É puro níquel magnético
Como o 28º elemento de metais de transição na tabela periódica, as propriedades magnéticas de Nickel continuam sendo um mistério, demorando na busca pela descoberta científica. Desde sua descoberta oficial no século XVIII, o comportamento magnético exclusivo de Nickel tem gerações perplexas de físicos. Ele não exibe o forte ferromagnetismo do ferro nem o paramagnetismo completo do alumínio. Essa propriedade magnética "ambígua", em algum lugar, levou os cientistas a quase dois séculos para decifrar seu mecanismo subjacente.
A natureza magnética do níquel puro
O níquel puro exibe ferromagnetismo fraco à temperatura ambiente, com uma força de magnetização de até 55 emu/g e uma coercividade de aproximadamente 100 OE. Esta propriedade permite que ela seja atraída por ímãs permanentes, sem manter o magnetismo remunerado do ferro. Esta propriedade "magnética suave" decorre de sua estrutura eletrônica exclusiva: os átomos de níquel contêm oito elétrons em seus orbitais 3D, cinco com spin - para cima e três com spin - para baixo, resultando em um momento magnético líquido que não é completamente cancelado. Quando um grande número de átomos de níquel se agrega, esses momentos magnéticos formam regiões magnetizadas espontaneamente (domínios) através de interações de troca. No entanto, na ausência de um campo magnético externo, os domínios são alinhados aleatoriamente e não exibem magnetismo macroscópico.
Quando um campo magnético externo é aplicado, a magnetização do níquel puro exibe três estágios:
Magnetização reversível (0-500 OE): As paredes do domínio se movem lentamente e a intensidade da magnetização é linearmente proporcional ao campo magnético externo.
Salto de Barkhausen (500-1000 OE): As paredes do domínio se movem repentinamente, resultando em uma mudança de etapa na intensidade da magnetização.
Near-saturation (>1000 OE): Todos os domínios estão essencialmente alinhados e o aumento da intensidade da magnetização diminui.
Essa característica fornece às perdas de histerese extremamente baixas em um campo magnético alternado, com um coeficiente de perda de corrente de Foucault, apenas um - terceiro o do aço de silício, tornando -o um material ideal para os dispositivos eletromagnéticos de frequência alta-.
Três fatores -chave que afetam as propriedades magnéticas
O efeito da temperatura nas propriedades magnéticas
A temperatura curie do níquel puro é de 631 K (358 graus). Abaixo dessa temperatura, exibe ferromagnetismo, enquanto acima dessa temperatura, ele se transforma em paramagnetismo. Os dados experimentais mostram que a suscetibilidade magnética é de 3,2 × 10 - 3 a 20 graus, mas cai acentuadamente para 1,8 × 10-4 quando aquecida a 300 graus. Essa sensibilidade à temperatura é usada em sensores térmicos: os termistores à base de níquel podem obter uma precisão de medição de 0,1 graus na faixa de -50 a 200 graus.
Efeito moldado da estrutura cristalina
A face - estrutura cúbica centrada (FCC) do níquel puro à temperatura ambiente fornece permeabilidade magnética anisotrópica. Quando magnetizado ao longo da direção do cristal [100], a permeabilidade magnética atinge 1,2 × 10 - 6 h/m, enquanto a direção [111] é de apenas 0,8 × 10-6 h/m. O níquel de cristal único preparado pela tecnologia direcional de solidificação pode atingir uma razão de anisotropia magnética de até 1,5: 1, melhorando significativamente a eficiência da conversão de energia dos dispositivos magnéticos.
Caminhos de aprimoramento de liga
A adição de 30% de ferro para formar uma permalloy (ni - Fe) pode aumentar sua permeabilidade magnética inicial na ordem de 10^5, 1.000 vezes a do níquel puro. A adição de 5% de cobalto a um níquel - liga de cobalto reduz sua coercividade de 100 OE a 2 OE, tornando -a uma das principais opções para materiais de gravação magnética. Essa estratégia de liga permite o níquel - materiais magnéticos baseados em todo o espectro, de ímãs macios a ímãs permanentes.
Quatro Corte - Aplicações de borda da unidade magnética
Blindagem magnética para computação quântica
Em Qubits supercondutores, as armadilhas de fluxo formadas por filmes finos de níquel puro podem reduzir o ruído do campo magnético em 40 dB, permitindo que os tempos de retenção de estado quântico que excedam 100 μs. Usando um escudo magnético baseado em níquel - no computador quântico da IBM, a fidelidade das operações de portões quânticos aumentou de 99,2% para 99,97%. Uma revolução do núcleo magnético em nova energia
O estator do motor do Tesla Model 3 utiliza um níquel - liga magnética macia de ferro. Em uma frequência operacional de 20kHz, a perda de ferro é reduzida de 2,5W/kg para folhas de aço de silício tradicionais para 0,8W/kg, resultando em uma eficiência motora de 98,5% e um aumento de 15% na faixa.
Navegação magnética na biomedicina
Nanopartículas de níquel com um diâmetro de 50nm geram um efeito térmico localizado em um campo magnético alternado, permitindo a ablação térmica precisa das células tumorais. Os ensaios clínicos mostraram que essa terapia com hipertermia do fluido magnético tem uma taxa de cura de 72% para o câncer de fígado e causa menos danos ao tecido normal do que a radioterapia tradicional.
Desde a descoberta do magnetismo de níquel no século XVIII até a construção de ímãs quânticos baseados em níquel - no século XXI, a compreensão da humanidade sobre o magnetismo de níquel puro continuou a se aprofundar. Atualmente, os cientistas estão explorando a possibilidade de alcançar zero - armazenamento magnético energético, manipulando a estrutura magnética topológica de níquel. Na indústria, a tecnologia de impressão 3D tornou a produção personalizada de dispositivos magnéticos baseados em níquel - uma realidade.
