Физические методы исследования конструкционных наноматериалов презентация

Демонстрационная презентация учебного курса
«Физические методы исследования конструкционных наноматериалов»


Автор: В.Ю. Введенский


2009

Структура курса:
1. Введение. Классификация и описание методов исследований.
2. Термический анализ.
3. Калориметрия.
4. Дилатометрия.
5. Методы измерения теплопроводности.
6. Электрические методы исследований.
7. Магнитные методы исследования.

Методы измерений

Метод
непосредственной оценки

Методы сравнения с мерой

Дифферен-
циальный

Нулевой
(компенса-
ционный)

Метод
замещения

Метод
отношения

x

x1

x2

x3

y

–

x

y1

y2

y3

K1

K2

…

Kn

Пример – термоэлектрический термометр:

Термопара

Усилитель
постоянного
тока

Регистрирующее
устройство

Первичный
преобразователь

–

Величина сравнения xср

Измеряемая величина x

Первичный
преобразователь

Δy

Регистрирующее
устройство

–

Индикатор

Блок
регулирования

Регистрирующее
устройство

yк

yк

Δy

Первичный
преобразователь

x

y

Δy = y – yк

–

y

x

В случае линейной функции преобразования чувствительность совпадает с коэффициентом преобразования:
S = K.

Варианты статических характеристик для линейных средств измерений:

Аддитивная составляющая абсолютной погрешности Δхадд – не зависящая от входного сигнала х.
Мультипликативная составляющая погрешности Δхмульт – прямо пропорциональная х.
Нелинейная составляющая погрешности.

Δх = a + bx

Δхадд

Δхмульт

Аддитивная погрешность

Абсолютная погрешность

– мультипликативная.

Учёт двух источников погрешности для каждого блока – аддитивного дрейфа нуля zi и мультипликативной нестабильности коэффициента преобразования ΔKi – эквивалентен включению в схему дополнительно 2n входных сигналов:

Сигнал без искажений

Вклад нестабильности коэффициентов преобразования

Вклад дрейфа нуля

Взаимодействие погрешностей (пренебрегаем)

Взаимодействием погрешностей пренебрегают как суммой произведений малых величин zi и ΔKi. В этом случае вклады в погрешность из-за нестабильности коэффициентов преобразования (Δyнест) и дрейфа нуля (Δyдр) можно рассчитывать раздельно, суммируя оба вклада при определении полной погрешности.

Абсолютная погрешность из-за нестабильности коэффициентов преобразования

– мультипликативная погрешность. Относительная погрешность равна сумме относительных нестабильностей коэффициентов преобразования:

Абсолютная погрешность из-за дрейфа нуля (аддитивного шума, помех, наводок):

– аддитивная погрешность.
Абсолютная погрешность, приведённая ко входу:

Относительная погрешность из-за нестабильности коэффициентов преобразования:

– условие исключения влияния цепи прямого преобразования на погрешность из-за нестабильности коэффициентов преобразования

Динамическая погрешность, приведённая к выходу, может быть также определена как разность выходного сигнала и отклика на тот же входной сигнал идеального безынерционного элемента:

Динамическая погрешность, приведённая ко входу, для линейного средства измерений:

как в идеальном элементе (элементе 0-го порядка)

слагаемые, описывающие инерцию и искажения сигнала

Динамический элемент 1-го порядка (инерционный элемент)

Динамический элемент 2-го порядка (колебательный элемент)

Т – постоянная времени

ω0 – частота собственных колебаний, β – степень успокоения

Теплота, в единицу времени…

…поглощаемая термометром

…отдаваемая окружающей средой

Закон термического расширения ртути:

Дифференциальное уравнение преобразования:

Постоянная времени

K0

Для динамического элемента 1-го порядка:

Три режима работы динамического элемента 2-го порядка:
1 колебательный (β <1);
2 критический (β = 1);
3 апериодический (β >1).

Критический режим характеризуется минимальным временем установления.

Амплитудно-фазовая характеристика (комплексная частотная характеристика, комплексный коэффициент преобразования):

Амплитудно-частотная характеристика

Фазо-частотная характеристика

q = α S (Тср – T),

где Т0 – начальная температура, К;
v ≡ dТср/dt = const – скорость нагрева (охлаждения), К/с.

Тср = Т0 + v t,

q = mCv [1– exp (– t / τ)],
где
τ = mC/(αS)
– постоянная времени, характеризующая термическую инерцию образца.

(dT/dt)баз = (q /mC)

(dT/dt)фп = – (qфп/mC)

Интерпретация кривой термического анализа основана на изучении наклона кривой:

Наклон базовой линии (при температурах, где не происходит превращение)

Составляющая наклона, обусловленная фазовым превращением

Поиск температур начала и конца превращения проводится путем построения касательных к кривой термического анализа и нахождения точки, где наклон касательных резко изменяется.

Температурный интервал аустенитизации эвтектоидной углеродистой стали при разных скоростях нагрева (v2>v1):
М – массовая доля аустенита.

Темп кристаллизации θ – это производная массы твердой фазы по температуре dmα/dT.
Для сплава X1 θ1 > θ2, поэтому резкий излом на термограмме – в точке 1.
Для сплава X2 θ3 < θ4, поэтому более выраженный излом на термограмме – в точке 4.

Тепловой поток от образца

В окружающую среду

От горячего спая к холодному

Диаметр термопары Pt / Pt-Rh:
1 – 0,05 мм; 2 – 0,1 мм; 3 – 0,3 мм

Т – температура датчика,
θ – температура окружающей среды (измеряемая величина),
v – скорость охлаждения (v = const < 0),
τ – время термической инерции датчика температуры.

…локальной
(в разных точках)

Методы калориметрии

Метод смешения

Методы внутреннего источника тепла

Метод протока

Метод периодического нагрева

Метод непрерывного нагрева

ΔQ = q.Δmл,
Сp = ΔQ/(МТ),
где q – известная удельная теплота фазового перехода,
Δmл – масса превращённого калориметрического вещества (льда),
M – масса образца, Т – его начальная температура.

1 – окружающая среда, 2 – оболочка, 3 – калориметрическая система, 4 – теплопроводник.

1) реакция проводится настолько быстро, что за время измерений теплота не успевает рассеяться (динамический адиабатический режим );

2) Тепловая изоляция – калориметрическая система полностью изолируется от оболочки;

Условия применимости на примере калориметра смешения:
1.Разность температур калориметрической системы и оболочки не должна превышать 2–3 градуса: (Tоб – T) < 2…3 К.
2. Внешняя поверхность калориметра и внутренняя поверхность оболочки должны обладать хорошей отражательной способностью.
3.Расстояние между стенками калориметрического сосуда и оболочки должно составлять около 10 мм; при том конвекция практически исключается, а тепловые потери из-за теплопроводности воздуха невелики.
4. Подъём температуры в опыте не должен превышать 2 К.

α – коэффициент теплообмена, Вт/м2·К.

В методах смешения нагретый образец вводят в калориметр, температура которого повышается. Количество теплоты, введённое в калориметр:
Q = Cкал·(Tf – T0),
где Cкал – теплоёмкость калориметра (тепловой, или энергетический, эквивалент),
Tf и T0 – конечная и начальная температуры калориметрической системы (калориметрического вещества – не путать с температурой образца!).

ΔQ = ΔT Св mв

Ср = ΔQ / М (Тобр – Тк)

t0 – время введения образца в калориметр
tf – время окончания главного периода и начала конечного периода

Приведена кривая для часто используемого на практике случая, когда температура оболочки выше Т0, но ниже Тf.

Нахождение δ сводится к двум операциям:
1. к определению τ и T∞;
2. Численному или графическому интегрированию Т(t).

По кривой калориметрического опыта дополнительно определяют методом наименьших квадратов скорости изменения температуры в начальный и конечный периоды v0 и vf.

t1 и t2 – время начала и конца экзотерми-ческого процесса;
t3 – время при равенстве площадей F1 = F2;
ΔT – скорректиро-ванное изменение температуры системы

tf

где qp – тепловой эффект реакции, Дж/кг, К – постоянная калориметра, Дж/К; m – масса прореагировавших реагентов, кг; V – объёмный расход продуктов реакции, м3/с, ρ - плотность продуктов реакции, кг/м3 .

qp = К ΔT /m =
= К ΔT / (V t ρ) ,

Собр mобр / Сэ mэ = [(Δt/ΔT)обр – (Δt/ΔT)с] / [(Δt/ΔT)э– (Δt/ΔT)с].

при Tоб = const

1 – нагреватель оболочки; 2 – оболочка с температурой Тоб (t); 3 – калориметрическая система с температурой Тизм; 4 – термическое сопротивление Rт конечной величины; 5 – датчик температуры; 6 – блок сравнения

Адиабатический сканирующий режим также предусматривает сканирование оболочки с постоянной скоростью нагрева, но при этом сохраняются условия адиабатического режима:
Тизм = Тоб  = Tоб(0) + αt.

Тизм(t) = Tизм(0) + αt
Тоб = const

Cp = W / [m (dTобр/dt)]

Cp = W / {m [ (dTоб/dt) + d(εобр – εоб)/dt. (dTоб/dεоб) ] }

g(T ′) ≈ g1(T ′) + [F1(T ′) / F] Δg

T ′ – температура в интервале АВ;
g1(T ′) – базовая линия в интервале АВ;
F1(T ′) – площадь, ограниченная пиком фазового перехода и вертикальной прямой линией между точками А и В в интервале АТ ′;
F – площадь, ограниченная пиком фазового перехода и прямой АВ в интервале АВ;
Δg ≈ g2(T) – g1(T) = const.

m C dT/dt + α S (T – Tоб) = Р0 + Рm sin ωt

α S (T0 – Tоб) = Р0

dθ/dt + θ/τ = ωθ0 sin ωt

T = T0 + θ(t)

θ = θm sin (ωt – φ)

C = Рm sin φ / (ω θm m)

Четыре параметра, которые необходимо определить по временным зависимостям подводимой мощности и температуры:
Pm, θm, ω и φ.

C = Рm sin φ / (ω θm m)

Характеризует отвод тепла от образца к оболочке, т.е. неадиабатичность измерений

Адиабатичность формально эквивалентна бесконечной постоянной времени термической инерции образца τ = mC/(α S):
τ → ∞. В этом случае
dθ/dt = ω θ0 sin ωt, θ = – θ0 cos ωt = θ0 sin (ωt – 90o)

φ = 90о

Условие адиабатичности

tg φ = ω τ = ω m C/( α S )

Рост частоты ухудшает теплообмен образца с оболочкой

I = I0 + Im sin ωt
P = (I0 + Im sin ωt)2 (R0 + R′ θ)
P ≈ P0 + Pm sin ωt + I02 R′θ
вместо P = P0 + Pm sin ωt и
dθ/dt + θ/τ′ = ω θ0 sin ωt,
где τ′ = mC/(αS – I02 R′) вместо τ = mC/(α S)
τ′ > τ (теплообмен ухудшается)
tg φ = ω τ′ = ω m C/( α S – I02 R′ )

R = R0 + R′ θ = R0 + R′ θm cosφ sinωt – R′ θm sinφ cosωt
Z = R0 + A – j B,
где j – мнимая единица;
A = R′θmcosφ (I0/Im) = (2 I02 R0 R′ / ωmC) sinφ cosφ ;
B = R′θmsinφ (I0/Im) = (2 I02 R0 R′ / ωmC) sin2φ .
Из этого выражения видно, что полное сопротивление образца имеет как активную (R0 + A), так и реактивную составляющую (–B). Отрицательный знак указывает на емкостной характер реактивной составляющей сопротивления.

Схема установки для измерения теплоемкости модуляционным методом (метод эквивалентного импеданса): 1 – образец; 2 – усилитель; 3 – осциллограф; 4 – генератор низких частот

mC = (2 I02 R′ / ω2 R2 C2)

Cp = U I / [m (dT/dt)]

Один конец образца закреплен в верхнем водоохлаждаемом токоподводе 3 с помощью графитового цангового крепления 8, 9. Нижний конец образца зажат в подвижной медной втулке 4. Необходимое свободное расширение образца при высоких скоростях нагрева обеспечивается системой электропроводящих гибких элементов 6, соединяющих втулку 4 с неподвижным стаканом 5 нижнего токоподвода. Вес подвижной втулки и гибких элементов компенсируется пружиной 7.

αобр = αэт + (Кx /Кy) (αэт – αкв) dy/dx

Δy = Ky (Δlобр – Δlэт)

Δx = Kx (Δlэт – Δlкв)

Δy = – ас  = Ky (Δlкв – Δlэт)

Δx = oa = Kx (Δlэт – Δlкв)

Схема устройства абсолютных измерительных головок:
1, 3 – опоры, связанные
с образцом и эталоном соответственно;
2 – неподвижная
опора;
4, 5 – направления
движения «зайчика» при расширении эталона и образца

Δx = Kx (Δlобр – Δlкв)

Δy = Ky (Δlэт – Δlкв)

Δl = d ΔC/C

Δl = n λ/2

Закон Фурье:

1. По тепловой мощности, отводимой охладителем, – с измерением скорости и перепада температур охладителя на входе и выходе.

2. По электрической мощности нагревателя

1 – образец, 2 – медный блок с электронагревателем, 3 – охлаждаемый медный блок, 4 – устройство для впуска воды с датчиками температуры и скорости, 5 – датчик температуры воды на выходе, 6, 7, 8 – термопары, 9 – трубчатый защитный экран для уменьшения радиационных потерь

q/S = Cв ρв v ΔTв

λ = Cв ρв v ΔTв L/ ΔT

1 – внутренний электронагреватель образца, 2 – образец, 3 – термостатируемая ванна, aa, bb – прорези для размещения термопар

λ = U2 / (8 ρ ΔT)

Осуществляется стационарный метод продольного потока тепла с пропусканием тока через образец. Концы образца термостатируются.

P/l = 2π λ [Т(r1) – Т(r2)] / ln(r2/r1)

Внутренний нагреватель

Цилиндрический полый образец, собранный из плоских колец

Т′(x, t) = Тm ехр(–δx) sin(ωt – δx)

а = (1/2)ωx2/[lnΛ(х)]2, Λ(х) = ехр(δx)

а = (1/2) ωx2 / [ψ(х)]2

а = ωx2 / [2ψ(х) lnΛ(х)]

∂T/∂t = a ∂2Т/∂x2, a = λ/Cρ

a = 1,37 d2 / (π2 τ1/2)

a = 0,1388 d2 / τ1/2

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Погрешность подсчёта по приближённой формуле (1):

(1)

Схемой целесообразно пользоваться при Rx>>RA, т.е. для измерения больших сопротивлений

Rx R2 = RN R1.

Рабочая формула моста:

Rx = RN R1 / R2

Е

δ = δ1 + δ2 + δ3

Погрешность сопротивлений резисторов, включённых в плечи моста

Из-за неточности уравновешивания моста

Относительная погрешность измерения сопротивления δ = ΔRx/Rx складывается из трёх составляющих:

δ1 = 2 Rпр / Rx ≈ 0,01/ Rx

Rx = RN R1 / R2

δ2 = δR1 + δR2 + δRN

Отношение плеч моста

Чувствительность моста:

Относительная погрешность

~

Сопротивление шины Rш – неизвестно.

Можно пренебречь при:

R1/R2 = R3 /R4

На практике это условие реализуют, выбирая одинаковыми соответствующие пары сопротивлений (R1 = R3, R2 = R4) с общей регулировкой.

Рабочая формула моста:

Rx = RN (R1/R2)

Два положения переключателя гальванометра ПГ:
1 – «Контроль рабочего тока»,
2 – «Измерение».

I = EN / RN1

U = I·rк

Рабочий ток (в цепи I)

Измеряемое напряжение

Измерения при двух направлениях тока для исключения паразитных термоЭДС

4-хконтактное включение образца в цепь

εН = EH b = RH ВI/d

(+ H; + I) U1 = εH + εE + εNE + εRL + UIR,
(– H; + I) U2 = – εH – εE – εNE – εRL + UIR,
(+ H; – I) U3 = – εH – εE + εNE + εRL – UIR,
(– H; – I) U4 = εH + εE – εNE – εRL – UIR.
Отсюда
εH + εE = (U1 – U2 – U3 + U4) / 4.

ёмкость С, индуктивность L, активное сопротивление R,
ёмкостное сопротивление XC,
индуктивное сопротивление XL,
реактивное сопротивление X,
полное комплексное сопротивление Z,
модуль комплексного сопротивления Z,
сдвиг фаз тока относительно напряжения φ
угол потерь δ и др.

Z = R + j X = Z·exp(jφ)

Параметры электрических цепей переменного тока:

φ = arctg (X/R)

Z = (R2 + X2)1/2

XL = ωL

XC = 1/(ωC)

δ = arctg (R/X)

Z = UV/I = (R2 + X2)1/2

Установить этим методом фазовый сдвиг φ = arctg (X/R) невозможно.

Необходим частотомер!

Zi = Ri + j Xi = Zi·exp(jφi)

Z1 Z4 = Z2 Z3
φ1 + φ4 = φ2 + φ3

Условие равновесия в комплексном виде:

Особенности схемы:

Рабочие формулы моста:

Rx = R3 R2 /R4
Cx = C3 R4 /R2

ϕ2 = ϕ4 = 0, φ1 < 0, φ3 < 0

Назначение: измерение ёмкости и активного сопротивления

Условие равновесия в комплексном виде:

Особенности схемы:

Рабочие формулы моста:

Rx = R3 R2 /R4
Lx = C4 R2 R3

ϕ2 = ϕ3 = 0, φ1 > 0, φ4 < 0

Назначение: измерение индуктивности и активного сопротивления

Условие равновесия в комплексном виде:

Особенности схемы:

Рабочие формулы моста:

Rx = R3 R2 /R4
Lx = 1/(ω2 C)

ϕ2 = ϕ3  = φ4 = 0, φx > 0, регулируемый конденсатор в одном плече с испытываемым образцом

Назначение: измерение индуктивности и активного сопротивления

Совпадение условий резонанса и равновесия моста приводит к повышению чувствительности моста в случае высоких частот.

Возможность заземления входной и выходной цепей, что облегчает экранирование элементов схемы.

Назначение: измерение индуктивности и активного сопротивления при высоких частотах

Назначение: для точных измерений параметров цепей переменного тока, а также магнитных характеристик ферромагнетиков

Способ достижения равновесия: изменением образцовой меры Zобр и переключением витков индуктивно-связанных плечевых элементов (изменением отношения числа витков в обмотках трансформатора w1 / w2)

δ = 0,001…0,1 %

Магнитные методы классифицируют:
По измеряемой магнитной величине (магнитной индукции, магнитному моменту, магнитному потоку, магнитной проницаемости)
По первичному измерительному преобразователю
По виду реализуемой в методе магнитной цепи (замкнутой или разомкнутой)
По режиму намагничивания (перемагничивания) – статические и динамические

БП – блок питания, НУ – намагничивающее устройство, ИП Н – измерительный преобразователь (ИП) напряжённости магнитного поля Н, ИП В – ИП магнитной индукции В, СИ – средство измерений.

Для того чтобы исключить влияние неоднородности намагничивания на результаты измерений, средний диаметр образца должен значительно превышать радиальную толщину:

по ГОСТ 8.377-80

(ГОСТ 8.377-80 ГСИ Материалы магнитомягкие. Методика выполнения измерений при определении статических магнитных характеристик.)

N – коэффициент размагничивания (размагничивающий фактор), зависящий от формы и размеров образца, а также от ориентации внешнего магнитного поля по отношению к поверхности образца.

При испытаниях магнитомягких материалов следует использовать замкнутую магнитную цепь с N = 0 (например, кольцевые образцы).

Индукционный первичный измерительный преобразователь – измерительная обмотка или катушка, в которой индуцируется ЭДС е при изменении во времени магнитного потока Ф.
е – ЭДС индукции,
Ψ – потокосцепление,
t – время,
w2 – число витков в измерительной (вторичной) обмотке,
Ф – магнитный поток через один виток измерительной обмотки.

1 – рамка с током
2 – магнитомягкий магнитопровод
3 – постоянный магнит
4 – указатель (стрелка)

4

Г

Движение рамки гальванометра и изменение фототока будут происходить до тех пор, пока напряжение обратной связи не уравновесит входной сигнал е.

Образец

Метод коммутации позволяет определить точки основной кривой намагничивания как вершин симметричных частных петель гистерезиса.

Постоянная баллистического гальванометра по магнитному потоку (условная баллистическая постоянная)

Эта величина прямо пропорциональна сопротивлению цепи гальванометра, которое часто меняют для изменения пределов измерений. Поэтому при каждом изменении сопротивления измерительной цепи необходима градуировка.

Измеренный магнитный поток

в образце

в воздушном зазоре

Поправка на воздушный зазор

Максимальная чувствительность достигается при L1 = L2.

m

Образец и магнитная стрелка находятся в первом гауссовом положении.

При измерении намагниченности насыщения поле должно иметь постоянный градиент (dH/dx = const):

1 – образец,
2 – вращаемый электромагнит,
3 – зеркало,
4 – источник света,
5 – компенсационная катушка,
6 – постоянный магнит,
7 – фотодетекторы.

1

2

3

4

6

5

7

Ýêñïåðèìåíòàëü-íûå óãëîâûå çàâèñèìîñòè âðàùàþùåãî
ìîìåíòà L äëÿ ìîíîêðèñòàëëà YFe11Ti, èçìåðåííûå â ïëîñêîñòè
(110) â ïîëå H = 13 kOe ïðè ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòóðàõ. T (K):
1 . 78, 2 . 200, 3 . 300, 4 . 400, 5 . 480.

Кривые вращающих моментов для магнитоодноосного (1-3) и магнитотрёхосного (4) кристаллов. Поле H, в котором измерены кривые, по сравнению с полем анизотропии Ha:
1 – Н << Ha,
2 – H ~ Ha,
3,4 – H >> Ha.

Измерения проводили непосредственно в процессе осаждения плёнки Fe.

Колебания кантилевера с магнитным образцом в виде напылённой плёнки возбуждаются переменным магнитным полем с помощью модуляционной катушки, через которую пропускают переменный ток. Для измерения отклонений кантилевера использовался интерферометр с лазером и оптоволоконным кабелем диаметром 5 мкм.

1 – источник света, 2 – конденсор, 3 – поляризатор, 4 – образец, 5 – объектив, 6 – анализатор, 7 – зеркало, 8 – объектив, Тр – трансформатор, Д – держатель образца, К – катушка (соленоид), П – переключатель, Ш – шторка, Ф – фотоумножитель, БП – блок питания фотоумножителя, В – вольтметр, ИП – источник питания намагничивающей катушки, R – регулятор тока, З – заглушка.

Изменение поляризации падающего пучка света (слева) и отражённого (справа).

Полученная с помощью продольного эффекта Керра петля гистерезиса нанопроволоки из пермаллоя толщиной 5 мкм, шириной 200 нм и длиной 15 мкм.

H0

Статическое поле

ВЧ-поле

при ω = const

При больших частотах

fn – частота резонанса,
n – целое число,
l – размер образца,
ε и μ – диэлектрическая и магнитная относительные проницаемости.

а) схема уровней и перехода ядра при резонансе;
b) типичная кривая резонансного поглощения энергии

ω – частота первой (основной) гармоники,
Hmk и Bmk – амплитуды k-й гармоники напряжённости магнитного поля и магнитной индукции, φ – сдвиг фаз.

или

Комплексная магнитная проницаемость

Упругая проницаемость

Вязкая проницаемость

Амплитудная проницаемость

Площадь петли равна потерям энергии в единице объёма за один цикл перемагничивания:

δ – угол потерь

Для симметричной петли

1 – образцовая катушка взаимной индуктивности М,
V1 и V2 – вольтметры с фазочувствительными преобразователями,
ФВ – фазовращатель, позволяющий изменять время t1, к которому относится измеряемое значение сигнала.

Основные методы определения температуры Кюри:
Приближённые, по температурной зависимости параметров петли гистерезиса
По температурной зависимости начальной проницаемости (восприимчивости) в ферромагнитном состоянии
То же в парамагнитном состоянии
Метод термодинамических коэффициентов Белова
По температурной зависимости немагнитных свойств (теплоёмкости, электрического сопротивления и др.).

Ms – намагниченность насыщения,
(1/R0)(ΔR/ΔT) – температурный коэффициент электрического сопротивления,
α – термодинамический коэффициент, α ~ (Т – θ),
θ – температура Кюри,
(ΔR/R)п – гальваномагнитный эффект, обусловленный парапроцессом.

Флуктуации концентрации размывают изломы и экстремумы температурных зависимостей свойств.

В методе Фарадея измеряется сила, действующая на исследуемый образец, а в методе Зилова-Ренкина измеряется сила, действующая на магнит.

F =(M+mχудH)·dH/dx

Приближённое определение температур Кюри фаз по точкам перегиба на температурной зависимости намагниченности

Магнитометрические кривые охлаждения стали 40Н25:
1 – закалка с 950оС; 2 – деформация 20% (950 оС); 3 – деформация 20% (560 оС)

Доменная структура на поверхности (001) Fe-4 %Si.

Определение знака намагниченности с помощью иглообразного магнита

Взаимодействие частиц порошка:
1. С доменной границей
2. Друг с другом

D2 > D1 – условие образования порошковых фигур

D1

Изображения на рис. а соответствуют наиболее толстому,
на рис. с – наиболее тонкому образцам.

a

b

c

Изменение направления вектора индукции B приводит к изменению направления силы Лоренца. Электроны, проходящие через пленку в соседних магнитных доменах, отклоняются в разные стороны, что приводит либо к сгущению, либо к ослаблению интенсивности на экране.

Расстояние между двумя линиями интерференции равно
l = h/(edBs),
где h – постоянная Планка, е – заряд электрона, d – толщина плёнки, Bs – индукция насыщения.

Варианты зондов:
1. Кремниевые или нитрид-кремниевые зонды с кобальтовым или другим магнитным покрытием (Fe, Ni и т.д.).
2. Кремниевые зонды вискерного типа с покрытием только на острие.
Для изучения магнитно-мягких материалов магнитное покрытие зонда может выбираться из материала с небольшой намагниченностью насыщения или с доменной структурой для снижения воздействия зонда на изучаемый объект.