La història de la creació i l'ús de materials magnètics

La història de l'ús de materials magnètics està inextricablement lligada a la història del descobriment i la investigació fenòmens magnètics, així com la història del desenvolupament dels materials magnètics i la millora de les seves propietats.

Primeres mencions per a materials magnètics es remunta a l'antiguitat quan els imants s'utilitzaven per tractar diverses malalties.

El primer dispositiu fet d'un material natural (magnetita) es va produir a la Xina durant la dinastia Han (206 aC - 220 dC). Al text de Lunheng (segle I dC) es descriu així: "Aquesta eina sembla una cullera, i si la poses en un plat, llavors el seu mànec apuntarà cap al sud". Malgrat que aquest "dispositiu" es va utilitzar per a la geomància, es considera un prototip de la brúixola.

Prototip de la brúixola creada a la Xina durant la dinastia Han: a — model a mida real; b — monument de la invenció

Fins aproximadament a finals del segle XVIII.les propietats magnètiques de la magnetita natural magnetitzada naturalment i el ferro magnetitzat amb ella s'utilitzaven només per a la fabricació de brúixoles, tot i que hi ha llegendes d'imants que s'instal·laven a l'entrada d'una casa per tal de detectar armes de ferro que es podien amagar sota un roba de la persona entrant.

Malgrat que durant molts segles els materials magnètics es van utilitzar només per a la fabricació de brúixoles, molts científics es van dedicar a l'estudi dels fenòmens magnètics (Leonardo da Vinci, J. della Porta, V. Gilbert, G. Galileo, R. Descartes, M. Lomonosov, etc.), que va contribuir al desenvolupament de la ciència del magnetisme i l'ús de materials magnètics.

Les agulles de la brúixola que s'utilitzaven en aquell moment estaven magnetitzades o magnetitzades de manera natural magnetita natural… Va ser només l'any 1743 que D. Bernoulli va doblegar l'imant i li va donar la forma d'una ferradura, la qual cosa va augmentar molt la seva força.

Al segle XIX. la recerca de l'electromagnetisme així com el desenvolupament de dispositius adequats han creat els requisits previs per a l'ús generalitzat de materials magnètics.

El 1820, HC Oersted va descobrir la connexió entre l'electricitat i el magnetisme. A partir del seu descobriment, W. Sturgeon va fer l'any 1825 el primer electroimant, que era una vareta de ferro coberta amb vernís dielèctric, de 30 cm de llarg i 1,3 cm de diàmetre, doblegada en forma de ferradura, sobre la qual hi havia 18 voltes de filferro. ferida connectada a una bateria elèctrica fent contacte. La ferradura de ferro magnetitzat pot aguantar una càrrega de 3600 g.

Electroimant d'esturió (la línia de punts mostra la posició del contacte elèctric mòbil quan el circuit elèctric està tancat)

Els treballs de P. Barlow per reduir la influència sobre les brúixoles i els cronòmetres dels vaixells del camp magnètic creat per les parts que contenen ferro que l'envolten pertanyen al mateix període. Barlow va ser el primer a posar en pràctica dispositius de blindatge de camp magnètic.

Primera aplicació pràctica circuits magnètics relacionat amb la història de la invenció del telèfon. El 1860, Antonio Meucci va demostrar la capacitat de transmetre sons per cables mitjançant un dispositiu anomenat telètròfon. La prioritat d'A. Meucci va ser reconeguda només l'any 2002, fins aleshores A. Bell era considerat el creador del telèfon, malgrat que la seva sol·licitud d'invent de 1836 es va presentar 5 anys més tard que la sol·licitud d'A. Meucci.

T.A.Edison va poder amplificar el so del telèfon amb l'ajuda de transformador, patentat simultàniament per P. N. Yablochkov i A. Bell el 1876.

L'any 1887, P. Janet va publicar un treball que descrivia un dispositiu per enregistrar vibracions sonores. Es va inserir paper d'acer recobert de pols a la ranura longitudinal del cilindre de metall buit, que no va tallar completament el cilindre. Quan el corrent passava pel cilindre, les partícules de pols s'havien d'orientar d'una determinada manera sota l'acció de corrent de camp magnètic.

L'any 1898, l'enginyer danès V. Poulsen va implementar pràcticament les idees d'O. Smith sobre els mètodes d'enregistrament de so. Aquest any es pot considerar l'any de naixement de l'enregistrament magnètic de la informació. V. Poulsen va utilitzar com a mitjà d'enregistrament magnètic un filferro d'acer per piano amb un diàmetre d'1 mm enrotllat en un rotlle no magnètic.

Durant la gravació o la reproducció, la bobina juntament amb el cable gira en relació al capçal magnètic, que es mou paral·lel al seu eix. Com els caps magnètics electroimants utilitzats, que consisteix en un nucli en forma de vareta amb una bobina, un extrem de la qual es va lliscar sobre la capa de treball.

La producció industrial de materials magnètics artificials amb característiques magnètiques més altes va ser possible només després del desenvolupament i la millora de les tecnologies de fusió de metalls.

Al segle XIX. el material magnètic principal és l'acer que conté 1,2 ... 1,5% de carboni. Des de finals del segle XIX. va començar a ser substituït per acer aliat amb silici. Segle XX caracteritzat per la creació de moltes marques de materials magnètics, la millora dels mètodes per a la seva magnetització i la creació d'una determinada estructura cristal·lina.

El 1906, es va emetre una patent dels EUA per a un disc magnètic amb recobriment dur. La força coercitiva dels materials magnètics utilitzats per a l'enregistrament era baixa, cosa que, en combinació amb una alta inductància residual, un gran gruix de la capa de treball i una baixa fabricabilitat, va fer que la idea de l'enregistrament magnètic fos pràcticament oblidada fins als anys 20. segle.

El 1925 a l'URSS i el 1928 a Alemanya es van desenvolupar suports d'enregistrament, que són paper flexible o cinta de plàstic sobre la qual s'aplica una capa de pols que conté ferro carbonílic.

Als anys 20 del segle passat. Els materials magnètics es creen a base d'aliatges de ferro amb níquel (permaloide) i ferro amb cobalt (permendura). Per al seu ús a altes freqüències, estan disponibles ferrocards, que són material laminat fet de paper recobert amb vernís amb partícules de pols de ferro distribuïdes en ell.

L'any 1928 es va obtenir a Alemanya una pols de ferro formada per partícules de mida micres, que es va proposar utilitzar com a farciment en la fabricació de nuclis en forma d'anells i varetes.La primera aplicació del permalloy en la construcció d'un relé de telègraf pertany al mateix període.

Permalloy i permendyur inclouen components cars: níquel i cobalt, per això s'han desenvolupat materials alternatius en països que no tenen matèries primeres adequades.

L'any 1935, H. Masumoto (Japó) va crear un aliatge a base de ferro aliat amb silici i alumini (alcifer).

A la dècada de 1930. Van aparèixer els aliatges de ferro-níquel-alumini (YUNDK), que tenien alts (en aquell moment) valors de força coercitiva i energia magnètica específica. La producció industrial d'imants basats en aquest tipus d'aliatges va començar a la dècada de 1940.

Al mateix temps, es van desenvolupar ferrites de diverses varietats i es van produir ferrites de níquel-zinc i manganès-zinc. Aquesta dècada també va incloure el desenvolupament i l'ús de magnetodielèctrics basats en pols de ferro permaloide i carbonil.

Durant els mateixos anys, es van proposar desenvolupaments que van constituir la base per a la millora de l'enregistrament magnètic. L'any 1935 es va crear a Alemanya un dispositiu anomenat Magnetofon-K1, en el qual s'utilitzava una cinta magnètica per gravar el so, la capa de treball de la qual estava formada per magnetita.

L'any 1939, F. Matthias (IG Farben / BASF) va desenvolupar una cinta multicapa formada per un suport, adhesiu i òxid de ferro gamma. S'han creat capçals magnètics amb un nucli magnètic basat en permaloide per a la reproducció i la gravació.

A la dècada de 1940. el desenvolupament de la tecnologia del radar va portar a estudis de la interacció d'una ona electromagnètica amb ferrita magnetitzada. El 1949, W. Hewitt va observar el fenomen de la ressonància ferromagnètica a les ferrites. A principis dels anys 50.S'estan començant a produir fonts d'alimentació auxiliars basades en ferrita.

A la dècada de 1950. Al Japó es va iniciar la producció comercial de ferrites magnètiques dures, que eren més barates que els aliatges YUNDK, però inferiors a ells en termes d'energia magnètica específica. L'inici de l'ús de les cintes magnètiques per emmagatzemar informació en ordinadors i per gravar emissions de televisió es remunta a la mateixa època.

Als anys 60 del segle passat. està en marxa el desenvolupament de materials magnètics basats en compostos de cobalt amb itri i samari, que en la propera dècada comportarà la implantació industrial i la millora de materials similars de diversos tipus.

Als anys 70 del segle passat. el desenvolupament de tecnologies per a la producció de pel·lícules magnètiques primes va portar a un ús generalitzat per a l'enregistrament i l'emmagatzematge d'informació.

Als anys 80 del segle passat. comença la producció comercial d'imants sinteritzats basats en el sistema NdFeB. Al voltant de la mateixa època va començar la producció d'aliatges magnètics amorfs, i una mica més tard, nanocristal·lins, que es van convertir en una alternativa al permaloide, i en alguns casos, als acers elèctrics.

El descobriment l'any 1985 de l'efecte de magnetoresistència gegant en pel·lícules multicapa que contenen capes magnètiques de gruix nanòmetre va establir les bases per a una nova direcció en electrònica: l'electrònica de spin (espintrònica).

Als anys 90 del segle passat. Es van afegir compostos basats en el sistema SmFeN a l'espectre de materials magnètics durs compostos i el 1995 es va descobrir l'efecte de túnel de magnetoresistència.

L'any 2005es va descobrir l'efecte de magnetoresistència del túnel gegant. Després d'això, es van desenvolupar i posar en producció sensors basats en l'efecte de la magnetoresistència gegant i del túnel, destinats a ser utilitzats en capçals combinats d'enregistrament / reproducció de discs magnètics durs, en dispositius de cintes magnètiques, etc. També es van crear dispositius de memòria d'accés aleatori.

L'any 2006 es va iniciar la producció industrial de discos magnètics per a l'enregistrament magnètic perpendicular. El desenvolupament de la ciència, el desenvolupament de noves tecnologies i equips permeten no només crear nous materials, sinó també millorar les característiques dels creats anteriorment.

El començament del segle XXI es pot caracteritzar per les següents àrees principals d'investigació relacionades amb l'ús de materials magnètics:

• en electrònica: reducció de la mida dels equips a causa de la introducció de dispositius de pel·lícula plana i fina;

• en el desenvolupament d'imants permanents: substitució d'electroimants en diversos dispositius;

• en dispositius d'emmagatzematge: reduint la mida de la cel·la de memòria i augmentant la velocitat;

• en blindatge electromagnètic: augmenta l'eficiència dels blindatges electromagnètics en un ampli rang de freqüències alhora que es redueix el seu gruix;

• en fonts d'alimentació: ampliant els límits del rang de freqüències en què s'utilitzen materials magnètics;

• en medis líquids no homogenis amb partícules magnètiques, ampliant les àrees de la seva aplicació efectiva;

• en el desenvolupament i creació de sensors de diferents tipus, ampliant la gamma i millorant les característiques tècniques (especialment la sensibilitat) mitjançant l'ús de nous materials i tecnologies.