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矯頑力

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一組電磁鋼的磁滯曲線，其中BR為剩磁，HC為矯頑力

矯頑力（coercivity）也稱為矯頑性或保磁力，是磁性材料的特性之一，是指在磁性材料已經磁化到磁飽和後，要使其磁化強度減到零所需要的磁場強度。矯頑力代表磁性材料抵抗退磁的能力，會用HC的符號表示，單位為A/m（國際標準制）或Oe（高斯單位制）。矯頑力可以用磁強計或是B-H分析儀量測。

若鐵磁性材料（包含亞鐵磁性材料）的矯頑力大，則稱為硬磁性，可以用來作為永久磁鐵的材料。永久磁鐵可以用在馬達、磁性儲存媒體（如硬碟、磁碟片或磁帶）、及礦石處理中的磁性分離器。

矯頑力小的鐵磁性材料則稱為軟磁性，可以用在變壓器及電感器的鐵芯，磁性儲存媒體的讀寫頭（英語：recording head）、微波設備及電磁屏蔽設備中。

實驗量測

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圖中和橫軸的交點即為矯頑力

磁性材料的矯頑力一般是用量測磁滯曲線（也稱為磁化曲線）來求得。採集數據的儀器一般會用振動樣品磁強計（英語：vibrating sample magnetometer）或是交變梯度磁強計，當量測到的磁通密度數據為零時，對應的磁場強度即為矯頑力。若様品中含有鐵磁性材料，在磁場增加及減少時，所量測到的矯頑力會不同，這是因為交換偏置場（英語：exchange bias）效應的結果。

材料量測到的矯頑力也和量測磁化曲線過程花的時間有關。一磁體材料在一反向磁場中量到的磁化強度會小於矯頑力，而且若長期在相同條件下量測，其值會馳豫（relaxation）至零。馳豫現象是因為磁疇在反向磁場下因熱產生的效應，而且受磁粘滯系數（magnetic viscosity）的影響[1]。有些材料的矯頑力會隨頻率而增加，這是高頻寬（英語：bandwidth (computing)）磁性儲存設備要提高資料速度的一大障礙，因為要增加儲存密度也就意味着儲存設備要有更高的矯頑力[來源請求]。

軟鐵磁性材料及硬鐵磁性材料的矯頑力
鐵磁性材料的「硬度」隨着晶體變大而增加
隨着平滑程度及玻璃質程度增加而減少
材料 矯頑力
[Oe (A/m)]
[.1Mn:]6Fe:27Ni:Mo, 超導磁率合金 0.002[2] (0.16)
Fe:4Ni, 透磁合金 0.01[3]–1[4] (0.8-80)
.9995 鐵 0.05[2]–470[5] (4-37,000)
11Fe:Si，矽鋼

0.4–0.9[6] (32-72)

熟鐵 (1896) 2[7] (160)
.99 鎳 0.7[5]–290[8] (56-23,000)
ZnxFeNi1-xO3,
多腔磁控管中用的鐵氧體 		15–200[9] (1200-16,000)
2Fe:Co[10], 磁鐵桿 240[5] (19,000)
>.99 鈷 10-900[11] (800-72,000)
6Al:18Fe:8Co:Cu:6Ni–
3Ti:8Al:20Fe:20Co:2Cu:8Ni,
alnico 5–9，冰箱磁鐵或更強力的磁鐵 		640[12]–2000[13] (51,000-1.6*105)
Cr:Co:Pt,
硬碟的儲存媒介 		1700[14] (1.4*105)
2Nd:14Fe:B，釹鐵硼磁鐵 10,000[15]–12,000[16] ((8-9.5)*105)
12Fe:13Pt, Fe48Pt52 12,300+[17] (9.8*105)
?(Dy,Nb,Ga,Co):2Nd:14Fe:B 25,600[18]/–26,300[19] (2*106)
2Sm:17Fe:3N，釤-鐵-氮（10 K） <500[20]–35,000[21] (40,000-2.8*106)
Sm:5Co，釤鈷磁鐵 40,000[22] (3.2*106)

理論

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若一有矯頑力的鐵磁性材料放在外加磁場中，磁化強度延著外加磁場方向的分量為零。有二種磁化反轉的方式：單域（英語：single domain (magnetic)）旋轉及磁疇壁（英語：Domain wall (magnetism)）運動。當材料的磁化強度因單域旋轉而反向時，磁化強度延著外加磁場方向的分量為零，磁化強度會垂直外加磁場。當材料的磁化強度因磁疇壁運動而反向時，所有小磁疇的磁化強度總和接近零，總磁化強度非常小。在一些基礎研究中用到，較理想的磁性材料，其磁化強度主要是由單域旋轉及磁晶各向異性（英語：magnetocrystalline anisotropy）所影響[23]。在實際工程使用的磁性材料中，雜質及晶界是反向磁化磁域的成核來源，此時磁化強度反向主要由磁疇壁運動來控制。不過磁疇壁運動在矯頑力中的影響相當複雜，因此晶體缺陷可能是成核來源，但也可能固定住磁疇壁。磁疇壁在鐵磁性材料中角色類似晶界在塑性變形中的角色，因為磁疇壁和晶界都屬於晶體缺陷中的面缺陷。

重要性

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若是材料有磁滯現象且已被磁化，在磁化曲線內的面積即為對材料施加反向外加磁場，使材料有反向磁化強度所需要的功，此能量最後會以熱能的形式散失。磁性材料中常見的耗散過程包括磁致伸縮及磁疇壁的運動。矯頑力可以用來度量磁滯程度的多寡，也可以作為軟鐵磁性材料一般應用中損失的一個指標。

磁性材料的方形度（squareness）是剩磁除以矯頑力的商，硬鐵磁性材料的方形度及矯頑力二者是硬鐵磁性材料的二個重要性能指標，不過二者的乘積磁能積則更常提及。

相關條目

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參考資料

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  1. ^ Gaunt, P. Magnetic viscosity and thermal activation energy. Journal of Applied Physics. 1986, 59 (12): 4129–4132. Bibcode:1986JAP....59.4129G. doi:10.1063/1.336671. 
  2. ^ 2.0 2.1 Iron and Magnetism. 2003-12-06 [2013-03-15]. （原始內容存檔於2008-02-04） （英語）. 
  3. ^ Hojun Lee, Wonbae Bang, Kimin Hong, Young-Dong Ko, Jinseok Chung, Keeju Jeong and Heebok Lee. Magnetism and magneto impedance of% electroplated Ni-Fe permalloy thin films (PDF). [2013-03-23]. （原始內容 (PDF)存檔於2012-02-15）. 
  4. ^ M. A. Akhter; D. J. Mapps, Y. Q. Ma Tan, Amanda Petford-Long, and R. Doole. Thickness and grain-size dependence of the coercivity in permalloy thin films. Journal of Applied Physics. 1997, 81 (8). doi:10.1063/1.365100. 
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 Magnetic Susceptibilities of Paramagnetic and Diamagnetic Materials at 20°C. Georgia State University, hyperphysics. [2013-03-23]. （原始內容存檔於2014-08-22）. 
  6. ^ cartech.ides.com[失效連結]
  7. ^ Silvanus Phillips Thompson. Dynamo-electric machinery. 美國: 哈佛大學. 1896: 133 [2013-03-22]. （原始內容存檔於2020-05-08）. 
  8. ^ M. S. Miller; F. E. Stageberg, Y. M. Chow, K. Rook, and L. A. Heuer. Influence of rf magnetron sputtering conditions on the magnetic, crystalline, and electrical properties of thin nickel films. Journal of Applied Physics. 1994, 75 (10). doi:10.1063/1.355560. 
  9. ^ Wang, Geng; Sivertsen, John M.; Judy, Jack H. NiZn ferrite thin films prepared by Facing Target Sputtering. IEEE Transactions on Magnetics. 2011-09-27, 33 (5): 3748 – 3750. doi:10.1109/20.619559.  |year=與|date=不匹配 (幫助);
  10. ^ Jon Orloff. Handbook of Charged Particle Optics, Second Edition. Taylor & Francis. 2008: 142 [2013-03-22]. ISBN 1420045555. （原始內容存檔於2020-09-24）. 
  11. ^ doi/abs/10.1021/jp045554t. [2013-03-05]. （原始內容存檔於2015-10-18）. 
  12. ^ Alnico Magnets (PDF). Dexter. [2013-03-23]. [永久失效連結]
  13. ^ ieee article number=1066731 互聯網檔案館的存檔，存檔日期2009-08-20.
  14. ^ Yang, Ming M. Laminated CoPtCr/Cr films for low noise longitudinal recording. IEEE Transactions on Magnetics. 2011-09-27, 27 (6): 5052 – 5054. doi:10.1109/20.278737.  |year=與|date=不匹配 (幫助);
  15. ^ C. D. Fuerst; E. G. Brewer. High‐remanence rapidly solidified Nd‐Fe‐B: Die‐upset magnets (invited). Journal of Applied Physics. 1993, 73 (10). doi:10.1063/1.353563. 
  16. ^ Magnet and Magnetism FAQ. wondermagnet. [2013-03-23]. 
  17. ^ Chen, Min; Nikles, David E. Synthesis, self-assembly, and magnetic properties of FexCoyPt100-x-y nanoparticles. Nano Letters. 2002, 2 (3): 211–214. doi:10.1021/nl015649w. 
  18. ^ G. Bai; R.W. Gao, Y. Sun, G.B. Han, B. Wang. Study of high-coercivity sintered NdFeB magnets. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2006-05-24, 308 (1). doi:10.1016/j.jmmm.2006.04.029. 
  19. ^ H. Jianga,; J. Evansa, M.J. O』Sheaa, Jianhua Dub. Hard magnetic properties of rapidly annealed NdFeB thin films on Nb and V buffer layers. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2001-04-11, 224 (3). doi:10.1016/S0304-8853(01)00017-8. 
  20. ^ Nakamura, Hajm; Kurihara, K.; Tatsuki, T.; Sugimoto, Satoshi; Okada, Masuo; Homma, Motofumi. Phase Changes and Magnetic Properties of Sm2Fe17Nx Alloys Heat-Treated in Hydrogen. IEEE Translation Journal on Magnetics in Japan. 1992, 7 (10). doi:10.1109/TJMJ.1992.4565502. 
  21. ^ RANI R.; HEGDE H. ; NAVARATHNA A. ; CADIEU F. J. High coercivity Sm2Fe17Nx and related phases in sputtered film samples. Journal of applied physics. 1993, 73 (10) [2013-03-22]. （原始內容存檔於2012-06-12）. 
  22. ^ M. F. de Campos1; F. J. G. Landgraf, N. H. Saito, S. A. Romero, A. C. Neiva, F. P. Missell, E. de Morais, S. Gama, E. V. Obrucheva, and B. V. Jalnin. Chemical composition and coercivity of SmCo5 magnets. Journal of Applied Physics. 1998, 84 (1). doi:10.1063/1.368075. 
  23. ^ Genish, Isaschar; Kats, Yevgeny; Klein, Lior; Reiner, James W.; Beasley, M. R. Local measurements of magnetization reversal in thin films of SrRbO3. physica status solidi (c). 2004, 1 (12): 3440–3442. doi:10.1002/pssc.200405476. 

外界連結

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