ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Магнитные и электрические свойства полимеров из "Эластичные магнитные материалы" В последние годы в радиотехнической промышленности, электронной и вычислительной технике и других отраслях народного хозяйства появилась потребность в таких материалах, которые обладают магнитными и электроизоляционными свойствами, присущими полупроводниковым магнитным материалам — керамическим ферритам, и одновременно эластичностью, гибкостью, малой плотностью, ударной и механической прочностью. [c.5] Применяемые в промышленности твердые ферриты не отвечают всем этим требованиям. Общим недостатком твердых ферритов в условиях передачи магнитных штоков является то, что эффективость их применения в большой степени зависит от плотности контакта с ферромагнитными телами, поскольку при отсутствии плотного контакта значительно возрастает магнитное сопротивление цепи. Уменьшение же воздушных зазоров и, соответственно, магнитного сопротивления за счет лоджатия приводит к разрушению ферритовых изделий вследствие их хрупкости. [c.5] Авторы сочли своим долгом обобщить и проанализировать сведения по магнитным материалам, появившиеся в последние годы в литературе. В книге использованы литературные сведения об эластичных магнитных материалах и изложены результаты работ, проводимых в течение ряда лет в Ленинградском филиале НИИ резиновой промышленности и на кафедре технологии резины МИТХТ им. М. В. Ломоносова некоторые сведения приводятся здесь впервые. [c.6] Магнитные свойства любого вещества обусловлены наличием элементарных носителей магнетизма — двигающихся внутри атома электронов, а также от совместного действия этих электронов в микрообъеме вещества. Электроны в атоме (или ионе) совершают орбитальное движение около ядра. Поскольку электроны несут заряд, это движение приводит к образованию электрического тока и возникновению орбитального магнитного момента электрона. Следовательно, одной из составляющих магнитного момента атома является вектор, равный сумме моментов, возникающих в результате орбитального движения отдельных электронов. Другая, более значительная составляющая магнитного момента атома обусловлена спином электронов. Спиновый магнитный момент — это момент, которым обладает электрон, рассматриваемый как маленькая заряженная сфера, вра щающаяся вокруг своей оси. Вторая составляющая магнитного момента атома равна векторной сумме спинов отдельных электронов. Необходимо отметить [1], что, согласно квантовой механике, направление спина отдельного электрона может быть либо параллельно, либо антипараллельно направлению магнитного поля. Промежуточного положения спина быть не может. [c.7] Полный магнитный момент единицы объема вещества, или намагниченность, есть, таким образом, векторная сумма орбитального и спинового моментов электронов, содержащихся в единице объема. [c.7] Коэффициент пропорциональности х называется маг-нитной восприимчивостью вещества. При одинаковой напряженности внещнего магнитного поля чем выше магнитная восприимчивость, тем более намагниченным оказывается вещество. В зависимости от характера изменения величины к при изменении напряженности внешнего магнитного поля все вещества по магнитным свойствам можно разделить на следующие типы 1) диамагнитные (х 0) парамагнитные (х 0) 3) ферромагнитные (х О) 4) антиферромагнитные (х О) 5) ферримаг-нитные (х О). [c.8] Диамагнетизм возникает во всех веществах, независимо от структуры их атомов и формы св язи, т. е. в жидком, твердом и газообразном состояниях [2]. Для выяснения природы диамагнитной восприимчивости рассмотрим электрон в атоме, вращающийся вокруг заряженного ядра по круговой орбите и обладающий определенным магнитным моментом. При помещении вещества в магнитное поле напряженностью Н на электрон, плоскость орбиты которого перпендикулярна направлению поля, действует сила Лоренца, изменяющая частоту вращения электрона, в результате чего создается дополнительный магнитный момент, направленный противоположно ПОЛЮ Я. Такому дополнительному магнитному моменту соответствует диамагнитная восприимчивость, имеющая отрицательный знак. [c.8] Концентрацию парамагнитных центров N можно определить не только по значению я, но и по интенсивности сигнала электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). При обычных напряженности поля и температурах парамагнитный эффект весьма мал. Для намагничивания парамагнетиков до такого состояния, когда все элементарные магнитные моменты становятся параллельными внешнему магнитному полю, при комнатных температурах требуется поле напряженностью примерно 10 А/м (поля с такой напряженностью, пока получить не удалось). [c.9] Магнитная восприимчивость молекул мономеров составляет примерно —45-10 , а связей — около -1-10-10 . Свободные радикалы обладают положительной магнитной восприимчивостью, равной примерно 1200-10 . Сравнительно большое значение магнитной восприимчивости свободных радикалов определяется магнитным полем неспаренных электронов атомов с незаполненными связями радикала. Таким образом, положительную магнитную восприимчивость можно рассматривать как физическое свойство, являющееся критерием наличия свободных радикалов в системе [3]. [c.10] Однако диамагнитные и парамагнитные полимеры — это слабо магнитные вещества. Для практического использования эластичные магнитные материалы должны обладать сильным магнетизмом, сопоставимым с ферромагнетизмом элементов переходной группы таблицы Менделеева. Возникает вопрос — можно ли придать чистым полимерам свойства сильно магнитного вещества. Для чистых полимеров этого сделать не удается, так как тепловое движение легко разрушает ориентирующиеся во внешнем поле магнитные моменты отдельных электронов, атомов и молекул. Дезориентирующее действие теплового движения объясняется тем, что энергия теплового движения даже в сильном магнитном поле напряженностью Я=10 А/м примерно в 15 раз больше ориентирующего воздействия магнитного поля при температуре 10 К. Именно поэтому полимеры имеют малую магнитную восприимчивость. Если бы по какой-либо причине ориентация магнитных моментов не нарушалась в результате теплового движения, то полимеры могли бы иметь намагниченность не меньшую, чем ферромагнитные материалы [4]. [c.10] Если допустить, что особые свойства органических полупроводников объясняются только присутствием в молекуле подвижных л-электронов, то с ростом их числа должна увеличиваться электропроводность. Действительно, оказалось [5], что энергия активации проводимости для низкомолекулярных органических полупроводников снижается по мере нарастания числа я-связей в молекуле. Насыщение кратных связей приводит к резкому ухудшению электрических свойств. Определяющая роль я-электронов в рассмотренных закономерностях подтверждается измепением диамагнитной восприимчивости. С увеличением числа сопряженных я-связей в молекуле вещество становится более диамагнитным. [c.11] Ита электрические и магнитные свойства органических полупроводников определяются двумя главными факторами во-первых, степенью сопряжения, определяющей наличие подвижных электронов, и, во-вторых, структурой вещества, т. е. характером упаковки молекул, который определяет возможности межмолекулярных переносов электрона в твердом теле. Следовательно, если мы хотим получить органические вещества с хорошими полупроводниковыми и парамагнитными свойствами, нужно обеспечить оптимальное сочетание этих двух факторов. Разумно предположить, что наиболее подходящими объектами для реализации такого условия являются полимеры с системой сопряженных связей, которые не только содержат длинные цепи с системой сопряжения, но и имеют достаточно упорядоченную структуру. [c.11] Вернуться к основной статье