烧结Nd-Fe-B永磁材料显微结构优化与性能研究

题名:烧结Nd-Fe-B永磁材料显微结构优化与性能研究
作者:崔熙贵
学位授予单位:浙江大学
关键词:烧结Nd-Fe-B磁体;;显微结构;;晶界改性;;磁性能;;耐腐蚀性能;;温度稳定性
摘要:
 烧结Nd-Fe-B磁体是具有高磁性能和高性价比的新一代稀土永磁材料,广泛应用于各种高新技术领域。然而,矫顽力低、温度稳定性差和易腐蚀的缺点严重限制了其进一步发展和在各种重要领域的应用。烧结Nd-Fe-B材料的性Neodymium magnets能除与磁体成分直接相关外,显微结构也是一个重要的影响因素。因此,如何通过调整磁体显微结构来提高其综合性能是一个兼具重要理论和实际意义的科学问题。
 从调整和改善烧结Nd-Fe-B材料的显微结构出发,本文系统研究了晶界改性对材料磁性能、耐腐蚀性能和温度稳定性的影响,建立了纳米添加物在磁粉表面的理想分布模型,结合热力学计算,揭示了不同纳米添加物对主相Nd_2Fe_(14)B晶粒尺寸、分布形态及主相-富Nd相的界面结构的影响机制及其对磁体性能的作用机理;同时,通过气流磨过程中回收超细磁粉的晶界添加,明确了磁体性能和显微结构随添加量的变化规律,为降低磁体成本提供理论依据;此外,在研究磁体温度系数随其内禀性能和结构因素变化规律的基础上,掌握了高温度稳定性烧结Nd-Fe-B磁体的设计原则,并成功制备出低温度系数磁体。
 本文的主要研究结果如下:
 纳米添加物的晶界改性能够同时提高烧结Nd-Fe-B磁体的磁性能和耐腐蚀性能。研究发现,各种纳米粉的添加都能够提高磁体的矫顽力H_(cj),其中纳米Cu、SiO_2、ZnO和AlN的晶界添加能够有效细化主相晶粒,并使其分布更加均匀,有效增大了反磁化畴的形核场;纳米Cu、Zn、SiO_2和ZnO的晶界添加还能改善晶界富Nd相的性质,使其在主相周围分布更加均匀,减弱了晶粒间的磁交换耦合作用;而Dy_2O_3纳米粉的晶界添加,能够使主相晶粒表面磁硬化。纳米Cu、Zn、SiO_2和ZnO的晶界添加促进磁体的烧结致密化,能够有效提高密度,从而提高磁体的剩磁B_r和磁能积(BH)_(max);而纳米Dy_2O_3和AlN的作用则恰恰相反。此外,纳米Cu、Zn、SiO_2、ZnO和AlN的晶界添加能够提高晶界相的电极电位和优化显微结构,从而抑制磁体的晶间腐蚀,提高了磁体的耐腐蚀性能。
 根据热力学分析,阐述了各种纳米粉的添加对晶界富Nd相组成和性质的影响机制。研究发现,添加的金属Cu纳米粉和Zn纳米粉,在烧结过程中主要与晶界富Nd相发生化学反应,形成新的晶界相或溶入富Nd相中,而并没有进入主相。热力学计算表明,在晶界中添加的SiO_2和ZnO氧化物纳米粉与Nd在烧结温度下反应生成稳定的Nd_2O_3颗粒,以及元素Si或Zn;Nd_2O_3颗粒抑制了晶粒长大,Si和Zn改善了富Nd相的性质,进而优化了磁体显微结构。根据规则熔体Miedema理论模型计算,晶界添加的Dy_2O_3纳米粉与富Nd相反应还原生成的Dy易于扩散进入主相晶粒表面生成磁晶各向异性场更大的Dy_2Fe_(14)B,起到表面磁硬化的作用。
 采用气流磨过程中回收的超细磁粉的晶界添加制备了高性能低成本烧结Nd-Fe-B磁体,并揭示了超细磁粉添加量对磁体性能和显微结构的作用机制。研究表明,气流磨过程中回收超细磁粉的成分以稀土元素Nd、Pr和Dy为主,在晶界中添加能够提高磁体磁性能,尤其是矫顽力H_(cj)。超细磁粉的晶界添加能够减缓磁体液相烧结http://www.chinamagnets.biz/Neodymium/Ball-Neodymium-Magnets.php过程中溶质的扩散传质速度,抑制主相晶粒长大,细化了主相晶粒,提高了反磁化畴的形核场;同时有助于在主相晶粒表面形成高磁晶各向异性场的Dy_2Fe_(14)B和Pr_2Fe_(14)B,能够起到表面磁硬化的作用,从而显著提高磁体的矫顽力H_(cj);在添加量低于5 wt%时,也能提高磁体的磁能积(BH)_(max)。此外,超细粉的晶界添加还能有效降低磁体的矫顽力温度系数β和磁通不可逆损失h_(irr),提高了烧结Nd-Fe-B磁体的温度稳定性。
 建立了烧结Nd-Fe-B磁体温度系数与内禀性能和显微结构参量的定量关系,为设计低温度系数磁体提供了理论指导,并制备出高温度稳定性烧结Nd-Fe-B磁体。通过理论分析建立了矫顽力可逆温度系数β与磁晶各向异性场H_A和显微结构参量c/N_(eff)的定量关系,发现H_A越高、c/N_(eff)越大,β就越小。在此基础上,通过成分设计和磁体显微结构优化,成功制备了低温度系数的烧结Nd-Fe-B磁体,在20～150℃温度区间,β仅为-0.385%/℃;且在220℃时,磁体的矫顽力H_(cj)仍有557 kA/m,表明该磁体具有很高的温度稳定性。此外,根据磁体的最高工作温度与β的理论关系阐述了烧结Nd-Fe-B磁体矫顽力温度系数对其最高工作温度的影响规律。在相同的H_(cj)下,最高工作温度随β的降低而显著升高,表明降低β是制备高温度稳定性磁体行之有效的方法。
学位年度:2009

多羧酸配体金属配位聚合物的设计、合成、结构及性质的研究

题名:多羧酸配体金属配位聚合物的设计、合成、结构及性质的研究
作者:马景新
学位授予单位:兰州大学
关键词:金属配位聚合物;;多羧酸;;荧光性质;;磁性质
摘要:
 作为一种新型分子功能材料,金属配位聚合物(MCPs)以其良好的结构可裁性和易功能化的特性已经成为配位化学和材料化学领域的研究热点之一。目前,人们已经能够利用金属配位聚合物的晶体工程学在一定程度上控制过渡金属配位聚合物结构。同时,还可以通过选择功能性的中心金属离子和具有功能官能团的有机Neodymium magnets配体赋予目标金属配位聚合物以光、电、磁等功能。但相对于过渡金属配位聚合物,稀土金属配位聚合物和d-f金属配位聚合物在合成上是面临很大挑战的,这是由稀土离子在配位化学上的特性所决定的。考虑到稀土离子易与羧基结合加之多羧酸丰富多彩的配位连接方式,本文开展了以多羧酸为配体,以设计和合成稀土金属配位聚合物和d-f金属配位聚合物为主要目的的研究工作。同时也相应的研究了所合成化合物的光、磁和客体分子交换等性质。
 全文共分八个部分:
 一、简要地介绍了金属配位聚合物的基本概念及其发展过程和当前国内外最新的研究进展。
 二、参照乙二胺四乙酸(H_4EDTA)的结构设计合成了配体2,2′,2″,2′″-[2,5-二甲基-1,4-苯甲基二次氨基]四乙酸(H_4DPNT),同时合成了该配体与Cu(Ⅱ)离子的金属配位聚合物:{[Cu_4(DPNT)_2(H_2O)_8]·4H_2O}_n(2a),并研究了此化合物的电化学性质。
 三、通过水热原位反应合成出了两个结构新颖的稀土金属配位聚合物:{[Ln(C_2O_4)(ClO_4)(H_2O)]·Cl}_n[Ln=Pr(3a)和Nd(3b)],结构研究表明这两个稀土金属配位聚合物均含有一维孔道和罕见的四齿配位的高氯酸根。
 四、以硫代二乙酸(H_2TDGA)为配体,通过分步结晶的办法合成出了三个以双核稀土离子簇为二级结构单元(SBU)的稀土金属配位聚合物:{[Ln_2(TDGA)_3(H_2O)_5]·2H_2O}[Ln=Eu(4a),Gd(4b)和Tb(4c)],同时分别研究了4a和4c的荧光性质及4b磁性。
 五、在水热合成条件下以2,5-吡啶二甲酸(H_2PYDC)为配体合成出了两个结构新颖的3d-4f金属配位聚合物:{[Ln_2Cu(PYDC)_4(H_2O)_6]·2H_2O}_n[Ln=Eu(5a)和Gd(5b)],结构研究表明这两个化合物都具有三维开放的网络结构。
 六、以“金属配体”为连接单元,以亚氨基二乙酸(H_2IDA)为配体合成了四个3d-4f金属配位聚合物:{[Ln_2Cu_3(IDA)_6]·1.5H_2O}_n[Ln=Pr(6a),Tb(6b),Dy(6c)和Er(6d)],结构显示这四个化合物都具有一维孔道。热重和X射线粉末衍射研究表明它们都具有热稳定性很好的主体框架结构,同时研究了6b的客体水分子呼吸性及6c的磁性。
 七、以“金属配体”为连接单元,以氨三乙酸(H_3NTA)为配体合成了结构新颖的3s-3d-4f金属配位聚合物:{[Na_5Cu_8Sm_4(NTA)_8(ClO_4)_8(H_2O)_(22)]·ClO_48H_2O}_n(7a),结构分析显示此化合物以十七核杂金属簇为二级http://www.chinamagnets.biz/Neodymium/Ball-Neodymium-Magnets.php结构单元(SBU),具有互穿插一维孔道。同时还研究了其磁性质及离子交换性质。
 八、以氧代二乙酸(H_2ODA)为配体,以稀土“金属配体”为二级结构单元(SBU)合成了八个4d-4f金属配位聚合物:{[Ln_2Cd_3(ODA)_6(H_2O)_6]·6H_2O}_n[Ln=La(8a),Pr(8b),Nd(8c),Sm(8d),Eu(8e),Gd(8f),Tb(8g),Dy(8h)],结构显示这八个化合物具有一维孔道。热重和X射线粉末衍射研究表明它们都具热稳定性极好的主体骨架结构和客体分子呼吸性,同时研究了8e、8f、8g的荧光性质和8f、8g、8h的磁性质。
学位年度:2009

nanocrystalline rare earth oxides and fluorides-conversion fluorescence spectra of Design

Title: nanocrystalline rare earth oxides and fluorides-conversion fluorescence spectra of DesignAuthor: Chen GuanyingDegree-granting unit: Harbin Institute of TechnologyKeywords: nanocrystalline;; earth;; conversion;; Spectrum DesignSummary:

Continuous optical frequency conversion in medical detection and coding, photodynamic therapy of human internal diseases, the development of continuous short-wavelength lasers, three-dimensional imaging, display and other aspects of good application prospects. However, the fluorescence emission in the conversion there are still bare, such as conversion efficiency is not high, a Neodymium Magnets serious shortage of human design spectrum, the UV emission is rarely up-conversion design issues, which affect the conversion in the medical and photonics applications . In this paper, rare earth oxides and fluorides for the study, designed in-conversion fluorescence spectroscopy, fluorescence enhancement, ultraviolet upconversion fluorescence acquisition, and application in medicine and other areas of the systems.

Carried out oxide and white monochrome design of upconversion luminescence studies. By adjusting the doping concentration of Yb3 ions in the 980 nm laser excitation, to obtain a single red and single green upconversion fluorescence; power relations through the analysis of the excitation and fluorescence, fluorescence spectroscopy, and theoretical analysis of rate equations to clarify the color on conversion emission mechanism; by defining "rejection ratio" concept, put forward the launch of the color-conversion of the evaluation criteria; by Er3, Tm3, and Yb3 reasonable ratio, obtained over a wide power range of 980 nm laser excitation of nanoparticles -conversion emission of white light; through experiments and theoretical analysis, to clarify the white-conversion emission mechanism.

Enhanced upconversion luminescence of oxides method were studied. Conversion by rare-earth nano-materials, the further introduction of Li-ion doping, won two orders of magnitude enhancement of the upconversion luminescence. Through a large number of experimental and theoretical analysis, its enhanced mechanism: Li-ion introduction to mass in the lattice, and thus modification of the lattice field, so that the relevant energy levels of rare earth ions increase the life span, in order to achieve a conversion luminescence enhancement. Experimental results show that this enhancement applies not only to different upconversion luminescence of rare earth ions enhanced, but also for rare-earth ions in different matrices upconversion enhancement. That this enhancement is universal.

Of ultraviolet upconversion luminescence were studied. In Yb3 / Tm3-doped oxide, in the 980 nm laser excitation near 300 nm observed ultraviolet upconversion luminescence, fluorescence excitation light and power relations that the UV radiation for the five-photon and six-photon process; made on it conversion luminescence mechanism. Proposed and http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets confirmed Yb3 / Er3-doped oxide in the blue and ultraviolet fluorescence upconversion luminescence mechanism. Observed under 980 nm laser excitation 240-490 nm band Yb3 / Ho3-doped fluoride upconversion emission, and confirmed the proposed mechanism for its light and saturation explains the observed phenomenon. Using sensitized Ho3 ion Gd3 ion design was NaGdF4: Yb3 / Ho3 nanocrystals Gd3 ion ultraviolet upconversion, and explains the mechanism of its luminescence. Observed in doped fluoride sensitized Er3 and Er3 Gd3 ions near vacuum ultraviolet upconversion and super-saturation effects, and explain the proposed light-emitting mechanism.

Preparation of nanoparticles for medical, upconversion, and medical applications have been studied. Using wet chemical methods, to explore fluoride nanoparticles of different sizes and cladding of the preparation process, preparation of controlled size and morphology of nano-materials and fluoride fluoride core-shell structure nanomaterials. By Ce3, Yb3 ion doping concentration adjusted to obtain a fluoride nanoparticles excited by infrared light in the red light on the conversion of radiation, and clarify the regulatory mechanism of its spectrum. Design of the core-shell structure of fluoride nanoparticles, to obtain enhanced upconversion luminescence, and explained the proposed conversion on the enhancement mechanism. Preparation of nano-materials using fluoride, demonstrated that in the tissue fluid in upconversion imaging spatial resolution in imaging is much better than the traditional fluorescent labeling of fluorescence imaging. Through animal experiments, we demonstrated the preparation of fluoride nanoparticles can be no background, multicolor, in vivo imaging.Degree Year: 2009

稀土氧化物和氟化物纳米晶上转换荧光光谱的设计研究

题名:稀土氧化物和氟化物纳米晶上转换荧光光谱的设计研究
作者:陈冠英
学位授予单位:哈尔滨工业大学
关键词:纳米晶;;稀土;;上转换;;光谱设计
摘要:

 连续光频率上转换在医学探测和编码、人体内部疾病光动力治疗、开发连续短波长激光器、立体成像、显示等方面都有美好的应用前景。然而,目前在上转换荧光发射方面还存在着诸如光光转换效率不高、光谱人工设计严重不足、紫外上转换发射很少被设计等问题,从而影响了上转换在医学和光子学方面的Neodymium Magnets应用。本文以稀土氧化物和氟化物为研究对象,在上转换荧光光谱设计、荧光增强方法、紫外上转换荧光的获得,以及在医学中应用等方面开展了系统的研究。

 开展了氧化物单色和白光上转换发光的设计研究。通过调节Yb3+离子掺杂浓度,在980 nm激光激发下,获得了单红和单绿上转换荧光;通过激发光和荧光功率关系分析、荧光光谱分析,和速率方程理论分析,阐明了单色上转换发射机制;通过定义“抑制比”概念,提出了对单色上转换发射的评价标准;通过Er3+、Tm3+和Yb3+的合理配比,获得了在宽功率范围内的980 nm激光激发下纳米粒子的白光上转换发射;通过实验和理论分析,阐明了白光上转换发射机制。

 对氧化物上转换发光增强方法进行了研究。通过在稀土上转换纳米材料中,进一步引入Li+离子掺杂,获得了二个数量级增强的上转换发光。通过大量的实验和理论分析,提出了其增强机制:Li+离子的引入,使其在晶格中占位,从而修饰了晶格场,使稀土离子相关能级的寿命增加,从而实现了上转换发光增强。实验结果表明这种增强方法不仅适用于不同的稀土离子的上转换发光增强,而且适用于不同基质中稀土离子的上转换发光增强。证明了这种增强方法是普适的。

 对紫外上转换发光进行了研究。在Yb3+/Tm3+掺杂的氧化物中,在980 nm激光激发下观察到300 nm附近的紫外上转换发光,激发光和荧光功率关系表明其紫外辐射为五光子和六光子过程;提出了其上转换发光机制。提出并证http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets实了Yb3+/Er3+掺杂的氧化物中蓝色和紫外上转换荧光的发光机制。观察到980 nm激光激发下240-490 nm波段的Yb3+/Ho3+掺杂的氟化物的上转换发射,提出并证实了其发光机制并解释了观察到的饱和现象。采用Ho3+离子敏化Gd3+离子设计获得NaGdF4:Yb3+/Ho3+纳米晶中Gd3+离子紫外上转换发光,并解释了其发光机制。观察到在氟化物中掺杂Er3+以及Er3+敏化Gd3+离子的近真空紫外上转换发光和超级饱和效应,提出并解释其发光机制。

 对医用纳米粒子制备、上转换发光和医学应用进行了研究。采用湿化学方法,探索出不同尺寸氟化物纳米粒子及其包壳的制备工艺,制备出可控尺寸和形貌的氟化物纳米材料和核壳结构的氟化物纳米材料。通过Ce3+、Yb3+离子掺杂浓度的调节,获得了氟化物纳米粒子在红外光激发下的红光上转换辐射,并阐明了其光谱调节机制。设计了核壳结构氟化物纳米粒子,获得了增强的上转换发光,提出并解释了上转换增强机制。利用制备的氟化物纳米材料,证明了在组织液成像中上转换发光成像在空间分辨率方面大大优于传统荧光标记的荧光成像。通过动物实验,证明了我们制备的氟化物纳米粒子能够做到无背景、多色、活体成像。
学位年度:2009

Electromagnetic bifunctional precursor - four thio Foix ene Derivatives and Their Preparation and Characterization of Complexes

Title: Electromagnetic bifunctional precursor - four thio Foix ene Derivatives and Their Preparation and Characterization of ComplexesAuthor: Wang YuDegree-granting units: Northeast Normal UniversityKeywords: four phosphorothioate Foix ene;; π-d interaction;; complexes;; crystal structure;; phase transition;; water clustersSummary:


 Dual-function materials for electromagnetic research is the synthesis and materials chemistry research focus, the field was originally dates back to the four Magnetic lifter thio Foix ene (TTF) study. From the discovery of the first organic metal (TTF) (TCNQ) has been, TTF derivatives have been not only can be used as building blocks of organic conductors, but also in molecular machines, organic magnets, organic field-effect transistors, solar cells and nonlinear optics materials are widely used, the most active research is a synthesis of multifunctional molecules to the base material. Design a both conductive and magnetic properties of molecules (materials) particularly attractive to a lot of interest in chemistry and physics. Way to achieve this goal in organic π-electron donor and the localized d electrons of the paramagnetic ion coupling between the π-d interaction to establish, and achieve the π-d interaction can usually be used two ways: (a) through space interaction to achieve the π-d interaction, but such interaction will be relatively weak; (b) the two systems connected by chemical bonds, so as to effectively achieve the π-d interaction.


 In order to design a strong π-d interaction of dual functional materials, we have successfully synthesized four groups with a novel ligand TTF derivatives. And http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter using 1 - (4 - (tetrathiafulvaleneyl) phenyl) ethanone (TTF-PEO) and 1 - (4-tetrathiafulvalyphenyl) -4,4,4-trifluorobutane-1 ,3-dione (TTF-ph-tfacH) were prepared solvent dependent CuBr_42? charge-transfer salts and metals MII (M = Zn, Co) complexes. This will be the integration of new molecule-based magnetic materials to provide theoretical and experimental basis. Research include the following four parts:


 1, synthesized as a precursor of electromagnetic integration of the four materials in novel TTF derivatives, and by mass spectrometry, infrared, UV and NMR structural characterization. In which N-(tetrathiafulvalen-4-ylmethylene) -1,2,4-triazol-4-amine (1), 4'-tetrathiafulvaleneyl-2,2 ': 6', 2 "-terpyridine (2), 1 - ( 4 - (tetrathiafulvaleneyl) phenyl) ethanone (TTF-PEO) (3) and 1 - (4-tetrathiafulvalyphenyl) -4,4,4-trifluorobutane-1 ,3-dione (TTF-ph-tfacH) (4), respectively, with replaced by a single triazole, terpyridine, acetophenone, and β-diketone ligand groups. The cyclic voltammetry of these four compounds tested successfully for the TTF radical cation oxidation step and two-cation, show a reversible one-electron oxidation process. their electrochemical behavior is similar to the parent TTF, so they can be used as a good donor material is widely used, while each mono-substituted compounds are asymmetric molecules, such compounds In the field of nonlinear optical materials may have potential applications.


 2, by changing the solvent method conveniently adjust the TTF-PEO to achieve the charge transfer of +1 and +2, respectively, synthesized compounds (TTF-PEO) _2CuBr_4 (5) and (TTF-PEO) _2 (CuBr_4) _2 · CH_2Cl_2 · CH_3CN (6), the crystal structure analysis shows that they belong to the Pī triclinic and orthogonal space group Pbca. Containing a single substituent TTF-PEO help to significantly reduce the organic donor and paramagnetic ions, the distance, which is reflected in the 5 has the shortest Br · · · S distance, indicating that the TTF-PEO + · electron donor and CuII ions by Br · · · S · · · Br · · · S super-exchange interaction may exist strong π-d interaction. With antiferromagnetic behavior of compound 5 in the 110-120K observed the occurrence of phase transition is of such compounds has been reported the highest phase transition temperature.


 3, TTF-ph-tfac enolate anion with strong coordination ability with metal chlorides (Zn and Co) were generated chelating ligand complexes Zn (TTF-ph-tfac) _2 (CH_3OH) _2 ( 7) and Co (TTF-ph-tfac) _2 (CH_3OH) _2 (8), each center are bridging two metal TTF-ph-tfac ligands. Electrochemical behavior of the test indicates that the system can be used as dual-function electromagnetic precursor materials. 8 shows the magnetic test between the metal center is weak antiferromagnetic interaction.


 4, synthesis by single crystal X-ray diffraction characterization of four novel compounds of copper, one-dimensional chain compound {[Cu (terpyOH) (phth)] · H_2O} _n (9), dual-core compounds [Cu2 (terpyO) _2 (phth) (H_2O) _2] · 11H_2O (10), mononuclear compound [Cu (terpyOH) (SO4) (H_2O)] · 2H_2O (11) and [Cu (terpyOH) _2] · (HBTC) · 2H_2O (12 ) (terpyOH = 4'-hydroxy-2, 2 ': 6', 2 "- terpyridine, phth = phthalate, BTC = trimesic acid) in 9, bridging phthalate anions CuII center to form a Z-infinite chain exists in 10 (H_2O) 16 and (H_2O) 10 water clusters to form a 2D aquifer. a hydrogen bond formed by the S-type near-surface water and Z-type chain 11 and 12 respectively in the crystal structure observed in the 12, Cu (II) center is six-coordinated, which is five-coordinate compounds 9, 10 and 11 are different. and in the process of synthesis of compound 11 , found in hydrothermal conditions 4'-bromo-2, 2 ': 6', 2 "- terpyridine occurs in situ reaction terpyOH molecules. By comparing the crystal structures of these compounds can be found, when the molecules through hydrogen bonds with terpyOH to build clusters of water molecules when the pH of the control system to take off protons will be very beneficial.Degree Year: 2009

电磁双功能前驱体—四硫代富瓦烯衍生物的合成及其配合物的制备和表征

题名:电磁双功能前驱体—四硫代富瓦烯衍生物的合成及其配合物的制备和表征
作者:王宇
学位授予单位:东北师范大学
关键词:四硫代富瓦烯;;π-d相互作用;;配合物;;晶体结构;;相转变;;水簇
摘要:

 对于电磁双功能材料的研究是目前合成与材料化学领域的研究热点,该领域最初的起源要追溯到对于四硫代富瓦烯(TTF)的研究。从发现第一个有机金属(TTF)(TCNQ)以来,TTF的衍生物已经不仅仅可以作为有机导体的构筑模块,同时也在分子机器、有机磁体、有机场效应晶体管、太阳能电池和非线性光学材料等方面得到广泛应用,其中最活跃的研究要属合成多功能分子基材料。设计一个同时具有导电性和磁Magnetic lifter性的分子(材料)特别吸引了很多化学和物理学家的兴趣。实现这一目标的方法就是在有机供体π电子和定域的顺磁离子d电子间建立耦合π-d相互作用,而实现π-d相互作用通常可以采用两种方法:(a)通过空间的相互作用来实现π-d相互作用,但此类相互作用会比较弱;(b)使两个体系通过化学键相连,从而有效地实现π-d相互作用。

 为了设计具有强π-d相互作用的双功能材料,我们成功地合成了四种带有配位基团的新颖TTF衍生物。并利用1-(4-(tetrathiafulvaleneyl)phenyl)ethanone (TTF-PEO)和1-(4-tetrathiafulvalyphenyl)-4,4,4-trifluorobutane-1,3-dione (TTF-ph-tfacH)分别制备出溶剂依赖的CuBr_42?电荷转移盐和金属MII(M = Zn, Co)配合物。这将为新型分子基电磁一体化材料提供理论和实验基础。研究工作主要包括以下四部分内容:

 1、合成出作为电磁一体化材料前躯体的四中新颖的TTF衍生物,并且通过质谱、红外、紫外和核磁进行结构表征。其中N-(tetrathiafulvalen-4-ylmethylene)-1,2,4-triazol-4-amine (1) , 4′-tetrathiafulvaleneyl- 2,2′:6′,2″-terpyridine (2) , 1-(4-(tetrathiafulvaleneyl)phenyl)ethanone (TTF-PEO) (3)和1-(4-tetrathiafulvalyphenyl)-4,4,4-trifluorobutane-1,3-dione (TTF-ph-tfacH) (4)分别带有单取代的三氮唑、三联吡啶、苯乙酮和β-二酮配位基团。这四种化合物的循环伏安测试成功地将TTF分步氧化为阳离子自由基和双阳离子,显示出可逆的单电子氧化过程。它们的电化学行为与母体TTF相似,因此它们应该可以作为优良的供体材料得到广泛的应用。同时每种化合物均为单取代的非对称分子,因此该类化合物在非线性光学材料领域可能有潜在的应用。

 2、通过改变溶剂的方法方便地实现了调节TTF-PEO的电荷转移量为+1和+2,分别合成出化合物(TTF-PEO)_2CuBr_4 (5)和(TTF-PEO)_2(CuBr_4)_2·CH_2Cl_2·CH_3CN (6),晶体结构分析表明它们分别属于三斜的Pī和正交的Pbca空间群。含有单取代基的TTF-PEO有利于有效地缩短有机供体与顺磁离子间的距离,这一点体现在5中具有最短的Br···S距离,预示着在TTF-PEO+·电子供体和CuII离子间通过Br···S···Br···S超交换作用可能存在强的π-d相互作用。具有反铁磁行为的化合物5在110-120K观察到了相转变的发http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter生,是目前已报道的该类化合物中最高的相变温度。

 3、TTF-ph-tfac烯醇阴离子具有很强的配位能力,与金属氯化物(Zn和Co)螯合配位分别生成了配合物Zn(TTF-ph-tfac)_2(CH_3OH)_2 (7)和Co(TTF-ph-tfac)_2(CH_3OH)_2 (8),每个中心金属都桥连两个TTF-ph-tfac配体。电化学行为的测试预示着该体系可以作为电磁双功能材料的前躯体。8的磁性测试显示中心金属间是弱的反铁磁相互作。

 4、合成并通过单晶X-射线衍射表征了四个新颖的铜化合物,一维链化合物{[Cu(terpyOH)(phth)]·H_2O}_n (9),双核化合物[Cu2(terpyO)_2(phth)(H_2O)_2]·11H_2O (10),单核化合物[Cu(terpyOH)(SO4)(H_2O)]·2H_2O (11) and [Cu(terpyOH)_2]·(HBTC)·2H_2O (12) (terpyOH = 4′-羟基-2,2′:6′,2″-三联吡啶, phth =邻苯二甲酸,BTC =均苯三酸)。在9中,邻苯二甲酸阴离子桥连CuII中心形成了一个无限的Z型链。在10中存在的(H_2O)16和(H_2O)10水簇形成了一个2D含水层。一个通过氢键形成的近乎平面的S型和Z型水链分别在11和12的晶体结构中观察到。在12中,Cu(II)中心是六配位的,这与五配位的化合物9,10和11是不同的。并且在合成化合物11的过程中,发现在水热条件下4′-溴代-2,2′:6′,2″-三联吡啶发生原位反应生成terpyOH分子。通过对比这些化合物的晶体结构可以发现,当用terpyOH分子通过氢键作用构筑水分子簇的时候,控制体系的pH值使其脱去质子将是非常有利的。
学位年度:2009

金属叠氮配合物和多核金属簇化合物的合成、结构与磁性研究

题名:金属叠氮配合物和多核金属簇化合物的合成、结构与磁性研究
作者:曾永飞
学位授予单位:南开大学
关键词:叠氮金属配合物;;铁簇;;锰簇;;Fe-Ln簇;;磁性;;结构
摘要:

 结构独特的分子基磁性材料因其重要的性质和潜在应用前景已经成为材料化学和无机化学领域中最为热门的课题之一。以叠氮桥为主要磁交换通道的叠氮金属化合物由于在磁性方面的优异性质引起了人们极大的兴趣。目前,尽管上千种结构新颖、磁性功能各异的叠氮金属配合物被报导,但叠氮同羧酸桥一起构筑的磁性化合Magnetic lifter物的例子鲜有报导。这可能是由于合成上电荷竞争,且磁耦合方式经常抵消。因此要构筑叠氮-羧酸化合物,特别是铁磁体将是很具挑战性的工作。具有单分子磁体行为的多核金属簇合物由于呈现出慢磁弛豫、量子隧穿、相干涉等奇特的磁现象,在高密度信息存储、量子计算机和自旋电子学等领域具有潜在的应用前景而受到研究者的密切关注。到目前,尽管有两百多例单分子磁体、近千个高核金属簇合物被报导,但无论是在其广度还是深度上都有很大的不足。尤其是在簇核数的增加、分子的磁各向异性和基念自旋值的增大,Blocking温度的升高,加深对磁交换机理的理解、调控结构实现对磁性能的改进等方面的深入研究显得尤为迫切。本论文主要开展了两方面的工作,对四个叠氮金属磁性化合物和二十个多核金属簇合物的合成、结构及磁性进行了研究,具体如下:

 第一章简要介绍本论文工作的研究背景与相关概念,并对叠氮磁性化合物和多核金属簇合物的研究现状进行了简要的总结和评述。在此基础上阐明了本论文的选题依据和目的,以及所取得的主要进展。

 第二章研究了金属叠氮配合物。以刚性的有机羧酸为辅助配体,水热条件下成功构筑了四个金属叠氮配合物(1-4),解析了它们的晶体结构,并研究了它们的磁性。晶体结构分析表明,在这些配合物中,叠氮桥主要采取了铁磁耦合方式的桥连模式:化合物分别具有三维、一维、零维和二维结构。磁性研究表明化合物总体上分别呈现铁磁、铁磁、铁磁和反铁磁行为,其中1和3为铁磁体,而且DFT理论计算完美地解释了2和3中细微的结构变化对磁性质的影响。配合物1为第一个叠氮/羧酸铁磁体。

 第三章研究了多核Fe-Ln簇合物。通过溶剂热法,把稀土离子引入大Fe~Ⅲ体系,合成了十个Fe-Ln簇合物(5-14),解析了它们的晶体结构,并研究了部分化合物的磁性。结构表明它们都是具有十六核的Fe_(12)Ln_4结构的化合物;而磁性研究表明Fe-O核内存在竞争的反铁磁和铁磁耦合作用,从而产生了S=8的基态自旋值,而且部分稀土离子的单离子磁各向异性诱导出了化合物的磁各向异性,呈现出了慢磁弛豫现象。Fe_(12)Ln_4是目前最大的Fe-Ln簇。

 第四章研究了多核铁簇合物。主要通过溶剂热法,构筑了七个铁簇化合物(15-21),解析了它们的晶体结构。结构表明它们分别为Fe_8棒、Fe_8轮、Fe_8簇、Fe_8簇、具有交替[Fe_3]和[FeNa_2]单元的一维链、以[Fe_6]轮为http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter基元的一维链和以[Fe_(20)]簇为基元的二维网络。磁性研究表明在21中,[Fe_(20)]单元内反铁磁耦合导致了自旋阻挫,产生了S=5的基态自旋值。21中的[Fe_(20)]单元是目前最大的铁簇单元。

 第五章研究了多核锰簇合物。通过溶剂热法,构筑了三个锰化合物(22-24),解析了它们的晶体结构,并研究了其中化合物24的磁性。结构分析表明它们分别是Mn_(12)簇、Mn_(12)簇和以[Mn_(12)]簇为基元的二维网络。磁性研究表明在24中,[Mn_(12)]簇内存在较强的反铁磁耦合,而且在2.4 K以下才出现交流信号。结构的调控使22-24中Mn~Ⅲ的易轴取向实现了簇内平行/晶格内垂直(22)到簇内平行/晶格内平行(23和24)的转变。
学位年度:2009

Yunnan Machangqing gold porphyry Cu-Mo deposit, magmatism and ore genesis

Title: Yunnan Machangqing gold porphyry Cu-Mo deposit, magmatism and ore genesisAuthor: Guo XiaodongDegree-granting units: China University of Geosciences (Beijing)Keywords: magmatism;; genesis;; porphyry copper-molybdenum mine;; Machangqing;; YunnanSummary:

Machangqing copper-gold deposits of molybdenum, "three rivers" ore belt and Himalayan alkali-rich porphyry deposits related to the typical one, produced in the continental collision environment. Through research, identification of the magmatic evolution of the mining sequence, alteration and mineralization zoning laws, fluid evolution and ore-controlling factors, reveals its Magnetic lifter mineralization mechanism proposed mineralization model to explore the mineralization potential.

Machangqing established mining magmatic evolution sequence, the initial magma composition will be divided into three, namely, porphyritic granite lamprophyre composition, syenite porphyry monzonite porphyry composition and alkaline granitic porphyry lamprophyres combination. Preliminary investigation, porphyritic granite lamprophyre composition formed in about 50Ma, constitute ore rock; syenite porphyry monzonite porphyry combination formed in about 36Ma, a major ore-bearing rocks; alkaline granite plaque combination of rock lamprophyre intrusion latest, intrusion age of about 32Ma. Study found that a combination of magma in the development 36Ma dioritic dark microgranular enclaves, and the emergence of disseminated pyrite and magnetite-based, reflecting the combination of this magma gold and copper-molybdenum mineralization related to experience a strong crust-mantle magma mixing .

Ore-controlling characteristics by structural studies to determine the vertical stress during invasion rock formed by magma intrusion exposure is the http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter main control structure style rock ore-controlling structures, control of fissures within the rock body porphyry Mo, Cu mineralization, tectonic controls on the contact zone contact metasomatic Cu, Mo, Au, Fe mineralization, near the contact zone between the slip layer control broken with altered rock and quartz vein-type compound Au, Ag, PbZn mineralization, with much exposed rock formations in the tensile fracture with control of epithermal-type Au, Ag, PbZn, Sb mineralization, reflecting the magma intrusion exposure characteristics of ore-controlling structure system. Rock-forming elements are present in the core level of sub-band;

Based on deposit geology, alteration and mineralization types, combination ore-forming elements, fluid evolution, isotope geochemistry and ore-controlling structures and other aspects of research, proposed Machangqing copper-gold deposits and gold-molybdenum factory Qing gold belong to the same magma - Construction - the product of ore-forming system, mineralization in space and time in close quarters, the type of spatial distribution of alteration and mineralization characteristics clearly demonstrate the ore-bearing fluids from the magma out of crystal fractionation and accumulation in the process of outward migration of the corresponding metals picture, the table Mingma plant Qing ore zone diagenetic mineralization is controlled by the same dynamic system. As demonstrated for hydrothermal mineralization and porphyry mineralization from the contact zone → → → close touch with the contact zone is far forward, factories and mines from Baoxing section → chaos → cave Mine section head Qing - Qing gold ore block factory forming temperature, salinity and pressure decreased, the trend of mineralization depth faded;

Alkali-rich rock originated in the crust-mantle transition zone or thickened crust, a continental collision orogenic environment within the formation of potassium adakites. And mineralization related to porphyry syenite porphyry monzonite porphyry with vein-based portfolio, they can provide the material forming, fluid and power are limited, dark microgranular enclaves indicate its rapid crystallization of magma, not conducive to the formation of large ore-forming fluids effectively. A pulse, B and D veins pulse overlap in space, zoning is not obvious, and the characteristics of the mineralization is not strong, reflecting large-scale fluid exsolution does not exist, there is the North Contact Zone gold and copper-lead-zinc-molybdenum-based space also explains the phenomenon of overlap, and there is no large-scale ore-forming fluids, these factors may limit the deposit scale.Degree Year: 2009

云南省马厂箐斑岩型铜钼金矿床岩浆作用及矿床成因

题名:云南省马厂箐斑岩型铜钼金矿床岩浆作用及矿床成因
作者:郭晓东
学位授予单位:中国地质大学（北京）
关键词:岩浆作用;;矿床成因;;斑岩铜钼金矿;;马厂箐;;云南
摘要:

 马厂箐铜钼金矿床是“三江”成矿带上与喜马拉雅期富碱斑岩有关的典型矿床之一,产于大陆碰撞造环境。通过研究,查明了矿区岩浆演化序列、蚀变矿化分带规律、流体演化以及控矿因素,揭示了其成矿机理,提出了成矿模型,探Magnetic lifter讨了矿床的成矿潜力。

 建立了马厂箐矿区岩浆演化序列,初步将其分为三大岩浆组合,即斑状花岗岩+煌斑岩组合、正长斑岩+二长斑岩+花岗斑岩组合和碱性花岗斑岩+煌斑岩组合。初步查明,斑状花岗岩+煌斑岩组合形成于50Ma左右,构成含矿围岩;正长斑岩+二长斑岩+花岗斑岩组合形成于36Ma左右,成为主要含矿岩系;碱性花岗斑岩+煌斑岩组合侵入最晚,侵入时代32Ma左右。研究发现36Ma的岩浆组合中发育闪长质暗色微粒包体,并出现浸染状黄铁矿化和磁铁矿化,反映这套岩浆组合与铜钼金成矿有关,经历强烈的壳幔岩浆混合作用。

 通过构造控矿特征研究,确定岩体侵入过程中垂直应力作用形成的岩浆侵入接触构造样式是主要控岩控矿构造,岩体内构造裂隙控制内斑岩型Mo、Cu矿化,接触带构造控制接触交代型Cu、Mo、Au、Fe矿化,近接触带层间滑脱带控制破碎蚀变岩型和石英脉复合型Au、Ag、PbZn矿化,远接触带围岩地层中的引张裂隙带控制浅成低温热液型Au、Ag、PbZn、Sb矿化,反映出岩浆侵入接触构造体系控矿的特征。成矿元素存在以岩体为核心的水平分带;

 基于矿床地质特征、蚀变矿化类型、成矿元素组合、流体演化、同位素地球化学以及控矿构造等方面研究,提出马厂箐铜钼金矿床和金厂箐金矿属于同一个岩浆-构造-成矿系统产物,成矿作用在时空上紧密共生,蚀变矿化类型空间展布特征清晰地展示出含矿流体从岩浆体结晶分异出来并在向外运移过程中堆积相应金http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter属元素图景,表明马厂箐矿集区成岩成矿作用受控于同一动力学系统。表现出随着热液成矿作用进行和矿化由斑岩体→接触带→近接触带→远接触带推进,从宝兴厂矿段→乱硐山矿段→人头箐-金厂箐矿段成矿温度、盐度和压力逐渐降低,成矿深度逐渐变浅的趋势;

 富碱岩体起源于壳幔过渡带或加厚下地壳,是一种大陆内部碰撞造山环境下形成的钾质埃达克岩。与成矿有关的正长斑岩+二长斑岩+花岗斑岩组合以脉状为主,其所能够提供成矿的物质、流体和动力条件有限,暗色微粒包体指示其快速的岩浆结晶过程,不利于形成大量有效的成矿流体。A脉、B脉和D脉在空间上相互重叠、分带性不明显以及矿化不强的特征,反映并不存在大规模流体出溶,北接触带存在铜钼金与铅锌矿化空间上重叠的现象也说明并没有大规模的成矿流体存在,这些因素可能制约矿床规模。
学位年度:2009

二十世纪中国出版技术变迁研究

题名:二十世纪中国出版技术变迁研究
作者:匡导球
学位授予单位:南京农业大学
关键词:出版技术;;技术转型;;变迁动因;;变迁机制;;变迁模式
摘要:

 二十世纪的一百年间,中国社会的政治、经济、文化都发生了深刻的变革,世界范围内的科学技术更是日新月异。在这一特定的社会Neodymium Magnets和科技背景下,中国出版技术完成了从传统技术向现代技术的转型。

 对二十世纪中国出版技术的历史变迁进行系统、全面的梳理与分析,探索中国传统出版技术向现代出版技术转型的动因、机制与变迁模式,为二十一世纪中国出版技术发展提供历史借鉴,既有学术价值,也有现实意义。而从技术史的角度研究中国出版业的变迁,目前仍是学术界很少涉足的领域。

 界定出版技术的定义、性质及其构成是研究出版技术变迁的前提。出版技术是指传播主体对作品信息进行编辑、复制以及“原样”传输的操作技能,是反映在物质形态的工具、机器等装备,网络形态的系统、程序等软件,以及出版过程中体现的信息组织理念、工艺流程和实施手段。出版技术是观念形态与操作形态的统一,而非出版过程中具体工艺过程的简单拼加。出版技术至少包括编辑技术http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets、复制技术、介质制造技术和发行技术四个方面。出版技术的每次重大创新,都大大增强了人类获取信息的能力,改进了人类文化交流的方式,给人类政治、经济、文化和社会生活带来深刻影响,因而被誉为人类“文明之母”。

 科学划分出版技术的发展阶段是研究出版技术变迁的基础。从社会形态、技术手段分析,二十世纪的中国出版技术变迁可划分为三个阶段：1900年至1949年；1950年至1984年；1985年至2000年。由于政治、经济、文化、科技等因素的影响,不同阶段呈现出不同的特征和变迁轨迹。

 世纪之初,西方传教士带来的新技术、出版救国的新思潮、近代资本主义的兴起,推动了中国出版技术的近代化。铅活字技术与半机械化印刷技术的结合,提高了出版生产的效率,出版物的外在形式、印装水平、发行方式也得到全面更新；在新技术条件下,传统编辑形态和编辑手段发生了根本性的变化,现代编辑形制基本形成。中国出版业核心技术、工作流程、组织形式、经济规模均发生了重大改变,从生产力到生产关系都实现了深刻变革.

 1950年后,出版业整体过渡到半机械化、机械化生产阶段,出版各部门产量、质量都得到显著提高,编辑、制版、印刷、装订及发行等环节实现了整体配套.但此后较长一段时间,出版技术总体发展较为缓慢,没有实质性突破,且各技术门类发展不平衡。80代初,造纸工业基本实现机械化,但因原料供给、科研能力等因素的制约,与国际先进水平的差距仍然很大。而此阶段编辑技术从选题、内容编排到校正、定稿等环节日益完善和规范,标志着编辑技术体系更加成熟。专业化的发行体制解决了发行覆盖面小、渠道残缺堵塞等技术难题。在出版技术自主创新方面,受工业制造水平影响,投入生产环节的新产品、新设备不多,但在研发方面仍有不少突破,为80年代中期出版技术实现革命性突破奠定了基础。

 现代出版技术体系的形成始于1985年,以北大激光照排技术通过国家鉴定为标志。随着计算机排版技术的发展,出版业彻底告别“铅与火”而走向“光与电”,“数字化工作流程”将印前、印刷和印后过程整合成一个具有统一数据格式的不可分割的系统；由于计算机技术的广泛应用以及光纤通讯技术的发展,编辑技术趋向于数字化、自动化和一体化；各种适合海量存储的磁、光等新型出版介质的问世使信息存储不再局限于单一纸介质,出现了风格迥异的数字出版技术；在高科技手段的有力支撑下,依靠功能强大的办公、营销管理等应用软件,出版发行和销售环节的信息化管理成为现实。

 现代高新技术的广泛运用极大地拓展了出版的外延,建立在“机械复制”技术基础之上的出版形态已不是出版业的全部,出版产业开始走向以文化资源整理和内容创作为表现形式的信息生产和再生产。

 纵观二十世纪中国出版技术史,我们可以看出,出版是一个技术驱动的行业,出版技术的形成和发展是一个复杂的历史过程,具有其独特的进化规律,呈现出加速性、累积性、一体化和数字化等特征。出版技术并不是按照一种内在的、固有的技术逻辑发展的,而是一定社会历史条件的产物,驱动二十世纪中国出版技术变迁的因素包括：(1)经济发展与社会进步的历史推动；(2)文化启蒙、民族运动与文化建设的政治推动；(3)科技革命与相关技术群落的技术推动；(4)技术创新政策与科研体制改革的制度推动；(5)出版产业迅速发展的市场推动。

 出版技术的转型机制,表现为技术——需求双重诱因模式、政府行为诱因模式与企业行为诱因模式。不同的创新机制,产生不同的创新效应。在计划经济体制向市场经济体制转型的过程中,中国出版技术的创新机制也呈现出相应的演变轨迹。1978年以后,由于国家发展战略的调整,出版技术创新开始由政府推动向市场推动转变,其结果是技术进步的速率加快、周期变短,对产业发展的推动作用增强.随着体制改革的不断深入,市场为主导的多维整合效应逐步显现。

 二十世纪中国出版技术变迁的历史经验和教训表明,吸收国外先进科技成果,推进出版技术创新的方向是正确的。但一味引进成套设备,实行以市场换技术的方针,不仅在一定程度上形成了技术依赖性,制约了民族工业的发展,更严重的后果是,在出版这样一个特殊行业,缺乏技术自主性,稍有不慎,将危及国家信息安全。

 出版传播技术的变迁是自然世界的动态进化过程,从印刷、网络出版到跨媒体出版,出版技术的每次创新,都增加了出版媒介对受众的影响力,都给人类的政治、经济、文化和社会生活带来了巨大影响,表现在出版技术进步不断增强人类获取信息的能力、出版技术发展推动人类文化交流模式转变以及网络出版技术对现代社会发展的影响等方面。

 中国出版技术创新已走过“引进创新”阶段,正致力于技术的“集成创新”,其未来方向应是“自主创新”。为此,必须改善技术创新的政策环境,改进技术引进方式,建立新的技术创新主体和技术创新平台,形成新的技术激励扩散机制,并以市场为导向,坚持高起点与延续性,实现出版技术创新的跨越式发展和可持续发展。基于此,文章提出了推动出版技术创新的环境、目标和途径,以及通过制度创新促进技术创新的政策建议。
学位年度:2009

真空机器人的磁性联轴器及轴系理论建模与实验研究

题名:真空机器人的磁性联轴器及轴系理论建模与实验研究
作者:王禹林
学位授予单位:上海交通大学
关键词:真空机器人;;磁性联轴器;;直接驱动;;等效磁荷法;;片电流法;;仿真优化
摘要:

 真空机器人是半导体前道集束型设备中各反应工艺腔室之间传输晶圆的核心部件,归属于禁运产品,已成为制约我国半导体整机装备制造的“卡脖子”问题。大气环境与真空环境之间的密封隔离与动力传递正是制约真空机器人性能提高的技术瓶颈。因此,真空机器人关键技术的突破及原型系统的创新设计,对实现具有自主知识产权的半导体整机设备核心部件具有重要的理论意义和实际应用价值。本论文以内Neodymium Magnets外轴式磁性联轴器的建模与分析优化为主要目标,结合磁力传动技术和直接驱动技术,设计两自由度同轴布局的真空机器人动力传递轴系原型系统。

 本文首先分别建立了内外轴式磁性联轴器的理论模型和三维有限元模型。改进了等效磁荷法和片电流法求解磁性联轴器传递扭矩的数学模型,引入漏磁损失系数,分别得到了基于这两种方法的内外轴间隙式磁性联轴器的最大扭矩简化公式,扩大了模型的适用范围,显著提高了这两种方法的求解精度和效率。其中,片电流法在求解精度上提高了25%-30%,等效磁荷法精度提高了4%-30%,求解效率提高超过了一倍。

 通过使用片电流法,等效磁荷法和三维有限元模型,全面地分析了磁性联轴器几何参数与其最大扭矩、最大扭矩体积比,以及启动扭转刚度的关系。并使用三维有限元法分别对轭铁的导磁效应、多组磁性联轴器间的磁耦合效应以及四种不同构型的内外轴式磁性联轴器进行了仿真分析。分析结果被应用于磁性联轴器的优化设计

 基于磁性联轴器在真空机器人轴系中实际应用时的耦合工况,以同时优化两组磁性联轴器为例,建立了磁性联轴器设计几何参数优化的目标函数。创新地提出了一种基于正交实验设计技术的小范围穷举优化设计方案,该方案纵观全局的设计参数,结合了解析法运算效率高和三维有限元法求解精度高的优点,利用正交实验法和小范围穷举法显著地减少了分析模型的数目,是一种高效实用、稳定可靠的http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets优化方法。本例中,最终的优化参数组比正交表中可获得的相对最优参数组的指标值提高了约30%,优化结果与设计的目标值一致。

 研制了具有两自由度同轴布局的真空机器人动力传递轴系原型系统。结合真空机器人的开发,创新地将隔离密封套设计为台阶式的空心薄壁容器构件,并对隔离套的强度和径向变形进行了校核,对隔离套上的涡流损失进行了研究分析。此外,提出了一种适用于真空机器人的磁性联轴器设计方案,对分体式直接驱动电机轴系的设计进行了研究,对下一代真空机器人的研发有着重要的参考价值。

 最后,研制了可测试磁性联轴器内外转子间偏位影响的实验平台,进行了轴向偏位、径向偏位,和角向偏位对内外轴式磁性联轴器传递扭矩和动态性能的影响测试。实验结果表明,在实际应用中,偏位对内外轴式磁性联轴器的传递扭矩和动态跟踪特性影响很小。实验中,磁性联轴器的动态跟踪性能良好,在启动阶段,响应时间小于0.0ls；当峰值速度为670deg／s,加速度为1260deg／s2时,稳定时间tS为0.35s,各种偏位情况下的最大跟踪误差δ均为20'左右,稳态误差ess在2’左右。此外,对轴系的定位精度和重复定位精度,以及动态响应特性进行了测试,结果表明其具有良好的跟踪性能,稳态误差ess在3’左右,各组磁性联轴器间的磁耦合效应很小。
学位年度:2009

低维普鲁士蓝类合物分子磁体与镍纳米线复合材料的制备与磁性研究

题名:低维普鲁士蓝类合物分子磁体与镍纳米线复合材料的制备与磁性研究
作者:高波
学位授予单位:兰州大学
关键词:普鲁士蓝:7696,纳米线阵列:5152,纳米颗粒:2148,纳米材料:1426,低维:1354,磁性研究:1346,镍纳米线:1170,氧化铝模板:867,微波吸收:690,分子磁体:570,自旋玻璃态:539,复合物:531,聚乙烯吡咯烷酮:327,交流磁化率:302,磁导Neodymium Magnets率虚部:228,分散性:216,形貌:216,复合材料:187,面心立方结构:186,磁性测量:143
摘要:

 当前,纳米材料的新性质探索和新应用开发是纳米材料科学领域研究的前沿。我们以探索纳米材料的低维特性和高频应用为目的,制备了FeCrCr普鲁士蓝类合物分子磁体纳米线、MnFe普鲁士蓝类合物分子磁体纳米颗粒以及铁磁性金属Ni纳米线复合物,对其形貌、结构和磁性进行了研究,主要结论如下：

 1.利用氧化铝模板法制备了直径约为80nm的FeCrCr普鲁士蓝类合物纳米线阵列,该纳米线的研究结果表明：其晶体结构为面心立方结构,且存在Cr空位；红外光谱显示纳米线中离子的键合方式为FeⅡ-CN-CrⅢ和FenⅢ-CN-CrⅡ。

 2.通过对FeCrCr普鲁士蓝类合物纳米线的直流磁性和交流磁化率研究,发现在低温下存在负的磁化强度和自旋玻璃转变。分析认为铁磁性的Fe-Cr和反铁磁性的Cr-Cr对温度的依赖性不同导致产生了负的磁化强度,而结http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets构中Cr空位的存在以及Fe-Cr与Cr-Cr之间铁磁与反铁磁相互作用的竞争是产生自旋玻璃态的原因。

 3.利用聚乙烯吡咯烷酮作为稳定剂合成了具有很好分散性的MnFe普鲁士蓝类合物纳米立方体颗粒,对该纳米颗粒的研究结果表明：其晶体结构为面心立方结构,且存在Fe空位；研究结果表明该纳米颗粒中离子的氧化态和键合方式为FeⅢ-CN-MnⅡ和FeⅡ-CN-MnⅢ。

 4.通过对MnFe普鲁士蓝类合物纳米颗粒的直流磁性和交流磁化率研究发现,该体系在低温下亦存在自旋玻璃转变,我们分析认为结构中存在的Fe空位使得MnFe普鲁士蓝类合物本来完整的有着长程相互作用的fcc结构,变成独立的然而仍然有弱相互作用的铁磁和反铁磁团簇。

 5.利用氧化铝模板法制备了线直径约为30nm的Ni纳米线以及Ni纳米线/石蜡复合物。对Ni纳米线的结构研究结果表明其晶体结构为面心立方结构。Ni纳米线的室温磁滞回线表明其形状各向异性使得其矫顽力较块体有所提高。

 6.通过对Ni纳米线/石蜡复合物在2-18GHz的磁谱与介电谱分析,发现该Ni纳米线复合物的高频趋肤效应被极大遏制,Ni纳米线的自然共振峰出现在10GHz左右。讨论了该复合物的微波性质,结果表明尽管与其他微波吸收体相比吸收性能并不是很理想,但是对于其微波吸收的机理探讨却是很有意义的。
学位年度:2009

混合型磁悬浮轴承基础研究

题名:混合型磁悬浮轴承基础研究
作者:梅磊
学位授予单位:南京航空航天大学
关键词:混合型磁悬浮轴承;;类型划分;;拓扑结构;;参数优化设计;;有限元分析
摘要:

 混合型磁悬浮轴承采用永磁材料建立偏置磁场,能够有效降低功率损耗,在航空航天、能量存储、能量转换等对功率损耗要求较高的领域有着不可替代的优势,是磁悬浮轴承技术发展的一个重要方向。本文立足于混合型磁悬浮轴Neodymium Magnets承的基本特点,对混合型磁悬浮轴承的分类体系、拓扑结构、参数设计与优化、磁场分析以及系统设计等方面进行了研究。

 在对混合型磁悬浮轴承的基本特点进行分析的基础上,首先对混合型磁悬浮轴承的类型划分进行了研究。首次提出了以控制磁场在气隙中的分布情况来作为混合型磁悬浮轴承类型划分的依据。结合功能与偏置磁场极性分布上的不同,建立了新的混合型磁悬浮轴承分类体系。以混合型磁悬浮轴承的分类体系为基础,对混合型磁悬浮轴承的拓扑结构进行了研究。提出了根据混合型磁悬浮轴承的类型来确定其基本拓扑结构的方法。利用此方法对各类型混合型磁悬浮轴承具体拓扑结构的设计进行了研究,对已有的拓扑结构进行了整理归类,并提出了多种新的拓扑结构。同时对各种类型拓扑结构的优缺点进行了定性的分析与比较。

 以等效磁路法为基础,对混合型磁悬浮轴承参数的设计进行了研究。提出了以总磁通量计算为基础的参数设计方法,提高了参数设计的优化程度。采用有限元法并通过循环迭代的方式获得磁场的磁阻系数与漏磁系数,提高了参数设计的精确度。

 基于上述一般性的参数设计方法,对三种混合型磁悬浮轴承(轴向、径向、轴向-径向)具体的参数设计与优化方法进行了研究,在对其拓扑结构与磁场分布进行分析的基础上,以最大悬浮力为设计目标,以软磁材料内部磁场不饱和为约束条件,以体积最小为优化目标,推导出了其软磁材料、永磁材料及控制绕组的参数设计与优化公式,并以MATLAB为基础开发出了界面友好,操作简单的混合型磁悬http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets浮轴承参数设计与优化软件。利用有限元分析软件对设计出的混合型磁悬浮轴承的磁场进行了仿真与分析。通过对仿真结果的分析进一步完善了参数设计公式,最终获得了能够达到设计目标的混合型磁悬浮轴承参数。

 对混合型磁悬浮轴承系统进行了研究,建立了由混合型轴向-径向磁悬浮轴承、混合型径向磁悬浮轴承以及高速电机组成的五自由度磁悬浮轴承电机系统实验平台,组成该系统的两种混合型磁悬浮轴承具有相似的结构,且大部分零件具有互换性。设计了数字控制系统与开关功率放大器,实现了转轴在0~20000r/min的稳定悬浮,测试所得实验数据验证了参数设计方法具有较高的精确性。
学位年度:2009

高速开关磁阻电机的关键技术研究与实践

题名:高速开关磁阻电机的关键技术研究与实践
作者:周强
学位授予单位:南京航空航天大学
关键词:高速电机;;超高速电机;;开关磁阻电机;;转子动力学;;机械应力;;铁损耗;;风阻损耗;;功率变换器;;专用集成电路
摘要:

 随着科技水平的发展,航空航天、能源、精密制造等诸多领域对高转速电机的需求越来越多。电机转速的大幅提升有利于提高电机Neodymium Magnets的功率密度,减小设备的体积重量。因此,高速/超高速电机在军事和民用领域应用越来越广泛,已成为当今国际电工界的研究热点。

 开关磁阻电机(SRM)是近年来随着电力电子技术和控制技术的发展而逐渐完善起来的一种新型调速电机。由于SRM定转子均为凸极实心叠片结构,定子上绕有集中绕组,转子上无绕组、永磁材料及鼠笼线圈,具有结构简单坚固、成本低、可靠性高的特点,因此在许多工业调速领域获得了广泛应用。SRM的转子结构可以承受很高的机械应力,特别适合高转速要求,能适应高温等恶劣环境,在航空航天、高速加工等高速/超高速领域应用具有独特优势。

 本文主要致力于高速SRM系统的理论和应用基础研究,目标是为高速SRM的系统设计和工程应用提供较为完整的基本理论和关键技术支撑。在对前人成果的广泛了解和深入研究的基础上,本文以高速SRM电机本http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets体的多参数综合设计、功率变换器主电路、专用集成电路等核心关键技术为突破口,对高速SRM在机理研究、样机研制、实验研究和工程应用中存在的关键技术难题进行了系统研究,建立了高速SRM研究与实验的技术平台。

 针对高速SRM的运行特点,本文在常规SRM的电磁设计流程的基础上,基于电磁、铁损、应力、转子振动等多物理场的有限元计算,构建了包括电磁设计、损耗计算、结构应力分析、转子动力学分析在内的高速SRM电机本体的多参数综合设计方法,成功研制了三种高速SRM实验样机,为高速SRM的电机本体设计奠定了理论基础。结合高速SRM样机的研究与实验需要,本文还对高速SRM的电磁性能优化、转子结构应力及动力学性能分析、铁损及风阻损耗计算等关键技术进行了理论和实验研究。

 分析了不对称半桥式主电路、裂相式主电路等典型SRM功率变换器主电路的优缺点,对适合于高速SRM的功率变换器主电路拓扑进行了探讨,分析了典型功率变换器主电路拓扑对SRM换相性能的影响,并对传统的双开关式不对称半桥主电路进行了改进,提出了一种可提高电机换相性能的三开关式不对称半桥主电路拓扑,并在一台SRM实验样机上,对双开关式主电路和三开关式主电路进行仿真分析和对比实验。

 成功研制了国内第一片SRM控制专用集成电路SR3P10K07A,介绍了SR3P10K07A的设计思路和设计过程,较为详细的介绍了该芯片中各功能模块的实现算法,并基于硬件电路对该芯片进行了逻辑功能验证。基于SR3P10K07A,本课题还设计制作了通用的SRM数字控制器,并在多台高速SRM样机中获得了成功应用。

 此外,本文分别对三种高速SRM样机进行了实验研究和工程应用。其中,样机Ⅰ的最高转速达到了136,000r/min,成功实现了该样机的超高速运行;作为高速原动机,样机Ⅰ还在南京航空航天大学微型发动机研究所开发的气浮轴承性能测试平台中获得了成功应用;对分别采用常规凸极转子和圆柱复合型转子这两种不同转子结构的样机Ⅱ进行了空载实验,对比了两种转子结构的风阻损耗;样机Ⅲ在常州新罗特数控机械有限公司生产的NRT40M高速数控模具雕刻机上进行了成功应用。
学位年度:2009

超高强度Cu-Cr系原位复合材料的研究

题名:超高强度Cu-Cr系原位复合材料的研究
作者:陈小红
学位授予单位:西安理工大学
关键词:原位复合材料;;抗拉强度;;导电性;;热稳定性;;界面微观组织;;界面结合因子
摘要:

 高脉冲强磁场技术和高速电气化铁路的发展,对磁场导体和电力接触线材料的性能提出了新的要求,需要高强度、高导电性和高导热性的材料,本文开发出的Cu-Cr系原位形变复合材料可以满足上述材料的性能要求。本文采用感应加Neodymium Magnets热熔炼、旋转锻、线拉变形及中间热处理制备了Cu-15Cr-0.1Zr、Cu-15Cr-0.2Zr、Cu-15Cr-0.1Zr-RE三种形变原位复合材料,借助扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)高分辨电镜(HREM)和抗拉强度测试、导电率测试等手段研究了合金化元素Zr、微量的RE元素、应变量、中间退火工艺等对合金组织和性能的影响。以余氏固体与分子经验电子理论和程氏改进的TFD理论为基础,通过对原位复合材料中纤维相和界面的研究,进一步阐释了界面结合因子与界面性能的的关系。主要的研究结果如下：

 采用冷变形结合中间热处理技术研制出新的具有超高强度、高导电、高热稳定性的Cu-15Cr-0.1Zr和Cu-10Cr-0.1Zr原位复合材料,应变量η=6.43时,材料的强度／导电率分别为：1212MPa/71.5%IACS,1096MPa/76.3%IACS,抗软化温度均达550℃。

 合金元素Zr的加入促进Cr的析出,保持了微合金化Cu-15Cr复合材料的高导电性；添加0.1wt%Zr可使Cu-15Cr-0.1Zr的抗拉强度提高约15%；同时,Zr的加入使复合材料的抗软化温度提高了50℃左右。在Cu-15Cr-0.1Zr合金中加入微量的RE会使合金的导电性略有提高,但强度降低。

 合金的铸态组织由Cu基体、粗大的Cr枝晶、少量的Cu-Cr共晶组成。在冷拉拔过程中,热锻并经固溶处理后的Cr相沿拉拔http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets方向伸长,在较低的应变量下纤维保持着与铸态树枝晶相同的bcc单晶结构,在较高的应变量下,单根Cr纤维被分隔为一些由亚晶界组成的亚结构,相邻亚晶的偏差角在5°～30°之间。随着应变量的增大,逐渐形成横截面为弯曲薄片状的Cr纤维,对界面的观察发现,Cu/Cr界面在η=6.43条件下显示完全共格或波纹图衬度。

 对两次中间退火制备的Cu-15Cr-0.1Zr合金的研究发现,中间退火在不严重影响材料强度的同时显著提高了材料的导电率。第一次中间退火对合金的最终性能起关键作用。拉拔至最终尺寸时,第一次中间退火温度为450℃的合金能获得最好的抗拉强度。第一次中间退火温度为500℃的合金能获得最好的导电性能。

 测定了形变Cu-Cr原位复合材料的强度并分析其强化机理,认为是界面作用的结果。可用几何协调位错强化模型和界面位错源强化模型描述。

 对Cu-15Cr-0.1Zr合金的热稳定性研究表明：合金的抗软化温度达到了550℃左右,满足性能指标。合金在400℃～600℃退火,导电率随着退火温度的升高逐渐增大,在600℃达到最大值(约78%IACS),并随着退火温度的继续升高迅速下降。在不同的温度条件下,研究大变形Cu-15Cr-0.1Zr原位复合材料中Cr纤维的断裂行为。用SEM及TEM观察了Cr纤维形态的变化,测定了Cr纤维的断开直径,并进行了数值模拟。观察结果显示,纤维高温下断裂过程是逐步形成空洞、纵向开裂、柱状化、断开和球化。模拟结果表明：纤维断裂受界面扩散控制,并分析了其计算模型,经比较,计算值和实验结果具有很好的一致性。

 对Cu-Cr原位复合材料中的Cu/Cr界面的界面结合因子的计算结果表明：Cu(111)／Cr(110)异相界面的电子密度差Δρ最大,同时该界面电子密度保持连续的原子状态组数σ′也大,其符合更高强度级别的强韧化。
学位年度:2009

稀土氧化物基功能陶瓷的非线性电学行为研究

题名:稀土氧化物基功能陶瓷的非线性电学行为研究
作者:李统业
学位授予单位:西南交通大学
关键词:稀土氧化物;;氧化镨;;氧化铽;;压敏电阻;;氧吸附
摘要:

 稀土元素广泛地应用于发光材料、激光材料、永磁材料、磁致冷材料、磁致伸缩材料、储氢材料、高温超导材料等高技术领域,已经引起了广泛的重视。这些功能材料都是基于稀土作为掺杂元素或者其中的复合元素,对稀土基功能材料的研究,特别是稀土基电性功能材料的研究基本上还是一个空白。本文对稀土基Neodymium Magnets陶瓷的电学性能展开了系统地研究,发现Pr6O11和Tb4O7陶瓷具有非线性电学行为,可以作为电子和电力系统的保护装置。

 第1章介绍了稀土元素的种类、基本性质和主要应用,强调了对稀土基电性功能材料研究的必要性,然后对压敏电阻的研究现状进行了综述,最后提出了本文的研究内容。

 第2章对本论文涉及的实验方法和表征手段进行了阐述。实验方法方面,详细描述了本论文所采用的传统陶瓷制备工艺技术。表征手段方面,对微结构、缺陷能级和晶界势垒参数的分析过程进行了介绍。

 第3章对纯氧化镨陶瓷的微结构和电学性能进行了系统地研究。当烧结温度为600℃时开始出现非线性电学特性,烧结温度超过1000℃时氧化镨陶瓷的相对密度才有明显的提高。交流阻抗分析表明在陶瓷晶界处存在晶界高阻层。鉴于在晶界处没有偏析相,提出晶界高阻层起源于晶界势垒。通过不同温度下测量的伏安特性曲线,证明了双肖特基势垒的存在,并计算了晶界势垒参数。氧化镨具有OSC(氧存储)特性,在升温过程中释放氧,在降温过程中吸收氧。我们认为晶界势垒起源于降温过程中的氧吸附,并且此观点得到了AES深度分析的支持。根据Gupta和Carlson提出的ZnO压敏http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets电阻的缺陷势垒模型,提出了修正的缺陷势垒模型用来解释氧化镨晶界势垒的形成,在耗尽层内存在VO*和VO**。两种类型的施主缺陷。与ZnO具有过量的填隙锌离子不同的是氧化镨是氧空位型的n型半导体,因此氧化镨压敏电阻具有优良的电学稳定性和抗老化能力。

 第4章利用液相烧结和替代反应的方法对氧化镨陶瓷进行了致密化研究。Bi203在烧结过程中能够形成液相偏析于晶界区域促进了陶瓷的烧结性,CuO和ZnO能够替代氧化镨晶格中的镨离子,产生的缺陷促进了烧结过程中的体扩散和晶界扩散,从而提高了氧化镨陶瓷的致密度。提出除了离子半径,化学键类型也是影响替代反应的重要因素。

 第5章对氧化铽陶瓷的非线性电学行为和导电机理进行了研究。氧化铽压敏电阻具有较低的压敏电压,同时表现出优良的介电性能和能量吸收能力,可以应用于微电子电路的过压保护。结合不同气氛处理的氧化铽陶瓷的晶界势垒参数,我们认为氧化铽压敏电阻和氧化镨压敏电阻一样,其非线性也是起源于晶界氧吸附。

 第6章制备了Tb系ZnO压敏电阻和ZnO-Pr6O11复合压敏电阻。与Pr6O11一样,Tb4O7对ZnO压敏电阻非线性的产生有关键的作用。根据氧化镨和氧化铽的共性,我们认为Tb系ZnO压敏电阻的非线性应该与Tb4O7的氧存储特性有关,有必要作进一步的研究。制备的ZnO-Pr6O11复合压敏电阻具有在1.5～26.9范围内的非线性系数和在26～829V／mm范围内的压敏电压,因此可以通过改变复合陶瓷的成分获得满足不同实际需要的压敏电阻。此外,还给出了稀土氧化物线性电阻的实验数据。
学位年度:2009

高温超导磁悬浮三维理论模型及其数值计算研究

题名:高温超导磁悬浮三维理论模型及其数值计算研究
作者:马光同
学位授予单位:西南交通大学
关键词:高温超导体;;磁悬浮;;三维理论模型;;有限元;;预处理共轭梯度法
摘要:

 虽然高温超导磁悬浮的理论研究已突破二维或轴对称情形的局限,逐步向更接近实际情况的三维情形靠拢,但目前的三维理论模型或者忽略高温超导体的电磁各向异性或者对其作过多的简化处理,导致模型对高温超导体电磁特性的描Neodymium Magnets述不够。因此,高温超导磁悬浮的理论研究还有待进一步完善。

 本文从Maxwell方程组和高温超导体电阻率的各向异性出发,结合高温超导体的电磁本构关系,以矢量电位为状态变量,建立了考虑高温超导体电各向异性现象的三维电磁场控制方程。为研究运动状态下高温超导体的热磁耦合问题,给出了高温超导体的温度场控制方程。在数值实现方法上,分别采用Galerkin有限元和Crank-Nicolson-θ有限差分格式对控制方程进行空间离散和时间离散。此外,为模拟永磁轨道中相邻永磁体之间的缝隙引起的外场沿纵向的不均匀性,采用面电流模型建立了永磁轨道磁场的三维解析模型。

 在对模型的验证方面,详细比较讨论了不同运动模式下的数值计算结果与实验测试结果,具体包括竖直运动下平移对称场中的零场冷、场冷悬浮与悬挂三种情形以及轴对称场中零场冷情形；横向运动下场冷悬浮、悬浮高度等于场冷高度与悬挂三种情形；纵向运动下悬浮力随运动时间的变化关系。结果表明本文提出的三维理论模型可以很好地反映高温超导体与外场的电磁作用力。在此基础上,理论http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets研究了三维运动下高温超导块材的磁悬浮特性。

 对于竖直运动,首先分析了工作条件、外场结构、材料性能与几何尺寸等影响因素对悬浮力的作用规律,接着讨论了悬浮力的弛豫特性及其影响因素的作用规律,得出提高块材的材料性能或降低温度,既可显著提高悬浮力,也能有效抑制甚至避免悬浮力弛豫衰减的结论,最后从理论上证实了预载可以有效地抑制悬浮力的弛豫衰减,是提高系统悬浮稳定性的一种有效手段。

 对于横向运动,首先分析了工作条件、最大横向位移、材料性能与几何尺寸等影响因素对电磁力的作用规律,接着讨论了高温超导体的临界场冷高度问题,发现随着悬浮高度的增加、材料性能的提高或者温度的降低,临界场冷高度是逐渐降低的,随后提出了用于研究悬浮体横向可恢复特性的最小能量法,最后就连续横向运动过程中不同条件下悬浮力和导向力随横向运动次数的变化规律进行了深入分析,并从理论上证实预载能够有效地抑制横向运动引起的悬浮力衰减。

 对于纵向运动,分为磁悬浮发射和磁悬浮轨道交通两种应用。就磁悬浮发射应用而言,研究的内容包括轨道缝隙、出口速度和温度对悬浮力的影响规律以及不同出口速度和温度下块材内最大温升的变化规律；就轨道交通应用而言,研究了不同场冷高度、悬浮高度、运动速度和温度下运动过程中悬浮力的变化规律,分析了运动速度和温度对块材内部最大温升的影响规律。研究结果表明,对于任何一种应用,降低块材的温度,都能起到抑制悬浮力衰减和减小温升的作用。此外,研究中还发现,悬浮体的阻浮比很小,这对高温超导磁悬浮技术应用于速度较高的领域是非常有利的。
学位年度:2009

永磁轨道上高温超导块材YBCO的导向性能实验与仿真研究

题名:永磁轨道上高温超导块材YBCO的导向性能实验与仿真研究
作者:秦玉洁
学位授予单位:西南交通大学
关键词:高温超导块材;;导向力;;可恢复区间;;数值计算;;网格复用
摘要:

 高温超导磁悬浮由于高温超导体自身较强的磁通钉扎特性,与其它传统的物理悬浮(如电磁悬浮等)相比,具有自稳定性好不需要任何控制、能耗低、无环境污染等十分突出的优点。因此,它除高温超导磁悬浮车之外还广泛应用于飞轮储能、电机、电流限位器和高磁场磁体等方面。自2000年首辆载人高温超导磁悬浮实验车诞生Neodymium Magnets以来,国内外对处于永磁轨道上的高温超导块材的悬浮性能进行了大量的实验研究工作,但目前有关研究的总体状况为：实验多于理论,静态多于动态,悬浮性能多于导向性能。特别是超导磁悬浮的理论研究,由于超导体E-J关系的强非线性、电磁耦合特性及其高温超导体材料复杂的各向异性都大大增加了以YBCO块材为代表的高温超导磁悬浮系统磁悬浮数值计算的难度。

 对高温超导磁悬浮车而言,系统的导向力特性关系着整个车系统的侧向稳定性,所以开展导向性能的研究无论从理论分析上还是在实际应用中,都有其重要的意义。本文针对高温超导块材／永磁轨道组成的悬浮系统,对系统的导向性能分别从实验和理论上进行了深入研究。在已经建立的求解高温超导块材磁悬浮力特性的三维数值模型的基础上,采用网格复用(用剖分超导体求解区域的网格节点来模拟超导体内钉扎中心)来模拟高温超导块材在场冷情况下磁通钉扎特性。对于采用有限元技术剖分的求解区域,当求解区域处于高温超导体内部时,判断剖分的节点是否为高温超导块材内部节点,如果是内部节点,则在形成初始单元刚度矩阵时,强制赋予该节点处待求磁场初值为场冷高度http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets时的外磁场值。通过这种网格复用的技术,用内部剖分节点模拟高温超导块材内部的缺陷(钉扎中心),从而达到模拟场冷时高温超导块材的磁通钉扎特性,即处理了场冷的情况。利用FORTRAN平台实现了编程。然后通过仿真计算与实验结果进行比较,证明了此算法的可靠性。

 在对高温超导块材电磁场分析的基础上,使用数值计算与实验相结合的方法,研究了高温超导块材在不同外场下的导向力特性。首先,通过建立由场冷高度与工作高度构成的空间矩阵列,用数值计算全面地研究不同轨道外场(单峰磁场分布和多峰磁场分布)下同一场冷高度不同工作高度、不同场冷高度下同一工作高度处的导向力和水平位移之间的关系；导向力磁滞回线和场冷高度、工作高度之间的关系,计算结果表明：由于外场结构的不同,导向力特性在变化趋势大致相同的情况下也表现出了不同的一面；同一条件下,多峰轨道下块材的导向力变化更复杂。然后通过实验研究了不同外场下高温超导块材的可恢复区间与场冷高度、工作高度等之间的关系,指出块材的可恢复区间不是与导向力的大小或导向力的磁滞简单地成比例关系,而是与外场结构、场冷高度、工作高度以及块材的大小和形状都密切相关,在相同条件下(场冷高度、工作高度、块材的大小、形状及籽晶数等)块材在以铁聚磁的单峰轨道上的可恢复区间优于以永磁聚磁的多峰轨道。在此基础上,提出了几种如何增大可恢复区间的方法,以提高系统稳定性。同时实验研究了水平偏移过程中悬浮力和导向力随时间变化快慢的情况,以及速度对力随时间变化的影响,研究表明,在水平偏移过程中,悬浮力随时间的变化较导向力随时间的变化要大；测试速度对力随时间的变化几乎没有实质的影响。最后,在前面研究的基础上,考虑高温超导磁悬浮车系统在实际运行时由于某种原因导致车体暂时离开当前的平衡位置而漂移到另一位置并且达到某种新的平衡态的情况,进一步数值研究了高温超导块材相对于轨道空间运动时的悬浮力、导向力的变化。论文从最简单的直线通过路径出发,研究了不同外场下不同通过曲线时块材的悬浮特性,特别是对块材的空间路径为二次抛物曲线时的悬浮特性进行了详细的研究,研究表明,在不同曲线通过路径下,导向力的路径相关性很小,其大小主要依靠场冷的高度,而悬浮力在不同曲线下的变化很大。这一研究结果为高温超导磁悬浮车的实用化提供了一定的理论依据。
学位年度:2009

低维磁性体系的结构与磁性研究

题名:低维磁性体系的结构与磁性研究
作者:魏大海
学位授予单位:复旦大学
关键词:纳米微结构:5238,泊松系数:4298,原子层:3289,低维:3013,磁性研究:2971,磁性体系:2647,晶格常数:1929,原子链:1586,本征性质:1376,室温:1296,自组织生长:1072,铁磁相变:1061,层间距:1051,磁各向异性:1025,衬底:918,自组装:907,纳米尺度:820,STM:780,磁性的:752,磁性测量:751
摘要:

 近年以来,薄膜磁学和自旋电子学迅速发展并逐渐走向应用。其中最关键和需要解决的问题就是如何制备出所需的磁性纳米微结构Neodymium Magnets并对其进行表征,以及如何对磁性结构的性质进行调控使其满足需求。本论文研究了以下方面:1.Pd(110)衬底上单原子链的制备中的原子置换和成分表征;2.Fe/Cu(001)体系中界面互混与其结构、磁性的关联;3.fcc结构Fe晶格调控以及反常的负泊松系数;4利用层间耦合对Ni的磁各向异性的调节,具体如下:

 1.室温下Pd(110)衬底上沉积3d过渡金属原子可以自组织生长成单原子链。我们对原子链进行了低温STM/STS测量。通过原子链和低温生长获得的短链的STS谱线对比,发现室温沉积制备出来的为纯Pd原子链。在自组织生长过程中,沉积原子与衬底Pd的原子置换优先与表面原子扩散、富集,从而导致形成Pd链。这一结果澄清了该体系中原子链的构成,展示了原子尺度化学元素的分辨,对原子链的自组装生长也有积极的指导意义。

 2.室温下生长的Fe/Cu(001)界面存在Fe-Cu互混。通过控制初始2.5ML re的生长温度,我们控制了界面处的互混程度,研究结果表明该体系中存在的界面Fe-Cu互混并不影响Fe的结构和磁性。从而排除了界面互混导致http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets室温与低温生长Fe/Cu(001)差异的可能性,证实了室温生长Fe在4-10ML区域存在的fcc反铁磁相是其本征性质,而非互混所诱导的。结合STM的实验结果,进一步结合STM的结果,我们认为二者差异来源于温度导致的fcc相稳定性的降低。

 3.利用晶格梯度衬底调节了3ML Fe的面内晶格常数,我们发现Fe随着面内的拉伸增大,在磁性上其磁化强度保持恒定,而居里温度降低;而结构上纵向晶格随着面内拉伸进一步膨胀,具有-55%的泊松系数。这一反常性质源于Fe的结构和磁性关联,磁电容积效应使得Fe倾向于体积的膨胀。当样品被加热到居里温度以上变成顺磁体,纵向晶格膨胀消失,泊松系数变回正值22%。

 4.研究了外延生长的Ni/Cu/Co三明治结构中Ni的磁各向异性随着Cu厚度的变化。磁光克尔效应测量结果显示Ni磁各向异性随Cu厚度而振荡。通过该振荡与Ni、Co之间层间耦合类型的对比,我们证实了层间耦合调节了Ni的各向异性并导致其振荡。
学位年度:2009

变速直驱开关磁阻风力发电机输出功率控制

题名:变速直驱开关磁阻风力发电机输出功率控制
作者:熊立新
学位授予单位:山东大学
关键词:开关磁阻发电机;;风力发电;;最大输出功率;;最大风能跟踪;;自动改变步长;;建模和仿真;;现场实现
摘要:

 作为一种可再生无污染的新型能源,风能的利用日益得到重视,风力发电技术也成为各国学者研究的热点。发电机作为风力发电系统的关键组成部分,直接影响到整个系统的性能。目前现场使用的风力发电机可分为异步发电机、双馈异步发电机和同步发电机。异步发电机的发电转速近似于恒定值,风速变化时转速不变使Neodymium Magnets得风能利用效率不能保持最优值。另外由于风力机转速较低,异步发电机的运行转速较高,因此需要在风力机和发电机间安装增速齿轮箱,由此带来了额外的功率损失,而且增速齿轮箱造价昂贵,维护保养工作量大,影响系统的可靠性。双馈异步发电机虽然可以随着风速的变化改变转速,提高风能利用效率,但电机结构复杂、变速范围小、低速时发电效率低,因此仍然需要使用增速齿轮箱。为省去齿轮箱,一些厂商推出了变速直驱同步发电机,包括电励磁同步发电机和永磁同步发电机两种。电励磁同步发电机存在极数多、直径大、结构复杂、制造困难等缺点,永磁同步发电机需要使用永磁材料,永磁材料价格高且高温下易退磁,影响对风能的利用。

 实现发电机的变速直驱运行是风力发电技术的一个发展趋势,为此需要研究新的发电机来进一步提高风能利用率。开关磁阻发电机(Switched ReluctanceGenerator,简称SRG)变速范围宽,低速性能好,电机损耗小,运行效率高,输出为恒压直流电,易于并网,在风力发电中应用时可省去齿轮箱,提高风能的利用率,这些特点使得SRG非常适合用到变速直驱风力发电场合中。20世纪90年代以来,开关磁阻风力发电系统已http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets经在文献中有所报道,目前这方面的研究尚处于起步阶段,大都是进行理论仿真或试验验证,对SRG的输出功率控制、开关磁阻风力发电系统的输出功率控制问题尚没有深入、系统的研究,影响了开关磁阻风力发电机的现场实用化运行。

 本文围绕开关磁阻风力发电机的输出功率控制技术,展开了较为全面的从理论到实践、从仿真到试验的研究和探索,主要内容有以下几条:

 1、对目前国内外风力发电机的研究现状进行了分析总结,探讨了开关磁阻发电机在风力发电场合中应用的可能性,并提出了SRG相比于其它发电机的优势,阐述了研究开关磁阻风力发电技术的意义。

 2、提出了开关磁阻发电机输出功率的控制原则。目前国内外对开关磁阻发电机的研究多集中在SRG的控制方法上,对SRG输出功率与控制参数的关系尚未有系统研究。本文基于开关磁阻发电机的线性模型推导了SRG输出功率与控制参数的数学关系,在MATLAB中建立了模型,对影响开关磁阻发电机输出功率的控制参数进行了逐一仿真分析,提出了SRG输出功率的控制原则。

 3、提出了一种自动改变步长的功率扰动控制方法来实现开关磁阻风力发电系统的最大风能跟踪。目前应用在开关磁阻风力发电系统的最大风能跟踪方法主要有风速跟踪控制方法和转速反馈控制方法,这两种方法都需要明确知道风力机的功率特性,风速跟踪控制方法还需要安装风速测量装置,影响系统长期运行的可靠性。本文提出了一种自动改变步长的功率扰动控制方法来跟踪风能变化,使用时无需安装风速测量装置,也无需知道风力机机械参数,实现了风力机和发电机间的解耦控制,并能提高系统对风能的利用率。

 4、建立了开关磁阻风力发电系统的仿真模型。为了更好的对开关磁阻风力发电系统的控制方法进行研究分析,在MATLAB中建立了开关磁阻风力发电系统的模型,对最大风能跟踪方法的使用效果进行综合的衡量比较,证明了自动改变步长的功率扰动控制方法跟踪效果明显优于定步长的功率扰动控制方法。

 5、设计开发了开关磁阻发电机控制器。开关磁阻电机是典型的机电一体化的产品,必须使用控制器才能完成电机的励磁、发电运行。本文基于三相不对称半桥电路设计了SRG控制器,实现了电流信号、电压信号、定转子位置信号的采集与处理,使用DSP芯片做核心CPU,完成对电机的控制。

 6、建立了开关磁阻风力发电系统的模拟试验平台。由于风能具有不确定性,进行现场试验会受诸多条件的制约。为了在试验室中更好的模拟风力发电现场的运行情况,本文建立了开关磁阻风力发电系统的模拟试验平台。使用直流电动机做原动机,使用PC机和直流电动机控制器模拟风能变化情况,在PC机上输入欲模拟的风速曲线,通过直流电动机控制器对直流机进行控制,使整个系统的运行特性能够模拟风力发电现场。

 7、为了验证开关磁阻风力发电系统的实际可行性,本文设计了一套10kW开关磁阻风力发电装置并投入到现场运行,通过现场试验进一步验证了本文提出的控制理论和控制方法的正确性,并给出了部分现场数据。

 仿真及试验证明本文提出的开关磁阻发电机输出功率的控制原则是正确的,使用本文提出的自动改变步长的功率扰动控制方法可以跟踪风速变化,输出最大功率,该控制方法不需要明确知道风力机的机械参数,也无需测量风速,易于工程实现。现场应用表明开关磁阻风力发电机的起动风速低,风能利用范围宽,可以实现变速直驱运行,开关磁阻风力发电技术的推广应用对于今后风力发电技术的发展具有十分重要的意义。
学位年度:2009

Mg-doped Ln (Fe, Co) O_3 gas-sensing properties of materials and LaFeO_3 first-principles electronic structure study

Title: Mg-doped Ln (Fe, Co) O_3 gas-sensing properties of materials and LaFeO_3 first-principles electronic structure studyAuthor: Liu XingDegree-granting units: Shandong UniversityKeywords: semiconductor;; perovskite;; sol-gel method;; gas properties;; first-principlesSummary:Perovskite-type oxides LnTO_3 (Ln is rare earth, T is the transition metal elements) is an important class of functional materials. Their functional properties through changing the Ln, T-bit to control the elements, but also by Ln, T-bit to control the doping elements. Doped LnTO_3 material not only remained stable perovskite structure, and gas-sensing properties of doped materials, catalytic properties and electrical conductivity have been greatly improved. Magnetic lifter Therefore, their research has important theoretical significance and practical value.People often through the use of low-cost elements such as cation Ca, Sr, Ba, Pb, etc. to the partial substitution of La LaFeO_3 location or Cu, Co, Ni, Mn, etc. to replace the position of Fe to improve their gas sensitivity. Mg and Ca, Sr, Ba, Pb in the same main group, but on the Mg-doped materials for LnFeO_3 gas sensitivity study has not been reported, while the crystals on the Mg in LnTO_3 also controversial alternative location. Some people think that the location of Mg can replace Ln, while others believe that Mg is not a substitute Ln bit can only replace T's position. This article by Sol-Gel Synthesis of Mg-doped LnFeO_3 and LaCoO_3 series of nano-powders, and its electrical conductivity and gas sensing characteristics were studied, we believe that Fe Mg tend to occupy the position, also found that the amount of Mg-doped can improve the material's conductivity, good to improve the gas sensitivity.At present almost no field of study related to the sensing mechanism of LaFeO_3 the simulation, in order to theoretically understand it more deeply to the sensing mechanism, in the end of the paper we first-principles calculations based on simulated LaFeO_3 surface oxygen adsorption, and found that oxygen adsorption on the Fe ion plays a dominant role. In addition, we http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter also studied the electronic structure of vacancy defects on the LaFeO_3 and magnetic properties of oxygen vacancy defects can make the anti-ferromagnetic LaFeO_3 have some weak magnetism. On the calculation of Mg-doped LaFeO_3 still ongoing.This paper is mainly the following conclusions:1.Mg of LaFeO_3 doping material La_ (1-x) Mg_xFeO_3, when the Mg doping x less than 0.1, the only image in the XRD of the characteristics of perovskite diffraction peaks can be seen. When the Mg-doping x is greater than equal to 0.2, in addition to the perovskite phase peaks also appeared MgFe_2O_4 outside the peak, and MgFe_2O_4 peak intensity increases with the amount of Mg doping is enhanced. This shows that the Fe-Mg tend to occupy the position. When x <0.1, when, La_ (1-x) Mg_xFeO_3 resistance by the [V_ (La) ~ x] and [Mg_ (Fe) ~ x] defects and oxygen vacancy defects in the common decision. Then the resistance ratio LaFeO_3 resistance is much smaller. When x> 0.1, due to the emergence of the samples p-La_ (1-x) Mg_yFe_ (1-y) O_3/n-Mg_zFe_ (1-z) Fe_2O_4 heterogeneous section, making La_ (1-x) Mg_xFeO_3 gas components of the resistance as x increases and exceeds LaFeO_3 resistance.Amount of Mg-doped LaFeO_3 response to ethanol and methane is much larger than the value of undoped LaFeO_3. One La_ (0.92) Mg_ (0.08) FeO_3-based gas sensor for alcohol showed an excellent response and selectivity, the response value as the gas concentration increases, the working temperature as the concentration increases. With the growth of carbon chain gas molecules, the response value becomes large. This is because the gas molecules of the steric effect and electron donor effect of the adsorption of gas molecules that affect the two main factors; La_ (0.9) Mg_ (0.1) FeO_3-based gas sensor for methane gas of a good performance and stability, also have relatively low operating temperature (200 ℃).2.LaMg_xFe_ (1-x) O_3 (x = 0,0.1,0.2,0.3) ultra-fine powder solid solution by the sol - gel method of preparation, and then four hours after 800 ℃ calcination. When the Mg content is less than equal to 0.2, you can get single-phase perovskite structure. Crystals is due to a larger perturbation Mg ~ (2 +) and octahedral deformation of Fe ~ (4 +) ion-induced. This material shows that the nature of P-type semiconductor. Compensation and compensation for electricity combined effects of oxygen vacancies leads to the resistance of Mg-doped LaFeO_3 reduced. But for x> 0.1 sample, its resistance increases as the amount of Mg doping increases, which is due to the increase in the amount of Mg-doped with oxygen vacancies increase, leading to enhanced oxygen vacancy compensation effect. One LaMg_ (0.1) Fe_ (0.9) O_3-based gas sensor for ethanol showed higher response and better selectivity. LaMg_ (0.1) Fe_ (0.9) O_3-based gas sensor conductance in ethanol gas - temperature curve with air and other gases in the very different. In ethanol gas, as the temperature rose from 130 ℃ 200 ℃, the conductance will decrease. But in the air and other gases, its conductivity has been elevated. This indicates that at about 200 ℃, in air and ethanol gas will reach the maximum conductivity is poor, thus the maximum response value.3 with 10% of Mg on LnFeO_3 (Ln = Nd, Sm, Gd, Dy) doped, the prepared materials are orthogonal perovskite structure. In these materials, SmFe_ (0.9) Mg_ (0.1) O_3-based gas-sensing material for ethanol response, the best selectivity. The reason has not been well understood, one possible explanation is that due to the number of oxygen vacancies. In the preparation process, as Ln / Fe molar ratio may deviate from the chemical formula, they will lose in the unit cell of the vertex atoms of metal vacancies. In order to maintain charge balance, oxygen vacancies will be produced, leading to an increase in oxygen absorption. The results show that when Ln = Sm, in the crystal caused by the highest concentration of oxygen vacancies. Therefore, since SmFe_ (0.9) Mg_ (0.1) O_3-based gas sensor has the maximum number of oxygen surface adsorption sites, making it the highest response. Sensing mechanism is working in a specific temperature gas adsorption between oxygen and ethanol, the catalytic reaction.We studied the sintering temperature on structure and properties of materials, and found that samples sintered at 800 ℃ showed the best sensing properties. For 200 ppm of ethanol gas, 600 ℃ calcined samples at 300 ℃ is to achieve the maximum response of only 12.3. When the sintering temperature from 600 ℃ to rise to 800 ℃, the maximum response value increased to 109.6, its operating temperature down to 200 ℃. When the sintering temperature rose to 900 ℃, the maximum response reduced the value of 56.4. This perovskite material gas of the Fe-O bond is strong and relevant, the weaker the bond strength, the better gas. We calculated the average of the crystal (Fe / Mg)-O bond length, 800 ℃ sintered samples with the longest (Fe / Mg)-O bond, bond strength and thus its weakest, showing the best gas of.4.SmFe_ (1-x) Mg_xO_3 nanopowder in x <0.3, when the formation of solid solution with orthogonal perovskite structure. SmFeO_3 Mg doping can reduce the average particle size, can reduce the SmFe_ (1-x) Mg_xO_3 resistance, electrical conductivity of the energy barrier with the Mg doping increases. One SmFe_ (0.9) Mg_ (0.1) O_3-based gas sensor for acetone gas best gas sensitivity of 300 ppm acetone gas reached 260 ℃, the highest response value 353. Acetone vapor adsorption and chemical reaction of oxygen throughout the following CH_3COCH_3 (gas) + O ~ - → CH_3C ~ + O + CH_3O ~ - + e ~-CH_3C ~ + O → C ~ + H_3 + COCO + O ~ - → CO_2 + e ~ -5 of LaCo_ (1-x) Mg_xO_3 (x = 0,0.1,0.2,0.3) compound powder study found that when x ≤ 0.1 when orthogonal perovskite structure, and because Mg ~ (2 +) radius (0.72 A) is greater than the Co ~ (3 +) (0.61 A), makes the larger unit cell volume. When x> 0.1 when the cubic structure by Mg ~ (2 +) on the Co ~ (3 +) alternative, oxygen vacancies will have to make some of the unit cell volume decreases slightly. At the same time, also contributed to the generation of oxygen vacancies by the oblique hexahedral cubic perovskite to perovskite structure. LaCo_ (1-x) Mg_xO_3 material shows the characteristics of p-type semiconductor, the resistance of gas sensor depends on the price compensation and oxygen vacancy compensation. LaCo_ (0.8) Mg_ (0.2) O_3-based ethanol gas sensor shows good gas sensitivity and selectivity, the concentration of ethanol gas to meet its corresponding resistance R = kC_ (C_2H_5OH) ~ α formula, and α = 1.03 value to the great LaCoO_3. In addition, we found that LaCo_ (0.7) Mg_ (0.3) O_3-based gas sensor for CO also has a higher response, and has a wide operating temperature range.6 with the first-principles calculations based on density functional method of LaFeO_3 (0 1 0) surface and oxygen adsorbed on its surface. LaFeO_3 (0 1 0) surface of the surface states in the vicinity of the Fermi level, composed mainly by Fe3d track. Oxygen adsorption on the surface of Fe ions play a dominant role. The adsorbed oxygen on the Fe ion in La and O ions than on the more stable adsorption to the adsorption of oxygen on the surface of the Fe ions into the key mechanism is the O2p and Fe 3d orbitals of the strong interaction. In addition, our calculation of the surface oxygen molecules in LaFeO_3 (0 1 0) surface, no direct dissociation. This indicates that LaFeO_3 (0 1 0) surface, dissociation of oxygen molecules are chemisorbed - precursor mechanism.7 calculated using first-principles study of vacancy defects LaFeO_3 electronic structure and ferromagnetism. The results show that the net magnetic moment of O2 vacancies up to 5.96μ_B, O1 and La vacancies have little net magnetic moment, respectively 0.12μ_B and 0.84μ_B, at the O2 vacancies LaFeO_3 in the net magnetic moment is not only the largest, and its density of states at the Fermi level also shows a half-metallic density of states features. From the spin density distribution, in the La vacancy at O1 and did not find the spin density, and in the space at the O2 spin density was found. O2 vacancies LaFeO_3 ferromagnetic model can be used to explain the F center.In short, through the Mg-doped LnFeO_3 and LaCoO_3 series of materials research, we found that the amount of Mg doping can improve their good electrical conductivity and gas sensitivity. System had a series of simple preparation, low cost, high response, fast response and good selectivity and very promising ethanol, carbon monoxide and acetone gas sensors. In addition to the LaFeO_3 and simulation of oxygen adsorption from the microscopic point of view we learn more about material properties and sensing mechanism for exploring new gas sensing materials provide a theoretical basis and guidance.Degree Year: 2009