Sejarah penciptaan dan penggunaan bahan magnetik

Sejarah penggunaan bahan magnetik terkait erat dengan sejarah penemuan dan penelitian fenomena magnetik, serta sejarah perkembangan bahan magnetik dan peningkatan sifat-sifatnya.

Sebutan pertama untuk bahan magnetik tanggal kembali ke zaman kuno ketika magnet digunakan untuk mengobati berbagai penyakit.

Perangkat pertama yang terbuat dari bahan alami (magnetit) diproduksi di Cina pada masa Dinasti Han (206 SM - 220 M). Dalam teks Lunheng (abad ke-1 M) dijelaskan sebagai berikut: "Alat ini bentuknya seperti sendok, dan jika diletakkan di atas piring, maka pegangannya akan mengarah ke selatan." Terlepas dari kenyataan bahwa "perangkat" semacam itu digunakan untuk geomansi, itu dianggap sebagai prototipe kompas.

Prototipe kompas yang dibuat di Tiongkok selama Dinasti Han: a — model seukuran aslinya; b — monumen penemuan

Sampai sekitar akhir abad ke-18.sifat magnet dari magnetit alami yang dimagnetisasi secara alami dan besi yang dimagnetisasi dengannya hanya digunakan untuk pembuatan kompas, meskipun ada legenda tentang magnet yang dipasang di pintu masuk sebuah rumah untuk mendeteksi senjata besi yang dapat disembunyikan di bawah pakaian orang yang masuk.

Terlepas dari kenyataan bahwa selama berabad-abad bahan magnetik hanya digunakan untuk pembuatan kompas, banyak ilmuwan terlibat dalam studi fenomena magnetik (Leonardo da Vinci, J. della Porta, V. Gilbert, G. Galileo, R. Descartes, M. Lomonosov, dll.), yang berkontribusi pada pengembangan ilmu magnet dan penggunaan bahan magnet.

Jarum kompas yang digunakan pada saat itu adalah magnet atau magnet alami magnetit alam… Baru pada tahun 1743 D. Bernoulli membengkokkan magnet dan memberinya bentuk tapal kuda, yang sangat meningkatkan kekuatannya.

Di abad XIX. penelitian elektromagnetisme serta pengembangan perangkat yang sesuai telah menciptakan prasyarat untuk penggunaan bahan magnetik secara luas.

Pada tahun 1820, HC Oersted menemukan hubungan antara listrik dan magnet. Berdasarkan penemuannya, W. Sturgeon pada tahun 1825 membuat elektromagnet pertama, yaitu batang besi yang dilapisi pernis dielektrik, panjang 30 cm dan diameter 1,3 cm, ditekuk berbentuk tapal kuda, di atasnya terdapat 18 lilitan kawat. luka terhubung ke baterai listrik dengan membuat kontak. Tapal kuda besi magnet dapat menahan beban 3600 g.

Elektromagnet Sturgeon (garis putus-putus menunjukkan posisi kontak listrik yang dapat digerakkan saat sirkuit listrik ditutup)

Karya-karya P. Barlow untuk mengurangi pengaruh kompas kapal dan kronometer medan magnet yang diciptakan oleh bagian-bagian yang mengandung besi di sekitarnya berasal dari periode yang sama. Barlow adalah orang pertama yang mempraktikkan perangkat pelindung medan magnet.

Aplikasi praktis pertama sirkuit magnetik terkait dengan sejarah penemuan telepon. Pada tahun 1860, Antonio Meucci mendemonstrasikan kemampuan mengirimkan suara melalui kabel menggunakan alat yang disebut Teletrofon. Prioritas A. Meucci baru diakui pada tahun 2002, hingga saat itu A. Bell dianggap sebagai pencipta telepon, meskipun aplikasi penemuannya pada tahun 1836 diajukan 5 tahun lebih lambat dari aplikasi A. Meucci.

T.A.Edison dapat memperkuat suara telepon dengan bantuan transformator, dipatenkan secara bersamaan oleh P. N. Yablochkov dan A. Bell pada tahun 1876.

Pada tahun 1887, P. Janet menerbitkan sebuah karya yang mendeskripsikan alat untuk merekam getaran suara. Kertas baja berlapis bubuk dimasukkan ke dalam slot memanjang dari silinder logam berongga, yang tidak sepenuhnya memotong silinder. Ketika arus melewati silinder, partikel debu harus diorientasikan dengan cara tertentu di bawah aksi arus medan magnet.

Pada tahun 1898, insinyur Denmark V. Poulsen secara praktis menerapkan gagasan O. Smith tentang metode perekaman suara. Tahun ini dapat dianggap sebagai tahun kelahiran rekaman magnetik informasi. V. Poulsen menggunakan sebagai media perekam magnetik kawat piano baja dengan diameter 1 mm yang dililitkan pada gulungan non-magnetik.

Selama perekaman atau pemutaran, gulungan bersama dengan kabel berputar relatif terhadap kepala magnet, yang bergerak sejajar dengan porosnya. Seperti kepala magnet elektromagnet yang digunakan, terdiri dari inti berbentuk batang dengan kumparan, salah satu ujungnya meluncur di atas lapisan kerja.

Produksi industri bahan magnet buatan dengan karakteristik magnet yang lebih tinggi menjadi mungkin hanya setelah pengembangan dan peningkatan teknologi peleburan logam.

Di abad XIX. bahan magnet utama adalah baja yang mengandung 1,2 ... 1,5% karbon. Dari akhir abad XIX. mulai digantikan oleh baja paduan dengan silikon. Abad XX ditandai dengan penciptaan banyak merek bahan magnet, peningkatan metode magnetisasi mereka dan penciptaan struktur kristal tertentu.

Pada tahun 1906, paten AS dikeluarkan untuk cakram magnetik berlapis keras. Gaya koersif bahan magnetik yang digunakan untuk merekam rendah, yang dikombinasikan dengan induktansi sisa yang tinggi, ketebalan lapisan kerja yang besar, dan kemampuan manufaktur yang rendah, menyebabkan fakta bahwa gagasan perekaman magnetik secara praktis dilupakan hingga tahun 20-an. abad.

Pada tahun 1925 di Uni Soviet dan pada tahun 1928 di Jerman, media perekam dikembangkan, yaitu pita kertas atau plastik fleksibel yang di atasnya dilapisi bubuk yang mengandung besi karbonil.

Di tahun 20-an abad terakhir. bahan magnetik dibuat berdasarkan paduan besi dengan nikel (permaloid) dan besi dengan kobalt (permendura). Untuk digunakan pada frekuensi tinggi, tersedia ferrocards, yang merupakan bahan laminasi yang terbuat dari kertas yang dilapisi pernis dengan partikel bubuk besi yang didistribusikan di dalamnya.

Pada tahun 1928, serbuk besi yang terdiri dari partikel berukuran mikron diperoleh di Jerman, yang diusulkan untuk digunakan sebagai pengisi dalam pembuatan inti dalam bentuk cincin dan batang.Aplikasi pertama permalloy dalam konstruksi relai telegraf termasuk dalam periode yang sama.

Permalloy dan permendyur termasuk komponen mahal — nikel dan kobalt, itulah sebabnya bahan alternatif telah dikembangkan di negara-negara yang kekurangan bahan mentah yang cocok.

Pada tahun 1935, H. Masumoto (Jepang) menciptakan paduan berbahan dasar besi yang dipadukan dengan silikon dan aluminium (alcifer).

Di tahun 1930-an. paduan besi-nikel-aluminium (YUNDK) muncul, yang memiliki nilai gaya koersif dan energi magnet spesifik yang tinggi (pada waktu itu). Produksi industri magnet berdasarkan paduan tersebut dimulai pada tahun 1940-an.

Pada saat yang sama, ferit dari berbagai varietas dikembangkan dan ferit nikel-seng dan mangan-seng diproduksi. Dekade ini juga mencakup pengembangan dan penggunaan magneto-dielektrik berdasarkan serbuk besi permaloid dan karbonil.

Selama tahun yang sama, perkembangan diusulkan yang menjadi dasar untuk peningkatan perekaman magnetik. Pada tahun 1935, perangkat yang disebut Magnetofon-K1 dibuat di Jerman, di mana pita magnetik digunakan untuk merekam suara, lapisan kerjanya terdiri dari magnetit.

Pada tahun 1939, F. Matthias (IG Farben / BASF) mengembangkan pita berlapis-lapis yang terdiri dari backing, adhesive dan gamma iron oxide. Cincin kepala magnet dengan inti magnet berdasarkan permaloid telah dibuat untuk pemutaran dan perekaman.

Di tahun 1940-an. perkembangan teknologi radar menyebabkan studi tentang interaksi gelombang elektromagnetik dengan ferit magnet. Pada tahun 1949, W. Hewitt mengamati fenomena resonansi feromagnetik pada ferit. Di awal 1950-an.Catu daya tambahan berbasis ferit mulai diproduksi.

Di tahun 1950-an. Di Jepang, produksi komersial ferit magnet keras dimulai, yang lebih murah daripada paduan YUNDK, tetapi lebih rendah darinya dalam hal energi magnet spesifik. Awal penggunaan pita magnetik untuk menyimpan informasi di komputer dan merekam siaran televisi sudah ada sejak periode yang sama.

Di tahun 60-an abad terakhir. pengembangan bahan magnetik berdasarkan senyawa kobalt dengan yttrium dan samarium sedang berlangsung, yang dalam dekade mendatang akan mengarah pada implementasi industri dan peningkatan bahan serupa dari berbagai jenis.

Di tahun 70-an abad terakhir. perkembangan teknologi untuk produksi film magnetik tipis menyebabkan penggunaannya secara luas untuk merekam dan menyimpan informasi.

Di tahun 80-an abad terakhir. produksi komersial magnet sinter berdasarkan sistem NdFeB dimulai. Sekitar waktu yang sama, produksi amorf, dan beberapa saat kemudian, paduan magnetik nanokristalin dimulai, yang menjadi alternatif permaloid, dan dalam beberapa kasus, baja listrik.

Penemuan pada tahun 1985 dari efek magnetoresistance raksasa dalam film multilayer yang mengandung lapisan magnetik setebal nanometer meletakkan dasar untuk arah baru dalam elektronik - spin elektronik (spintronics).

Di tahun 90-an abad terakhir. Senyawa berdasarkan sistem SmFeN ditambahkan ke spektrum bahan komposit keras magnetik dan pada tahun 1995 efek tunneling magnetoresistance ditemukan.

Pada tahun 2005efek magnetoresistance terowongan raksasa ditemukan. Setelah itu, sensor berdasarkan efek magnetoresistansi raksasa dan terowongan dikembangkan dan diproduksi, dimaksudkan untuk digunakan dalam kepala perekaman / reproduksi gabungan dari hard disk magnetik, dalam perangkat pita magnetik, dll. Perangkat memori akses acak juga dibuat.

Pada tahun 2006, produksi industri cakram magnetik untuk perekaman magnetik tegak lurus dimulai. Perkembangan ilmu pengetahuan, perkembangan teknologi dan peralatan baru memungkinkan tidak hanya untuk menciptakan bahan baru, tetapi juga untuk meningkatkan karakteristik bahan yang dibuat sebelumnya.

Awal abad XXI dapat dicirikan oleh bidang penelitian utama berikut yang berkaitan dengan penggunaan bahan magnetik:

• dalam elektronik - mengurangi ukuran peralatan karena pengenalan perangkat film datar dan tipis;

• dalam pengembangan magnet permanen — penggantian elektromagnet di berbagai perangkat;

• di perangkat penyimpanan — mengurangi ukuran sel memori dan meningkatkan kecepatan;

• dalam perisai elektromagnetik — meningkatkan efisiensi perisai elektromagnetik dalam rentang frekuensi yang luas sambil mengurangi ketebalannya;

• dalam catu daya — memperluas batas rentang frekuensi di mana bahan magnetik digunakan;

• dalam media cair yang tidak homogen dengan partikel magnetik — memperluas area penerapan efektifnya;

• dalam pengembangan dan pembuatan berbagai jenis sensor — memperluas jangkauan dan meningkatkan karakteristik teknis (terutama sensitivitas) melalui penggunaan material dan teknologi baru.