磁性材料与光导纤维

材料、能源和电子信息是现代文明的三大支柱，而材料又是能源和电子信息技术的物质基础。例如信息的采集、记录、存储、显示、传输、处理和转换都离不开功能各异的电子信息材料。

电子信息材料是指大规模集成电路、计算机、现代通信所必需的新材料以及发展和生产这些新材料所需的辅助材料，主要包括:半导体材料、磁性记录和存储材料、光导纤维、光刻胶、信息存储材料等。

本文先介绍磁性材料与光导纤维

•磁性材料

•光导纤维

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磁性材料

磁性材料是种重要的电子信息材料。 早期的磁性材料主要是金属及其合金。随着生产的发展，在电力工业、电信工程及高频无线电技术等领域，迫切要求提供一种具有很高电阻率的高效能磁性材料。

在重新研究磁铁矿及其他具有磁性的氧化物的基础上，人们研制出了一种新型磁性材料——铁氧体

铁氧体属于氧化物系磁性材料，是以氧化铁和其他铁族元素或稀土元素氧化物为主要成分的复合氧化物，可用于制造能量转换、传输和信息存储的各种功能器件。

铁氧体磁性材料按其晶体结构可分为尖晶石型(MFe2O4)、 石榴石型(R3FeO12)、 磁铅石型(MFe12O19)、钙钛矿型(MFeO3)。 其中，M为离子半径与Fe2+相近的二价金属离子; R为稀土元素。

按铁氧体的用途不同，又可分为软磁、硬磁、矩磁和压磁等几类。软磁材料是指在较弱的磁场下，容易磁化也容易退磁的一种铁氧体材料。

有实用价值的软磁铁氧体主要是锰锌铁氧体(Mn-ZnFe3O4) 和镍锌铁氧体(Ni- ZnFe3O4)。软磁铁氧体的晶体结构一般都是立方晶系尖晶石型，是目前各种铁氧体中用途较厂，数量较大，品种较多，产值较高的一种材料，主要用作各种电感元件、录音磁带、录像磁头等。

硬磁材料是指磁化后不易退磁而能长期保留磁性的一种铁氧体材料，也称为永磁材料。硬磁铁氧体的晶体结构大都是六角晶系磁铅石型，其典型代表是钡铁氧体(BaFe12O19)。这种材料性能较好，成本较低，不仅可用作电信器件中的录音器、电话机及各种仪表的磁铁，而且在医学、生物和印刷显示等方面也得到了应用。

镁锰铁氧体(Mg-MnFe3O4)、镍铜铁氧体(Ni-CuFe3O4) 及稀土石榴石型铁氧体(3R2O3 •5Fe3O4，其中R为三价稀土金属离子Y3+、Sm3+、Gd3+等) 是主要的旋磁铁氧体材料。磁性材料的旋磁性是指在两个互相垂直的直流磁场和电磁波磁场的作用下，电磁波在材料内部按方向的传播过程中，其偏振面会不断绕传播方向旋转的现象。 旋磁现象实际应用在微波波段，因此旋磁铁氧体材料也称为微波铁氧体，主要用于雷达、通信、导航、遥测、遥控等电子设备中。

重要的矩磁材料有锰锌铁氧体和温度特性稳定的Li-Ni-Zn铁氧体、Li-Mn-Zn铁氧体。矩磁材料具有辨别物理状态的特性，如电子计算机的1和0两种状态、各种开关和控制系统的开和关两种状态、逻辑系统的是和否两种状态等。几乎所有的电子计算机都使用矩磁铁氧体组成高速存储器。另一种新近发展的磁性材料是磁泡材料。这是利用某些石榴石型磁性材料的薄膜，在磁场加到定大小时， 磁畴会形成圆柱状的泡畴， 貌似浮在水面上的水泡，以泡的有和无表示信息的1和0两种状态，由电路和磁场来控制磁泡的产生、消失、传输、分裂以及磁泡间的相互作用，实现信息的存储、记录和逻辑运算等功能，在电子计算机、自动控制等科学技术中有着重要的应用。

压磁材料是指磁化时能在磁场方向做机械伸长或缩短的铁氧体材料。目前，应用最多的是镍锌铁氧体、镍铜铁氧体和镍镁铁氧体等。压磁材料主要用于电磁能和机械能相互转换的超声器件、磁声器件及电信器件、电子计算机、自动控制器件等。

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光导纤维

光纤通信的出现是信息传输的一场革命。它具有信息容量大、重量轻、占用空间小、抗电磁干扰、串话小和保密性强等明显优点，正在逐步替代电缆和微波通信。

光纤通信的基本原理是把声音变成电信号，由发光元件(如GaP) 变为光信号，由光导纤维传向远方，再由接收元件(如CdS、ZnSe)恢复为电信号，使受话机发出声音。这种光通信的容量至少比目前的同轴电缆大20倍，中继距离长达百公里，且可节约大量有色金属(每千米可节约铜1.2t、铅3. 8t)。

光导纤维是基于光从一种折射率大的介质射入到另种折射率小的介质时， 会发生全反射的原理制成的，主要由高折射率和透光度的内芯玻璃(芯材)和低折射率的涂层玻璃(皮料)构成，一般要求两种玻璃的热膨胀性能接近。

芯材主要由非晶态石英玻璃组成，并掺杂Ge、B、P等氧化物，以改变折射率;皮料一般为高硅玻璃。为了保护光导纤维表面不受损伤，还需在其外层包裹一层塑料薄膜。光导纤维的制备工艺：首先，将芯材熔炼浇铸成棒状，并对其进行光学冷加工和抛光;其次，将皮料玻璃制成圆管，并将棒状芯材插入皮料管中，电炉加热，拉成直径为2mm的单丝，多次拉丝，得到光导纤维。

由于光在芯料和皮料的界面上发生全反射，入射光几乎封
闭在芯料内部。经过无数次全反射，光波以锯齿状的路线向前传播，由纤维的一端传向另一端。

目前实用的光导纤维主要是用高纯度石英玻璃(SiO2) 制成的，因皮料石英玻璃的折射率最低，因此在光传输过程中的损耗最小，已降至0.2dB•km-1以下，已接近石英光纤的极限损耗值(0.1dB•km-1 )。