शुद्ध निकल चुंबकीय है

आवर्त सारणी में 28 वें संक्रमण धातु तत्व के रूप में, निकेल के चुंबकीय गुण एक रहस्य बने हुए हैं, जो वैज्ञानिक खोज की तलाश में है। 18 वीं शताब्दी में अपनी आधिकारिक खोज के बाद से, निकेल के अद्वितीय चुंबकीय व्यवहार ने भौतिकविदों की पीढ़ियों को परेशान किया है। यह न तो लोहे के मजबूत फेरोमैग्नेटिज्म को प्रदर्शित करता है और न ही एल्यूमीनियम के पूर्ण पैरामैग्नेटिज्म। इस "अस्पष्ट" चुंबकीय संपत्ति, बीच में कहीं, वैज्ञानिकों ने अपने अंतर्निहित तंत्र को समझने के लिए लगभग दो शताब्दियों को लिया है।

शुद्ध निकल की चुंबकीय प्रकृति

शुद्ध निकल कमरे के तापमान पर कमजोर फेरोमैग्नेटिज्म को प्रदर्शित करता है, जिसमें 55 ईएमयू/जी तक की एक चुम्बकीय शक्ति और लगभग 100 ओई की एक जबरदस्ती होती है। यह संपत्ति लोहे के रिमैनेंट मैग्नेटिज्म को बनाए नहीं रखते हुए इसे स्थायी मैग्नेट द्वारा आकर्षित करने की अनुमति देती है। यह "सॉफ्ट मैग्नेटिक" संपत्ति अपनी अनूठी इलेक्ट्रॉनिक संरचना से उपजी है: निकल परमाणुओं में उनके 3 डी ऑर्बिटल्स में आठ इलेक्ट्रॉन होते हैं, पांच स्पिन - के साथ पांच और स्पिन - के साथ तीन, जिसके परिणामस्वरूप एक शुद्ध चुंबकीय क्षण होता है जो पूरी तरह से रद्द नहीं होता है। जब बड़ी संख्या में निकल परमाणु एकत्र होते हैं, तो ये चुंबकीय क्षण विनिमय इंटरैक्शन के माध्यम से अनायास चुंबकित क्षेत्रों (डोमेन) का निर्माण करते हैं। हालांकि, एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में, डोमेन बेतरतीब ढंग से संरेखित होते हैं और कोई मैक्रोस्कोपिक चुंबकत्व का प्रदर्शन नहीं करते हैं।

जब एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र लागू किया जाता है, तो शुद्ध निकल का चुंबकत्व तीन चरणों को प्रदर्शित करता है:

प्रतिवर्ती मैग्नेटाइजेशन (0-500 OE): डोमेन की दीवारें धीरे-धीरे चलती हैं, और मैग्नेटाइजेशन की तीव्रता बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के लिए रैखिक रूप से आनुपातिक है।

Barkhausen जंप (500-1000 OE): डोमेन की दीवारें अचानक चलती हैं, जिसके परिणामस्वरूप मैग्नेटाइजेशन की तीव्रता में एक कदम परिवर्तन होता है।

Near-saturation (>1000 OE): सभी डोमेन अनिवार्य रूप से संरेखित हैं, और मैग्नेटाइजेशन की तीव्रता में वृद्धि धीमी हो जाती है।

यह विशेषता एक वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र में शुद्ध निकेल बेहद कम हिस्टैरिसीस नुकसान देती है, एक एड़ी वर्तमान हानि गुणांक के साथ केवल एक - तीसरा सिलिकॉन स्टील की है, जो इसे उच्च - आवृत्ति इलेक्ट्रोमैग्नेटिक उपकरणों के लिए एक आदर्श सामग्री बनाती है।

चुंबकीय गुणों को प्रभावित करने वाले तीन प्रमुख कारक

चुंबकीय गुणों पर तापमान का प्रभाव

शुद्ध निकेल का क्यूरी तापमान 631 K (358 डिग्री) है। इस तापमान के नीचे, यह फेरोमैग्नेटिज्म को प्रदर्शित करता है, जबकि इस तापमान से ऊपर, यह पैरामैग्नेटिज्म में बदल जाता है। प्रायोगिक डेटा से पता चलता है कि चुंबकीय संवेदनशीलता 3.2 × 10 - 3 20 डिग्री पर है, लेकिन 300 डिग्री तक गर्म होने पर तेजी से 1.8 × 10-4 तक गिर जाती है। इस तापमान संवेदनशीलता का उपयोग थर्मल सेंसर में किया जाता है: निकल -आधारित थर्मिस्टर्स -50 डिग्री से 200 डिग्री की सीमा में 0.1 डिग्री की माप सटीकता प्राप्त कर सकते हैं।

क्रिस्टल संरचना का आकार देना

चेहरा - केंद्रित क्यूबिक (FCC) कमरे के तापमान पर शुद्ध निकल की संरचना इसे अनिसोट्रोपिक चुंबकीय पारगम्यता देती है। जब [100] क्रिस्टल दिशा के साथ चुंबकित किया जाता है, तो चुंबकीय पारगम्यता 1.2 × 10 - 6 h/m तक पहुंच जाती है, जबकि [111] दिशा केवल 0.8 × 10-6 h/m है। दिशात्मक जमने वाली प्रौद्योगिकी द्वारा तैयार एकल-क्रिस्टल निकल 1.5: 1 तक के चुंबकीय अनिसोट्रॉपी अनुपात को प्राप्त कर सकता है, जिससे चुंबकीय उपकरणों की ऊर्जा रूपांतरण दक्षता में काफी सुधार हो सकता है।

मिश्र धातु संवर्द्धन पथ

एक पर्मलॉय बनाने के लिए 30% लोहे को जोड़ने (नी - fe) अपनी प्रारंभिक चुंबकीय पारगम्यता को 10^5, 1,000 गुना शुद्ध निकल के क्रम तक बढ़ा सकता है। 5% कोबाल्ट को एक निकल - कोबाल्ट मिश्र धातु में जोड़ने से इसकी जबरदस्ती 100 OE से 2 OE से कम हो जाती है, जिससे यह चुंबकीय रिकॉर्डिंग सामग्री के लिए एक शीर्ष विकल्प बन जाता है। यह मिश्र धातु रणनीति निकल - आधारित चुंबकीय सामग्री को नरम मैग्नेट से स्थायी मैग्नेट तक, पूरे स्पेक्ट्रम को कवर करने में सक्षम बनाती है।

चार कटिंग - चुंबकीय ड्राइव के एज एप्लिकेशन

क्वांटम कम्प्यूटिंग के लिए चुंबकीय परिरक्षण

सुपरकंडक्टिंग क्वबिट्स में, शुद्ध निकेल पतली फिल्मों द्वारा गठित फ्लक्स जाल 40 डीबी से चुंबकीय क्षेत्र के शोर को कम कर सकते हैं, जिससे क्वांटम राज्य प्रतिधारण समय 100 μs से अधिक हो सकता है। आईबीएम के क्वांटम कंप्यूटर में एक निकल - आधारित चुंबकीय शील्ड का उपयोग करते हुए, क्वांटम गेट संचालन की निष्ठा 99.2% से बढ़कर 99.97% हो गई। नई ऊर्जा में एक चुंबकीय कोर क्रांति

टेस्ला मॉडल 3 का मोटर स्टेटर एक निकल - आयरन सॉफ्ट मैग्नेटिक मिश्र धातु का उपयोग करता है। 20kHz ऑपरेटिंग आवृत्ति पर, पारंपरिक सिलिकॉन स्टील की चादरों के लिए लोहे की हानि 2.5W/किग्रा से 0.8W/किग्रा तक कम हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप 98.5% की मोटर दक्षता और रेंज में 15% की वृद्धि होती है।

बायोमेडिसिन में चुंबकीय नेविगेशन

50nm के व्यास के साथ निकल नैनोकणों ने एक वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र में एक स्थानीयकृत थर्मल प्रभाव उत्पन्न किया, जिससे ट्यूमर कोशिकाओं के सटीक थर्मल पृथक्करण को सक्षम किया जा सके। नैदानिक ​​परीक्षणों से पता चला है कि इस चुंबकीय द्रव हाइपरथर्मिया थेरेपी में यकृत कैंसर के लिए 72% इलाज दर है और पारंपरिक रेडियोथेरेपी की तुलना में सामान्य ऊतक को कम नुकसान होता है।

18 वीं शताब्दी में निकल के चुंबकत्व की खोज से निकल - आधारित क्वांटम मैग्नेट के निर्माण तक, 21 वीं सदी में, शुद्ध निकल के चुंबकत्व के बारे में मानवता की समझ और गहराई से जारी रही है। वर्तमान में, वैज्ञानिक निकेल की टोपोलॉजिकल चुंबकीय संरचना में हेरफेर करके शून्य - ऊर्जा चुंबकीय भंडारण को प्राप्त करने की संभावना की खोज कर रहे हैं। उद्योग में, 3 डी प्रिंटिंग तकनीक ने निकेल - आधारित चुंबकीय उपकरणों के अनुकूलित उत्पादन को एक वास्तविकता बना दिया है।