Sejarah penciptaan dan penggunaan bahan magnetik

Sejarah penggunaan bahan magnet berkait rapat dengan sejarah penemuan dan penyelidikan fenomena magnetik, serta sejarah perkembangan bahan magnetik dan peningkatan sifatnya.

Sebutan pertama untuk bahan magnet bermula sejak zaman purba apabila magnet digunakan untuk merawat pelbagai penyakit.

Peranti pertama yang diperbuat daripada bahan semula jadi (magnetit) telah dihasilkan di China semasa Dinasti Han (206 SM - 220 AD). Dalam teks Lunheng (abad ke-1 Masihi) ia digambarkan seperti berikut: "Alat ini kelihatan seperti sudu, dan jika anda meletakkannya di atas pinggan, maka pemegangnya akan menghala ke selatan." Walaupun fakta bahawa "peranti" sedemikian digunakan untuk geomansi, ia dianggap sebagai prototaip kompas.

Prototaip kompas yang dicipta di China semasa Dinasti Han: a — model bersaiz hidup; b - monumen ciptaan

Sehingga kira-kira akhir abad ke-18.sifat kemagnetan magnetit bermagnet semula jadi dan besi bermagnet dengannya hanya digunakan untuk pembuatan kompas, walaupun terdapat legenda magnet yang dipasang di pintu masuk rumah untuk mengesan senjata besi yang boleh disembunyikan di bawah pakaian orang yang masuk.

Walaupun fakta bahawa selama berabad-abad bahan magnet hanya digunakan untuk pembuatan kompas, ramai saintis terlibat dalam kajian fenomena magnetik (Leonardo da Vinci, J. della Porta, V. Gilbert, G. Galileo, R. Descartes, M. Lomonosov, dsb.), yang menyumbang kepada perkembangan sains kemagnetan dan penggunaan bahan magnetik.

Jarum kompas yang digunakan pada masa itu secara semula jadi bermagnet atau bermagnet magnetit semula jadi… Hanya pada tahun 1743 D. Bernoulli membengkokkan magnet itu dan memberikannya bentuk seperti ladam, yang meningkatkan kekuatannya.

Pada abad XIX. penyelidikan elektromagnetisme serta pembangunan peranti yang sesuai telah mewujudkan prasyarat untuk penggunaan bahan magnet secara meluas.

Pada tahun 1820, HC Oersted menemui hubungan antara elektrik dan kemagnetan. Berdasarkan penemuannya, W. Sturgeon pada tahun 1825 membuat elektromagnet pertama, iaitu batang besi yang ditutup dengan varnis dielektrik, panjang 30 cm dan diameter 1.3 cm, dibengkokkan dalam bentuk ladam, di mana terdapat 18 lilitan wayar. luka disambungkan kepada bateri elektrik dengan membuat sentuhan. Ladam kuda besi bermagnet boleh menampung beban 3600 g.

Elektromagnet Sturgeon (garisan putus-putus menunjukkan kedudukan sentuhan elektrik boleh alih apabila litar elektrik ditutup)

Kerja-kerja P. Barlow untuk mengurangkan pengaruh pada kompas kapal dan kronometer medan magnet yang dicipta oleh bahagian yang mengandungi besi di sekeliling tergolong dalam tempoh yang sama. Barlow adalah orang pertama yang mempraktikkan peranti pelindung medan magnet.

Permohonan praktikal pertama litar magnetik berkaitan dengan sejarah penciptaan telefon. Pada tahun 1860, Antonio Meucci menunjukkan keupayaan untuk menghantar bunyi melalui wayar menggunakan peranti yang dipanggil Teletrofon. Keutamaan A. Meucci diiktiraf hanya pada tahun 2002, sehingga ketika itu A. Bell dianggap sebagai pencipta telefon, walaupun pada hakikatnya permohonan ciptaannya pada tahun 1836 difailkan 5 tahun kemudian daripada permohonan A. Meucci.

T.A.Edison dapat menguatkan bunyi telefon dengan bantuan pengubah, dipatenkan secara serentak oleh P. N. Yablochkov dan A. Bell pada tahun 1876.

Pada tahun 1887, P. Janet menerbitkan karya yang menerangkan peranti untuk merakam getaran bunyi. Kertas keluli bersalut serbuk telah dimasukkan ke dalam slot longitudinal silinder logam berongga, yang tidak memotong silinder sepenuhnya. Apabila arus melalui silinder, zarah habuk perlu diorientasikan dengan cara tertentu di bawah tindakan arus medan magnet.

Pada tahun 1898, jurutera Denmark V. Poulsen secara praktikal melaksanakan idea O. Smith tentang kaedah rakaman bunyi. Tahun ini boleh dianggap sebagai tahun kelahiran rakaman magnetik maklumat. V. Poulsen digunakan sebagai medium rakaman magnetik dawai piano keluli dengan diameter 1 mm dililit pada gulungan bukan magnet.

Semasa rakaman atau main balik, kekili bersama-sama dengan wayar berputar relatif kepada kepala magnet, yang bergerak selari dengan paksinya. Seperti kepala magnet elektromagnet yang digunakan, terdiri daripada teras berbentuk rod dengan gegelung, satu hujungnya meluncur di atas lapisan kerja.

Pengeluaran perindustrian bahan magnet buatan dengan ciri magnet yang lebih tinggi menjadi mungkin hanya selepas pembangunan dan peningkatan teknologi lebur logam.

Pada abad XIX. bahan magnet utama ialah keluli yang mengandungi 1.2 ... 1.5% karbon. Dari akhir abad XIX. mula digantikan dengan keluli yang dialoi dengan silikon. Abad XX dicirikan oleh penciptaan banyak jenama bahan magnetik, peningkatan kaedah untuk magnetisasi mereka dan penciptaan struktur kristal tertentu.

Pada tahun 1906, paten AS telah dikeluarkan untuk cakera magnet bersalut keras. Daya paksaan bahan magnet yang digunakan untuk rakaman adalah rendah, yang, digabungkan dengan kearuhan sisa yang tinggi, ketebalan lapisan kerja yang besar dan kebolehkilangan yang rendah, membawa kepada fakta bahawa idea rakaman magnetik secara praktikal dilupakan sehingga tahun 20-an abad.

Pada tahun 1925 di USSR dan pada tahun 1928 di Jerman, media rakaman telah dibangunkan, iaitu kertas fleksibel atau pita plastik di mana lapisan serbuk yang mengandungi besi karbonil digunakan.

Dalam 20-an abad yang lalu. bahan magnet dicipta berdasarkan aloi besi dengan nikel (permaloid) dan besi dengan kobalt (permendura). Untuk kegunaan pada frekuensi tinggi, ferrocards boleh didapati, yang merupakan bahan berlapis yang diperbuat daripada kertas yang disalut dengan varnis dengan zarah serbuk besi yang diedarkan di dalamnya.

Pada tahun 1928, serbuk besi yang terdiri daripada zarah bersaiz mikron telah diperolehi di Jerman, yang dicadangkan untuk digunakan sebagai pengisi dalam pembuatan teras dalam bentuk cincin dan rod.Aplikasi pertama permalloy dalam pembinaan geganti telegraf tergolong dalam tempoh yang sama.

Permalloy dan permendyur termasuk komponen mahal — nikel dan kobalt, itulah sebabnya bahan alternatif telah dibangunkan di negara yang kekurangan bahan mentah yang sesuai.

Pada tahun 1935, H. Masumoto (Jepun) mencipta aloi berasaskan besi yang dialoi dengan silikon dan aluminium (alcifer).

Pada tahun 1930-an. aloi besi-nikel-aluminium (YUNDK) muncul, yang mempunyai nilai daya paksaan dan tenaga magnet tertentu yang tinggi (pada masa itu). Pengeluaran industri magnet berdasarkan aloi tersebut bermula pada tahun 1940-an.

Pada masa yang sama, ferit pelbagai jenis telah dibangunkan dan ferit nikel-zink dan mangan-zink dihasilkan. Dekad ini juga termasuk pembangunan dan penggunaan magneto-dielektrik berdasarkan serbuk besi permaloid dan karbonil.

Pada tahun-tahun yang sama, pembangunan telah dicadangkan yang menjadi asas untuk penambahbaikan rakaman magnetik. Pada tahun 1935, peranti yang dipanggil Magnetofon-K1 telah dicipta di Jerman, di mana pita magnetik digunakan untuk merakam bunyi, lapisan kerja yang terdiri daripada magnetit.

Pada tahun 1939, F. Matthias (IG Farben / BASF) membangunkan pita berbilang lapisan yang terdiri daripada penyokong, pelekat dan oksida besi gamma. Kepala magnet gelang dengan teras magnet berdasarkan permaloid telah dicipta untuk main semula dan rakaman.

Pada tahun 1940-an. perkembangan teknologi radar membawa kepada kajian tentang interaksi gelombang elektromagnet dengan ferit bermagnet. Pada tahun 1949, W. Hewitt memerhatikan fenomena resonans feromagnetik dalam ferit. Pada awal 1950-an.Bekalan kuasa tambahan berasaskan ferit mula dihasilkan.

Pada tahun 1950-an. Di Jepun, pengeluaran komersial ferit magnet keras bermula, yang lebih murah daripada aloi YUNDK, tetapi lebih rendah daripada mereka dari segi tenaga magnet tertentu. Permulaan penggunaan pita magnetik untuk menyimpan maklumat dalam komputer dan untuk merakam siaran televisyen bermula pada tempoh yang sama.

Pada 60-an abad yang lalu. pembangunan bahan magnetik berdasarkan sebatian kobalt dengan yttrium dan samarium sedang dijalankan, yang dalam dekad akan datang akan membawa kepada pelaksanaan industri dan penambahbaikan bahan serupa dari pelbagai jenis.

Pada tahun 70-an abad yang lalu. perkembangan teknologi untuk penghasilan filem magnet nipis membawa kepada penggunaan meluas untuk merekod dan menyimpan maklumat.

Pada tahun 80-an abad yang lalu. pengeluaran komersil magnet tersinter berdasarkan sistem NdFeB bermula. Pada masa yang sama, pengeluaran amorfus, dan tidak lama kemudian, aloi magnet nanokristalin bermula, yang menjadi alternatif kepada permaloid, dan dalam beberapa kes, kepada keluli elektrik.

Penemuan pada tahun 1985 kesan magnetoresistance gergasi dalam filem berbilang lapisan yang mengandungi lapisan magnet tebal nanometer meletakkan asas untuk arah baru dalam elektronik - putaran elektronik (spintronics).

Pada 90-an abad yang lalu. Sebatian berdasarkan sistem SmFeN telah ditambah kepada spektrum bahan magnet keras komposit dan pada tahun 1995 kesan terowong rintangan magnet telah ditemui.

Pada tahun 2005kesan magnetoresistance terowong gergasi telah ditemui. Selepas itu, sensor berdasarkan kesan rintangan magnet gergasi dan terowong telah dibangunkan dan dimasukkan ke dalam pengeluaran, bertujuan untuk digunakan dalam gabungan kepala rakaman / pembiakan cakera magnet keras, dalam peranti pita magnetik, dsb. Peranti memori akses rawak juga telah dicipta.

Pada tahun 2006, pengeluaran industri cakera magnetik untuk rakaman magnet berserenjang bermula. Perkembangan sains, pembangunan teknologi dan peralatan baru memungkinkan bukan sahaja untuk mencipta bahan baru, tetapi juga untuk meningkatkan ciri-ciri yang dicipta sebelumnya.

Permulaan abad XXI boleh dicirikan oleh bidang penyelidikan utama berikut yang berkaitan dengan penggunaan bahan magnetik:

• dalam elektronik — mengurangkan saiz peralatan kerana pengenalan peranti filem rata dan nipis;

• dalam pembangunan magnet kekal - penggantian elektromagnet dalam pelbagai peranti;

• dalam peranti storan — mengurangkan saiz sel memori dan meningkatkan kelajuan;

• dalam perisai elektromagnet — meningkatkan kecekapan perisai elektromagnet dalam julat frekuensi yang luas sambil mengurangkan ketebalannya;

• dalam bekalan kuasa — memperluaskan had julat frekuensi di mana bahan magnet digunakan;

• dalam media tak homogen cecair dengan zarah magnet — meluaskan kawasan penggunaan berkesannya;

• dalam pembangunan dan penciptaan penderia pelbagai jenis — mengembangkan julat dan menambah baik ciri teknikal (terutama kepekaan) melalui penggunaan bahan dan teknologi baharu.