Ang kasaysayan ng paglikha at paggamit ng mga magnetic na materyales

Ang kasaysayan ng paggamit ng mga magnetic na materyales ay hindi mapaghihiwalay na nauugnay sa kasaysayan ng pagtuklas at pananaliksik magnetic phenomena, pati na rin ang kasaysayan ng pag-unlad ng mga magnetic na materyales at ang pagpapabuti ng kanilang mga katangian.

Mga unang pagbanggit para sa mga magnetic na materyales mula pa noong sinaunang panahon kung kailan ginamit ang mga magnet sa paggamot ng iba't ibang karamdaman.

Ang unang aparato na gawa sa isang natural na materyal (magnetite) ay ginawa sa China noong Han Dynasty (206 BC - AD 220). Sa teksto ng Lunheng (1st century AD) ito ay inilarawan bilang mga sumusunod: "Ang tool na ito ay mukhang isang kutsara, at kung ilalagay mo ito sa isang plato, ang hawakan nito ay tumuturo sa timog." Sa kabila ng katotohanan na ang naturang "aparato" ay ginamit para sa geomancy, ito ay itinuturing na isang prototype ng compass.

Prototype ng compass na ginawa sa China noong Han Dynasty: a — life-size na modelo; b - monumento ng imbensyon

Hanggang sa pagtatapos ng ika-18 siglo.ang mga magnetic na katangian ng natural na natural na magnetized magnetite at ang iron magnetized kasama nito ay ginamit lamang para sa paggawa ng mga compass, bagaman may mga alamat ng magnet na naka-install sa pasukan ng isang bahay upang makita ang mga armas na bakal na maaaring itago sa ilalim ng isang damit ng papasok na tao.

Sa kabila ng katotohanan na sa loob ng maraming siglo ang mga magnetic na materyales ay ginamit lamang para sa paggawa ng mga compass, maraming mga siyentipiko ang nakikibahagi sa pag-aaral ng mga magnetic phenomena (Leonardo da Vinci, J. della Porta, V. Gilbert, G. Galileo, R. Descartes, M. Lomonosov, atbp.), na nag-ambag sa pag-unlad ng agham ng magnetism at paggamit ng mga magnetic na materyales.

Ang mga karayom ​​ng compass na ginagamit noong panahong iyon ay natural na na-magnet o na-magnet natural na magnetite… Noon lamang 1743 na binaluktot ni D. Bernoulli ang magnet at binigyan ito ng hugis ng horseshoe, na lubhang nagpapataas ng lakas nito.

Noong siglo XIX. ang pananaliksik ng electromagnetism pati na rin ang pagbuo ng mga angkop na aparato ay lumikha ng mga kinakailangan para sa malawakang paggamit ng mga magnetic na materyales.

Noong 1820, natuklasan ni HC Oersted ang koneksyon sa pagitan ng kuryente at magnetism. Batay sa kanyang pagtuklas, ginawa ni W. Sturgeon noong 1825 ang unang electromagnet, na isang baras na bakal na natatakpan ng dielectric varnish, 30 cm ang haba at 1.3 cm ang lapad, na nakatungo sa anyo ng isang horseshoe, kung saan mayroong 18 na pagliko ng wire. sugat na konektado sa isang de-kuryenteng baterya sa pamamagitan ng pakikipag-ugnay. Ang magnetized iron horseshoe ay maaaring humawak ng load na 3600 g.

Sturgeon electromagnet (ang may tuldok na linya ay nagpapakita ng posisyon ng movable electrical contact kapag nakasara ang electrical circuit)

Ang mga gawa ni P. Barlow upang mabawasan ang impluwensya sa mga compass at chronometer ng mga barko ng magnetic field na nilikha ng mga nakapaligid na bahagi na naglalaman ng bakal ay nabibilang sa parehong panahon. Si Barlow ang unang nagsagawa ng mga magnetic field shielding device.

Unang praktikal na aplikasyon mga magnetic circuit nauugnay sa kasaysayan ng pag-imbento ng telepono. Noong 1860, ipinakita ni Antonio Meucci ang kakayahang magpadala ng mga tunog sa mga wire gamit ang isang aparato na tinatawag na Teletrophone. Ang priyoridad ni A. Meucci ay kinilala lamang noong 2002, hanggang noon si A. Bell ay itinuturing na tagalikha ng telepono, sa kabila ng katotohanan na ang kanyang aplikasyon sa pag-imbento noong 1836 ay isinampa pagkalipas ng 5 taon kaysa sa aplikasyon ni A. Meucci.

Nagawa ni T.A.Edison na palakasin ang tunog ng telepono sa tulong ng transpormer, sabay-sabay na patente ni P. N. Yablochkov at A. Bell noong 1876.

Noong 1887, naglathala si P. Janet ng isang akdang naglalarawan ng isang aparato para sa pagre-record ng mga sound vibrations. Ang bakal na papel na pinahiran ng pulbos ay ipinasok sa paayon na puwang ng guwang na silindro ng metal, na hindi ganap na pinutol ang silindro. Kapag ang kasalukuyang dumaan sa silindro, ang mga particle ng alikabok ay kailangang i-orient sa isang tiyak na paraan sa ilalim ng pagkilos ng kasalukuyang magnetic field.

Noong 1898, praktikal na ipinatupad ng Danish engineer na si V. Poulsen ang mga ideya ni O. Smith tungkol sa mga paraan ng sound recording. Ang taong ito ay maaaring ituring na taon ng kapanganakan ng magnetic recording ng impormasyon. Ginamit ni V. Poulsen bilang magnetic recording medium ang isang steel piano wire na may diameter na 1 mm na sugat sa isang non-magnetic roll.

Sa panahon ng pagre-record o pag-playback, ang reel kasama ang wire ay umiikot kaugnay sa magnetic head, na gumagalaw parallel sa axis nito. Parang magnetic heads ginamit na mga electromagnet, na binubuo ng isang hugis ng baras na core na may coil, ang isang dulo nito ay dumulas sa ibabaw ng gumaganang layer.

Ang pang-industriya na produksyon ng mga artipisyal na magnetic na materyales na may mas mataas na magnetic na katangian ay naging posible lamang pagkatapos ng pag-unlad at pagpapabuti ng mga teknolohiya ng pagtunaw ng metal.

Noong siglo XIX. ang pangunahing magnetic material ay bakal na naglalaman ng 1.2 ... 1.5% carbon. Mula sa pagtatapos ng siglo XIX. nagsimulang mapalitan ng bakal na pinaghalo ng silikon. XX siglo na nailalarawan sa pamamagitan ng paglikha ng maraming mga tatak ng mga magnetic na materyales, ang pagpapabuti ng mga pamamaraan para sa kanilang magnetization at ang paglikha ng isang tiyak na istraktura ng kristal.

Noong 1906, isang patent ng US ang inisyu para sa isang hard-coated magnetic disk. Ang mapilit na puwersa ng mga magnetic na materyales na ginamit para sa pag-record ay mababa, na, kasama ng mataas na natitirang inductance, malaking kapal ng gumaganang layer at mababang paggawa, ay humantong sa katotohanan na ang ideya ng magnetic recording ay halos nakalimutan hanggang sa 20s siglo.

Noong 1925 sa USSR at noong 1928 sa Germany, binuo ang recording media, na nababaluktot na papel o plastic tape kung saan inilalapat ang isang layer ng pulbos na naglalaman ng carbonyl iron.

Noong 20s ng huling siglo. Ang mga magnetic na materyales ay nilikha batay sa mga haluang metal na bakal na may nikel (permaloid) at bakal na may kobalt (permendura). Para sa paggamit sa mataas na frequency, ang mga ferrocard ay magagamit, na kung saan ay nakalamina na materyal na gawa sa papel na pinahiran ng barnis na may mga particle ng bakal na pulbos na ipinamamahagi dito.

Noong 1928, ang isang iron powder na binubuo ng micron-sized na mga particle ay nakuha sa Germany, na iminungkahi na gamitin bilang isang filler sa paggawa ng mga core sa anyo ng mga singsing at rod.Ang unang aplikasyon ng permalloy sa pagtatayo ng isang telegraph relay ay kabilang sa parehong panahon.

Kasama sa permalloy at permendyur ang mga mamahaling sangkap — nickel at cobalt, kaya naman ang mga alternatibong materyales ay binuo sa mga bansang kulang sa angkop na hilaw na materyales.

Noong 1935, si H. Masumoto (Japan) ay lumikha ng isang haluang metal batay sa bakal na pinaghalo na may silikon at aluminyo (alcifer).

Noong 1930s. Ang iron-nickel-aluminum alloys (YUNDK) ay lumitaw, na may mataas (sa oras na iyon) na mga halaga ng puwersang puwersa at tiyak na magnetic energy. Ang pang-industriya na produksyon ng mga magnet batay sa naturang mga haluang metal ay nagsimula noong 1940s.

Kasabay nito, ang mga ferrite ng iba't ibang uri ay binuo at ang nickel-zinc at manganese-zinc ferrites ay ginawa. Kasama rin sa dekada na ito ang pagbuo at paggamit ng magneto-dielectrics batay sa permaloid at carbonyl iron powder.

Sa parehong mga taon, iminungkahi ang mga pagpapaunlad na naging batayan para sa pagpapabuti ng magnetic recording. Noong 1935, isang aparato na tinatawag na Magnetofon-K1 ay nilikha sa Alemanya, kung saan ginamit ang isang magnetic tape upang mag-record ng tunog, ang gumaganang layer na kung saan ay binubuo ng magnetite.

Noong 1939, si F. Matthias (IG Farben / BASF) ay bumuo ng isang multi-layer tape na binubuo ng isang backing, adhesive at gamma iron oxide. Ang mga ring magnetic head na may magnetic core batay sa permaloid ay ginawa para sa pag-playback at pag-record.

Noong 1940s. ang pag-unlad ng teknolohiya ng radar ay humantong sa mga pag-aaral ng pakikipag-ugnayan ng isang electromagnetic wave na may magnetized ferrite. Noong 1949, naobserbahan ni W. Hewitt ang phenomenon ng ferromagnetic resonance sa ferrites. Noong unang bahagi ng 1950s.Ang ferrite-based na auxiliary power supply ay nagsisimula nang magawa.

Noong 1950s. Sa Japan, nagsimula ang komersyal na produksyon ng mga hard magnetic ferrite, na mas mura kaysa sa YUNDK alloys, ngunit mas mababa sa kanila sa mga tuntunin ng partikular na magnetic energy. Ang simula ng paggamit ng mga magnetic tape upang mag-imbak ng impormasyon sa mga computer at mag-record ng mga broadcast sa telebisyon ay nagsimula sa parehong panahon.

Noong 60s ng huling siglo. ang pagbuo ng mga magnetic na materyales batay sa mga compound ng kobalt na may yttrium at samarium ay isinasagawa, na sa susunod na dekada ay hahantong sa pang-industriya na pagpapatupad at pagpapabuti ng mga katulad na materyales ng iba't ibang uri.

Noong 70s ng huling siglo. ang pag-unlad ng mga teknolohiya para sa paggawa ng manipis na magnetic films ay humantong sa kanilang malawakang paggamit para sa pag-record at pag-iimbak ng impormasyon.

Noong 80s ng huling siglo. Nagsisimula ang komersyal na produksyon ng mga sintered magnet batay sa sistema ng NdFeB. Sa parehong oras, ang produksyon ng amorphous, at ilang sandali, nagsimula ang nanocrystalline magnetic alloys, na naging alternatibo sa permaloid, at sa ilang mga kaso, sa mga de-koryenteng bakal.

Ang pagtuklas noong 1985 ng higanteng magnetoresistance effect sa multilayer films na naglalaman ng nanometer-thick magnetic layers ay naglatag ng pundasyon para sa isang bagong direksyon sa electronics - spin electronics (spintronics).

Noong 90s ng huling siglo. Ang mga compound batay sa SmFeN system ay idinagdag sa spectrum ng composite hard magnetic materials at noong 1995 natuklasan ang magnetoresistance tunneling effect.

Noong 2005natuklasan ang higanteng tunnel magnetoresistance effect. Pagkatapos nito, ang mga sensor batay sa epekto ng higanteng at tunnel magnetoresistance ay binuo at inilagay sa produksyon, na nilayon para magamit sa pinagsamang recording / reproduction head ng hard magnetic disks, sa magnetic tape device, atbp. Ang mga random na access memory device ay nilikha din.

Noong 2006, nagsimula ang industriyal na produksyon ng mga magnetic disk para sa perpendicular magnetic recording. Ang pag-unlad ng agham, ang pagbuo ng mga bagong teknolohiya at kagamitan ay ginagawang posible hindi lamang upang lumikha ng mga bagong materyales, kundi pati na rin upang mapabuti ang mga katangian ng mga naunang nilikha.

Ang simula ng XXI century ay maaaring makilala ng mga sumusunod na pangunahing lugar ng pananaliksik na may kaugnayan sa paggamit ng mga magnetic na materyales:

• sa electronics - pagbabawas ng laki ng kagamitan dahil sa pagpapakilala ng mga flat at thin-film na aparato;

• sa pagbuo ng mga permanenteng magnet - pagpapalit ng mga electromagnet sa iba't ibang mga aparato;

• sa mga storage device — binabawasan ang laki ng memory cell at pinapataas ang bilis;

• sa electromagnetic shielding — pagtaas ng kahusayan ng mga electromagnetic shield sa isang malawak na hanay ng dalas habang binabawasan ang kanilang kapal;

• sa mga power supply - pagpapalawak ng mga limitasyon ng frequency range kung saan ginagamit ang mga magnetic na materyales;

• sa likidong hindi homogenous na media na may mga magnetic particle - pagpapalawak ng mga lugar ng kanilang epektibong aplikasyon;

• sa pagbuo at paglikha ng mga sensor ng iba't ibang uri — pagpapalawak ng saklaw at pagpapabuti ng mga teknikal na katangian (lalo na ang pagiging sensitibo) sa pamamagitan ng paggamit ng mga bagong materyales at teknolohiya.