bergerak, menghasilkan langkah perubahan intensitas magnetisasi.
Near-saturation (>1000 OE): Semua domain pada dasarnya selaras, dan peningkatan intensitas magnetisasi melambat.
Karakteristik ini memberikan kerugian histeresis nikel murni yang sangat rendah dalam medan magnet bergantian, dengan koefisien kehilangan arus eddy hanya satu - ketiga dari baja silikon, menjadikannya bahan yang ideal untuk perangkat elektromagnetik frekuensi {1 {1 {1} tinggi.
Tiga faktor kunci yang mempengaruhi sifat magnetik
Efek suhu pada sifat magnetik
Suhu Curie nikel murni adalah 631 K (358 derajat). Di bawah suhu ini, ini menunjukkan ferromagnetisme, sementara di atas suhu ini, ia berubah menjadi paramagnetisme. Data eksperimental menunjukkan bahwa kerentanan magnetik adalah 3,2 × 10 - 3 pada 20 derajat, tetapi turun tajam menjadi 1,8 × 10-4 ketika dipanaskan hingga 300 derajat. Sensitivitas suhu ini digunakan dalam sensor termal: Termistor berbasis nikel dapat mencapai akurasi pengukuran 0,1 derajat dalam kisaran -50 derajat hingga 200 derajat.
Pembentukan efek struktur kristal
Wajah - struktur cubic cubic (FCC) dari nikel murni pada suhu kamar memberikannya permeabilitas magnetik anisotropik. Ketika magnetisasi sepanjang arah kristal [100], permeabilitas magnetik mencapai 1,2 × 10 - 6 h/m, sedangkan arah [111] hanya 0,8 × 10-6 jam/m. Nikel kristal tunggal yang disiapkan oleh teknologi solidifikasi terarah dapat mencapai rasio anisotropi magnetik hingga 1,5: 1, secara signifikan meningkatkan efisiensi konversi energi perangkat magnetik.
Jalur peningkatan paduan
Menambahkan 30% besi untuk membentuk permalloy (ni - fe) dapat meningkatkan permeabilitas magnetik awal hingga urutan 10^5, 1.000 kali lipat dari nikel murni. Menambahkan 5% kobalt ke nikel - paduan kobalt mengurangi koersivitasnya dari 100 OE menjadi 2 OE, menjadikannya pilihan utama untuk bahan rekaman magnetik. Strategi paduan ini memungkinkan nikel - bahan magnetik berbasis untuk menutupi seluruh spektrum, dari magnet lunak hingga magnet permanen.
Empat pemotongan - Edge Aplikasi drive magnet
Perisai magnetik untuk komputasi kuantum
Dalam qubit superkonduktor, perangkap fluks yang dibentuk oleh film tipis nikel murni dapat mengurangi kebisingan medan magnet sebesar 40 dB, memungkinkan waktu retensi keadaan kuantum melebihi 100 μs. Menggunakan nikel - berbasis perisai magnetik di komputer kuantum IBM, kesetiaan operasi gerbang kuantum meningkat dari 99,2% menjadi 99,97%. Revolusi inti magnetik dalam energi baru
Stator motor Tesla Model 3 menggunakan nikel - Iron Soft Magnetic Alloy. Pada frekuensi operasi 20kHz, kehilangan zat besi berkurang dari 2,5W/kg untuk lembaran baja silikon tradisional menjadi 0,8W/kg, menghasilkan efisiensi motor 98,5% dan peningkatan kisaran 15%.
Navigasi magnetik dalam biomedis
Nanopartikel nikel dengan diameter 50nm menghasilkan efek termal lokal dalam medan magnet bergantian, memungkinkan ablasi termal sel tumor yang tepat. Uji klinis telah menunjukkan bahwa terapi hipertermia cairan magnetik ini memiliki tingkat penyembuhan 72% untuk kanker hati dan menyebabkan lebih sedikit kerusakan pada jaringan normal daripada radioterapi tradisional.
Dari penemuan magnet nikel di abad ke -18 hingga konstruksi nikel - berbasis magnet kuantum di abad ke -21, pemahaman kemanusiaan tentang magnet nikel murni terus semakin dalam. Saat ini, para ilmuwan sedang mengeksplorasi kemungkinan mencapai penyimpanan magnetik energi nol - dengan memanipulasi struktur magnetik topologi nikel. Dalam industri, teknologi pencetakan 3D telah membuat produksi nikel - yang disesuaikan menjadi kenyataan.
