Ferrite là một vật liệu từ tính góp phần đáng kể vào quá trình thu nhỏ, làm mỏng, cải thiện chức năng, tiết kiệm năng lượng và tài nguyên, v.v. của các thiết bị điện hoặc điện tử, bao gồm tivi (TV), máy tính cá nhân, điện thoại di động, HEV (xe điện lai) và phát điện gió. Tuy nhiên, cả cấu hình cũng như hiệu suất của ferrite đều không được biết đến rộng rãi mặc dù nó hỗ trợ cơ bản cho xã hội điện tử hiện đại và được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống của con người. Ferrite phù hợp để khám phá sự thú vị và chiều sâu của vật liệu từ tính. Loạt bài viết thân thiện với người đọc này mô tả thế giới của “Ferrite”, nguồn gốc của TDK, mà không sử dụng các lý thuyết hoặc công thức phức tạp.

Ferrite là vật liệu từ được tạo ra và phát triển tại Nhật Bản. Nó được công nhận là Cột mốc IEEE danh giá.
Mỗi công nghệ đều có nguồn gốc của nó. Vào năm 1930, khoảng 80 năm trước, Tiến sĩ Yogoro Kato và Tiến sĩ Takeshi Takei tại Viện Công nghệ Tokyo đã bất ngờ tìm thấy oxit kim loại có từ tính mạnh chủ yếu bao gồm oxit sắt trong quá trình nghiên cứu cải tiến phương pháp chiết xuất kẽm từ quặng kẽm. Đây chính là cách nam châm OP (bột oxit), nam châm ferit đầu tiên trên thế giới, được phát minh (đây là tiền thân của nam châm ferit hiện tại và được tạo ra bằng cách định hình và nung magnetit và ferit coban). Họ cũng phát minh ra ferit có thể được sử dụng làm vật liệu lõi của biến áp (biến áp điện), ngoài ferit cho nam châm vĩnh cửu, mở ra cánh cửa đến thế giới ferit chưa được biết đến khi đó.
TDK được thành lập vào năm 1935 với mục đích thương mại hóa ferit, phát minh ban đầu của Nhật Bản (tên ban đầu của công ty là Tokyo Denki Kagaku Kogyo KK TDK là viết tắt của tên). Đó chính xác là thời điểm mà các công nghệ tần số cao (dòng điện xoay chiều tần số cao) đang ở giai đoạn phát triển. Lõi ferit của TDK được sử dụng làm lõi ăng ten cho các thiết bị truyền thông không dây hoặc radio, và khoảng 5 triệu đơn vị đã được xuất xưởng cho đến khi Chiến tranh thế giới thứ hai kết thúc (năm 1945). Sau chiến tranh, các ứng dụng của ferit tiếp tục được mở rộng thành lõi cho ống tia âm cực của TV và biến áp, đầu từ của máy ghi âm băng và máy ghi băng video, các linh kiện khử nhiễu, v.v. Trong những năm gần đây, ferit đã đóng góp rất lớn vào việc tiết kiệm năng lượng và điện liên quan đến bộ chuyển đổi điện áp pin (bộ chuyển đổi DC-DC) cho ô tô hybrid, v.v., vì tầm quan trọng của nó ngày càng tăng.
IEEE (Viện Kỹ sư Điện và Điện tử), hiệp hội lớn nhất thế giới trong lĩnh vực công nghệ điện và điện tử, trao tặng IEEE Milestone cho những thành tựu lịch sử có đóng góp đáng kể vào sự phát triển trong xã hội hoặc các ngành công nghiệp. Năm 2009, việc phát minh và phát triển thương mại ferit của Viện Công nghệ Tokyo và TDK đã được công nhận là IEEE Milestone danh giá này, có thể nói là tương đương với giải Nobel về công nghệ điện và điện tử. Đây là giải thưởng thứ 10 tại Nhật Bản sau tuyến tàu điện ngầm Tokaido Shinkansen, ăng-ten Yagi-Uda, máy tính điện tử, Hệ thống video gia đình (VHS), v.v.
Tính chất kỳ lạ của gốm từ tính “Ferrite”
Vật liệu ferit là gì? Có lẽ nhiều người đã nghe về nó nhiều hơn một lần, nhưng cảm thấy nó khó nắm bắt như một đám mây. Từ điển Kojien của Nhật Bản nói rằng ferit là “một hỗn hợp oxit của sắt và các nguyên tố kim loại khác như coban, niken hoặc mangan, và là một vật liệu sắt từ được sử dụng chủ yếu trong các mạch tần số cao”; tuy nhiên, điều này không rõ ràng đối với những người không quen thuộc với vật liệu điện hoặc điện tử. Vì vậy, loạt bài này trước tiên lấy nam châm ferit quen thuộc làm manh mối để khám phá thế giới rộng lớn của ferit.
Nam châm đen được sử dụng để gắn giấy vào cửa tủ lạnh hoặc bảng trắng. Đây là nam châm ferit. Một thời gian trước, mọi người liên tưởng nam châm với kim loại (hợp kim). Sau đó, ferit nổi lên như một vật liệu sắt từ mang tính cách mạng. Nói một cách đơn giản, vật liệu sắt từ là vật liệu dính vào nam châm. linh kiện chính của ferit là oxit sắt hoặc gỉ sắt. Sắt bám tốt vào nam châm, nhưng gỉ sắt thông thường được gọi là gỉ đỏ (α-Fe2O3) hầu như không dính vào nam châm. Sự tò mò đầu tiên của ferit là oxit, chủ yếu bao gồm sắt gỉ, trở thành nam châm.
Vật liệu sắt từ được phân loại sơ bộ thành vật liệu từ cứng và mềm. Điều này không có nghĩa là độ cứng hoặc mềm vật lý của vật liệu, mà là sự phân loại các loại tính chất từ. Thép có thể trở thành nam châm vĩnh cửu (thép cacbon và thép từ) là vật liệu từ cứng, và sắt mềm được sử dụng làm lõi nam châm điện là vật liệu từ mềm. Ferrit cũng có độ cứng hoặc mềm từ; vật liệu ferit từ cứng có thể trở thành nam châm vĩnh cửu được gọi là ferit cứng, và vật liệu ferit từ mềm được sử dụng làm lõi biến áp, v.v. được gọi là ferit mềm (nói chung, vật liệu được gọi là ferit là ferit mềm).


Sự khác biệt về điện giữa vật liệu từ kim loại (ví dụ, sắt) và vật liệu ferit là giá trị điện trở của chúng. Trong khi kim loại có điện trở thấp và cho phép dòng điện chạy qua nó một cách trơn tru, ferit có điện trở cao và cho phép dòng điện nhỏ chạy qua nó. Ferrit được sản xuất bằng cách đúc và thiêu kết nguyên liệu dạng bột chủ yếu bao gồm oxit sắt theo cách tương tự như đối với các sản phẩm gốm sứ. Nói cách khác, ferit là một loại gốm sứ từ tính. Trung Quốc được sử dụng làm chất cách điện và tương tự như vậy, ferit có thể được sử dụng làm vật liệu từ tính phù hợp cho các thiết bị tần số cao vì nó là gốm sứ và do đó không cho dòng điện chạy qua dễ dàng. Ví dụ, các thiết bị nấu ăn điện từ và nồi cơm điện IH (nấu cảm ứng) sử dụng dòng điện tần số cao để làm nóng nồi kim loại nhưng có vấn đề về tỏa nhiệt (mất điện) ở lõi của cuộn dây tần số cao. Vì ferit tương tự như vật liệu cách điện nên nó tỏa nhiệt ít hơn và phù hợp với lõi của cuộn dây (lõi kim loại trở nên nóng đỏ trước khi nồi được làm nóng).

Ferrite là một vật liệu có tiềm năng vô hạn
Có lẽ hầu hết mọi người chưa từng thấy nơi sản xuất nam châm. Ferrite cứng ban đầu không phải là nam châm. Ferrite cứng ngay sau quá trình đúc và thiêu kết chỉ đơn giản là vật liệu chưa được từ hóa để làm nam châm. Cuối cùng, nó được chế tạo thành nam châm ferit bằng cách áp dụng từ trường mạnh được tạo ra từ cuộn dây. Quá trình này được gọi là từ hóa. Ferrite mềm chỉ tạm thời trở thành nam châm và không bị từ hóa, nhưng nó là vật liệu từ tính, vì vậy tất nhiên nó sẽ dính vào nam châm.
Vậy, tại sao các vật liệu từ tính như sắt và ferit lại dính vào nam châm? Vật liệu từ tính là những chất mà nhiều nam châm siêu nhỏ hướng về các hướng khác nhau. Nếu từ trường bên ngoài (từ trường từ nam châm hoặc cuộn dây) được áp dụng ở đó, các nam châm siêu nhỏ sẽ được căn chỉnh dọc theo các đường sức từ (từ hóa) và hoạt động như một nam châm có cực N và cực S. Nếu một vật gì đó bị từ hóa, nó sẽ tạm thời trở thành nam châm. Nghĩa là, nam châm hút sắt hoặc ferit về cơ bản theo cùng cách mà nam châm hút nhau.
Khi sắt được nung nóng đến một nhiệt độ nhất định, cuối cùng nó sẽ không còn dính vào nam châm nữa. Nhiệt độ này được gọi là nhiệt độ Curie (điểm Curie), và điểm Curie đối với sắt là khoảng 800°C. Ferrite với nhiều tính chất khác nhau có thể được tạo ra bằng cách sử dụng một lượng nhỏ chất phụ gia, v.v. và nhiệt độ Curie của nó có thể được điều chỉnh tự do ở một mức độ nào đó.
Ferrite không còn dính vào nam châm khi vượt quá nhiệt độ Curie và tính chất này có nghĩa là nó có thể hoạt động như một cảm biến nhiệt độ. Đây được gọi là ferrite nhạy cảm với nhiệt độ. Có một công tắc lưỡi gà nhạy cảm với nhiệt độ, bao gồm một ferrite cứng nam châm vĩnh cửu, một ferrite mềm nhạy cảm với nhiệt độ và một công tắc lưỡi gà sắt mềm. Hiện tại, nó không thường được sử dụng, nhưng đây là một ví dụ tuyệt vời để hiểu hai loại vật liệu ferrite (cứng và mềm), nhiệt độ Curie, dòng từ thông, v.v. (Hình bên dưới)
Cho đến nay, vật liệu từ tính và các tính chất kỳ lạ của ferrite đã được nói đến như một lời mở đầu cho loạt bài này và thông tin chi tiết về chúng sẽ được cung cấp sau trong loạt bài này. Một số người nói rằng ferrite bao gồm mọi thứ. Điều này thể hiện sự thú vị và chiều sâu của vật liệu từ tính được gọi là ferrite. Ferrite vẫn có tiềm năng vô hạn như thể nó là một nguồn suối vô tận.
