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1. 強磁性材料の ヒステリシス特性を理解する 大阪府立大学 工学研究科 清水 悠生
2. 2 強磁性材料の位置づけ ✓ 強磁性材料の俯瞰的な位置は下記のとおり 磁性 反磁性 強磁性 反強磁性 常磁性 フェリ磁性 軟磁性材料 硬磁性材料 磁歪材料 … 外部磁場が印加されると，逆方向に磁化される性質 外部磁場が印加されると， 同じ方向に強く磁化される性質 外部磁場が印加されると，同じ方向に磁化される性質 外部磁化がなくなると，磁化もなくなる
3. 3 (強)磁性材料の説明 1. 硬磁性材料 保磁力が大きく，永久磁石として用いられる。 反磁界をかけても，磁化方向が変化しにくい。 ex) フェライト磁石，ネオジム磁石 2. 軟磁性材料 保磁力が小さく，透磁率が大きい。 反磁界により，比較的簡単に磁化方向が反転する。 モータや変圧器の鉄心に使用される。 ex) 鉄，ケイ素鋼板，アモルファス合金 3. 磁歪材料 外部磁場をかけることで変形する材料。 超音波モータなどに用いられる。 ex) ニッケル，フェライト
4. 4 なぜ磁性を示すのか ✓ 電子には磁気特性の異なる2種類が存在する（電子スピン） ✓ 例えば，同じ原子軌道内に2つの電子が存在する場合 スピンを打ち消しあい，外部からみて磁気は発生しない ✓ それに対し，軌道に1つだけ電子が存在する場合 磁気が生じる（不対電子） N S 電子 アップスピン N S 電子 ダウンスピン 電子1つ1つが 磁石のように振る舞う！
5. 5 強磁性の場合 ✓ 例えば3価の鉄イオンであれば， 不対電子が5つ存在し，強磁性を示す 1s 2s 3s 4s エネルギー 2p 3p 3d 26 Fe3+の場合 （灰色は 26 Feの場合） 不対電子が5つ存在！ （参考）ヨビノリたくみ：「化学結合論入門①～」 https://www.youtube.com/watch?v=NT24OypQFNg
6. 6 外部磁場による磁化 ✓ 不対電子の向きは材料内でばらばらだが， 外部磁場により方向を揃えることで 強磁性材料は磁化され，磁石として振る舞うように 磁性体の 磁束密度(B) 外部の磁場(H) 外部磁場を加える 消磁状態 飽和状態
7. 7 外部磁場を弱めていく ✓ 強磁性材料を一度磁化すると，外部磁場を0にしても 残留磁気が生じる ✓ さらに反磁場を加えていくと，あるタイミングで 磁化方向が反転する 磁性体の 磁束密度(B) 外部の磁場(H) 飽和状態 飽和状態 外部磁場を0 にしても 磁化されている
8. 8 ヒステリシス特性 ✓ これまでのプロセスは磁場方向を負⇒正とした場合も同様 ✓ このように，磁性体の磁束密度は外部磁場によって一様に 決まらず，過去の状態にも依存して決定する特性を ヒステリシス特性と呼ぶ 磁性体の 磁束密度(B) 外部の磁場(H)
9. 9 用語まとめ（1/2） 残留磁束密度 保磁力 飽和磁束密度 磁性体の 磁束密度(B) 外部の磁場(H) • 飽和磁束密度：磁束密度が飽和した値。飽和磁化に対応する。 • 残留磁束密度：磁化され飽和磁束密度まで達した磁性体から，印加して いる外部磁場を取り除いた際に残留する磁束密度 • 保磁力：磁化された磁性体の磁束密度をゼロに するために必要な外部(反)磁場 以降の傾きは 真空の透磁率μ 0 となる (磁束密度は一定値に 収束しないことに注意)
10. 10 用語まとめ（2/2） 磁区 …磁気モーメントの そろったある区間 磁壁 …磁区同士の境界 磁壁 磁区 磁区 徐々に向きが変化する
11. 11 硬磁性と軟磁性のB-Hカーブ 磁性体の 磁束密度(B) 外部の磁場(H) ✓ 硬磁性材料は軟磁性材料に比べて保磁力が大きい ⇒外部磁場に寄らない磁束の供給源（永久磁石）として働く （図は不正確で，実際は1000倍近い保磁力の差がある） ✓ 硬磁性材料は実用範囲の磁気抵抗が大きい（比透磁率が小さい） 軟磁性材 （珪素鋼板etc） 硬磁性材 （ネオジム磁石etc）