含有過渡金屬離子和稀土金屬離子的氧化物玻璃一般具有磁性。例如,含Ti3+、V4+、Fe3+、Co3+等氧化物的磷酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃、硅酸鹽玻璃、鋁硅酸鹽玻璃或氟化物玻璃都具有磁性,而且是一種強磁性物質。
(1)玻璃的磁化率磁化率可用下式表示:μ=I/H
式中I——磁感應強度,Gs(1Gs=10-4T);H——磁場強度,Oe(1Oe=79.5775A/m); μ——磁化率。
μ很小(10-6量級),為弱磁性物質,如果μ為負值(μ<0),稱為反磁性物質。如果μ為正值(μ>0),稱為順磁性物質。另外,如果磁感應強度與磁場強度不呈直線關系,而是更復雜的函數關系,且不是單值的,這類物質稱為鐵磁性物質。
(2)玻璃的反磁性以酸性氧化物構成的酸性玻璃是反磁體,含有不成對電子的稀土離子(如La3+、Cd3+)的玻璃也為反磁體。反磁性玻璃的磁化率與含有的極化離子的原子數成正比。
(3)玻璃的順磁性在周期表中稀土離子和過渡元素(鐵族、鈀族、鉑族、錒族)離子都是順磁性離子,前者具…4f0~145s25p65d26s2的電子構型,后者具有未充滿的3d~6d的電子殼層。在玻璃中由于基質具有反磁性,故只有當順磁離子濃度超過定值時整個玻璃才為順磁體。順磁體的磁化率為μp。
式中N——1g玻璃中含有順磁性離子數;K——玻爾茲曼常數;u——單位順磁性離子的磁導率;T——熱力學溫度。
式μp為順磁體在弱磁場時的磁化率與溫度關系(居里定律)。在溫度很低或磁場很強時,I和H的直線關系被破壞。
一般玻璃為弱磁性物質,但含有鐵磁性晶體的微晶玻璃具有強磁性。如B2O3-BaO-Fe2O3玻璃在合適的熱處理制度下析出BaFe12O19或Fe2O3·Fe3O4;B2O3-MnO-Fe2O3玻璃也可析出鐵磁性微晶。含鐵磁物質的玻璃通過快冷就可以得到含10nm大小的鐵磁顆粒,并通過熱處理微晶化的方法控制析出晶相和大小,以改變玻璃的磁性。強磁性微晶玻璃隨微晶顆粒的大小不同,可以有不同的磁性。
大的微晶粒子屬于多疇區(qū),磁疇由疇壁分開,多個磁疇存在于一個顆粒中,這時材料以狹窄的磁滯回線為特征,具有低的矯頑力;較細的晶粒屬于單疇區(qū),此時顆粒內沒有疇壁形成,每一個顆粒是一個磁疇,靠磁疇轉動來磁化;顆粒再小達到超順磁區(qū),這時顆粒也是單疇,但單磁疇很小,使熱能可以克服各向異性,并擾亂磁化方向,使小粒子內部的鐵磁性和反鐵磁性耦合起來,使材料的磁性在“阻塞溫度”以上為順磁性,在此溫度以下為鐵磁性(具有磁滯現象)。
玻璃的磁性與玻璃組成的電子構型有密切的關系。而電子構型對磁性的貢獻強烈地受周圍電場的影響,這與光的吸收特性極為相似,因此順磁性和光吸收用配位場理論可作最好地解釋。如有呼和浩特玻璃定制加工的需要可直接電聯客服詳談需求。