میدان های آنیزوتروپی یعنی یا
و
، با نفوذپذیری مغناطیسی حقیقی (
) و فرکانس رزونانس (
) به صورت زیر در ارتباط است:
برای آنیزوتروپی محور C و
برای آنیزوتروپی صفحه ی C.
در حقیقت، فریت های هگزاگونال با آنیزوتروپی محور C، مواد مغناطیسی سخت هستند و دارای بزرگ هستند. بر اساس معادله ی بالا،
هم
و هم
را تعیین می کند و در نتیجه،
بزرگ و
بالا، نمی تواند به طور همزمان حاصل شود.
برای مثال، فریت نوع دارای
برابر با 8/4 kGs و
برابر با 16 kOe هستند. این مقادیر منجر می شود تا یک مقدار
(مقداری بسیار کوچک) و یک مقدار بسیار بالا از
ایجاد شود. این مقادیر در گستره ی فرکانس مورد نظر ما یعنی 1-18 GHz نیست. از این نظر، فریت های هگزاگونال با آنیزوتروپی محور C، برای استفاده به عنوان مواد جاذب EM مورد استفاده در فرکانس های GHz، مناسب نیستند.
به هر حال، فریت های هگزاگونال با آنیزوتروپی صفحه ی C، مواد مغناطیسی نرم هستند. علت این مسئله، به خاطر کوچک آنهاست. با توجه به معادله ی بالا،
کوچک می تواند منجر به ایجاد
بزرگ می شود، در حالی که مقدار
مورد نیاز، بوسیله ی
(نه
) تعیین می شود. مقدار بزرگ
قابل دستیابی و
مناسب، موجب می شود تا فریت های هگزاگونال با آنیزوتروپی صفحه ی C کاندیداهای خوبی برای استفاده در مواد جاذب EM باشند.
تئوری
وابستگی نفوذپذیری موهومی به فرکانس (f)، طیف نفوذپذیرینامیده می شود. این خاصیت نشاندهنده ی خواص مغناطش ماده در فرکانس بالا می باشد. عموما، این طیف می تواند به 5 ناحیه، تقسیم شود: طیف مربوط به فرکانس های پایین( )، طیف فرکانس متوسط (
)، طیف میکروویو بالای(
Hz) و طیف فرکانس بسیار بالا(
). با صرفنظر از اتلاف ایجاد شده به دلیل جریان فوکو و اثرات پوسته ای، طیف نفوذپذیری در پهناهای باند مختلف دارای ویژگی ها و مکانیزم های غالب مختلفی است. در باند فرکانس پایین،
از لحاظ عملی، ثابت است در حالی که
نزدیک به صفر است. در باند فرکانس متوسط، این ممکن است که پیک های اصطکاک داخلی، رزونانس ابعادی یا رزونانس کوپل مگنتومکانیکی را مشاهده کنید، که منشع آنها، اندازه ی ماده است. در باند فرکانس بالا، به دلیل رزونانس دیواره ی دومین ها و رلکسیشن (relaxation)،
کاهش می یابد در حالی که
افزایش می یابد. در باند میکروویو، رزونانس طبیعی، مکانیزم غالب است و می تواند منجر به افزایش
منفی به همراه پیک رزونانس مشاهده شده برای
شود. در فرکانس های بسیار بالا، میدان تبادل داخلی، بیشترین مشارکت کننده است. در باندهای فرکانس بالا و میکروویو، رزونانس حاصله عمدتا بوسیله ی دو مکانیزم، کنترل می شوند. این دو مکانیزم، دیواره ی دومین و رزونانس طبیعی نامیده می شوند، که در ادامه به توصیف آنها می پردازیم.
مکانیزمهای رزونانس
رزونانس دیواره ی دومین
تحت میدان مغناطیسی ac، h=h.e^iwt موازی صفحه ی نمونه ها، دیواره های دومین در موقعیت خود، می لرزند. رزونانس دیواره ها، معمولا دارای یک نوع طیف نفوذپذیری مغناطیسی نوع رلکسیشن است که همچنین طیف نوع دبای نامیده می شود.
رزونانس طبیعی
بردارهای مغناطش در خط سیر میدان مغناطیسی استاتیک، حرکت می کند. انرژی از میدان اریب ac در زمانی جذب می شود که انرژی آن، برابر با فرکانس مقدم است. این پدیده، رزونانس فرومغناطیس نامیده می شود که اولین بار بوسیله یGrifiths در سال 1946، مشاهده شده است. معادله ی تقدم M اولین بار بوسیله ی Landau و Lifshitz در سال 1935 پیشنهاد شده است.
رزونانس فرومغناطیس بدون میدان مغناطیسی اعمال شده ی ، عموما، رزونانس طبیعی، نامیده می شود. بدون
بردارهای معناطش غیر اشباع، درطول جهات آسان مغناطش، قرار می گیرند. برای مواد پلی کریستال، جهات دانه های کریستالی، متفاوت است و این جهات به طور رندوم در تمام جهات فضایی، پخش شده اند.
طیف نفوذپذیری مغناطیسی در رزونانس طبیعی
طیف نفوذپذیری با سه پارامتر، تعیین می شود. این پارامترها، نفوذپذیری حقیقی استاتیک ، فرکانس رزونانس ذاتی
و ضریب میرایی
نامیده می شوند. پارامتر
، به طور نزدیکی با پارامترهای معناطش استاتیک یعنی معناطش اشباع (
) و میدان های آنیزوتروپی
یا
و
در ارتباط هستند. در اینجا، دو پارامتر
و λ به طور جزئی مورد بررسی قرار می گیرند.
رزونانس ذاتی
عموما بوسیله ی میدان آنیزوتروپی و میدان مغناطیسی زدا (demagnetising field) یعنی
تعیین می شود. برای ذرات با یک دومین، اگر
یا
در طول محور Z قرار داشته باشند، f_r به صورت زیر بیان می شود:
برای آنیزوتروپی محور C، و
برای آنیزوتروپی صفحه ی C. که در اینجا، و
و
به ترتیب فاکتورهای مغناطش زدا در طول محور x، y و z کریستالوگرافی هستند.
برای ذرات با شکل های مختلف، مقادیر محاسبه شده ، بر اساس معادلات بالا در جدول 2 نشان داده شده است. در مقایسه با ذرات کروی، ذرات میله ای شکل، دارای fr بالاتری هستند در حالی که، ذرات با شکل دیسکی شکل، دارای
کمتری هستند. اگر ذرات کروی و دارای
باشد،
می تواند به معادلات بالا ساده سازی شود.
ضریب میرایی (λ)
فرکانس رزونانس بدست آمده از طیف نفوذ پذیری مغناطیسی به عنوان تابعی تعریف می شود که به ماکزیمم نفوذپذیری موهومی (
) در طیف
، در ارتباط است. عموما،
نسبت به
ذاتی متفاوت است. برای رزونانس طبیعی، ماکزیمم
به صورت زیر نشان داده می شود:
که در فرکانس
بنابراین، نسبت برای λ کوچکتر، بزرگتر است و وقتی که λ به سمت بینهایت می رود،
=0.5 می شود. بنابراین، حتی اگر
کوچک باشد،
بزرگ هنوز قابل دستیابی است و این مسئله موجب می شود تا λ به اندازه ی کافی، کوچک باشد. این واضح است که در 0=λ، تساوی
=
برقرار است؛ در حالی که
می تواند برای λ بزرگ، به اندازه ی قابل توجهی از
متفاوت باشد.
دو نوع پراکندگی شار مغناطیسی
انواع پراکندگی شار مغناطیسی در طیف نفوذ پذیری مغناطیسی با λ در ارتباط است. در عمل، دو نوع طیف وجود دارد. این طیف ها، شبه رزونانسی و شبه رلکسیشن نامیده می شوند.
این طبقه بندی با توجه به اندازه ی λ انجام شده است. λکوچک، منجر به ایجاد پراکندگی شار مغناطیسی شبه رزونانسی می شود. به عبارت دیگر، برای λ بزرگ، طیف نفوذپذیری نشاندهنده ی پراکندگی از نوع شبه رلکسیشن است. کامپوزیت های با خاصیت شبه رلکسیشن اغلب دارای جذب باند وسیعی هستند.
اثرات خواص فیزیکی کامپوزیت های فریتی
کامپوزیت های الکترومغناطیسی معمولا شامل ذرات فریتی و مواد پلیمری (مانند رزین های اپوکسی) است. بنابراین، خواص مغناطیسی کامپوزیت های EM نه تنها به خواص خود فریت ها، وابسته است، بلکه همچنین به برهمکنش میان ذرات فریت در داخل زمینه ی پلیمری، نیز وابسته است. معمولاً کامپوزیت ها دارای برخی خواص منحصربفرد هستند که نسبت به مواد مشابه غیر کامپوزیتی، متفاوت است. اثرات خواص فیزیکی کامپوزیت های فریتی در ادامه بررسی می شود.