La historia de la creación y el uso de materiales magnéticos.
La historia del uso de materiales magnéticos está indisolublemente ligada a la historia del descubrimiento y la investigación. fenómenos magnéticos, así como la historia del desarrollo de materiales magnéticos y la mejora de sus propiedades.
Primeras menciones para materiales magnéticos se remontan a tiempos antiguos cuando los imanes se usaban para tratar diversas dolencias.
El primer dispositivo hecho de un material natural (magnetita) se produjo en China durante la dinastía Han (206 a. C. - 220 d. C.). En el texto de Lunheng (siglo I d. C.) se describe de la siguiente manera: "Esta herramienta parece una cuchara, y si la pones en un plato, su mango apuntará hacia el sur". A pesar de que tal "dispositivo" se usó para la geomancia, se considera un prototipo de la brújula.
Prototipo de la brújula creada en China durante la dinastía Han: a — modelo de tamaño natural; b - monumento de la invención
Hasta aproximadamente finales del siglo XVIII.las propiedades magnéticas de la magnetita natural naturalmente magnetizada y el hierro magnetizado con ella se utilizaban únicamente para la fabricación de brújulas, aunque existen leyendas de imanes que se instalaban a la entrada de una casa para detectar armas de hierro que podían ocultarse bajo un ropa de la persona entrante.
A pesar de que durante muchos siglos los materiales magnéticos se utilizaron solo para la fabricación de brújulas, muchos científicos se dedicaron al estudio de los fenómenos magnéticos (Leonardo da Vinci, J. della Porta, V. Gilbert, G. Galileo, R. Descartes, M. Lomonosov, etc.), quienes contribuyeron al desarrollo de la ciencia del magnetismo y el uso de materiales magnéticos.
Las agujas de la brújula en uso en ese momento fueron naturalmente magnetizadas o magnetizadas magnetita natural… Fue solo en 1743 que D. Bernoulli dobló el imán y le dio la forma de una herradura, lo que aumentó considerablemente su fuerza.
En el siglo XIX. la investigación del electromagnetismo, así como el desarrollo de dispositivos adecuados, han creado requisitos previos para el uso generalizado de materiales magnéticos.
En 1820, HC Oersted descubrió la conexión entre la electricidad y el magnetismo. En base a su descubrimiento, W. Sturgeon en 1825 fabricó el primer electroimán, que era una varilla de hierro recubierta de barniz dieléctrico, de 30 cm de largo y 1,3 cm de diámetro, doblada en forma de herradura, sobre la que había 18 vueltas de alambre. herida conectada a una batería eléctrica al hacer contacto. La herradura de hierro imantado puede soportar una carga de 3600 g.
Electroimán Sturgeon (la línea de puntos muestra la posición del contacto eléctrico móvil cuando el circuito eléctrico está cerrado)
Los trabajos de P. Barlow para reducir la influencia en las brújulas y cronómetros de los barcos del campo magnético creado por las partes circundantes que contienen hierro pertenecen al mismo período. Barlow fue el primero en poner en práctica dispositivos de protección de campos magnéticos.
Primera aplicación práctica circuitos magnéticos relacionado con la historia de la invención del teléfono. En 1860, Antonio Meucci demostró la capacidad de transmitir sonidos a través de cables utilizando un dispositivo llamado Teletrophone. La prioridad de A. Meucci se reconoció recién en 2002, hasta entonces se consideraba a A. Bell como el creador del teléfono, a pesar de que su solicitud de invención de 1836 se presentó 5 años después que la solicitud de A. Meucci.
T.A.Edison pudo amplificar el sonido del teléfono con la ayuda de transformador, patentado simultáneamente por P. N. Yablochkov y A. Bell en 1876.
En 1887, P. Janet publicó un trabajo que describe un dispositivo para registrar vibraciones de sonido. Se insertó papel de acero con recubrimiento de polvo en la ranura longitudinal del cilindro de metal hueco, que no cortó completamente el cilindro. Cuando la corriente pasaba por el cilindro, las partículas de polvo debían orientarse de cierta manera bajo la acción de corriente de campo magnético.
En 1898, el ingeniero danés V. Poulsen implementó prácticamente las ideas de O. Smith sobre los métodos de grabación de sonido. Este año puede considerarse el año de nacimiento del registro magnético de información. V. Poulsen usó como medio de grabación magnética una cuerda de piano de acero con un diámetro de 1 mm enrollada en un rollo no magnético.
Durante la grabación o la reproducción, el carrete junto con el cable gira en relación con el cabezal magnético, que se mueve paralelo a su eje. Como cabezas magnéticas electroimanes usados, que consiste en un núcleo en forma de barra con una bobina, uno de cuyos extremos se desliza sobre la capa de trabajo.
La producción industrial de materiales magnéticos artificiales con características magnéticas superiores se hizo posible solo después del desarrollo y la mejora de las tecnologías de fusión de metales.
En el siglo XIX. el material magnético principal es el acero que contiene 1,2 ... 1,5% de carbono. De finales del siglo XIX. comenzó a ser reemplazado por acero aleado con silicio. Siglo XX caracterizado por la creación de muchas marcas de materiales magnéticos, la mejora de los métodos para su magnetización y la creación de una determinada estructura cristalina.
En 1906, se emitió una patente estadounidense para un disco magnético con revestimiento duro. La fuerza coercitiva de los materiales magnéticos utilizados para la grabación era baja, lo que, en combinación con la alta inductancia residual, el gran espesor de la capa de trabajo y la baja capacidad de fabricación, llevó al hecho de que la idea de la grabación magnética prácticamente se olvidó hasta los años 20. siglo.
En 1925 en la URSS y en 1928 en Alemania se desarrollaron medios de grabación, que son papel flexible o cinta plástica sobre la que se aplica una capa de polvo que contiene carbonil hierro.
En los años 20 del siglo pasado. Los materiales magnéticos se crean a base de aleaciones de hierro con níquel (permaloide) y hierro con cobalto (permendura). Para el uso en altas frecuencias, se encuentran disponibles las ferrocards, que son un material laminado hecho de papel recubierto con un barniz con partículas de polvo de hierro distribuidas en él.
En 1928, se obtuvo en Alemania un polvo de hierro compuesto por partículas de tamaño micrométrico, que se propuso utilizar como relleno en la fabricación de núcleos en forma de anillos y varillas.La primera aplicación de permalloy en la construcción de un relé telegráfico pertenece al mismo período.
Permalloy y permendyur incluyen componentes costosos: níquel y cobalto, razón por la cual se han desarrollado materiales alternativos en países que carecen de materias primas adecuadas.
En 1935, H. Masumoto (Japón) creó una aleación a base de hierro aleado con silicio y aluminio (alcifer).
En la década de 1930. Aparecieron las aleaciones de hierro-níquel-aluminio (YUNDK), que tenían valores altos (en ese momento) de fuerza coercitiva y energía magnética específica. La producción industrial de imanes basados en tales aleaciones comenzó en la década de 1940.
Al mismo tiempo, se desarrollaron ferritas de diversas variedades y se produjeron ferritas de níquel-zinc y manganeso-zinc. Esta década también incluyó el desarrollo y uso de magneto-dieléctricos basados en polvos de hierro permaloide y carbonilo.
Durante los mismos años, se propusieron desarrollos que formaron la base para la mejora de la grabación magnética. En 1935, se creó en Alemania un dispositivo llamado Magnetofon-K1, en el que se usaba una cinta magnética para grabar el sonido, cuya capa de trabajo consistía en magnetita.
En 1939, F. Matthias (IG Farben / BASF) desarrolló una cinta multicapa compuesta por un soporte, adhesivo y óxido de hierro gamma. Se han creado cabezas magnéticas de anillo con un núcleo magnético basado en permaloid para reproducción y grabación.
En la década de 1940. el desarrollo de la tecnología de radar condujo a estudios de la interacción de una onda electromagnética con ferrita magnetizada. En 1949, W. Hewitt observó el fenómeno de la resonancia ferromagnética en las ferritas. A principios de la década de 1950.Se empiezan a producir fuentes de alimentación auxiliares basadas en ferrita.
En la década de 1950. En Japón se inició la producción comercial de ferritas magnéticas duras, más económicas que las aleaciones YUNDK, pero inferiores a ellas en cuanto a energía magnética específica. El inicio del uso de cintas magnéticas para almacenar información en computadoras y para grabar transmisiones de televisión se remonta a la misma época.
En los años 60 del siglo pasado. está en marcha el desarrollo de materiales magnéticos basados en compuestos de cobalto con itrio y samario, que en la próxima década darán lugar a la implantación industrial y mejora de materiales similares de diversa índole.
En los años 70 del siglo pasado. el desarrollo de tecnologías para la producción de películas magnéticas delgadas condujo a su uso generalizado para registrar y almacenar información.
En los años 80 del siglo pasado. Comienza la producción comercial de imanes sinterizados basados en el sistema NdFeB. Casi al mismo tiempo, comenzó la producción de aleaciones magnéticas amorfas y, un poco más tarde, nanocristalinas, que se convirtieron en una alternativa al permaloide y, en algunos casos, a los aceros eléctricos.
El descubrimiento en 1985 del efecto de magnetorresistencia gigante en películas multicapa que contienen capas magnéticas nanométricas de espesor sentó las bases para una nueva dirección en la electrónica: la electrónica de espín (espintrónica).
En los años 90 del siglo pasado. Se agregaron compuestos basados en el sistema SmFeN al espectro de materiales magnéticos duros compuestos y en 1995 se descubrió el efecto túnel de la magnetorresistencia.
En 2005se descubrió el efecto de magnetorresistencia del túnel gigante. Posteriormente, se desarrollaron y pusieron en producción sensores basados en el efecto de la magnetorresistencia gigante y túnel, destinados a ser utilizados en cabezales combinados de grabación/reproducción de discos duros magnéticos, en dispositivos de cinta magnética, etc. También se crearon dispositivos de memoria de acceso aleatorio.
En 2006 se inició la producción industrial de discos magnéticos para grabación magnética perpendicular. El desarrollo de la ciencia, el desarrollo de nuevas tecnologías y equipos permiten no solo crear nuevos materiales, sino también mejorar las características de los creados anteriormente.
El inicio del siglo XXI se puede caracterizar por las siguientes áreas principales de investigación relacionadas con el uso de materiales magnéticos:
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en electrónica: reducción del tamaño de los equipos debido a la introducción de dispositivos planos y de película delgada;
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en el desarrollo de imanes permanentes — reemplazo de electroimanes en varios dispositivos;
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en dispositivos de almacenamiento: reducción del tamaño de la celda de memoria y aumento de la velocidad;
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en blindaje electromagnético: aumentar la eficiencia de los blindajes electromagnéticos en un amplio rango de frecuencias al mismo tiempo que se reduce su espesor;
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en fuentes de alimentación: ampliar los límites del rango de frecuencia en el que se utilizan materiales magnéticos;
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en medios líquidos no homogéneos con partículas magnéticas — ampliando las áreas de su aplicación efectiva;
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en el desarrollo y creación de sensores de diferentes tipos, ampliando la gama y mejorando las características técnicas (especialmente la sensibilidad) mediante el uso de nuevos materiales y tecnologías.