Historien om skapandet och användningen av magnetiska material

Historien om användningen av magnetiska material är oupplösligt förenad med upptäcktens och forskningens historia magnetiska fenomen, liksom historien om utvecklingen av magnetiska material och förbättringen av deras egenskaper.

Första omnämnanden för magnetiska material går tillbaka till antiken då magneter användes för att behandla olika åkommor.

Den första enheten gjord av ett naturligt material (magnetit) tillverkades i Kina under Handynastin (206 f.Kr. - 220 e.Kr.). I Lunheng-texten (1:a århundradet e.Kr.) beskrivs det så här: "Detta verktyg ser ut som en sked, och om du lägger det på en tallrik, kommer dess handtag att peka mot söder." Trots det faktum att en sådan "enhet" användes för geomancy, anses den vara en prototyp av kompassen.

Prototyp av kompassen som skapades i Kina under Han-dynastin: en modell i naturlig storlek; b — monument över uppfinningen

Fram till ungefär slutet av 1700-talet.de magnetiska egenskaperna hos naturlig naturligt magnetiserad magnetit och järnet magnetiserat med den användes endast för tillverkning av kompasser, även om det finns legender om magneter som installerades vid ingången till ett hus för att upptäcka järnvapen som kunde döljas under en inkommande persons kläder.

Trots det faktum att magnetiska material under många århundraden endast användes för tillverkning av kompasser, var många forskare engagerade i studien av magnetiska fenomen (Leonardo da Vinci, J. della Porta, V. Gilbert, G. Galileo, R. Descartes, M. Lomonosov, etc.), som bidrog till utvecklingen av vetenskapen om magnetism och användningen av magnetiska material.

Kompassnålarna som användes vid den tiden var naturligt magnetiserade eller magnetiserade naturlig magnetit… Det var först 1743 som D. Bernoulli böjde magneten och gav den formen av en hästsko, vilket kraftigt ökade dess styrka.

Under XIX-talet. forskningen inom elektromagnetism samt utvecklingen av lämpliga apparater har skapat förutsättningar för en utbredd användning av magnetiska material.

1820 upptäckte HC Oersted sambandet mellan elektricitet och magnetism. Baserat på sin upptäckt gjorde W. Sturgeon 1825 den första elektromagneten, som var en järnstav täckt med dielektrisk lack, 30 cm lång och 1,3 cm i diameter, böjd i form av en hästsko, på vilken det fanns 18 varv av tråd lindad ansluten till ett elektriskt batteri genom att göra kontakt. Den magnetiserade hästskon i järn kan hålla en belastning på 3600 g.

Störelektromagnet (den streckade linjen visar positionen för den rörliga elektriska kontakten när den elektriska kretsen är sluten)

P. Barlows arbeten för att minska påverkan på fartygskompasser och kronometrar av det magnetiska fält som skapas av de omgivande järnhaltiga delarna tillhör samma period. Barlow var den första som använde magnetfältsskärmande enheter i praktiken.

Första praktiska tillämpningen magnetiska kretsar relaterad till historien om telefonens uppfinning. År 1860 demonstrerade Antonio Meucci förmågan att överföra ljud över ledningar med hjälp av en enhet som kallas Teletrophone. A. Meuccis prioritet erkändes först 2002, fram till dess ansågs A. Bell som skaparen av telefonen, trots att hans ansökan om uppfinningar från 1836 lämnades in 5 år senare än A. Meuccis ansökan.

T.A.Edison kunde förstärka ljudet i telefonen med hjälp av transformator, patenterad samtidigt av P. N. Yablochkov och A. Bell 1876.

1887 publicerade P. Janet ett verk som beskrev en anordning för att spela in ljudvibrationer. Pulverlackerat stålpapper sattes in i den längsgående slitsen på den ihåliga metallcylindern, vilket inte skar cylindern helt. När strömmen gick genom cylindern måste dammpartiklarna orienteras på ett visst sätt under inverkan av magnetfältsström.

År 1898 genomförde den danske ingenjören V. Poulsen praktiskt taget O. Smiths idéer om ljudinspelningsmetoder. Detta år kan betraktas som födelseåret för den magnetiska registreringen av information. V. Poulsen använde som magnetiskt inspelningsmedium en pianotråd av stål med en diameter av 1 mm lindad på en icke-magnetisk rulle.

Under inspelning eller uppspelning roterar rullen tillsammans med tråden i förhållande till magnethuvudet, som rör sig parallellt med sin axel. Som magnethuvuden använda elektromagneter, bestående av en stavformad kärna med en spole, vars ena ände gled över arbetsskiktet.

Industriell produktion av konstgjorda magnetiska material med högre magnetiska egenskaper blev möjlig först efter utvecklingen och förbättringen av metallsmältningsteknologier.

Under XIX-talet. det huvudsakliga magnetiska materialet är stål som innehåller 1,2 ... 1,5 % kol. Från slutet av XIX-talet. började ersättas av stål legerat med kisel. XX-talet kännetecknas av skapandet av många märken av magnetiska material, förbättringen av metoder för deras magnetisering och skapandet av en viss kristallstruktur.

1906 utfärdades ett amerikanskt patent för en hårdbelagd magnetisk skiva. Koercitivkraften hos de magnetiska materialen som användes för inspelning var låg, vilket i kombination med hög restinduktans, stor tjocklek på arbetsskiktet och låg tillverkningsbarhet ledde till att idén med magnetisk inspelning praktiskt taget glömdes bort fram till 20-talet århundrade.

1925 i Sovjetunionen och 1928 i Tyskland utvecklades inspelningsmedia, som är flexibelt papper eller plasttejp på vilket ett lager av pulver innehållande karbonyljärn appliceras.

På 20-talet av förra seklet. magnetiska material skapas baserat på legeringar av järn med nickel (permaloid) och järn med kobolt (permendura). För användning vid höga frekvenser finns ferrocards tillgängliga, som är laminerat material av papper belagt med lack med partiklar av järnpulver fördelade i det.

1928 erhölls i Tyskland ett järnpulver bestående av mikronstora partiklar som föreslogs användas som fyllmedel vid tillverkning av kärnor i form av ringar och stavar.Den första tillämpningen av permalloy i konstruktionen av ett telegrafrelä hör till samma period.

Permalloy och permendyur innehåller dyra komponenter - nickel och kobolt, varför alternativa material har utvecklats i länder som saknar lämpliga råvaror.

1935 skapade H. Masumoto (Japan) en legering baserad på järn legerat med kisel och aluminium (alcifer).

På 1930-talet. järn-nickel-aluminiumlegeringar (YUNDK) dök upp, som hade höga (vid den tiden) värden på koercitivkraft och specifik magnetisk energi. Den industriella produktionen av magneter baserade på sådana legeringar började på 1940-talet.

Samtidigt utvecklades ferriter av olika varianter och nickel-zink och mangan-zink ferriter. Detta decennium inkluderade också utvecklingen och användningen av magneto-dielektrik baserad på permaloid- och karbonyljärnpulver.

Under samma år föreslogs utvecklingar som låg till grund för förbättringen av magnetisk registrering. År 1935 skapades en enhet som heter Magnetofon-K1 i Tyskland, där ett magnetband användes för att spela in ljud, vars arbetsskikt bestod av magnetit.

1939 utvecklade F. Matthias (IG Farben / BASF) en flerskikts tejp bestående av en baksida, lim och gammajärnoxid. Ringmagnethuvuden med en magnetisk kärna baserad på permaloid har skapats för uppspelning och inspelning.

På 1940-talet. utvecklingen av radarteknik ledde till studier av interaktionen mellan en elektromagnetisk våg och magnetiserad ferrit. 1949 observerade W. Hewitt fenomenet ferromagnetisk resonans i ferriter. I början av 1950-talet.Ferritbaserade extra nätaggregat börjar tillverkas.

På 1950-talet. I Japan började kommersiell produktion av hårdmagnetiska ferriter, som var billigare än YUNDK-legeringar, men underlägsna dem när det gäller specifik magnetisk energi. Början av användningen av magnetband för att lagra information i datorer och för att spela in tv-sändningar går tillbaka till samma period.

På 60-talet av förra seklet. utvecklingen av magnetiska material baserade på föreningar av kobolt med yttrium och samarium pågår, vilket under det kommande decenniet kommer att leda till industriell implementering och förbättring av liknande material av olika slag.

På 70-talet av förra seklet. utvecklingen av teknologier för produktion av tunna magnetiska filmer ledde till att de användes i stor utsträckning för att registrera och lagra information.

På 80-talet av förra seklet. kommersiell produktion av sintrade magneter baserade på NdFeB-systemet börjar. Ungefär samtidigt började produktionen av amorfa, och lite senare, nanokristallina magnetiska legeringar, som blev ett alternativ till permaloid, och i vissa fall till elektriska stål.

Upptäckten 1985 av den gigantiska magnetresistenseffekten i flerskiktsfilmer innehållande nanometertjocka magnetiska skikt lade grunden för en ny riktning inom elektronik - spinelektronik (spintronik).

På 90-talet av förra seklet. Föreningar baserade på SmFeN-systemet lades till spektrumet av sammansatta hårda magnetiska material och 1995 upptäcktes magnetoresistens-tunneleffekten.

Under 2005den gigantiska tunnelmagnetoresistanseffekten upptäcktes. Därefter utvecklades och sattes i produktion sensorer baserade på effekten av jätte- och tunnelmagnetoresistans, avsedda att användas i kombinerade inspelnings-/reproduktionshuvuden på hårdmagnetiska skivor, i magnetbandsanordningar, etc. Random access-minnesenheter skapades också.

2006 började den industriella produktionen av magnetskivor för vinkelrät magnetisk inspelning. Utvecklingen av vetenskap, utvecklingen av ny teknik och utrustning gör det möjligt att inte bara skapa nya material utan också att förbättra egenskaperna hos tidigare skapade.

Början av XXI-talet kan kännetecknas av följande huvudområden för forskning relaterade till användningen av magnetiska material:

• inom elektronik — minska storleken på utrustningen på grund av införandet av platt- och tunnfilmsenheter;

• i utvecklingen av permanentmagneter — utbyte av elektromagneter i olika enheter;

• i lagringsenheter — minska storleken på minnescellen och öka hastigheten;

• inom elektromagnetisk skärmning — öka effektiviteten hos elektromagnetiska skärmar inom ett brett frekvensområde samtidigt som deras tjocklek minskas;

• i strömförsörjning — utvidgning av gränserna för frekvensområdet där magnetiska material används;

• i flytande inhomogena medier med magnetiska partiklar — utvidga områdena för deras effektiva tillämpning;

• i utvecklingen och skapandet av sensorer av olika typer — utöka sortimentet och förbättra tekniska egenskaper (särskilt känslighet) genom användning av nya material och teknologier.