ประวัติความเป็นมาของการสร้างและการใช้วัสดุแม่เหล็ก

ประวัติการใช้วัสดุแม่เหล็กมีความเชื่อมโยงอย่างแยกไม่ออกกับประวัติการค้นพบและการวิจัย ปรากฏการณ์ทางแม่เหล็กตลอดจนประวัติการพัฒนาวัสดุแม่เหล็กและการปรับปรุงคุณสมบัติ

กล่าวถึงครั้งแรก สำหรับวัสดุแม่เหล็ก ย้อนกลับไปในสมัยโบราณที่มีการใช้แม่เหล็กในการรักษาโรคภัยไข้เจ็บต่างๆ

อุปกรณ์ชิ้นแรกที่ทำจากวัสดุธรรมชาติ (แมกนีไทต์) ผลิตขึ้นในประเทศจีนในช่วงราชวงศ์ฮั่น (206 ปีก่อนคริสตกาล - ค.ศ. 220) ในตำราหลุนเหิง (คริสต์ศตวรรษที่ 1) อธิบายไว้ดังนี้: "เครื่องมือนี้ดูเหมือนช้อน ถ้าวางบนจาน ด้ามจะชี้ไปทางทิศใต้" แม้ว่าจะใช้ "อุปกรณ์" ดังกล่าวสำหรับ geomancy แต่ก็ถือว่าเป็นต้นแบบของเข็มทิศ

ต้นแบบของเข็มทิศที่สร้างขึ้นในประเทศจีนในช่วงราชวงศ์ฮั่น: a — แบบจำลองขนาดเท่าของจริง; ข — อนุสาวรีย์แห่งการประดิษฐ์

จนถึงประมาณปลายศตวรรษที่ 18คุณสมบัติทางแม่เหล็กของแมกนีไทต์ที่ถูกทำให้เป็นแม่เหล็กโดยธรรมชาติและเหล็กที่ถูกทำให้เป็นแม่เหล็กถูกใช้สำหรับการผลิตเข็มทิศเท่านั้น แม้ว่าจะมีตำนานของแม่เหล็กที่ติดตั้งที่ทางเข้าบ้านเพื่อตรวจจับอาวุธเหล็กที่อาจซ่อนอยู่ใต้ เสื้อผ้าของผู้ที่เข้ามา

แม้จะมีความจริงที่ว่าวัสดุแม่เหล็กเป็นเวลาหลายศตวรรษที่ใช้เฉพาะสำหรับการผลิตเข็มทิศ แต่นักวิทยาศาสตร์หลายคนมีส่วนร่วมในการศึกษาปรากฏการณ์แม่เหล็ก (Leonardo da Vinci, J. della Porta, V. Gilbert, G. Galileo, R. Descartes, M. Lomonosov ฯลฯ ) ผู้มีส่วนร่วมในการพัฒนาศาสตร์แห่งแม่เหล็กและการใช้วัสดุแม่เหล็ก

เข็มของเข็มทิศที่ใช้อยู่ในขณะนั้นได้รับการทำให้เป็นแม่เหล็กหรือแม่เหล็กโดยธรรมชาติ แมกนีไทต์ธรรมชาติ… ในปี 1743 เท่านั้นที่ D. Bernoulli งอแม่เหล็กและทำให้มันเป็นรูปเกือกม้า ซึ่งเพิ่มความแข็งแกร่งอย่างมาก

ในศตวรรษที่สิบเก้า การวิจัยเกี่ยวกับแม่เหล็กไฟฟ้าตลอดจนการพัฒนาอุปกรณ์ที่เหมาะสมได้สร้างข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการใช้วัสดุแม่เหล็กอย่างแพร่หลาย

ในปี 1820 HC Oersted ได้ค้นพบความเชื่อมโยงระหว่างไฟฟ้าและแม่เหล็ก จากการค้นพบของเขา W. Sturgeon ในปี 1825 ได้สร้างแม่เหล็กไฟฟ้าเครื่องแรกซึ่งเป็นแท่งเหล็กที่เคลือบด้วยอิเล็กทริกวานิชยาว 30 ซม. และเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.3 ซม. งอเป็นรูปเกือกม้าซึ่งมีลวด 18 รอบ แผลที่เชื่อมต่อกับแบตเตอรี่ไฟฟ้าโดยการสัมผัส เกือกเหล็กแม่เหล็กรับน้ำหนักได้ 3600 กรัม

แม่เหล็กไฟฟ้าของปลาสเตอร์เจียน (เส้นประแสดงตำแหน่งของหน้าสัมผัสไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ได้เมื่อปิดวงจรไฟฟ้า)

ผลงานของ P. Barlow เพื่อลดอิทธิพลต่อเข็มทิศของเรือและโครโนมิเตอร์ของสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยชิ้นส่วนที่มีธาตุเหล็กโดยรอบเป็นของในช่วงเวลาเดียวกัน Barlow เป็นคนแรกที่นำอุปกรณ์ป้องกันสนามแม่เหล็กมาใช้จริง

การใช้งานจริงครั้งแรก วงจรแม่เหล็ก ที่เกี่ยวข้องกับประวัติการประดิษฐ์โทรศัพท์ ในปี พ.ศ. 2403 อันโตนิโอ เมอุชชีได้แสดงความสามารถในการส่งเสียงผ่านสายโดยใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่าโทรโฟน ลำดับความสำคัญของ A. Meucci ได้รับการยอมรับในปี 2545 เท่านั้น จนกระทั่งถึงตอนนั้น A. Bell ได้รับการพิจารณาให้เป็นผู้สร้างโทรศัพท์ แม้ว่าข้อเท็จจริงที่ว่าคำขอประดิษฐ์ในปี 1836 ของเขาจะถูกยื่นช้ากว่าคำขอของ A. Meucci ถึง 5 ปี

T.A.Edison สามารถขยายเสียงของโทรศัพท์ได้ด้วยความช่วยเหลือของ หม้อแปลง, จดสิทธิบัตรพร้อมกันโดย P. N. Yablochkov และ A. Bell ในปี 1876

ในปี พ.ศ. 2430 พี. เจเน็ตได้ตีพิมพ์ผลงานที่อธิบายถึงอุปกรณ์สำหรับบันทึกการสั่นสะเทือนของเสียง กระดาษเหล็กเคลือบผงถูกสอดเข้าไปในช่องตามยาวของกระบอกสูบโลหะกลวง ซึ่งไม่ได้ตัดกระบอกสูบทั้งหมด เมื่อกระแสไหลผ่านกระบอกสูบ อนุภาคฝุ่นจะต้องถูกวางในลักษณะที่แน่นอนภายใต้การกระทำของ กระแสสนามแม่เหล็ก.

ในปี 1898 วิศวกรชาวเดนมาร์ก V. Poulsen ได้นำแนวคิดของ O. Smith เกี่ยวกับวิธีการบันทึกเสียงไปใช้จริง ปีนี้ถือได้ว่าเป็นปีเกิดของการบันทึกข้อมูลแม่เหล็ก V. Poulsen ใช้เป็นสื่อบันทึกแม่เหล็กโดยใช้ลวดเปียโนเหล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 มม. พันบนม้วนที่ไม่ใช่แม่เหล็ก

ในระหว่างการบันทึกหรือเล่น ม้วนพร้อมกับลวดจะหมุนโดยสัมพันธ์กับหัวแม่เหล็ก ซึ่งจะเคลื่อนที่ขนานกับแกนของมัน เหมือนหัวแม่เหล็ก ใช้แม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยแกนรูปแท่งที่มีขดลวด ปลายด้านหนึ่งเลื่อนไปเหนือชั้นการทำงาน

การผลิตเชิงอุตสาหกรรมของวัสดุแม่เหล็กเทียมที่มีคุณสมบัติแม่เหล็กสูงนั้นเป็นไปได้หลังจากการพัฒนาและปรับปรุงเทคโนโลยีการหลอมโลหะเท่านั้น

ในศตวรรษที่สิบเก้า วัสดุแม่เหล็กหลักคือเหล็กที่มีคาร์บอน 1.2 ... 1.5% ตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ XIX เริ่มถูกแทนที่ด้วยเหล็กกล้าผสมซิลิกอน ศตวรรษที่ XX โดดเด่นด้วยการสร้างวัสดุแม่เหล็กหลายยี่ห้อการปรับปรุงวิธีการดึงดูดและการสร้างโครงสร้างผลึกบางอย่าง

ในปี 1906 มีการออกสิทธิบัตรของสหรัฐอเมริกาสำหรับจานแม่เหล็กแบบแข็ง แรงบีบบังคับของวัสดุแม่เหล็กที่ใช้ในการบันทึกอยู่ในระดับต่ำ ซึ่งเมื่อรวมกับค่าความเหนี่ยวนำตกค้างสูง ความหนาของชั้นการทำงานที่มาก และความสามารถในการผลิตที่ต่ำ ทำให้แนวคิดของการบันทึกด้วยแม่เหล็กถูกลืมไปจริงจนถึงยุค 20 ศตวรรษ.

ในปี พ.ศ. 2468 ในสหภาพโซเวียตและในปี พ.ศ. 2471 ในเยอรมนี สื่อบันทึกได้รับการพัฒนาขึ้น ซึ่งเป็นกระดาษที่ยืดหยุ่นได้หรือเทปพลาสติกที่เคลือบชั้นแป้งที่มีคาร์บอนิลเหล็ก

ในช่วงทศวรรษที่ 20 ของศตวรรษที่ผ่านมา วัสดุแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นจากโลหะผสมของเหล็กกับนิกเกิล (เพอร์มาลอยด์) และเหล็กกับโคบอลต์ (เปอร์เมนดูรา) สำหรับการใช้งานที่ความถี่สูง มีเฟอร์โรการ์ดซึ่งเป็นวัสดุเคลือบที่ทำจากกระดาษเคลือบวานิชโดยมีผงเหล็กกระจายอยู่

ในปี 1928 เยอรมนีได้รับผงเหล็กซึ่งประกอบด้วยอนุภาคขนาดไมครอน ซึ่งถูกเสนอให้ใช้เป็นตัวเติมในการผลิตแกนในรูปของวงแหวนและแท่งการประยุกต์ใช้ permalloy ครั้งแรกในการสร้างรีเลย์โทรเลขเป็นของช่วงเวลาเดียวกัน

Permalloy และ Permendyur รวมถึงส่วนประกอบที่มีราคาแพง — นิกเกิลและโคบอลต์ ซึ่งเป็นสาเหตุที่วัสดุทางเลือกได้รับการพัฒนาขึ้นในประเทศที่ขาดแคลนวัตถุดิบที่เหมาะสม

ในปี พ.ศ. 2478 H. Masumoto (ประเทศญี่ปุ่น) ได้สร้างโลหะผสมขึ้นจากเหล็กที่ผสมกับซิลิคอนและอะลูมิเนียม (alcifer)

ในช่วงทศวรรษที่ 1930 โลหะผสมเหล็ก - นิกเกิล - อลูมิเนียม (YUNDK) ปรากฏขึ้นซึ่งมีค่าแรงบีบบังคับสูง (ในเวลานั้น) และพลังงานแม่เหล็กเฉพาะ การผลิตแม่เหล็กในเชิงอุตสาหกรรมโดยใช้โลหะผสมดังกล่าวเริ่มขึ้นในทศวรรษที่ 1940

ในเวลาเดียวกัน เฟอร์ไรต์หลายชนิดได้รับการพัฒนาและผลิตเฟอร์ไรต์นิกเกิล-สังกะสีและแมงกานีส-สังกะสี ทศวรรษนี้ยังรวมถึงการพัฒนาและการใช้แมกนีโตไดอิเล็กตริกจากผงเหล็กเพอร์มาลอยด์และคาร์บอนิล

ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา มีการเสนอการพัฒนาซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับการปรับปรุงการบันทึกด้วยคลื่นแม่เหล็ก ในปี 1935 อุปกรณ์ที่เรียกว่า Magnetofon-K1 ถูกสร้างขึ้นในเยอรมนี ซึ่งใช้เทปแม่เหล็กในการบันทึกเสียง ชั้นการทำงานประกอบด้วยแมกนีไทต์

ในปี 1939 F. Matthias (IG Farben / BASF) ได้พัฒนาเทปหลายชั้นซึ่งประกอบด้วย backing กาว และแกมม่าไอรอนออกไซด์ หัวแม่เหล็กแบบวงแหวนที่มีแกนแม่เหล็กแบบเพอร์มาลอยด์ถูกสร้างขึ้นสำหรับการเล่นและการบันทึก

ในปี 1940 การพัฒนาเทคโนโลยีเรดาร์นำไปสู่การศึกษาปฏิสัมพันธ์ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากับเฟอร์ไรต์ที่ถูกทำให้เป็นแม่เหล็ก ในปี พ.ศ. 2492 ดับเบิลยู. ฮิววิตต์ได้สังเกตปรากฏการณ์ของเรโซแนนซ์แม่เหล็กไฟฟ้าในเฟอร์ไรต์ ในช่วงต้นทศวรรษ 1950กำลังเริ่มผลิตแหล่งจ่ายไฟเสริมที่ใช้เฟอร์ไรต์

ในปี 1950 ในประเทศญี่ปุ่น เริ่มมีการผลิตเฟอร์ไรต์แม่เหล็กแข็งเชิงพาณิชย์ ซึ่งมีราคาถูกกว่าโลหะผสม YUNDK แต่ด้อยกว่าในแง่ของพลังงานแม่เหล็กที่เฉพาะเจาะจง จุดเริ่มต้นของการใช้เทปแม่เหล็กเพื่อเก็บข้อมูลในคอมพิวเตอร์และบันทึกรายการโทรทัศน์ย้อนหลังไปถึงช่วงเวลาเดียวกัน

ในช่วงทศวรรษที่ 60 ของศตวรรษที่ผ่านมา การพัฒนาวัสดุแม่เหล็กจากสารประกอบของโคบอลต์กับอิตเทรียมและซาแมเรียมกำลังดำเนินการ ซึ่งในทศวรรษหน้าจะนำไปสู่การนำไปใช้ในอุตสาหกรรมและการปรับปรุงวัสดุประเภทต่างๆ ที่คล้ายคลึงกัน

ในช่วงทศวรรษที่ 70 ของศตวรรษที่ผ่านมา การพัฒนาเทคโนโลยีสำหรับการผลิตฟิล์มแม่เหล็กบาง ๆ นำไปสู่การใช้อย่างแพร่หลายในการบันทึกและจัดเก็บข้อมูล

ในช่วงทศวรรษที่ 80 ของศตวรรษที่ผ่านมา การผลิตแม่เหล็กซินเทอร์ในเชิงพาณิชย์โดยใช้ระบบ NdFeB เริ่มขึ้นแล้ว ในช่วงเวลาเดียวกัน การผลิตโลหะผสมแม่เหล็กชนิดอสัณฐานและหลังจากนั้นไม่นานก็เริ่มขึ้น ซึ่งกลายเป็นทางเลือกแทนเพอร์มาลอยด์ และในบางกรณี ไปจนถึงเหล็กกล้าที่ใช้ไฟฟ้า

การค้นพบในปี 1985 ของผลกระทบจากสนามแม่เหล็กขนาดยักษ์ในฟิล์มหลายชั้นที่มีชั้นแม่เหล็กหนาระดับนาโนเมตรได้วางรากฐานสำหรับทิศทางใหม่ในด้านอิเล็กทรอนิกส์ - สปินอิเล็กทรอนิกส์ (spintronics)

ในช่วงทศวรรษที่ 90 ของศตวรรษที่ผ่านมา สารประกอบที่อิงตามระบบ SmFeN ถูกเพิ่มเข้าไปในสเปกตรัมของวัสดุแม่เหล็กแข็งแบบคอมโพสิต และในปี 1995 ได้มีการค้นพบเอฟเฟกต์การเจาะอุโมงค์สนามแม่เหล็ก

ในปี 2548มีการค้นพบผลกระทบของสนามแม่เหล็กในอุโมงค์ขนาดยักษ์ หลังจากนั้น เซ็นเซอร์ที่อิงตามผลกระทบของแรงต้านสนามแม่เหล็กขนาดยักษ์และอุโมงค์ได้รับการพัฒนาและนำไปผลิต โดยมีจุดประสงค์เพื่อใช้ในหัวบันทึก/การจำลองแบบรวมของดิสก์แม่เหล็กแบบแข็ง ในอุปกรณ์เทปแม่เหล็ก ฯลฯ มีการสร้างอุปกรณ์หน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม

ในปี พ.ศ. 2549 เริ่มมีการผลิตจานแม่เหล็กสำหรับการบันทึกแม่เหล็กในแนวตั้งฉาก การพัฒนาวิทยาศาสตร์การพัฒนาเทคโนโลยีและอุปกรณ์ใหม่ทำให้ไม่เพียง แต่สร้างวัสดุใหม่ แต่ยังปรับปรุงลักษณะของวัสดุที่สร้างขึ้นก่อนหน้านี้ด้วย

จุดเริ่มต้นของศตวรรษที่ 21 สามารถกำหนดได้โดยการวิจัยหลักต่อไปนี้ที่เกี่ยวข้องกับการใช้วัสดุแม่เหล็ก:

• ในด้านอิเล็กทรอนิกส์ — การลดขนาดอุปกรณ์ลงเนื่องจากการเริ่มใช้อุปกรณ์แบบแผ่นเรียบและแบบฟิล์มบาง

• ในการพัฒนาแม่เหล็กถาวร - การแทนที่แม่เหล็กไฟฟ้าในอุปกรณ์ต่างๆ

• ในอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล — ลดขนาดเซลล์หน่วยความจำและเพิ่มความเร็ว

• ในการป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้า - เพิ่มประสิทธิภาพของการป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงความถี่ที่กว้างในขณะที่ลดความหนาลง

• ในแหล่งจ่ายไฟ — ขยายขีดจำกัดของช่วงความถี่ที่ใช้วัสดุแม่เหล็ก

• ในสื่อที่เป็นเนื้อเดียวกันที่เป็นของเหลวด้วยอนุภาคแม่เหล็ก - ขยายขอบเขตของการใช้งานที่มีประสิทธิภาพ

• ในการพัฒนาและสร้างเซ็นเซอร์ประเภทต่างๆ - ขยายช่วงและปรับปรุงลักษณะทางเทคนิค (โดยเฉพาะความไว) ผ่านการใช้วัสดุและเทคโนโลยีใหม่ๆ