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【漫画小剧场】用特殊的姿势打开磁性材料发展简史

2018-09-13

我们和磁体

一同生活的历史非常悠久

它们一直被认为是人类社会进步史的

重要组成部分


但如今

大多数的人却碍于磁学

过于深奥

而没有去了解它们


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那么今天

我们抛开那些

复杂的磁学理论公式

说一说这些大大小小的磁体

与我们亲密无间的“共生史” 


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但在进入主题之前

我们需要先简单的了解一下

我们这里说的磁铁和磁性到底是什么?


按照现代磁学的说法

磁性的本源

是电子的轨道磁矩自旋磁矩


简单的说

内部存在电子运动的事物

在外磁场下都是会被磁化的


不仅仅是铁钴镍这些

能直接或者间接产生磁性的金属

事实上就连那些不被磁铁吸附的东西


比如正对着屏幕阅读这篇文章的你

广义上说都是具有磁性的


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但是由于磁化程度不同

不同物质在外磁场下表现的特征也不同


据此可将磁性分为:

顺磁性,抗磁性,铁磁性,亚铁磁性和反磁性五种


而我们所说的

“磁性”通常是指铁磁性

“磁体”多数是指永磁体材料和软磁体材料



Scene1


让我们回溯到

公元前640-546年

在此时的地中海沿岸地区

古希腊人就发现天然磁石Fe3O4

并且赋予他们magnet之名


但不久之后

强大的罗马帝国吞并了古希腊


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生活在古罗马文明之下的“熊孩子”

比起好好学习(科学研究)

更热衷于打架(征战)

逗猫狗(斗兽场)


因此

在随后一千多年里

磁石相关的研究被打进了“冷宫”

…… 


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以至于到了12世纪

在“热情的外乡人”的帮助下

欧洲人才用上了指南针


Scene2


来到13世纪

指南针的v1.10版——指南仪

已经被欧洲人广泛应用于领域航海


1448-1521年

在指南仪的帮助下

哥伦布,伽马,麦哲伦等人

实现了闻名于世的航海大发现


尽管……当时的人们

对于磁体依旧只是一知半解

小小的磁铁却已经陪伴人类

一起踏着浪花描绘了整个世界!

 

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将近80年后

英国人威廉·吉伯发表了《论磁》一书

才标志着人类正式开始了对于磁本质的探究

从而催生出近代磁学


Scene3


十八世纪至十九世纪

在诸多物理学家的不懈努力下

库仑定律,奥斯特电流磁效应,

法拉第电磁感应定律,

洛伦兹电子论 

相继问世


人们对“磁”和“电”的联系有了更深入的理解

发明了现代发电机和电动机的鼻祖


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到了十九世纪80年代

得益于发电机和电动机技术的发展和成熟

人类社会迎来了一次飞跃式变革

第二次工业革命


电力开始逐步击败蒸汽动力

成为工业生产和日常生活的主要能源


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随后的几十年

各国的发明家们

发明了各种以电为能源的产品


而我们的老朋友——“磁体”

便藏身于这些家电产品中

悄然搬进我们的屋子里

与我们过上了同居生活


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Scene4


 20世纪初

相对论和量子力学的发表

引领物理学发展进入一个新纪年


再加上

磁性材料在工业产品的应用愈发广泛

人们也在不断地寻求更高性能的磁性材料 


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在接下来的一段时期

磁学和磁性材料的研究

都取得了一系列丰硕的成果:


1928年

英国人狄拉克

用相对论用量子力学

完美地解释了内禀自旋和磁矩

奠定现代磁学基础


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保罗·狄拉克(1902-1984)


1967年

奥地利的斯耐特

发现磁能积空前高的

稀土永磁材料(SmCo5)

给永磁材料的发展带来一道新曙光


而后的1983年

日本住友社的佐川真人

发明了对现世影响极大的

第三代稀土永磁材料

磁王——钕铁硼


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稀土永磁材料


1991年

德国物理学家克内勒

提出双相复合磁体交换作用理论

拉开了纳米晶磁体研究的序幕


Scene5

到了二十一世纪

人类社会迈入了信息化时代

丰富的信息媒体让世界变得不再“庞大”


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我们在享受这个时代

的多彩和便利的时候

大大小小的磁盘系统

正时刻默默地替我们

储存这个世界的记忆


此外

近些年迅速发展的

磁约束核聚变技术

在不久以后的将来

或许会给我们带来

新一轮的能源革命


 the end 


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(诶等等~~大佬别走啊)


说完世界的磁性材料发展史

我们不妨再说一说中国?


还记得

上文提及过的

12世纪欧洲最早出现的指南针么?


据说

那些指南针就是

古代中国流传过去的


其实古代中国

在天然磁石的发现和应用上

都要略早于西方国家


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公元前3世纪中国发明世界上第一个磁石指南仪——司南。

 

令人惋惜

由于我们的先人

太信奉“万物天造”论

放弃了对磁性本源的思考


因此

在17世纪末之后

磁体研究员集体下线摸鱼

中国磁学进入了一段漫长的空窗期


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清末时期

鸦片战争打开了中国闭锁的大门

西方磁学通过传道士传入了中国

但是当时的教育体系还没变革

依旧是私塾口授外加科举八股

基本不重视自然科学

磁学能普及才怪咧


可以说

直到步入现代社会

我们中国才真正的重拾了

磁学和磁性材料相关的研究


在改革开放后

我国磁性材料工业

更是如同雨后春笋


经过30多年的快速发展

国内磁性行业内规模以上企业已超过100家

形成了品种齐全的磁性材料产品体系


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 国内部分重点磁性材料企业


近些年

磁性材料市场

主要集中于汽车工业电子产业

其中在汽车工业的应用增长尤其迅速


得益于这些行业的快速发展

所带来的庞大稳定的市场

中国逐渐成为世界一大磁性材料生产国

大有一种后来居上的感觉


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图表:我国永磁、软磁铁氧体产量占全球产量比例情况分析

2011年以来我国永磁、软磁铁氧体产量占全球产量在68%-72%


然而

国内厂家众多

行业技术参差不齐

多数以较低端产品量产为主

技术专利被日本和美国等国家垄断

再加上国内市场较为饱和

海外市场竞争激烈

等因素


这种“人海战术”

虽给我们带来市场份额上的“霸权”

但同时又带来了产能过剩同质化严重等问题


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波特五力模型分析


而在附加值更高的

高档磁材料开发领域

我们仍与于日本、美国

以及部分欧洲先进国家存在一定差距

填补这部分的空缺也将是我们进一步发展的关键


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在未来

我国磁性材料行业

或将迎来产业升级调整

高技术占重比会逐渐的增大

拥有高端产品市场的和技术的

少数企业将逐渐占领市场

低端产品市场利润下降

竞争进一步恶化



纵观人类社会的发展历程,

在每一个历史时期

我们都与磁体一同成长。


直至当下时代,

从储存卡、电磁炉、汽车等民用产品

到航空、航天、医学和军武等前沿领域

它们已经渗透至我们生活的每个角落

时刻为我们的生活带来便利、快捷和舒适



the end



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