magnetiske materialer

Magnetiske materialer er materialer som spontant fremviser magnetiske egenskaper, slik som magnetisk tiltrekning, og benyttes innen flere typer teknologier. Ferromagneter og antiferromagneter er eksempler på magnetiske materialer.

Faktaboks

Uttale
magnˈetiske materialer

Beskrivelse

Magnetiske materialer som tilhører klassen ferromagneter og ferrimagenter viser en sterk tiltrekning i et magnetfelt. Svak tiltrekning er karakteristisk for paramagnetiske substanser og svak frastøting for diamagnetiske. Slike stoffer regnes ikke med blant magnetiske materialer, siden alle materialer har en form for magnetisk respons når et ytre magnetfelt er til stede.

Andre typer materialer er magnetisk ordnede på mikroskopisk nivå, men fremviser ikke en netto, makroskopisk magnetisme for materialet som helhet. Dette fenomenet kalles antiferromagnetisme.

Man skjelner mellom «bløte» magnetiske materialer, som taper sin magnetisering mer eller mindre fullstendig ved fravær av et ytre magnetfelt, og «harde» eller permanente magnetiske materialer.

Bløte magnetiske metaller

Bløte magnetiske metaller anvendes blant annet som kjerne i transformatorer, til elektriske maskiner og til forskjellige formål innen teleteknikk der magnetiseringen må skifte i takt med et pålagt ytre vekselfelt. Hos slike magnetiske materialer ønsker man minst mulig energitap ved om-magnetisering, ved siden av en høy metningsinduksjon og et høyt forhold mellom magnetisk induksjon og feltstyrke. For mange anvendelser er det også ønskelig at permeabiliteten er nær den samme ved høy og lav feltstyrke, og at den varierer lite med temperaturen.

Vanlig benyttede bløte magnetiske materialer er:

  • teknisk rent jern, som anvendes for mindre motorer og transformatorer, men som gir forholdsvis høye tap ved om-magnetisering (hysteresetap) og virvelstrømtap.
  • silisiumlegert stål (dynamoblikk) med 1–4 % silisium, av og til med orientert struktur, som anvendes i større transformatorer og maskiner på grunn av et lavere virvelstrømtap.
  • legeringer med høyt innhold av nikkel og eventuelt andre elementer, for eksempel permalloy (45–78 % nikkel), my-metall (75 % nikkel; 5 % kobber; 2 % krom), supermalloy (79 % nikkel; 5 % molybden). Disse materialene har høy permeabilitet og egner seg for bruk ved radiofrekvens fordi hysteresetapet er lavt.
  • kobolt-jern-legeringer, som har høy metningsinduksjon og høy permeabilitet, for eksempel supermendur (49 % kobber; 2 % vanadium), og som anvendes i elektromagneter og polsko.
  • bløte ferritter, som har meget lave hysteresetap og som derfor kan brukes for frekvenser opp til mikrobølge-området.

Harde magnetiske metaller

Harde magnetiske metaller deles i magnetisk stål og magnetiske legeringer. Den eldste og billigste typen er herdet og ulegert stål, ofte med cirka 1 % karbon. Større magnetisk «stivhet» oppnås i legerte ståltyper, særlig ved høyt innhold av kobolt (ca. 35 %), og i legeringer av typen cunife (60 % kobber; 20 % nikkel; 20 % jern). Stivheten er et mål på hvor vanskelig det er å avmagnetisere materialet. Disse magnetiske materialene krever omtrent fem ganger så høy energi som ulegert stål for avmagnetisering.

Nyere materialer

Bruksegenskapene til magnetiske materialer er knyttet til det netto makroskopiske magnetiske moment som stoffet har under Curie-temperaturen (for ferrimagneter ofte kalt ferrimagnetisk Néel-temperatur). De verdifulle anvendbare magnetiske egenskapene hos slike materialer forbedres gjerne dess lenger under Curie-temperaturen man opererer. De klassiske materialene til permanentmagneter, jern, kobolt og nikkel, har forholdsvis lave magnetiske momenter, men jern og kobolt har meget høye Curie-temperaturer (α-Fe: 770 °C; Co: 1130 °C).

Etter hvert har det kommet til en rekke nye permanentmagnet-materialer, for eksempel alnico-type-legeringer (Co, Ni m.m. i Al-matrise), barium-magnetoplumbitt, superlegeringer som Co5Sm og borider, Fe-Nd-B-systemet.

Anvendelse

Ferrittlager eller «kjernelager» i en datamaskin, ca. 1960-tallet. Hver metallring lagrer en bit data.
Utsnitt av kjernelager av . Gjengitt med tillatelse

Kromdioksid, CrO2, og jern(II,III)oksid, Fe3O4, brukes i magnetiske lagringsmedia. Svært små partikler av Fe3O4 og av magnemitt, Fe2O3, oppfører seg som superparamagnetiske materialer og benyttes blant annet i kontrastmidler for MR-undersøkelser. Emulsjoner av små jernoksidpartikler betegnes ferrofluid, og dens flytegenskaper kan kontrolleres for eksempel av pålagte magnetfelter.

Oppdagelsen av kjempemagnetoresistans på slutten av 1980-tallet muliggjorde utnyttelsen av tynne magnetiske multilag-enheter i forbindelse med mer effektive datalagringsmedia. Denne effekten er en del av feltet spintronikk, som er et aktivt forskningsfelt. Målet er å benytte seg av elektronspinnet som utgjør magnetismen i magnetiske materialer til å lagre og overføre informasjon.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg