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产生新型磁性材料的可能元素

已有 519 次阅读 2018-9-20 22:41 |个人分类:代表性个人学术观点|系统分类:科研笔记| 磁性, 产生, 新型, 元素, 铁钴镍

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以下是一时心血来潮的直观猜测,作为一种思考贴出。感谢您的指教!

产生新型磁性材料的可能元素

                         

    不久之前,化学元素钌(Ru,ruthenium)已经被确认室温下具有独特磁性的第四个单一元素[1,2]。铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni),是三种已知的在室温下具有磁性的元素。以前发现稀土元素钆(Gd)几乎在8摄氏度以下也有磁性。

    去年有报道称[3]:向二维合金中添加铼(Re),发现意料之外的磁性特征。大部分情况下,铼元素并不是磁性材料,在原子尺度上的某些特定组合下,它也能具有磁性。

    由于电子、质子、中子都具有磁性,所以几乎所有的原子、分子等也具有磁性或瞬时磁性、瞬时电性。当这种微观的磁性、电性以一定的方式大量组织起来时,材料就会表现出宏观的磁性、电性。磁畴[4,5],是自然界自身存在的一种这样的集体性现象。但产生宏观永久磁性的方式,应该不止磁畴一种。因此,不难想象,不仅固体可以出现永久磁性,气体、液体、等离子体等,也可以出现宏观的永久磁性。只是在目前的条件下,由于人类没有充分的进行原子、分子水平的集体操作控制能力,所以只有少量的材料,才能表现出宏观永久磁性。铁、钴、镍等固体材料,是在目前条件下进行少量的人工操作控制就能显出宏观永久磁性的材料。

    通过微观操作,如比纳米还细微的操作,完全有可能使得越来越多的材料出现宏观磁性。操作控制的核心:使原子、分子自身具有的磁性,得到大量的集体性的统一。只要能够维持这种操作控制,固体、气体、液体、等离子体等,都可能表现出宏观的永久磁性。

    在目前的科技条件下,固体的这种操作最容易实现。所以,除了单一元素的磁性外,借助微观操作,可以使铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、钌(Ru)、铼(Re)以外的材料出现宏观磁性。

  

    联想起半导体固体电子器件的发展历史,不难猜想,在铁、钴、镍、钌周围的元素,是易于被人工操作控制出现宏观永久磁性的材料。一般地,原子量越大,金属往往越活泼。所以,铁、钴、镍下方原子量偏小的元素,是首先考虑的新型磁性材料候选元素:但既要保持类似铁、钴、镍的原子结构,又要适度降低原子量以降低活泼性(以便人工操作控制的简单性)。

  

    除了单一元素外,通过化合物、纳米或更细微的操作控制,都可能使得许多材料产生宏观永久磁性。这些铁、钴、镍、钌周围的元素,以一定的方式掺杂到塑料、陶瓷、合金等固体材料里,有可能首先找到新型的磁性材料。

    新型的线性磁性材料(磁化曲线具有很宽的线性区),且具有高绝缘性(非导体),重量轻等特征的磁体,对于电力、信息等工业,具有重要的价值。无论是软磁、硬磁或矩磁新型材料。

    导电塑料已经获得2000诺贝尔化学奖"for the discovery and development of conductive polymers"[6]。因此在研制新型磁性塑料,是很有前景的。非导电的塑料,具有绝缘性好、重量轻等特点。

   

    随便地,类似的人工操作控制,还可以是许多材料出现宏观电性,类似晶体的压电效应(Piezoelectricity[7,8]

         

相关资料:

[1] Mangalorean.com, 2018-05-27, Scientists identify new magnetic element

http://www.mangalorean.com/scientists-identify-new-magnetic-element/

[2] 新材料在线,2018-05-29Nature子刊:研究发现钌在室温下具有独特的铁磁性

http://www.xincailiao.com/news/news_detail.aspx?id=191036

[3] ScienceDaily, 2017-10-11, Ultraflat magnets: Atom-thick alloys with unanticipated magnetic properties

https://www.sciencedaily.com/releases/2017/10/171011144822.htm

[4] 磁畴,百度百科

https://baike.baidu.com/item/%E7%A3%81%E7%95%B4

[5] Magnetic domain, From Wikipedia, the free encyclopedia

https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_domain

[6] The Nobel Prize in Chemistry 2000

https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2000/

[7] 压电效应,百度百科

https://baike.baidu.com/item/%E5%8E%8B%E7%94%B5%E6%95%88%E5%BA%94

[8] Piezoelectricity, From Wikipedia, the free encyclopedia

https://en.wikipedia.org/wiki/Piezoelectricity

                         

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