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居里溫度

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創建者：匿名 創建時間：2023-05-19
居里溫度圖1

居里溫度的實例教程

居里溫度 （Curie temperature，Tc）又作居里點（Curie point）或磁性轉變點。是指磁性材料中自發磁化強度降到零時的溫度，是鐵磁性或亞鐵磁性物質轉變成順磁性物質的臨界點。低于居里點溫度時該物質成為鐵磁體，此時和材料有關的磁場很難改變。當溫度高于居里點時，該物質成為順磁體，磁體的磁場很容易隨周圍磁場的改變而改變。 更通俗講，鐵磁物質的磁化強度隨溫度升高而下降，達到某一溫度時，自發磁化消失，轉變為順磁性，該臨界溫度為居里溫度。它確定了磁性器件工作的上限溫度。 居里溫度是由居里夫人的丈夫皮埃爾?居里發現的。 居里溫度代表著磁性材料的理論工作溫度極限，居里溫度的大小由物質的化學成分和晶體結構決定，例如鐵的居里溫度約770℃，鈷的居里溫度約1131℃。 工作溫度與居里溫度的關系：居里溫度越高，材料的工作溫度也相對越高，并且溫度穩定性更好。 磁體的最高使用溫度取決于其本身的磁性能和工作點的選取。對同一磁鐵而言，工作磁路越閉合，磁體的最高使用溫度就越高，磁鐵的性能就越穩定。所以磁鐵的最高使用溫度并不是一個確定的值，而是隨著磁路的閉合程度而變化。 以上是對居里溫度概念的介紹，生活中利用居里溫度原理的地方也不少，其中家用電飯煲就是利用居里溫度實現自動跳檔的。
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在室溫下，因為薄膜被施加的應力值極小并且十分接近居里相變溫度，電容調制比n值在100 MHz至10 GHz間，其平均值高于13，數倍于之前報道的其他鈣鈦礦薄膜的可調電容（圖1j所示）。 圖2：(a)(b)薄膜樣品在不同電極尺寸下，1 GHz至10 GHz測得的質量因子Q關于電場E的諧振譜；(c)圖a和b中在每個頻率的質量因子Q的最大值. 采用傳統壓電效應的可調電容中，質量因子Q的諧振峰均為分立，且在電場調制作用下一般只有幾百MHz的變化。作為對比，鐵電相Ba0.8Sr0.2TiO3薄膜的質量因子Q在1 GHz至10 GHz的測量頻譜內，其平均值在100至1000之間，受電場作用連續可調；并且其諧振峰不隨電極尺寸而變化，進一步驗證了其工作機制不是壓電效應（圖2a，2b所示）。 為了解釋試驗中觀察到的高電容比率n和連續的質量因子Q諧振譜，利用分子動力學模擬了BaTiO3薄膜在微波頻率下，稍低于居里相變溫度時的原子運動軌跡。經過計算發現，因薄膜工作溫度十分接近居里相變溫度，導致跨越相鄰疇壁間的能量壁壘顯著降低，在微波信號的激勵下，相鄰鐵電疇中的極化翻轉引起了鐵電疇壁的諧振，而其諧振頻率可受外加電場調制，從而形成連續諧振譜。形成此疇壁諧振的關鍵在于工作溫度十分接近居里溫度，使得薄膜處于弱鐵電相中，從而降低極化翻轉勢壘；同時，其疇壁區域因接近居里溫度而增大，從而使得疇壁諧振的對品質因子Q的增強作用不會被薄膜中的塊體區域所掩蓋。
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前面 文章說明了一下磁性材料溫度特性密切相關的居里溫度的概念，見文章 《 磁性材料的居里溫度與工作溫度 》 ，也總結 了電機 銘牌上面工作制的含義，見文章 《 電機工作制 》 。 今天總結一下電機銘牌上面另外一個與溫度相關的概念，即絕緣材料的“ 絕緣等級 ”。 絕緣等級 是指 電機(或變 壓器)繞組采用的所有 絕緣材料 的耐熱等級。在發電機等電氣設備中，絕緣材料是最為薄弱的環節，絕緣材料尤其容易受到高溫的影響而加速老化并損壞，不同的絕緣材料耐熱性能有區別，采用不同絕緣材料的電氣設備，其耐受高溫的能力就有不同，因此，一般的電氣設備都規定其工作的最高溫度，電動機的絕緣等級與使用的絕緣材料密切相關，絕緣材料越好，絕緣等級越高， 電機與變壓器中常用的絕緣材料等級為A、E、B、F、H、C、N、R八種。每一絕緣等級的絕緣材料都有相應的極限允許工作溫度、繞組溫升限值和性能參考溫度，見下圖。 最高工作溫度，系指電機在設計預期壽命內，運行時繞組絕緣中最熱點的溫度。 電機或變 壓器運行時，繞組 最熱點的溫度不得超過 上圖 中的規定，否則會引起絕緣材料加速老化，縮短電機或變壓器的壽命；如果溫度超過允許值很多，絕緣會損壞，導致電機或變壓器燒毀。 允許溫升是指電機的溫度與周圍環境相比升高的限度， 是由電機發熱引起的。 運行中的電機鐵芯處在交變磁場中會產生鐵損，繞組通電后會產生銅損，還有其它雜散損耗等。 這些都會使電機溫度升高。 另一方面電機也會散熱。 當發熱與散熱相等時即達到平衡狀態，溫度不再上升而穩定在一個水平上。 當發熱增加或散熱減少時就會破壞平衡使溫度繼續上升，擴大溫差，則增加散熱，在另一個較高的溫度下達到新的平衡。
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這些納米薄片具有接近方形磁環的單一硬磁相，較大的矯頑力（在2K時，高達550mT），接近200K的居里溫度和極強的垂直磁各向異性。通過臨界性分析，Fe3GeTe2中vdW原子層之間的耦合范圍約為5個vdW原子層。Fe3GeTe2的磁性能突出了其整合到vdW磁異質結構器件中的潛力，為基于這些器件的自旋電子學研究和應用鋪平了道路。相關成果以“Hard magnetic properties in nanoflake van der Waals Fe3GeTe2”為題發表在Nature Communications上。 【圖文導讀】 圖1在2K溫度，不同厚度的FGT納米片 的Rxy（B）圖 （a）FGT單晶塊體，尺寸L×W×T=1.8 mm×0.8 mm×0.3 mm，MR/MS=0.0715； （b）329 nm的FGT器件，尺寸L×W×T=44.4 μm×49.4 μm×329 nm，MR/MS=0.0807； （c）191 nm的FGT器件，尺寸L×W×T=14.7 μm×9.25 μm×191 nm，MR/MS =0.9757； （d）82 nm的FGT器件，尺寸L×W×T=10.3 μm×19.5 μm×82 nm，MR/MS =0.9839； （e）49 nm的FGT器件，尺寸L×W×T=12.6 μm×13.1 μm×49 nm，MR/MS =0.9980； （f）10.4nm的FGT器件，尺寸L×W×T=12.7 μm×8.79 μm×10.4 nm，MR/MS =0.9973。 圖2 居里溫度（TC）的厚度依賴性圖 居里溫度（TC）的厚度依賴性圖。
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在此類情況中，材料超過了居里溫度。這時，通常將磁導率設為形如 1+f(T)*(mur(normB)-1) 的函數，其中，f(T) 函數在低溫時從 1 開始不斷降低，達到居里溫度時降為 0（高于居里溫度互仍為 0）。在精確模擬鋼的多個感應加熱過程（比如淬火）時，需要采用此方法。更普遍的做法是，從文獻或者數據表中獲取很多 B-H 參數與溫度的函數依賴關系，然后使用相同的方法將它們插入仿真中。 磁場的矢量性質對于模擬移動的磁力機械至關重要。下面的動畫展示了旋轉機械仿真中的磁通密度，外部域是參照 Jiles-Atherton 磁滯模型來描述的。左側是旋轉中的磁滯域，右側是旋轉中的內部磁體。對比左圖的任意一點與右圖中相應的點，矢量 B 和 H 的所有分量都遵循旋轉矢量必須滿足的轉換。右側動畫是結果是左側動畫的剛性旋轉結果。 旋轉機械的磁通量，其中磁滯材料表明矢量性質是準確的，所以磁場源（左圖）坐標系和磁滯域（右圖）坐標系內的局部場完全一致。 利用 COMSOL Multiphysics? 模擬鐵磁材料 下面，我們通過一個示例展示，當模擬同一鐵磁材料在不同工藝流程中的特性時，可以采用的不同規律。這里的假設前提是：只有一組有限的可檢索的典型材料信息可用。 在此示例中，我們模擬一個如下圖所示的磁路。紅色區域代表一塊非線性軟鐵，被表征為不明顯的剩余通量和磁滯 B-H 曲線（來自“AC/DC模塊”的“材料庫”中可用的軟鐵 材料：彎頭在大約 5400[A/m] 時達到 1.5[T]）。藍色區域代表纏繞在軟鐵芯上的線圈。綠色區域表示我們計劃利用不同規律進行分析的對象，它可以是初始時沒有磁化的鋁鎳鈷合金元件。 磁路的幾何結構，它包含軟鐵（紅色）、線圈（藍色）和類似于鋁鎳鈷合金的材料（綠色）。
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居里溫度圖2

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更通俗講，鐵磁物質的磁化強度隨溫度升高而下降，達到某一溫度時，自發磁化消失，轉變為順磁性，該臨界溫度為居里溫度。它確定了磁性器件工作的上限溫度。 居里溫度是由居里夫人的丈夫皮埃爾?居里發現的。 居里溫度代表著磁性材料的理論工作溫度極限，居里溫度的大小由物質的化學成分和晶體結構決定，例如鐵的居里溫度約770℃，鈷的居里溫度約1131℃。
值得注意的是，如果向材料施加與極化方向相反的強電場，或者使材料暴露在高于其居里溫度的環境中，材料將發生去極化現象。 研究各向異性材料的屬性 現在我們已經了解壓電效應的產生原因是晶體結構自身的各向異性以及極化作用。這也意味著，壓電材料的剛度（或柔度）矩陣、耦合矩陣和介電常數矩陣等屬性是在 123 軸表示的特定晶體坐標系中定義的。
07 溫度傳感器 NTC是負溫度系數的熱敏電阻，電阻隨溫度的上升而減少，PTC是正溫度系數的熱敏電阻，電阻隨溫度的上升而增加，不過這里有一點不對的地方，PTC超過一定的溫度（居里溫度）后，電阻值才隨著溫度的升高呈階躍性的增高。
采用的是用于開關電源變壓器及傳輸高功率器件的MnZn功率鐵氧體材料PC40,其初始磁導率為2300±25％，飽和磁通密度為510mT（25℃時）/390mT（100℃時）,居里溫度為215℃。 選擇磁芯材料為鐵氧體，PC40。
6）居里溫度點：磁體在溫度升高時，其磁導率下降，當溫度高到某一點時，磁性基本消失，此溫度稱為居里溫度點。 7）磁勢：建立磁通所需之外力，以F表示。 8）自感：磁通變化率與電流變化率之比稱自感，以L表示。 9）互感：由于A線圈電流變化而引起B線圈磁通變化的現象，B線圈的磁通變化率與A線圈的電流變化率之比稱為A線圈對B線圈的互感，以M表示。
本課題組前期研究發現：Fe摻雜可有效提高含稀土磁熱高熵非晶合金的居里溫度。具體成分為(Gd36Tb20Co20Al24)100-xFex(x = 0、1、2和3 at.%)，所有四個合金成分均可成功制備出微米級纖維樣品，其中x = 2和x = 3纖維具有非晶/納米晶雙相結構。四種纖維具有在81-100 K溫區內可調節的居里溫度以及較高的磁熱性能。
通常按比電機絕緣等級相對應的極限溫度低40℃左右的范圍選擇PTC熱敏電阻的居里溫度。例如，對于B1級絕緣的電機，其極限溫度為130℃，應當選居里溫度90℃的PTC熱敏電阻。
3.由于燒結后產生的燒結裂紋; 4.銅線與銅帶浸焊連接時，線圈部分濺到錫液，融化了漆包線的絕緣層，造成短路; 5.銅線纖細，在與銅帶連接時，造成假焊，開路失效 1、耐焊性 低頻片感經回流焊后感量上升 《 20% 由于回流焊的溫度超過了低頻片感材料的居里溫度
這種陶瓷在較低溫度時，電阻值偏低，但當溫度在某一溫度（稱為居里溫度）以上時，其自身電阻急劇上升3~8個數量級（103~108倍），電阻體具有較大的正溫度系數。PTC具有換熱效率高、安全性高和壽命長的優點。