Historien om skabelsen og brugen af ​​magnetiske materialer

Historien om brugen af ​​magnetiske materialer er uløseligt forbundet med opdagelsens og forskningens historie magnetiske fænomener, samt historien om udviklingen af ​​magnetiske materialer og forbedringen af ​​deres egenskaber.

Første omtaler til magnetiske materialer dateres tilbage til oldtiden, hvor magneter blev brugt til at behandle forskellige lidelser.

Den første enhed lavet af et naturligt materiale (magnetit) blev produceret i Kina under Han-dynastiet (206 f.Kr. - AD 220). I Lunheng-teksten (1. århundrede e.Kr.) beskrives det således: "Dette værktøj ligner en ske, og hvis du lægger det på en tallerken, så vil dets håndtag pege mod syd." På trods af det faktum, at en sådan "enhed" blev brugt til geomancy, betragtes den som en prototype af kompasset.

Prototype af kompasset skabt i Kina under Han-dynastiet: en — model i naturlig størrelse; b - monument for opfindelsen

Indtil omkring slutningen af ​​1700-tallet.de magnetiske egenskaber af naturlig naturligt magnetiseret magnetit og jernet magnetiseret med det blev kun brugt til fremstilling af kompasser, selvom der er legender om magneter, der blev installeret ved indgangen til et hus for at opdage jernvåben, der kunne være skjult under en indkommende persons tøj.

På trods af det faktum, at magnetiske materialer i mange århundreder kun blev brugt til fremstilling af kompasser, var mange forskere engageret i studiet af magnetiske fænomener (Leonardo da Vinci, J. della Porta, V. Gilbert, G. Galileo, R. Descartes, M. Lomonosov, etc.), der bidrog til udviklingen af ​​videnskaben om magnetisme og brugen af ​​magnetiske materialer.

De kompasnåle, der var i brug på det tidspunkt, var naturligt magnetiserede eller magnetiserede naturlig magnetit… Det var først i 1743, at D. Bernoulli bøjede magneten og gav den form som en hestesko, hvilket i høj grad øgede dens styrke.

I XIX århundrede. forskningen i elektromagnetisme samt udviklingen af ​​egnede enheder har skabt forudsætninger for udbredt brug af magnetiske materialer.

I 1820 opdagede HC Ørsted sammenhængen mellem elektricitet og magnetisme. Baseret på sin opdagelse lavede W. Sturgeon i 1825 den første elektromagnet, som var en jernstang dækket med dielektrisk lak, 30 cm lang og 1,3 cm i diameter, bøjet i form af en hestesko, hvorpå der var 18 vindinger af tråd. viklet forbundet til et elektrisk batteri ved at skabe kontakt. Den magnetiserede jernhestesko kan holde en belastning på 3600 g.

Størelektromagnet (den stiplede linje viser positionen af ​​den bevægelige elektriske kontakt, når det elektriske kredsløb er lukket)

P. Barlows værker med at reducere indflydelsen på skibskompasser og kronometre af magnetfeltet skabt af de omgivende jernholdige dele hører til samme periode. Barlow var den første til at bruge magnetfeltafskærmningsanordninger i praksis.

Første praktiske anvendelse magnetiske kredsløb relateret til historien bag opfindelsen af ​​telefonen. I 1860 demonstrerede Antonio Meucci evnen til at transmittere lyde over ledninger ved hjælp af en enhed kaldet teletrofonen. A. Meuccis prioritet blev først anerkendt i 2002, indtil da blev A. Bell betragtet som skaberen af ​​telefonen, på trods af at hans ansøgning om opfindelser fra 1836 blev indgivet 5 år senere end A. Meuccis ansøgning.

T.A.Edison var i stand til at forstærke lyden af ​​telefonen ved hjælp af transformer, patenteret samtidigt af P. N. Yablochkov og A. Bell i 1876.

I 1887 udgav P. Janet et værk, der beskrev en enhed til optagelse af lydvibrationer. Pulverlakeret stålpapir blev indsat i den langsgående spalte af den hule metalcylinder, som ikke skar cylinderen fuldstændigt. Når strømmen gik gennem cylinderen, skulle støvpartiklerne orienteres på en bestemt måde under påvirkning af magnetisk feltstrøm.

I 1898 gennemførte den danske ingeniør V. Poulsen praktisk talt O. Smiths ideer om lydoptagelsesmetoder. Dette år kan betragtes som fødselsåret for den magnetiske registrering af information. V. Poulsen brugte som magnetisk indspilningsmedie en klavertråd af stål med en diameter på 1 mm viklet på en ikke-magnetisk rulle.

Under optagelse eller afspilning roterer spolen sammen med ledningen i forhold til magnethovedet, som bevæger sig parallelt med dets akse. Som magnetiske hoveder brugte elektromagneter, bestående af en stavformet kerne med en spole, hvis ene ende gled hen over arbejdslaget.

Industriel produktion af kunstige magnetiske materialer med højere magnetiske egenskaber blev først mulig efter udviklingen og forbedringen af ​​metalsmeltningsteknologier.

I XIX århundrede. det vigtigste magnetiske materiale er stål indeholdende 1,2 ... 1,5 % kulstof. Fra slutningen af ​​XIX århundrede. begyndte at blive erstattet af stål legeret med silicium. XX århundrede karakteriseret ved skabelsen af ​​mange mærker af magnetiske materialer, forbedringen af ​​metoder til deres magnetisering og skabelsen af ​​en vis krystalstruktur.

I 1906 blev der udstedt et amerikansk patent på en hårdtbelagt magnetisk disk. Tvangskraften af ​​de magnetiske materialer, der blev brugt til optagelse, var lav, hvilket i kombination med høj restinduktans, stor tykkelse af arbejdslaget og lav fremstillingsevne førte til, at ideen om magnetisk optagelse praktisk talt blev glemt indtil 20'erne århundrede.

I 1925 i USSR og i 1928 i Tyskland blev der udviklet optagemedier, som er fleksibelt papir eller plastiktape, hvorpå der påføres et lag pulver indeholdende carbonyljern.

I 20'erne af forrige århundrede. magnetiske materialer er skabt baseret på legeringer af jern med nikkel (permaloid) og jern med kobolt (permendura). Til brug ved høje frekvenser er ferrocards tilgængelige, som er lamineret materiale lavet af papir belagt med lak med partikler af jernpulver fordelt i det.

I 1928 opnåede man i Tyskland et jernpulver bestående af partikler i mikronstørrelse, som blev foreslået brugt som fyldstof ved fremstilling af kerner i form af ringe og stænger.Den første anvendelse af permalloy i konstruktionen af ​​et telegrafrelæ tilhører samme periode.

Permalloy og permendyur omfatter dyre komponenter - nikkel og kobolt, hvorfor alternative materialer er blevet udviklet i lande, der mangler egnede råmaterialer.

I 1935 skabte H. Masumoto (Japan) en legering baseret på jern legeret med silicium og aluminium (alcifer).

I 1930'erne. jern-nikkel-aluminiumslegeringer (YUNDK), som havde høje (på det tidspunkt) værdier af tvangskraft og specifik magnetisk energi. Den industrielle produktion af magneter baseret på sådanne legeringer begyndte i 1940'erne.

Samtidig blev der udviklet ferriter af forskellige varianter og nikkel-zink og mangan-zink ferritter. Dette årti omfattede også udviklingen og brugen af ​​magneto-dielektrik baseret på permaloid- og carbonyljernpulver.

I de samme år blev der foreslået udviklinger, der dannede grundlag for forbedringen af ​​magnetisk optagelse. I 1935 blev en enhed kaldet Magnetofon-K1 skabt i Tyskland, hvor et magnetbånd blev brugt til at optage lyd, hvis arbejdslag bestod af magnetit.

I 1939 udviklede F. Matthias (IG Farben / BASF) et flerlagstape bestående af en bagside, klæbemiddel og gammajernoxid. Ringmagnetiske hoveder med en magnetisk kerne baseret på permaloid er blevet skabt til afspilning og optagelse.

I 1940'erne. udviklingen af ​​radarteknologi førte til undersøgelser af en elektromagnetisk bølges interaktion med magnetiseret ferrit. I 1949 observerede W. Hewitt fænomenet ferromagnetisk resonans i ferritter. I begyndelsen af ​​1950'erne.Ferrit-baserede hjælpestrømforsyninger begynder at blive produceret.

I 1950'erne. I Japan begyndte man kommerciel produktion af hårde magnetiske ferriter, som var billigere end YUNDK-legeringer, men ringere end dem med hensyn til specifik magnetisk energi. Begyndelsen af ​​brugen af ​​magnetbånd til at lagre information i computere og til at optage tv-udsendelser går tilbage til samme periode.

I 60'erne af forrige århundrede. udviklingen af ​​magnetiske materialer baseret på forbindelser af kobolt med yttrium og samarium er i gang, hvilket i det næste årti vil føre til industriel implementering og forbedring af lignende materialer af forskellige typer.

I 70'erne af forrige århundrede. udviklingen af ​​teknologier til fremstilling af tynde magnetiske film førte til udbredt brug af dem til optagelse og lagring af information.

I 80'erne af forrige århundrede. kommerciel produktion af sintrede magneter baseret på NdFeB-systemet begynder. Omtrent samtidig begyndte produktionen af ​​amorfe, og lidt senere, nanokrystallinske magnetiske legeringer, som blev et alternativ til permaloid og i nogle tilfælde til elektrisk stål.

Opdagelsen i 1985 af den gigantiske magnetoresistenseffekt i flerlagsfilm indeholdende nanometertykke magnetiske lag lagde grundlaget for en ny retning inden for elektronik - spinelektronik (spintronik).

I 90'erne af forrige århundrede. Forbindelser baseret på SmFeN-systemet blev føjet til spektret af sammensatte hårde magnetiske materialer, og i 1995 blev magnetoresistens-tunneleffekten opdaget.

I 2005den gigantiske tunnelmagnetoresistenseffekt blev opdaget. Derefter blev sensorer baseret på effekten af ​​gigant- og tunnelmagnetoresistens udviklet og sat i produktion, beregnet til brug i kombinerede optage-/gengivelseshoveder af hårde magnetiske diske, i magnetbåndsenheder mv. Random access memory-enheder blev også oprettet.

I 2006 begyndte den industrielle produktion af magnetiske diske til vinkelret magnetisk optagelse. Udviklingen af ​​videnskab, udviklingen af ​​nye teknologier og udstyr gør det muligt ikke kun at skabe nye materialer, men også at forbedre egenskaberne ved tidligere skabte.

Begyndelsen af ​​det XXI århundrede kan karakteriseres af følgende hovedområder for forskning relateret til brugen af ​​magnetiske materialer:

• inden for elektronik — at reducere størrelsen af ​​udstyr på grund af indførelsen af ​​flad- og tyndfilmsenheder;

• i udviklingen af ​​permanente magneter — udskiftning af elektromagneter i forskellige enheder;

• i lagerenheder — reduktion af størrelsen af ​​hukommelsescellen og forøgelse af hastigheden;

• i elektromagnetisk afskærmning — øge effektiviteten af ​​elektromagnetiske afskærmninger i et bredt frekvensområde, samtidig med at deres tykkelse reduceres;

• i strømforsyninger — udvidelse af grænserne for det frekvensområde, hvori magnetiske materialer anvendes;

• i flydende inhomogene medier med magnetiske partikler - udvidelse af områderne for deres effektive anvendelse;

• i udvikling og skabelse af sensorer af forskellige typer — udvidelse af sortimentet og forbedring af tekniske egenskaber (især følsomhed) gennem brug af nye materialer og teknologier.