稀土掺杂锶铝硅系发光微晶玻璃的研究

题名:稀土掺杂锶铝硅系发光微晶玻璃的研究
作者:王倩
学位授予单位:武汉理工大学
关键词:稀土掺杂;;锶铝硅微晶玻璃;;析晶;;发光性能;;LED
摘要:
 以大功率白光发光二极管(light emitting diode, LED)器件为核心的半导体照明技术以其具有发光效率高、寿命长、节能环保、体积小等优点,在生产生活中具有广泛的应用前景,并有望作为固体光源来替代传统照明。目前LED器件主要是由涂敷环氧树脂与荧光粉的混合体对LED芯片进行封装,在实际应用中存在荧光粉老化、Neodymium magnets亮度下降、环氧树脂导热差、老化变色、寿命缩短等问题,严重影响了白光LED的发光效率和使用寿命。因此本课题采用微晶玻璃作为基质材料,将稀土氧化物掺杂其中,来寻求一种新型的高显色性、耐高温、耐腐蚀、抗老化的发光材料。
 实验制备了一系列Sm3+、Tb3+、Ce3+单掺以及双掺的SrO-Al2O3-SiO2(SAS)发光玻璃及微晶玻璃,通过调整SrO、Al2O3、晶核剂以及稀土氧化物的相对含量,优化热处理制度,利用XRD、SEM、荧光光谱等测试手段,研究了基础玻璃组成、热处理制度、稀土氧化物种类与浓度等对SAS微晶玻璃析晶行为及发光性能的影响。结果表明：
 1.得到的SAS微晶玻璃的主晶相为颗粒状单斜锶长石(SrAl2Si2O8),当SrO:Al2O3=10：7,TiO2：ZrO2=3：1(wt%)时,可以形成析晶情况及发光性能良好的微晶玻璃；
 2.相比核化温度,晶化温度对析晶行为及发光性能的影响较大,随着晶化温度升高,微晶玻璃内部晶粒尺寸增加,析晶率增大,发光强度提高；
 3.Sm3+掺杂的SAS微晶玻璃在405nm紫光或475nm蓝光的激发下在565nm、605 nm、650 nm和715nm处发射绿光和橙红光,分别对应Sm3+的4G5/2→6Hj/2(j=5,7,9,11)跃迁,随着Sm3+浓度从0.05 mol%增加到0.15 mol%,发射强度逐渐增强；
 4.Tb3+掺杂的SAS微晶玻璃在376nm紫外光激发下在489nm、547nm、588nm和623nm处有分别对应于Tb3+5D4→7Fj(j=6,5,4,3)跃迁的特征发射峰,分别发射蓝光、绿光、黄光和红光,能实现白光发射。随着热处理温度的升高,样品光色在色度图上由蓝光与白光交界处向中心白光移动,当核化温度为950℃,晶化温度为1150℃(各保温3小时)时,样品最接近中心白光,但是色温相对偏高；
 5.Ce3+掺杂的SAS微晶玻璃除了在475nm的蓝光激发下发出红光外,在245nm-300nm宽广的紫外区间内的任何波长激发Ce3+,在420nm-480nm区域内都有很强的蓝光发射。随着热处理温度和掺杂浓度的提高,发光强http://www.chinamagnets.biz/Neodymium/Ball-Neodymium-Magnets.php度逐渐增大,当Ce3+浓度增加到0.15mol%时,发生浓度猝灭；
 6.Sm3+与Tb3+双掺的SAS微晶玻璃在478nm-485nm范围内可以同时被激发,共同体现Sm3+和Tb3+的发射峰。Tb3+离子对Sm3+存在着敏化作用,能加强Sm3+的发光。当Sm3+：Tb3+=1：1(mol%)时,样品的整体发光强度最高；当Sm3+：Tb3+=1：2/1：3(mol%)时,能实现白光发射,且比单掺Tb3+的样品色温更低,更靠近中心白光,当Sm3+：Tb3+=1：2(mol%)时,总体发光效果最好,此时色坐标为(0.344,0.298),有望应用于白光LED器件。
学位年度:2010

Eu~（3+）、Li~+共掺杂ZnO薄膜结构与性质的研究

题名:Eu~（3+）、Li~+共掺杂ZnO薄膜结构与性质的研究
作者:解晓君
学位授予单位:曲阜师范大学
关键词:ZnO:Eu~(3+),Li~+;;脉冲激光沉积;;XRD;;光致发光
摘要:
 发光是物体将以某种方式吸收的能量转化为光辐射的过程。全固态照明光源(半导体发光二极管,简称LED)被认为是21世纪最具有发展潜力的高技术领域之一。稀土离子Eu3+是一种良好的红光发光中心,它的激发谱峰位于395 nm左右,Li+为低价电荷的补偿离子和发光敏化剂。本课题根据在ZnO基质中掺杂稀土离子Eu3+作为分立发光中Neodymium magnets心的设想,采用脉冲激光沉积(pulsed laser deposition,即PLD)薄膜外延技术,制备并初步研究了Eu3+、Li+共掺杂ZnO薄膜的结构及光学性质。
 控制Si衬底温度为400℃的情况下,调节真空室氧压分别为0Pa、2×10-2Pa、2×10-1Pa以及2×100Pa时制备ZnO:Eu3+, Li+/Si薄膜。通过X射线衍射仪和荧光分光光谱仪测试了样品的晶体结构与发光特性。XRD谱表明,Eu3+、Li+共掺杂的ZnO薄膜具有c轴择优取向,XRD谱中除ZnO晶向以外没有出现其它结晶峰,表明掺杂元素Eu3+、Li+均已进入到ZnO晶格中,形成了以Eu3+为发光中心的ZnO纤锌矿结构。当以395 nm的激发光照射样品时,在PL光谱中观察到了稀土Eu3+在594 nm、613 nm附近的特征发光峰。
 在背底真空为10-5Pa时,充入氧气,控制氧分压为2×10-1 Pa,改变衬底温度,分别在室温、100℃、200℃、300℃、400℃和500℃时,制备Eu3+、Li+共掺杂的ZnO薄膜。同样测得其XRD谱线与室温下的PL谱。分析图谱可知,稀土离子能有效掺进ZnO晶格中,得到高度c轴择优取向的单晶薄膜。温度较低时,用325 nm的激发波长激发,观察不到Eu3+的本征发光峰,ZnO与Eu3+之间没有进行有效的能量传递；但温度较http://www.chinamagnets.biz/Neodymium/Ball-Neodymium-Magnets.php高的情况下,所制备样品的PL谱中出现Eu3+的本征发光峰,分析认为是较高的温度下,Eu3+可以获得足够的迁移能进入到ZnO晶格内部,有利于从基质向稀土离子传递能量。
 当ZnO基质中掺杂离子Eu3+、Li+的掺杂浓度降低时,测得所制备样品的PL谱,Eu3+本征发光峰的强度增强,认为可能是当浓度超过某一值时发生了一定程度的猝灭。
学位年度:2010

Ni-P-PTFE复合镀层工艺及性能研究

题名:Ni-P-PTFE复合镀层工艺及性能研究
作者:王博
学位授予单位:西安理工大学
关键词:复合电镀;;Ni-P-PTFE复合镀层;;稀土元素;;电化学阻抗谱;;性能测试
摘要:
 Ni-P合金镀层以其优良的耐蚀性能、抗磨性能以及良好的可焊性,已广泛应用于化工、纺织、航空、汽车和计算机等领域。将高分子材料聚四氟乙烯(PTFE)分散到Ni-P合金镀液中可制备出Ni-P-PTFE复合镀层,该复合镀层较合金镀层具有更优良的耐腐蚀,耐磨性,独特的自润滑性,并且适用温度范围广(-250～300℃)。然而,Ni-P-PTFE复合镀层的Neodymium magnets显微组织受镀层中P含量的影响,增加P含量,耐蚀性随之增强,但亦使镀层变脆。而在电镀液中加入少量稀土化合物,可显著改善镀液的分散性和深镀能力,提高电流效率,从而获得耐蚀性能和耐磨性能更优异的复合镀层。本文主要研究工作如下：1.以分散镍磷镀液中PTFE微粒为目的,通过实验对比机械搅拌、槽式超声波和探头式超声波三种方式,考察了分散时间对粒径的影响及其分散稳定性,选择探头式超声为最佳分散方式,分散时间45 min。
 2.研究了稀土元素在Ni-P-PTFE复合电镀中的作用机制,探讨了稀土元素添加量对复合镀层的沉积速率和PTFE复合量的影响,确定了稀土的最佳添加量为1.2g／L；3.采用单因素试验方法,讨论了镀液中PTFE含量、pH、镀液温度、阴极电流密度和搅拌速度等主要工艺参数对复合镀层性能的影响。在优化工艺的基础上,确定了制备Ni-P-PTFE复合镀层的适宜电镀工艺参数：PTFE乳液加入量为10mL／L；电流密度3.5A／dm2；镀液温度70℃；搅拌速率180r/min; pH 5.0;次亚磷酸钠加入量为20g／L。镀层中PTFE的复合量可达9.32%,P含量为11.71%。SEM测试镀层表面形貌平整光滑、结构致密,PTFE微粒分散均匀。
 4.采用阳极极化曲线(Tafel曲线)和电化学阻抗谱研究了Ni-P合金镀层,Ni-P-PTFE和改性Ni-P-PTFE复合镀层在不同介质条件下的腐蚀电化学行为。结果表明,改性Ni-P-PTFE复合镀层在10%盐酸溶液中,自腐蚀电位相对于Ni-P合金镀层和Ni-P-PTFE复合镀层分别提高了316mV和84mV,自腐蚀电流密度分别降http://www.chinamagnets.biz/Neodymium/Ball-Neodymium-Magnets.php低了2个和1个数量级,镀层阻抗分别增加了7倍和4倍；在10%NaOH溶液中,自腐蚀电位分别提高了330mV和40mV,自腐蚀电流密度分别降低了2个和1个数量级,镀层阻抗分别增加了3倍和2倍。
 5.镀层耐磨性、减摩性、孔隙率、耐蚀性及结合强度测试结果表明,采用单因素试验获得的工艺参数进行复合电镀,复合镀层晶粒细小、表面光亮、平整,组织均匀致密,孔隙率明显减少,镀层结合力好。稀土加入量为1.2g／L,摩擦系数达最小值0.063。PTFE复合量在9%左右时。经稀土改性的复合镀层相对于未改性的复合镀层及Ni-P合金镀层,在不同介质环境下,均表现出了更加优异的耐腐蚀性能。
学位年度:2010

以单缺位Keggin结构阴离子为构筑块的3d-4f衍生物的合成、结构及性质研究

题名:以单缺位Keggin结构阴离子为构筑块的3d-4f衍生物的合成、结构及性质研究
作者:陈幻妮
学位授予单位:河南大学
关键词:三斜晶系:7491,Keggin:3392,空间群:2696,合成法:1915,晶体结构:1773,化合物:1660,电化学性质:1619,单斜晶系:1556,晶体学数据:1351,阴离子:1304,荧光性质:1274,稀土:1120,过渡金属:986,荷移跃迁:844,多金属氧簇:817,配位水:740,水热合成:704,八面体构型:501,磷钨酸盐:456,元素分析:454
摘要:
 本论文基于分子设计与组装的思想,结Neodymium magnets合常规水溶液合成和水热合成方法,通过调控反应条件,如pH值、反应温度、时间、反应物浓度及配比等,合成出一系列结构新颖的基于单缺位Keggin结构阴离子的3d-4f衍生物,并对化合物晶体结构、谱学性质(IR、UV)、热性质(TG)、荧光、EPR及电化学性质等进行了研究。
 (1)以单缺位Keggin结构阴离子[α-PW11O39]7为构筑块,成功地合成了两类化合物:稀土二聚衍生物(2:2型)和一维链状(1:1型)稀土衍生物,对化合物的电化学性质和热性质进行了研究。
 (2)利用水热合成方法,向单缺位Keggin结构阴离子[α-PW11O39]7-体系中引入稀土和过渡金属,得到了四个一维锯齿链状、三个二维层状和一个三维框架结构的3d-4f衍生物。
 (3)利用水热合成方法,向单缺位Keggin结构阴离子[α-SiW11O39]8-体系中引入稀土和过渡金属,得到了两个二聚结构、一个一维链状、两个二维层状和三个三维框架结构的衍生物。
 (4)合成了两个基于饱和Keggin结构阴离子的多金属氧簇化合物,对化合物的荧光性质及热性质进行了研究。化合物的组成和晶体学数据如下:
 1. [(CH3)4N]4[PW11O39H2La(H2O)4]2·3H2O:三斜晶系,P-1空间群,a = 13.5383(10) , b = 16.0687(12), c = 18.6958(13) ,α= 65.9630(10)°,β= 83.1650(10)°,γ= 83.6780(10)°, V = 3679.5(5) 3, Z = 1, R1 = 0.0589, wR 2 = 0.1447;
 2. [(CH3)4N]4[(α-PW11O39)Er(H2O)2]2.5H2O:单斜晶系,P2(1)/n空间群,a = 13.5285(10) , b = 23.8787(18) , c = 20.8672(12) ,β= 100.3590(10)°, V = 6631.1(9) 3, Z = 4, R1 = 0.0498, wR2 = 0.1265;
 3. Na3[Cu(en)2]0.5H3{[Cu(en)2]2(H2O)La[(α-PW11O39)2]}7.5H2O:三斜晶系,P-1间群,a = 15.8496(11) , b = 18.1311(13) , c = 21.0962(15) ,α= 113.7740(10)°,β= 90.9780(10)°,γ= 94.3570(10)°, V = 5524.4(7) 3, Z = 2, R1 = 0.0599, wR2 = 0.1581;
 4. Na2[Cu(en)2]0.5H4{[Cu(en)2]2(H2O)Sm[(α-PW11O39)2]}3H2O:三斜晶系,P-1空间群,a = 16.082(15) , b = 18.343(18) , c = 21.21(2) ,α= 114.22(3)°,β= 91.11(4)°,γ= 94.07(4)°, V = 5684(9) 3, Z = 2, R1 = 0.1088, wR2 = 0.2255;
 5. (enH2)2[Cu(en)2]{[Cu(en)2]1.5[Cu(en)(2,2'-bipy)]Ce[(α-PW11O39)2]}2H2O:三斜晶系,P-1空间群,a = 12.923(8) , b = 19.427(13) , c = 21.115(14) ,α= 95.816(11)°,β= 93.135(11)°,γ= 96.147(11)°, V = 5232(6) 3, Z = 2, R1 = 0.0721, wR2 = 0.1353;
 6. (enH2)2[Cu(en)2H2O]{[Cu(en)2]1.5(H2O)[Cu(en)(2,2'-bipy)]Pr[(α-PW11O39)2]} 6.5H2O:三斜晶系,P-1空间群,a = 13.0173(6) , b = 19.3803(9) , c = 21.5028(9) ,α= 96.0070(10)°,β= 95.3110(10)°,γ= 95.7130(10)°, V = 5339.0(4) 3, Z = 2, R1 = 0.0440, wR2 = 0.0866;
 7. [Cu(en)2(H2O)2][Cu(en)(2,2'-bipy)H2O]H{[Cu(en)2]2(H2O)[Cu(en)(2,2'-bipy)] Gd[(α-PW11O39)2]}6H2O:三斜晶系,P-1空间群,a = 13.7083(16) , b = 19.323(2) , c = 25.369(3) ,α= 105.421(2)°,β= 104.048(2)°,γ= 99.871(2)°, V = 6080.8(12) 3, Z = 2, R1 = 0.0639, wR2 = 0.1582;
 8. [Cu(en)2(H2O)2][Cu(en)(2,2'-bipy)(H2O)]H{[Cu(en)2]2(H2O)[Cu(en)(2,2'-bipy)]Tb[(α-PW11 O39)2]}6.5H2O:三斜晶系,P-1空间http://www.chinamagnets.biz/Neodymium/Ball-Neodymium-Magnets.php群,a = 13.7020(8) , b = 19.3240(10) , c = 25.3506(14) ,α= 105.3820(10)°,β= 104.0170(10)°,γ= 99.9580(10)°, V = 6074.0(6) 3, Z = 2, R1 = 0.0441, wR2 = 0.0827;
 9. [Cu(en)2(H2O)][Cu(en)(2,2'-bipy)(H2O)]H{[Cu(en)2]2(H2O)[Cu(en)(2,2'-bipy)] Er[(α-PW11O39)2]}7.5H2O:三斜晶系,P-1空间群,a = 13.7089(13) , b = 19.2704(18) , c = 25.333(2) ,α= 105.130(2)°,β= 104.1910(10)°,γ= 99.847(2)°, V = 6062.6(10) 3, Z = 2, R1 = 0.0381, wR2 = 0.0847;
 10. Na2[Cu(en)2]0.5H5{[(α-PW11O39)2]Nd[Cu(en)2]1.5[Cu(en)(2,2'-bipy)]}:三斜晶系,P-1空间群,a = 15.570(3) , b = 19.830(4) , c = 20.854(4) ,α= 116.113(3)°,β=91.969(4)°,γ= 94.603(4)°, V = 5745(2) 3, Z = 2, R1 = 0.1013, wR2 = 0.2601;
 11. K0.5H1.5(enH2)3[Cu(en)2]1.5(H2O){[Cu(en)2]Dy[α-SiW11O39)2]}·5H2O:单斜晶系,P2(1)/c空间群,a = 17.5614(14) , b = 24.208(2) , c = 24.557(2) ,β= 104.1320(10)°, V = 10123.9(14) 3, Z = 4, R1 = 0.0615, wR2 = 0.1467;
 12. K0.5H1.5(enH2)3[Cu(en)2]1.5(H2O){[Cu(en)2]Eu[α-SiW11O39)2]}·4.5H2O :单斜晶系,P2(1)/c空间群,a = 18.1316(10) , b = 25.0587(14) , c = 25.3116(14) ,β= 104.0260(10)°, V = 11157.6(11) 3, Z = 2, R1 = 0.0606, wR2 = 0.1302;
 13. (enH2)0.5[Cu(en)2]0.5H{[α-SiW11O39)]La[Cu(en)2]}·3H2O:单斜晶系,P2(1)/n空间群,a = 16.6434(9) , b = 13.6944(7) , c = 21.8679(11) ,β= 107.0910(10)°, V = 4764.1(4) 3, Z = 4, R1 = 0.0345, wR2 = 0.0723;
 14. (enH2)0.5[Cu(en)2]0.5H{[α-SiW11O39)]Ce[Cu(en)2]}·2H2O:单斜晶系,P2(1)/n空间群,a = 16.6217(12) , b = 13.6670(10) , c = 21.8926(15) ,β= 106.9950(10)°, V = 4756.1(6) 3, Z = 4, R1 = 0.0372, wR2 = 0.0819;
 15. (enH2)2H4{[Cu(en)2]2.5(H2O)Nd[α-SiW11O39)2]}·7H2O:单斜晶系,P2(1)/n空间群,a = 22.249(2) , b = 11.8530(11) , c = 40.163(4) ,β= 102.051(2)°, V = 10358.2(17) 3, Z = 4, R1 = 0.0460, wR2 = 0.1025;
 16. (enH2)2H3{[Cu(en)2]3(H2O)Pr[α-SiW11O39)2]}·6H2O:单斜晶系,P2(1)/n空间群,a = 21.816(12) , b = 11.667(7) , c = 39.20(2) ,β= 101.698(10)°, V = 9771(10) 3, Z = 4, R1 = 0.0476, wR2 = 0.1070;
 17. (enH2)H3{[Cu(en)2]4(H2O)Sm[α-SiW11O39)2]}·6H2O:单斜晶系,P2(1)/n空间群,a = 22.2470(7) , b = 11.7997(4) , c = 39.9452(13) ,β= 102.2010(10)°, V = 10249.1(6) 3, Z = 4, R1 = 0.0437, wR2 = 0.0972;
 18. [CuII(1,3-dap)2]2[CuII(1,3-dap)]2H[α-PW10.5CuII1.5O40]:单斜晶系,C2/c空间群,a = 26.205(5) , b = 20.583(4) , c = 13.249(3) ,β= 119.166(3)°, V = 6240(2) 3, Z = 4, R1 = 0.0577, wR2 = 0.1315;
 19. [CuI(phen)2]3[α-PW12O40]:三斜晶系,Pī空间群,a = 14.0187(13) , b = 15.5564(14) , c = 20.3800(19) ,α= 83.450(2)°,β= 89.661(2)°,γ= 78.262(2)°, V = 4322.5(7) 3, Z = 2, R1 = 0.0423, wR2 = 0.0965;
学位年度:2010

Mg-Gd-Y-Zr合金净化熔剂研究

题名:Mg-Gd-Y-Zr合金净化熔剂研究
作者:郑韫
学位授予单位:上海交通大学
关键词:Mg-Gd-Y-Zr合金;;稀土氯化物;;除杂率;;稀土损耗率;;合金性能;;制备工艺;;精炼工艺
摘要:
 稀土元素具有改善合金的铸造性能,细化合金组织,提高合金的力学性能及耐腐蚀性能等作用。上海交通大学轻合金国家工程中心现已开发出了一系列具有高强、耐热、耐蚀等性能的含稀土镁合金,如GW系列、NZK系列镁合Neodymium magnets金,大大拓展了镁合金的应用领域。当前,含稀土镁合金的净化问题已成为制约其推广应用的关键瓶颈之一,原因在于现有熔剂的主体成分MgCl2会与稀土元素发生反应,不仅导致昂贵稀土的大量损耗,而且影响合金成分与性能的稳定。而不含MgCl2的熔剂去除夹杂物的能力较差,净化效果不够理想。因此,开发稀土镁合金专用高效净化熔剂是一个亟待解决的关键问题。
 本文针对新型高强耐热Mg-Gd-Y稀土镁合金的净化难题,开展了该合金专用净化熔剂的研究,并开发出了JDY和JDGd系列专用熔剂。借助力学性能试验机、光学显微镜(OM)、金相图像分析仪、带能谱分析(EDAX)的扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电感耦合等离子直读光谱仪(ICP)、电化学测试系统等分析手段,研究了JDY和JDGd系列熔剂对GW103K稀土镁合金组织形貌、杂质含量、相组成、稀土元素损耗量、力学性能、耐腐蚀性能以及铸造流动性等的影响规律;采用差热分析仪(DTA)等分析手段研究了稀土氯化物添加剂对熔剂工艺性能与工作性能的影响规律。此外还分析了稀土元素损耗的机制。主要研究成果如下:
 1)含有一定量的氯化稀土的新型熔剂,能够显著去除镁熔体中的非金属夹杂物,使总夹杂含量的体积分数从0.81%下降到0.33%;在总夹杂体积分数相同的情况下,使粒径尺寸大于10μm的夹杂物含量从26.49%下降到14.42%;但熔剂中氯化稀土量超过一定程度后(如含量超过8%),使用过程中熔剂易于结团难以分散,不仅降低了净化效果,而且会增加熔剂夹杂。
 2)采用质量占合金质量2~3%的JDY系列熔剂净化处理后,合金中Y元素的损耗率随着熔剂中YCl3含量的增加而减小,且在熔剂中YCl3含量超过7.5%后,Y损耗率降低不再明显,基本维持在11.2%左右。相同条件下,采用JDGd系列熔剂净化处理后,合金中Gd的损耗率随着熔剂中GdCl3含量的增加而降低,且在熔剂中GdCl3含量超过7.5%后,损耗率降低不再明显,基本维持在4.4%左右。
 3)经JDY和JDGd系列熔剂精炼后,由于合金中稀土元素损耗的降低以及合金中夹杂的减少,合金的力学性能、耐腐蚀性能和铸造流动性得到较大提高,当YCl3添加量达到2.5%时,合金试样的力学性能σb和δ分别达到最大值228.25MPa和5.26%,其试样腐蚀速率降低到最低的0.452mg·cm-2·d-1,而流动性(在金属模具温度是150℃的情况下浇注)试样的长度达到121cm;当GdCl3添加量达到2.5%时,合金试样的力学性能σb和δ分别达到最大值225.63MPa和5.12%,其试样腐蚀速率降低到最低的0.513mg·cm-2·d-1,而流动性试样的长度达到122cm;但是添加过多的YCl3/GdCl3 (如添加量超过熔剂质量的8%),易使熔剂聚http://www.chinamagnets.biz/Neodymium/Ball-Neodymium-Magnets.php结成团,不仅降低熔剂的铺展性,而且导致合金中出现熔剂夹杂,反而降低了力学性能、耐腐蚀性能及铸造流动性。
 4)通过熔剂成分优化、物化性能测试以及熔剂制备及精炼工艺优化等试验,验证了新型熔剂JDRJ+ YCl3既能有效降低稀土损耗,又可以起到良好的净化效果,是一种优于现有的JDMJ和RJ-6的稀土镁合金专用净化熔剂。
学位年度:2010

A、B位掺杂稀土复合锰氧化物的水热合成及表征

题名:A、B位掺杂稀土复合锰氧化物的水热合成及表征
作者:周翠芬
学位授予单位:吉林大学
关键词:掺杂;;锰基复合氧化物;;水热合成
摘要:
 本论文合成了系列A、B位掺杂稀土复合锰氧化物。系统的研究了钙钛矿锰酸盐的合成方法、合成条件对水热合成产物的结构、性质的影响,并在深入材料结构与性能关系的基础之上开发了水热合成的掺杂锰基氧化物的有效方法,获得系列可控比例掺杂化合物及母体化合物的单晶。在第一章绪论中,介绍了有关锰基氧化物Neodymium magnets的相关基本理论知识,对钙钛矿锰复合氧化物的最新研究进展进行了总结;在第二章中,介绍了水热合成的A位双稀土掺杂锰酸盐氧化物单晶,选择了最优的合成条件和方法,并对产物结构、形貌、性质进行了表征。在第三章中,利用水热方法首次合成了B位Fe掺杂的锰基氧化物体系RMn1.5Fe0.5O5系列化合物,并对产物结构、形貌、性质进行了http://www.chinamagnets.biz/Neodymium/Ball-Neodymium-Magnets.php表征,证明化合物RMn1.5Fe0.5O5与RMn2O5化合物同构。
学位年度:2010

5-磺酸基间苯二甲酸与稀土金属配位聚合物的晶体结构与表征

题名:5-磺酸基间苯二甲酸与稀土金属配位聚合物的晶体结构与表征
作者:刘平
学位授予单位:吉林大学
关键词:常温合成;;配位聚合物;;磺酸;;稀土金属
摘要:
 本论文主要研究了不同结构的配合物的合成方法。我们共合成了5个稀土配合物并对其进行了单晶X-射线衍射、X-射线粉末衍射Neodymium Magnets、红外光谱、热重分析等一系列的表征,考察了不同反应条件对配合物的影响。
 用水和乙醇(C2H5OH)的混合溶剂,在水热条件、常温条件以及简单加热的条件下我们制备了SIP与稀土金属Ce和La的配合物[La(SIP)?(H2O)4]n【1】、[Ce(SIP)(H2O)4]n【2】、{[Ce(SIP)(H2O)3]?(H2O)}n【3】、{[La(SIP)(H2O)3]?H2O}n【4】、[Ce(SIP)?5H2O]?3H2O【5】和[Cu(C5H3O4N)?2H2O]【6】。
 配合物【1】是水热条件下,NaH2SIP与La(NO3)3·6H2O的摩尔比为1:1的条件下反应得到的3-D结构配位聚合物。在此配合物中,SIP上的两个羧基和磺酸基均参与了配位;两个羧基均以螯合的形式与金属连接,而磺酸基中只有一个氧原子与金属配位,构成了一个具有孔洞的2-D层;氢键和π-π作用力的存在使配合物进一步构筑成3-D结构。而配合物【2】是常温条件下,NaH2SIP与Ce(NO3)3·6H2O摩尔比为3:1的条件下反应得到的与配合物【1】结构相同的配合物。
 配合物【3】是在NaH2SIP与Ce(NO3)3·6H2O的配比为1:1,以水和乙醇作为混合溶剂,采用溶剂热的方式反应得到。该配合物中五个SIP与Ce配位,每个SIP的两个羧基均参与了配位,其中一个羧基以螯合的形式连接一个金属,另一个羟基上的两个氧原子均以桥联的方式连接两个Ce离子,而磺酸基中有两个氧原子分别连接两个金属离子;磺酸基在此配合物中起了一定的联接作用,使配位聚合物构成了http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets一个三维的结构。配合物【4】是在80℃的反应条件下得到的与配合物【3】结构相同的配合物。
 配合物【5】是在常温下,NaH2SIP与Ce(NO3)3·6H2O以1:1摩尔比的反应合成得到的配位化合物。该配合物结构是由一维长链与水分子构成的3-D构架。在此配合物中,与金属离子Ce配位的两个SIP离子均是羧酸基团以螯合的形式参与配位,形成Zigzag形的一维长链。
 配合物【6】是用H2PDA与CuCl2?2H2O在蒸馏水和乙醇的混合溶剂在简单加热条件下反应制得的。虽然反应体系中还加入了NaVO3?2H2O,但是V没有参与配位,只得到了2?6-吡啶二羧酸参与配位的简单配合物。
学位年度:2010

Gd_2O_3：Eu~（3+）＠介孔SiO_2核壳纳米复合材料的合成与药物载体应用

题名:Gd_2O_3：Eu~（3+）＠介孔SiO_2核壳纳米复合材料的合成与药物载体应用
作者:刘通
学位授予单位:吉林大学
关键词:稀土;;发光;;二氧化硅;;纳米;;药物载体
摘要:
 本论文合成了一种以Gd2O3:Eu3+发光材料为内核,以介孔二氧化硅为外壳的核壳结构药物载体材料,并对其进行了小角及广角XRD测试、扫描电镜及高分辨透射电镜测试、氮吸附测试、荧光光谱测试等全方位的表征,讨论了不同的实验条件下对材料合成的影响,并且以布洛芬为示范药物,进行了该样品的体外载药及释放实Neodymium Magnets验,完成了布洛芬缓释曲线的绘制。
 Gd(OH)3:Eu3+发光内核前驱体是利用CTAB和PVP作为表面活性剂,FeCl3·6H20作为催化剂,在DMF体系中溶剂热法200℃合成的;外层的介孔二氧化硅是利用CTAB做模板剂,在水和乙醇共存的介质中,正硅酸乙酯水解、缩聚即溶胶凝胶法合成的。
 目前已有相关的荧光药物载体的报道,但都是先合成介孔硅球,之后在孔道内修饰发光材料,即本论文中报道的核壳结http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets构材料还很少报道。
 总的来说,我们合成了一种具有荧光示踪及缓释等优点的新颖的药物载体材料,具备广阔的应用前景。
学位年度:2010

白光LED用铝酸盐荧光粉的制备及发光性质研究

题名:白光LED用铝酸盐荧光粉的制备及发光性质研究
作者:郭娜
学位授予单位:山东大学
关键词:白光;;LED;;发光材料;;溶胶-凝胶燃烧法;;荧光粉
摘要:
白光发光二极管(WLED)是一种高效、节能、环保、长寿命的新型固态照明技术,被誉为第四代照明光源,也称为21世纪绿色光源。制Neodymium Magnets备WLED主要有两大途径,其中使用发射黄光的无机稀土发光材料与蓝光LED封装组成WLED是近期发展的主要方向。荧光粉技术的进步对WLED的发展有着至关重要的作用。
目前用YAG：Ce荧光粉制备的WLED因其发射波长较短,显色指数较小(<80),使其发光颜色偏蓝色,刺激人的眼睛。为了克服这一缺点,我们制备了一种能被蓝光LED(最佳发射波长在465 nm左右)有效激发的橙黄光发射荧光粉。
首先,利用溶胶-凝胶低温燃烧法制备了铝酸盐基纳米发光材料MAl2O4：Eu2+,Eu3+(M=Mg,Ca,Sr,Ba),并对其结构、形貌和荧光性质进行了研究。结果表明,在600℃低温下即可得到纯晶相产物,样品中同时出现了Eu2+的4f65d1-4f7发射及Eu3+的f-f发射。通过计算其色度坐标发现,MgAl2O4：Eu2+,Eu3+、CaAl2O4：Eu2+,Eu3+、BaAl2O4：Eu2+,Eu3+三种荧光粉的发光区域均在橙黄光区。
其次,为了进一步提高MAl2O4：Eu2+,Eu3+中Eu3+的发射强度,制备了复合碱土铝酸盐MgxM1-xAl2O4:Eu2+,Eu3+(M=Sr,Ca,Ba)荧光粉,同时研究了基质中碱土离子掺杂比例、燃烧温度、燃烧时间、以及Eu3+的掺杂浓度等对产物发光性质的影响。掺入少量碱土离子Mg时,样品先是保持本身晶相(MAl2O4(M=SrCa,Ba))不变,持续增加Mg的含量,样品由一种晶相变为两种晶相(MAl2O4与MgAl2O4)的混合物,最终变为单一晶相(MgAl2O4)。光致发光研究结果表明,低温燃烧(600℃)得到的样品的发光强度较高,燃烧时间对其发光性质几乎没有影响；当对MgAl2O4基质进行10%碱土离子(Sr,Ca,Ba)掺http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets杂后,产物中Eu3+的发光强度得到了明显的提高,与此同时,Eu2+的发光强度基本不变,而且二者发射峰位置并没有发生变化。由色度坐标分析得到, Mg0.9Sr0.1Al2O4：Eu2+,Eu3+发光区域仍在橙黄光区,但Mg0.9Ca0.1IAl2O4：Eu2+, Eu3+与Mg0.9Ba0.1Al2O4：Eu2+,Eu3+二者的发光区域转移到红光区。
第三,用同种方法制备了稀土元素共掺杂的Mg0.9Sr0.1Al2O4：Eu2+,Eu3+,Ce3+、Mg0.9Sr0.1Al2O4：Eu2+,Eu3+,Dy3+Mg0.9Sr0.1Al2O4：Eu2+,Eu3+,Pr3+纳米荧光材料,并研究了其晶体结构及发光性质。稀土元素的掺杂没有改变晶体结构,但由于样品基质中陷阱能级的生成及稀土离子间的能量转移,产物中没有发现Ce3+、Dy3+、Pr3+的特征发射。同时,在样品中Eu2+的发光强度基本不变,但Eu3+发光强度明显减弱,且二者发光峰的位置未发生变化,因此,样品发光中红光部分减少。
学位年度:2010

A_2B_2O_7系列稀土复合氧化物的制备及其烧绿石型晶体结构

题名:A_2B_2O_7系列稀土复合氧化物的制备及其烧绿石型晶体结构
作者:胡美男
学位授予单位:中国地质大学（北京）
关键词:A_2B_2O_7稀土复合氧化物;;制备与表征;;单晶培养;;烧绿石型结构
摘要:
 A_2B_2O_7稀土复合氧化物包含了几种不同结构的类型,由于这种化合物具有优良的性质,近年来引起国内外很多学者的关注,但对其系列氧化物结构测定和演化关系到目前为止未有系统详细的研究,由于结构不同其稳定性和性质也不同,对其结构及其演化的研究有利于了解和研究矿物材料的性能,结构的稳定性及其影响因Neodymium Magnets素对工业利用也有其重要的意义。
 本文以A_2B_2O_7系列(A=REE稀土元素,B=Ti,Zr)稀土复合氧化物为对象展开研究。首先用高温固相法可以在1000℃保温2h形成前躯体后、1280℃煅烧2h后合成目标产物。同时改进一种新的软化学法,在600℃保温2h形成前躯体后、1200℃煅烧2h后合成目标产物。选定软化学法进行后续实验,本文选用两种原料REE_2O_3和REE(NO_3)_3·6H_2O分别进行实验,通过扫描电镜的微观形貌分析,REE_2O_3合成的产物晶粒大小为1-2μm,晶粒之间有明显晶界;而REE(NO_3)_3·6H_2O合成的产物晶粒＜1μm,晶粒变小,晶粒之间的晶界已经不再明显,颗粒间接触的更充分,熔解的效果更好,易于通过高温熔融法得到单晶。
 通过多种单晶培养方法的探索,最终通过高温熔融法,在选择了合适的参数后,培养出供解析结构Sm_2Ti_2O_7和Gd_2Ti_2O_7的两种单晶体。
 通过XRD粉晶衍射、SEM扫描电镜、单晶结构解析、电子探针、荧光发射光谱等方法,对已合成的A_2B_2O_7系列(A=REE稀土元素,B=Ti,Zr)稀土复合氧化物进行了表征,在Ti系中(即A_2Ti_2O_7)La_2Ti_2O_7和Nd_2Ti_2O_7两种化合物属于单斜晶系,空间群为P2_1,而该系中的其他产物(A=Sm-Lu),均为烧绿石结构,立方晶系,空间群为Fd-3m;在zr系中(即A_2Zr_2O_7),当A=La、Nd、Sm、Eu、Gd时, http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets 形成烧绿石结构,立方晶系,空间群为Fd-3m,而当A=Tb-Lu时,形成萤石型结构,立方晶系,空间群为Fm-3m。并且随着原子序数的增大,原子半径的减小,晶胞参数也在逐渐减小。合成实验中得到的Lu_2Zr_2O_7的萤石型合成物在前人衍射数据中未见报道。
学位年度:2010

稀土掺杂Li_2O-ZnO-SiO_2系微晶玻璃的制备及表征

题名:稀土掺杂Li_2O-ZnO-SiO_2系微晶玻璃的制备及表征
作者:崔光
学位授予单位:长春理工大学
关键词:LZS系微晶玻璃;;透明;;Er-Yb共掺
摘要:
 本文采用熔融法制备了Li_2O-ZnO-SiO_2系玻璃,并用差热分析测定了其析晶温度,随后用一步成核法制备了透明Li_2O-ZnO-SiO_2系微晶玻璃。并且利用XRD,SEM对微晶玻璃晶相进行了分析,结果表明主晶相为Li_2ZnSiO_4、Li_(1.14)Zn_(1.43)SiO_4与Zn(Zn_(0.1)Li_(0.6)Si_(0.3))SiO_4。探讨了ZnO/Li_2O摩尔比、热处理温度、热Neodymium Magnets处理时间对Li_2O-ZnO-SiO_2晶相和透过率的影响。
 经过对其掺杂Er,Yb稀土元素后,在980nm光激发下,测定了不同组分玻璃与其对应微晶玻璃的发射光谱和吸收光谱,结果表明稀土掺杂微晶玻璃的光学性能要远好于玻璃基质,获得了具有良好光学性能的透明微晶玻璃。制http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets备出了发射峰位于1500nm附近的红外发光Li_2O-ZnO-SiO_2系透明微晶玻璃。
学位年度:2010

化学物质增敏同步荧光-双波长法同时测定体内CAs

题名:化学物质增敏同步荧光-双波长法同时测定体内CAs
作者:耿成光
学位授予单位:河北大学
关键词:有序介质;;稀土离子;;增敏;;同步荧光-双波长法;;同时测定;;儿茶酚胺类神经递质
摘要:
 利用化学物质增敏结合同步荧光-双波长法,建立一种生物体内儿茶酚胺(CAs)类神经递质检测方法,以提高选择性和检测灵敏度,为临床疾病诊断提供依据。并对作用机理作了初步的研究和探讨。
 儿茶酚胺类神经递质是体内重要的神经递质,与人体健康密切相关。体内成分复杂,CAs浓度很低,增大了准确检测的难度。本实验分别考察了有序介质增敏和稀土离子增敏两种增敏方法结合同步荧光-双波长法对生物体内儿Magnetic lifter 茶酚胺类神经递质含量检测的增敏效果,并对这两种增敏方法的增敏效果进行了比对,两种检测方法的建立和比较为生物体内儿茶酚胺类神经递质测定方法的选择提供了依据。全文共分为四部分:
 第一章:介绍了体内儿茶酚胺类神经递质的常用检测方法及化学物质增敏荧光光度法的研究进展,以阐明本实验的研究目的和意义。
 第二章:利用有序介质增敏结合同步荧光-双波长法,建立一种同时测定三种儿茶酚胺类神经递质的方法。考察有序介质增敏效果以及影响荧光强度的pH值、有序介质(表面活性剂和环糊精)的种类和用量、反应时间、产物稳定性等因素。结果表明,将有序介质增敏引入同步荧光-双波长法,并应用于血浆中3种儿茶酚胺类神经递质的同时测定,具有良好的增敏效果;精确度和准确度较高,方法操作简单,检测限降低,结果令人满意,对于基础研究和临床检测有一定的应用价值。
 第三章:利用稀土离子增敏结合同步荧光-双波长法,建立一种同时测定三种儿茶酚胺类神经递质的检测方法。考察稀土离子增敏效果以及影响荧光强度的pH值、稀土离子的种类和用量、反应时间、产物稳定性等因素。结果表明,将稀土离子增敏引入同步荧光-双波长法,并应用于血浆中三种儿茶酚胺类神经递质的测定,获得了良好的增敏效果。精确度和准确度较高,方法操作简单,使检测限降低,结果令人满意,对于基础研究和临床检测有一定的应用价值。
 第四章:对有序介质增敏和稀土离子增敏同步荧光-双波长法,测定生物体内三种儿茶酚胺类神经递质的检测方法进行了比http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter对。分别对两种方法的样品试剂处理条件、检测条件、线性、精密度、回收率、最低检测限和样品测定结果进行比较。结果表明,稀土离子增敏法试剂预处理方法简单,线性范围广,检测限较低。两种方法的精密度、回收率、样品测定结果无显著性差异。有序介质增敏法和稀土离子增敏法各有其特点,但稀土离子增敏法相对操作简便,两种方法均可用于生物体内儿茶酚胺类神经递质的测定。
学位年度:2010

季铵类双功能化离子液的制备及其在稀土萃取中的应用

题名:季铵类双功能化离子液的制备及其在稀土萃取中的应用
作者:纪杨
学位授予单位:吉林大学
关键词:功能化离子液体;;萃取;;稀土离子;;吸附;;内协同效应
摘要:
 本文针对季铵类双功能化离子液的制备及其在稀土萃取分离中的应用,开展了四部分工作：
 1.研究了酸碱中和法制备季铵类双功能化离子液体,并将这种方法与离子交换法进行了对比。同时对所制备离子液的分解温度、密度、含水量及与乙醇、丙酮、庚烷、十二烷、氯仿等有机溶剂的互溶性进行了表征。
 2.探索了功能化离子液体的内协同效应,以[A336][P204]为例,讨论了双功能化离子液萃取剂[A336][P204]协同萃取铕的研究。利Magnetic lifter用扩展X射线吸收精细结构光谱(EXAFS)、X射线光电子能谱(XPS)、红外光谱(IR)等对萃取机理进行了研究,同时讨论了反萃实验、[A336][P204]的内协同效应、其他功能化离子液体的内协同效应以及其在稀土分离富集中的应用。
 3.研究了XAD-7吸附材料的制备方法,并以钪为例研究了其对稀土离子的吸附性能,将由[A336][NO3]和[A336][CA-100]制备的SIR进行对比,证明由[A336][CA-100]制备的SIR具有较高的吸附性能。并进一步探讨了等温吸附作用、平衡时间、解吸附作用等对吸附的影响及Sc3+与Y3+, Ce3+, Eu3+的分离。
 4.为了克服传统的咪唑类离子液体在萃取过程中的缺点,本文探索了季铵类功能化离子液体[A336][NO3]在稀土分离http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter中的应用,将[C8mim][PF6]与[A336][NO3]的黏度、在高酸度下的稳定性、对钪的萃取效率进行了对比,同时研究了Sc3+与Y3+, Ce3+, Eu3+的分离、钪的萃取机理及钪的循环与反萃。
学位年度:2010

稀土铕和铽配合物的合成及发光性能的研究

题名:稀土铕和铽配合物的合成及发光性能的研究
作者:张婷
学位授予单位:太原理工大学
关键词:配合物;;光学带隙;;发光机理;;能量传递
摘要:
 本文主要针对铕和铽这两类三元稀土配合物展开研究工作,以苯甲酰丙酮(benzoylacetone, BA)为第一配体,分别以1,10-邻菲啰啉(1,10-phenanthroline, Phen)、三苯基氧膦(triphenylphosphine oxide, TPPO)和2,2’-联吡啶(2,2’-bipyridyl, Bipy)为第二配体,合成了六种新的三元稀土配合物是: Eu(BA)3Phen、Eu(BA)3(TPPO)2、Eu(BA)3Bipy、Tb(BA)3Phen、Tb(BA)3(TPPO)2和Tb(BA)3Bipy。通过对上述三元稀土配合物的结构、热稳定性、电化学性能Magnetic lifter和光物理性质进行的表征,系统地研究了铕和铽这两类稀土配合物的能量传递过程。主要研究内容为:
 1)合成了Eu(BA)3 Phen、Eu(BA)3(TPPO)2和Eu(BA)3Bipy。通过元素分析、红外光谱(Infrared absorption spectrum, IR)以及热重-差热(Hermogravimetric-Differential scanning calorimeters, TG-DSC)确定了铕(III)配合物的结构及组成,由TG-DSC曲线说明配合物中不含有水或溶剂分子;通过对产物紫外-可见吸收光谱(Ultraviolet and Visible Spectrophotometer, UV-vis)的分析,表明第一配体和第二配体均有能量吸收,并估算得到铕(III)配合物的光学带隙分别为3.06eV、3.0eV和3.03eV,光学带隙基本一致,应属于第一配体BA的单重态光学带隙;根据电化学循环伏安曲线计算得到三种铕(III)配合物的带隙分别为1.58eV、1.66eV和1.77eV,与铕(III)配合物f→f电子跃迁相对应;通过光致发光光谱和荧光光谱分析得到,三种铕(III)配合物的最大发射峰都位于波长615nm处,对应于Eu3+的特征发光,是红光发光材料。
 2 )合成了三种铽(III)配合物Tb(BA)3Phen、Tb(BA)3(TPPO)2和Tb(BA)3Bipy。对其进行了元素分析和IR分析表明其产物是一种八配位的三元铽配合物;由UV-vis计算得到的光学带隙属于第一配体BA,分别为3.23eV、3.21eV和3.22eV;通过电化学循环伏安法测得与铽(III)配合物f→f电子跃迁相对应的带隙分别为2.01eV、1.90eV和1.87eV;由光致发光光谱和荧光光谱分析表明:三种铽(III)配合物均发出Tb3+的特征发光,最大发射波长都在543nm,是绿光发光材料。
 3)系统地对铕(III)配合物和铽(III)配合物的发光机理进行了初步的探讨,研究了Phen、TPPO和Bipy三种第二配体对稀土配合物发光性能的影响。在Kasha规则基础上,建立了稀土配合物的能带结构模型。通过紫外吸收http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter边得到配体BA、Phen、TPPO和Bipy的单重激发态能级,构建了稀土配合物分子内能量传递模型。通过分析表明,配体的三重态T1与稀土中心离子的最低激发态的能级差以及第二配体的单重态S1与第一配体单重态S1的能级差对稀土配合物的荧光量子效率都有很大的影响,合适的能极差值能够促进分子内能量的有效传递。
学位年度:2010

Rare earth La and Ce on Pure Copper

Rare earth La and Ce on Pure Copper
　　Copper is widely applied in many professions by its outstanding electric conductivity，but its lower intensity has limited its application.Material strengthening and conductive enhancement are inconsistent,therefore,how tostrength becomes one of hot spots at present studies.The rare-earth elements are"the Vitamin"of metal materials;they have special functions in improving metal materials.In this experiment,people join rare-earth element La and Neodymium Magnets Ce in casting pure copper by the form of intermediate alloy and analyze its influences on behavior,conductivity,tensile strength,plasticity，hardness of casting pure coppers with differentamount of La and Ce.
　　The research discovered that La and Ce improved copper’s casting properties.As the increase of Ce,the organizations appeared thinner，the metallurgy quality improved，the inclusion reduced andconductivity,tensile strength,plasticity and hardness enhanced.When the amount is more than 0.04%,the crystal boundary broadened,the organization became thicker,the conductivity,wear resistant and mechanics performances also reduced.
　　Rare earth alloy can effectively improve the mechanical properties of hot-rolled state.As RE content increases,copper grain size decreases first and then increases;and the strength and hardness of copper with the increase of RE content first increased and then decreased, respectively,when the rare earth content of 0.04%,the copper specimen was the most a good comprehensive mechanical properties.The tensile strength and elongation of 0.04wt%Ce, respectively:σb=253.5Mpa,σ=7.67%;tensile strength and elongation of 0.04wt%La, respectively:σb=235.8Mpa,σ=13.6%.
　　Rare earth elements can effectively improve the mechanical properties of annealed alloys. When the rare earth content of 0.04%,the copper http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets specimen was the best overall mechanical properties.Tests showed:Add 0.04 wt%Ce alloy by annealing process to achieve the best overall performance(conductivity of 100.1%IACS,tensile strength 152.36MPa).Add 0.04 wt% La alloy through the above process is also to achieve the best overall performance(conductivity of 100.7%IACS,tensile strength 156.02MPa).

PREPARATION AND NANO-TRIBOLOGICAL PROPERTIES INVESTIGATION OF SELF-ASSEMBLED AMINOSILANE/RARE EARTH COMPOSITE FILMS

PREPARATION AND NANO-TRIBOLOGICAL PROPERTIES INVESTIGATION OF SELF-ASSEMBLED AMINOSILANE/RARE EARTH COMPOSITE FILMS
　　With the rapid development of microelectromechanical systems(MEMS) and nanoelectromechanical systems(NEMS)nowadays,nano-tribology has become one of the most focused areas in nano-tribology research.With the purpose of resolving the lubrication and zero-wear problems in nano-scale,it is imperious to initiate the research of surface films which possess low-friction and excellent anti-wear properties.Self-assembled monolayers technology(SAMs)is one of the Neodymium Magnets most effective approaches to solve friction and stiction of MEMS/NEMS for it can be used to investigate interfacial reciprocity and nano-friction/stiction mechanism.
　　Due to the small-size effect of micro-machine,the surface stiction, nano-friction and the adhesive force were extremely prominent compared with its volume,and thus become the key factors in determining its performance,stability and work life.Therefore,to fully reveal the tribology mechanism of the micro-machine,the nano-tribological properties which take the moleculars and atoms on the interface as the study objects must be carried out. Interfacial adhesion toughness is the critical factor to the properties of SAMs.Based on this principle,rare earths were used to prepare amino silane/rare earth composite films by a self-assembling process in this research.
　　The nano-tribology properties and nano-wearness performance of the SAMs under micro-scale were investigated with the assist of atomic force microscope(AFM).Through in-depth exploration,the mechanism of how rare earth improved the structure and the properties of the thin films and how the nano-tribological properties were enhanced was revealed and introduced. Some significant original results have been obtained.
　　Firstly,the self-assembling process of rare earth on the surface of amino silane film was investigated through the contact angle curve and the AFM images.The thickness of the composite film is 15nm which indicates the aminosilane/rare earth film was successfully assembled on the substrate.
　　Secondly,by thermodynamic calculation,free energy variation value of rare earth elements is negative in self-assembly process with the bond energy gap of-336 KJ/mol;rare earth can spontaneously adsorb through chemical reaction on the substrate.By the surface free energy formula,surface energy of the films is obtained.The results indicated that the phosphorylated aminosilane film has the lowest surface energy,which provides the theoretical evidence for the self-asemble process.
　　Thirdly,the assemble dynamics of aminosilane/rare earth composite film was investigated.And the influence of the PH and the concentration of the rare earth solution on the assemble process was analyzed.By studying the change of contact angle of water on the surface of the prepared film,the absorbing process of Lanthanum was investigated:the first stage was electrostatic adsorption;then the La ion was chemically bonded with the phosphate group.With the aid of Materials Studio,the adsoption process of the film was simulated using molecular dynamics simulation.The energy variation through the whole process was elaborated in a direct way.
　　Fourly,the nano-friction and nano-wear behaviors of silicon substrate and prepared films at the micro-scale were studied by AFM.The sensitivity of the friction force and adhesion force with respect to the variables such as applied load,sliding velocity,relative http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets humidity and number cycles was discussed.The results showed that friction forces increased with scan rate, applied normal load and relative humidity.Adhesion forces increased with the relative humidity,but remained unchanged when scan rate and applied normal load increased.It was also found that aminosilane/rare earth composite films exhibited superior nano-tribological properties at the same condition comprared with Si substrate,aminosilane-SAM and phosphorylated aminosilane-SAM.
　　Fifthly,the experiment procedures to characterize the nano-wear properties of the film under micro-scale were designed.And the nano-wear performances of the prepared films were investigated using AFM.The sensitivity of the micro-wear depth with respect to the variables such as applied load,lengthwise sliding velocity,widthwise step length and number cycles was discussed.The results showed that the wear depth increased linearly with the applied load and the number cycles,while the influence of the sliding velocity on the wear depth was relatively slight.With the increase of the widthwise step length,the wear depth decreased linearly.
　　Sixthly,in nano-scale,the applied load and the adhesive force were of the same magnitude.Therefore,the influence of the adhesive force on the friction force could not be neglected.According to the Laplace,Kelvin and Van der waals equations,the relation between relative humidity and adhesive force was deduced.It is found that in lower humidity,the Van der waals force plays the major role in the adhesive force;while in higher humidity,the capillary force is much more prominent.The model of spring double-oscillator under nano-friction conditions and the model of cobble under micro-wear conditions were raised to explain the nano-tribological behaviours of the prepared film.
　　Based on the preparation of aminosilane/rare earth composite films with superior friction reduction and wear resistance,the process and forming mechanisms of aminosilane/rare earth composite films were discussed.The nano-tribological properties and nano-wear mechanism of the films at the micro-scales were systematically investigated.The result of this study provided a new approach to investigate lubrication in MEMS/NEMS under nano-scale and promoted surface engineering application of rare earths.

STUDY OF SURFACE MODIFICATION FOR RARE-EARTH MAGNESIUM ALLOYS BY HYDROTHERMAL METHOD

STUDY OF SURFACE MODIFICATION FOR RARE-EARTH MAGNESIUM ALLOYS BY HYDROTHERMAL METHOD
　　Magnesium alloys have extensive application potential in automotive, aerospace,electronic communication and national defense by its outstanding properties,such as low density,high strength-to-weight ratio and so on.And rare-earth magnesium alloys have excellent mechanical property, antioxidation property and high creep resistance.However,chemical properties of magnesium alloys are very active,which restrict the development of magnesium alloys by the bad Neodymium Magnets corrosion resistance.Therefore, improving anti-corrosion capacity on magnesium alloys by surface
　　modification is more significant.There are many surface modification methods,such as chemical conversion,plating or electroless plating, anodizing,laser modification and so on.All those methods possess itsadvantages and disadvantages.Chemical conversion has extensive application in magnesium alloys surface modification by its easy operation, low cost and other advantages.But chemical conversion is done at low temperature and atmospheric pressure.The conversion coatings are thin and bad adhesive.There is little report on rare-earth magnesium alloys surface modification in hydrothermal conditions at relative high temperature and high pressure.
　　Hydrothermal surface modification on rare earth magnesium alloys,a kind of new non-chromate chemical conversion technique,was studied in this paper.The contents include surface modification on Mg-3Nd-Zn-Zr and Mg-10Gd-3Y-Zr alloys in silicate and molybdate solutions by hydrothermal method;discussed the effect of bath composition and temperature to the anti-corrosion capacity of the coatings;the coatings formed by hydrothermal method followed by heat treatment and sealing,and discussed the reasons that leading to corrosion resistance improving.
　　This article studied the micro-morphologies,compositions and corrosion resistance of the coatings by FE-SEM,EDX,XRD and electrochemical testing methods.The results showed that the compositions of the conversion coatings on NZ30K alloy were mainly consist of round particles and flakes of Mg(OH)2 phase.A few of structurally amorphous compounds containing Si element also were found in the coatings.Moderate CH3COONa can promote round particles and flakes Mg(OH)2 agglomerating without affecting the coatings’growth rate,which shrinking the gap of flakes Mg(OH)2,so the porosity of the conversion coatings was decreased.The thickness of the coatings which have great adhesion with the substrate can reach about 25μm, and the corrosion resistance was improved obviously.
　　The coatings on GW103K alloy formed by hydrothermal method were mainly consisting of assemble cloud-like and flakes of Mg(OH)2 phase.The treated GW103K alloy testing in 3.5 wt.%aqueous solutions showed that the open circuit potential positively moved by 100mV compared with the untreated GW103K alloy.The corrosion current intensity was lowed by one order of magnitude,and the obvious passivation appeared at anodic polarization process.The pitting corrosion resistance was improved and reduced the cathodic hydrogen evolution rate.Charge transfer resistance was increased which improved the GW103K alloy’s anti-corrosion capacity. Moderate heating temperature is benefit for Mg diffusion,promote Mg(OH)2 coatings forming,and the best heating temperature is 180℃.
　　The uniform and compact MgO coatings were prepared on GW103K alloy surface by hydrothermal method followed by heat treatment in air. Testing in 3.5wt.%aqueous solutions,we found the corrosion potential increased by 200mV compare to no heat treatment alloy,the corrosion current intensity is lowed by one order of magnitude,the polarization resistance increased from 2844.7Ωto 6407.3Ω.After sealing treatment,the GW103K alloy by hydrothermal surface modification,testing in 3.5wt.% aqueous solutions.We found the corrosion potential increased by http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets 400mV,the corrosion current intensity is lowed by one order of magnitude,the polarization resistance increased from 2844.7Ωto 5072.0Ω.The corrosion resistance improved effectively.
　　Chemical conversion on magnesium alloys by hydrothermal method at relative high temperature and high pressure,which increased the coatings thickness and binding capacity compare to traditional chemical conversion coatings.This paper expands the new magnesium alloys surface modification technology.And it has great enlightenment for magnesium alloys surface modification technology’s further development.

Microstructure,Mechanical Properties and Semi-solid Microstructure Evolution of Mg-RE Alloys

Microstructure,Mechanical Properties and Semi-solid Microstructure Evolution of Mg-RE Alloys
　　As is known,magnesium as the lightest metal,possessing some important advantages such as low density,high specific strength,machined easily,high damping and renewable utility,are increasingly used in aerospace,automotive,electronics and other military and civilian fields.Moreover,since Mg-based alloys have good casting properties,high temperature strength and Neodymium Magnets good resistance to corrosion,the production of the Mg alloys materials become the focus in recent researches in the effort to lower the industrial cost.
　　Rare earth element is one of the components in the Mg-based alloys.According to the observed results up to now,rare earth element can effectively decrease the grain size,reduce the content of the formed phase with lower melting point.Also the second phase produced by the reaction between Mg and rare earth element,will have higher melting points and stability,which can result in the good performance of Mg-based alloys,respectively at room or even the higher temperatures.In this thesis,we take the cost as the purpose,and research the effect of rare earth element Y with small content on the microstructures and mechanical properties of the Mg-Al-Mn alloys which are produced through casting and rolling, separately.Also,the Y element has an important role in the microstructures and mechanical properties for Mg-Mn-Ce alloys.All this can provide theoretical guide for the exploitation and application of new Mg-based alloys in industry.Under the condition that the study on the semi-solid Mg-based alloys is still not mature,the evolution in the formation of the semi-solid alloy Mg-8Gd-2Y-1Nd-0.3Zn-0.6Zr is studied in this paper,offering the references for the similar formation process.Also the idea by combining the mechanical properties with the resistance to oxygen is also brought out in this thesis.From some points such as the oxidation in thermodynamics and kinetics,and the mechanism in restraining combustion,the resistance to oxygen for the elements involved in the alloys.The obtained results provide the theoretical basis for the next work.
　　The main conclusions and the results obtained are listed as following:
　　1.The effect of the rare earth element Y on the mechanical properties of the Mg-Al-Mn alloy which are produced by casting and hot rolling methods,respectively,is studied,and also their microstructures and the mechanical properties under different state.The results show that Al2Y phase with higher melting point and thermal stability can be formed when Y is added.As the content of Y element is increased,the grain size of the alloys drops correspondingly,with the mechanical property enhanced.The alloy reaches to the optimal value in mechanical property at room temperature when the content of Y is 0.9%(wt.%). Mg-6Al-0.3Mn-0.9Y alloy behaves good mechanical property at room temperature after rolled at 400℃with 70%thickness reduction.The corresponding tensile and yield strengths are 303MPa、255MPa and the elongation is 17.1%,respectively.When compared with the as-cast Mg-6Al-0.3Mn alloy,the increases in the extent are respectively 70%,335%and 50%.In the rolling process,Al2Y can effectively strengthen the dispersion through the movements of dislocation.As a result,the plasticity in alloys can be attributed to grain refinement,hardening,and dispersion strengthening.The optimal parameters for annealed alloys should be temperature of 350°C and time of 30 min.For the annealed Mg-6Al-0.3Mn-0.9Y alloys,tensile and yield strengths,the elongation are 261MPa、149MPa and 32%,respectively,where the increases are 45.8%,166.1%and 154%compared to the as-cast Mg-6Al-0.3Mn alloy.Also,it should be noted that the elongation increases 87.1% when compared with the rolled alloy.
　　2.Mg-1Mn-0.6Ce-xY(x=0.5%,1%,2%,4%)magnesium alloys are prepared by casting and extrusion,and the role of the content of Y element on the microstructure and mechanical properties of the Mg-1Mn-0.6Ce magnesium alloys is discussed.When adding Y elements to Mg-Mn-0.6Ce alloys,the alloy is mainly composed of theα-Mg phase，Mg12Ce phase and Mg24Y5 phase,and moreover the size of Mg12Ce phase particles increases as the content of Y element increases,accompanying the coarsening in Mg24Y5 phase.A large number of small recrystallined grains are distributed in paralle as shown in the microstructure image for the extruded alloys.For the as-cast alloy,the adding of Y element can enhance the mechanical properties,resulting in the best property in Mg-1Mn-0.6Ce-1Y alloys at room or higher temperature,with the values in tensile and yield strengths,the elongation being 152 MPa,72 MPa,and 13.4%at room temperature.The increases are 23.6%,63.6%and 38.1%when compared with Mg-1Mn-0.6Ce alloy.Moreover,the elongation in Mg-1Mn-0.6Ce-1Y alloy increases 118.5%without lowing strength at higher temperature.In the case of extruded alloys,the mechanical properties are also enhanced, especially for the yield strength and elongation property when http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets compared with the as-cast ones.It is found that the tensile and yield strengths,the elongation are 254 MPa,224 MPa and 26%for Mg-1Mn-0.6Ce-1Y alloy,and the corresponding increases are 106.5%,409.1% and 168%respectively when compared with as-cast Mg-1Mn-0.6Ce alloy.The elongation is highest for the extruded Mg-1Mn-0.6Ce-3Y alloy at room temperature,with its value being 37.5%.The best mechanical properties are obtained for Mg-1Mn-0.6Ce-3Y alloy at higher temperature,where the tensile and yield strengths,the elongation are 178 MPa,127 MPa, and 69.5%,showing the increase in 49.6%,39.6%and 88.3%when compared with the extruded Mg-1Mn-0.6Ce alloy by the same treatment.Therefore,the enhancement in the mechanical properties of the alloys obtained can be contributed to the grain refinement and high stability of the Mg12Ce phase,and the hardening induced by the movement of the dislocation and grain boundaries of Mg24Y5 phase.
　　3.The semi-solid slurry of Mg-8Gd-2Y-1Nd-0.3Zn-0.6Zr(wt.%)alloy is prepared using strain-induced activation method(SIMA).The microstructure evolution of the isothermal treatment was also discussed.It is found that the alloy is mainly composed with α-Mg matrix,embedded with Mg5RE,Mg24RE5and Mg41RE(5RE=Gd，Y，Nd)phases.After extruded,the recrystallization of the alloys occurs and the average grain size in about 17μm. The microstructure is composed of Mg3RE phase andα-Mg phases after isothermal treatment.Taking the extruded Mg-8Gd-2Y-1Nd-0.3Zn-0.6Zr alloy for isothermal treatment, we can found that the fraction in liquid phase increases,where the solid particles becomes more and more spherical and smaller.So the evolution in the formation of the semi-solid alloys is the Ostwald mechanism,that is,the fraction of liquid phase increases with the number of solid particles increasing when the time for heat preservation is elongated.By analyzing the experimental data presented in this study,It is found that the optimal process parameters should be isothermal temperature of 630℃and time of 30 min,where the content of the solid phase is 52%.
　　4.From the points of the thermodynamics,kinetics and the integrity of the formed oxide films,the mechanism of the resistance to oxidation by adding rare earth elements into Mg-based alloys is analyzed.The results show that rare earth elements have larger affinity to oxygen than that of magnesium element,which results in the higher stability of the oxides of the rare elements when compared to that of magnesium under standard state.Compared the Mg and rare earth elements,the ability affinitive with oxygen from larger to smaller is:Mg, La,Nd,Yb,Ce,Pr,Gd,Sm,Dy,Tb,Tm,Lu,Ho,Er,Sc,and Y.In the molten of Mg-based alloys at 750℃,any rare earth element can react with MgO in the way of replacement and combines with O element in MgO.Except Yb and Eu elements,the density of the formed oxidation layer through reaction between rare earth element and oxygen element is a litter higher than 1,which will have good protection for Mg-based alloys.

Study on the Fabricating Techniques and Effective Anisotropy and Coercivity of Nanocomposite Permanent Magnet

Study on the Fabricating Techniques and Effective Anisotropy and Coercivity of Nanocomposite Permanent Magnet
　　Permanent magnet is a kind of magnetic material which can transform electromagnetic energy to mechanical energy. Because of the magnetic energy conversion function and various physical effects of permanent magnet, it has became the central functional devices in the fields of computer, network, household appliances, communication, traffic, spaceflight et al. Nanocomposite permanent magnetic material is a new kind of rare earth permanent magnet, which is composed of soft phase and hard phase with nanoscale microstructure, it is expected to be a new generation of permanent magnets.
　　Currently, the experimental value of the energy product in nanocomposite magnetic materials is far below the theoretical value,this is mainly due to the severe decrease of the coercivity despite the obvious increase of the remanence. Therefore, the energy product of http://www.999magnet.com/ material is limited. How to improve the coercivity and remanence at the same time is the key problem to obtain a high energy product in nanocomposite. In this thesis, we investigated the magnetic properties in nanocomposite permanent magnetic material from both theoretical and experimental aspects. The main contents and results are as following:
　　1. We designed a laser crystallization device and nanocomposite of Nd3.7Pr3.4Dy0.9Fe86B5Nb1 was prepared using pulse laser crystallization method(PLCM).The optimum magnetic properties of Hcj=6.6 kOe，Br=1.23T，Mr/Ms=0.78，and(BH)max=18.5 MGOe are achieved by expose the amorphous ribbon to the laser beam for 1 min with the pulse frequency of 15Hz and laser energy of 700mJ.The experimental results show that the PLCM has some advantages over the traditional annealing method such as low energy consumption and high efficiency. The annealing time and energy can be precisely controlled during the PLCM process.
　　2.Taking Nd2Fe14B/α-Fe nanocomposite as an example, considering different contact situation of the grains, the effects of grain size on effective anisotropy and coercivity of soft phase, hard phase and nanocomposite have been investigated. The calculation results show that the exchange-coupling interaction increases the effective anisotropy and coercivity of softgrains and decreases that of hard grains. The effective anisotropy and coercivity in nanocomposite decrease smoothly with decreasing grain size when the grain size is larger than 20nm while they decrease dramatically with further decreasing of the grain size. In order to maintain high coercivity in nanocomposite permanent magnetic material, the ideal grain size should be around 20nm.

Micro-structure-influence research on the double phase nano-composite permanent magnet

Micro-structure-influence research on the double phase nano-composite permanent magnet
　　As new permanent magnets, double-phase nanocomposite permanent magnets have recently attracted considerable attention. This type of alloys integrates advantages of hard magnetic phase’s high magnetocrystalline anisotropy and soft magnetic phase’s high saturation magnetization, and obtains the excellent magnetic properties through exchange-coupled interaction on a scale of the order nm. Theoretical estimation indicates that double-phase nanocomposite Neodymium magnets permanent magnet material’s energy product may reach as high as 800kJ/m3, higher than any kind of single-phase permanent-magnet material. This kind of material also has characteristics of low rare earth content and good chemical stability, Therefore, it is of great practical value and to be the new generation of low price caking permanent-magnet material, it will have promising application prospect.
　　Firstly, this author studied the take-shape craft of double-phase nanocomposite permanent magnet material, including the performance by pressure and time’s maintenance to magnet’s density and the magnetism.
　　The result indicates that the magnet density increases along with the pressure and time. The magnet density reaches the biggest one when pressure is 600MPa and time is 150s. When the pressure or the time is continually increased, the magnet density will no longer increase, there is possibility to create break interior and reduce the production efficiency. This suppressed craft was still used in following experiments.
　　Secondly, the author studied the agglutinate craft of double-phase nanocomposite permanent magnet material, which had two variables: high agglutinates- temperature and heat preservation time. Had determined the elevation of temperature mechanism according to the differential-thermal analysis curve, the elevation of temperature speed is 3~5℃. Three specimens were selected in experiment, their serial numbers were3#、4#、5#, separately used in different high agglutinates-temperature, and simultaneously different heat preservation time , the result is that the 4# is burn to be most compact, and the compactness is the highest when the heat preservation time is the 150min. According to the micro analysis, the Crystal grain of test specimen has ruled size, and the distribution is even, and no crystalless phase exists.
　　Finally, the author studied the influence of adding element on the double-phase nanocomposite permanent magnet material, the author choose the representative replacement element Co and doping element Mo in adding element, the recruitment control is below 1.0wt%, the experiment is divided into six groups, different group with different http://www.chinamagnets.biz/Neodymium/Ball-Neodymium-Magnets.php element addition and different recruitment. Concluded by the micro analysis, among the six groups, the foemer of group adding with Mo element is better than that adding with Co element. It has more tiny-even crystal grain, and among the group adding with Mo element, 0.5wt%Mo is the best one. The final result indicates that Co element actually has enhances the magnetism performance influence on craft of Nd-Fe-B, and the Mo element mainly played the thin crystal grain role, the magnetism performance had the enhancement.

STUDY ON IRRADIATION EFFECT OF FeCrCo AND NdFeB PERMANENT MAGNET MATERIALS

STUDY ON IRRADIATION EFFECT OF FeCrCo AND NdFeB PERMANENT MAGNET MATERIALS
　　Abstract
　　Damage behaviors of FeCrCo alloy irradiated by neutrons and electrons and Damage behaviors of NdFeB permanent magnets irradiated by electrons and protons were studied systematically. Microstructures of these materials were studied by XRD, TEM. Defects induced by irradiation were studied by Positron Annihilation Life Spectroscope (PALS).Hyperfine structures of these alloys were studied by Mossbauer spectroscope.
　　Results of electrons irradiation experiments indicate that, magnetic flux of all 3 kinds of NdFeB alloys decreases obviously after electron irradiation, and the magnetic flux decreased with the increase of dose of electorn irradiation. The decrease of magnetic flux of alloy N35 is the most remarkable, alloy N53 is the next, and N35EH is the most inapparent. NdFeB magnets with high coercivity and high magnetic energy products have strong irradiation resistance. Magenetic flux of FeCrCo nearly does not attenuation after electron irradiation. The investigation results of XRD and PALS show that the crystal structure and defects do not change after electorn irradiation. Magnetic flux of FeCrCo alloy and NdFeB alloy irradiated by electrons shows reversible changes.The decrease of magnetic flux of N35EH and N53 alloy are especially remarkable after proton irradiation. Results of XRD and PALS experiments indicate that the crystal structure and vacancy defects do not change. Magnetic flux revert completely after charge magnetism. Proton irradiation don’t induce the change in structure of the materials. The nucleation and growth of reversal domain induced by irradiation is thought to be the main http://www.999magnet.com/ reason that causes the demagnetization of NdFeB magnets.
　　The loss of magnetic flux of FeCrCo alloy after neutron is remarkable. The changes in coercivity are small, but the residual magnetization and the magnetic induction shows obvious irreversible loss. The results of TEM and XRD analysis indicate that irradiation lead to diffusion of alloy elements, although the crystal structure does not change. PALS studies NdFeB PERMANENT MAGNET  show that vacancy cluster increases by neutron irradiation. Mossbauer spectroscopy analysis indicates that the part of paramagnetic phase decreases while ferromagnetic phase increses, and hyperfine magnetic field shifts to higher field after irradiation.

草酸根桥联稀土—过渡金属配合物的磁性研究

题名:草酸根桥联稀土—过渡金属配合物的磁性研究
作者:龙雪辉
学位授予单位:广西师范大学
关键词:草酸根;;稀土材料;;磁化率;;磁相互作用
摘要:
 关于CN?离子桥联的多核配合物是目前已知具有较高临界温度的一类铁磁性配合物,CN?离子桥联稀土离子和Fe~(3+)离子的配合物早已有文献报道,但是有关C_2O_4~(2-)离子桥联稀土离子和Fe~(3+)离子所形成的配合物Neodymium magnets的晶体结构及其桥联稀土离子和Fe~(3+)离子间磁相互作用的大小却未见文献报道,早期有过关于LaFe(C_2O_4)_3·9H_2O制备的文献,却没有详细的关于其结构的信息。且文献有关于La_(1-x) Nd_x Fe(C_2O_4)_3·9H_2O的制备,并发现Nd~(3+)和Fe~(3+)之间有很强的磁相互作用。为此,本论文以过渡金属离子为自旋载体,以草酸根为桥联配体设计并合成了草酸根桥联稀土-过渡金属配合物, Ce Fe (C_2O_4)_3·9H_2O,Pr Fe(C_2O_4)_3·9H_2O。用红外分析,热重分析,元素分析,电感耦合等离子发射光谱等手段对样品进行了表征,并对配合物进行http://www.chinamagnets.biz/Neodymium/Ball-Neodymium-Magnets.php了变温磁化率的测定,发现当测量温度从室温降到低温时,该配合物表现为从顺磁相到反铁磁相的变化,相变点在TC =5K附近,宏观磁性表现为典型的顺磁性相互作用。并研究探讨了镧系元素由于其镧系收缩而表现出来的磁学性质规律,为进一步研究草酸根桥联稀土-过渡金属( Fe~(3+) )配合物的合成与磁学性质提供了可能依据。
学位年度:2010

微型抗磁轴承特性的研究

题名:微型抗磁轴承特性的研究
作者:陈杰宇
学位授予单位:上海交通大学
关键词:抗磁悬浮;;MEMS;;轴承;;转子动力学
摘要:

 微机电系统(Micro Electromechanical System, MEMS)是包含电子元件和其它微型实体(包括机械、热、磁、流体、光学、化学、生物元件等)的集传感器、执行器、信号处理、通信、接口、控制电路以及电源于一体的系统。典型MEMS器件的特征尺寸大约在1μm～1cm之间,这种微型化的特点使得很多在宏观尺度上无法应Neodymium Magnets用的物理原理在微观尺度上找到了实现的可能性,常温无源式抗磁悬浮就是其中之一。

 抗磁材料是磁化率为负值的磁性材料,包括金、银、铜、铅,石墨、水、有机化合物等。根据Earnshaw定理,铁磁材料以及顺磁材料之间的作用力不足以独立实现稳定的磁悬浮。若引入抗磁材料,利用其对外磁场轻微的抵制作用,则可实现常温下的无源稳定磁悬浮。抗磁悬浮原理虽然在一些高精密的科学传感器中有应用,但由于抗磁材料的磁性过于微弱,无法提供足够的承载力,在轴承中的应用还尚未涉及。根据电磁力的尺度效应分析可知,永磁体磁场梯度随系统特征尺度的减小而反比增大,由于抗磁效应正比于磁场的梯度,抗磁悬浮得益于MEMS微小化的特点,可为微机械结构提供简单有效的支撑方法。

 微型抗磁轴承的研究涉及到电磁理论、材料科学、工程设计、加工工艺等多个学科,具有丰富的内涵,为微机电系统轴承的设计提供了一条新思路。本文以建立微型抗磁轴承基本设计理论体系为目标,主要研究内容包括:

 (1)在抗磁悬浮原理微尺度有效性论证的基础上,研究了适应微系统加工工艺的微型抗磁轴承基本设计方案,并根据磁场能量理论的计算结果,研究了轴承设计参数对轴承承载力以及动力学参数的影响,探讨了实现轴承稳定悬浮的条件,提出了微型抗磁轴承优化设计的方案;

 (2)抗磁轴承的非接触式结构需要非接触式的阻尼减振方式,可行的方案包括气膜阻尼以及电涡流阻尼。对于电涡流阻尼,本文根据抗磁轴承的结构特性,采用薄板近似模型以及镜像法建立了轴承电涡流的模型,分析了转子轴向、径向以及倾角方向电磁阻尼的特性,探讨了电涡流阻尼对轴承旋转损耗的影响,通过与气膜阻尼的比较,论证了电涡流阻尼器在微型抗磁轴承中应用的可行性。

 (3)在对微型抗磁轴承动力学参数分析的基础上,建立了轴承的转子动力学模型,分析了不同工况和设计方案下的轴承动力学特性,提出了改进轴承动态稳定性的方案。

 (4)针对非理想加工条件引起的抗磁轴承磁偏心进行了研究,探讨了永磁体的不对称磁化以及抗磁材料磁性不均匀对轴承性能的影响,并分析了轴承的旋转损耗特性。

 (5)对抗磁轴承的基本振动特性进行实验研究。

 微型抗磁轴承适应于MEMS准平面加工的特性,与传统的轴承方案相比,抗磁轴承充分利用了MEMS微小化的特点,具有方http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets法简单、对工作环境要求低的优点,并可与其它轴承方案结合,拓展了研究的思路。本论文作为抗磁悬浮原理在微机电系统中应用的初步探索,建立了抗磁轴承机械性能的基本理论框架,为这种新型方案的设计、优化、驱动方式的选择以及运行策略的拟定提供了必要的依据。
学位年度:2009

空调滚动转子压缩机起动特性优化与振动噪声控制研究

题名:空调滚动转子压缩机起动特性优化与振动噪声控制研究
作者:齐冀龙
学位授予单位:吉林大学
关键词:滚动转子压缩机;;永磁同步电机;;无位置传感器控制;;噪声
摘要:

 本文结合与青岛迅能公司的合作项目“空调压缩机控制器软件开发”选题,主要研究了空调用滚动转子式压缩机的驱动及性Neodymium Magnets能优化方面的问题。通过本文的研究优化了压缩机的起动过程,提出了改善压缩机振动和噪声性能的方案。本文的工作分为以下几个部分。

 1、通过滚动转子式压缩机的结构特点和工作原理的分析,模拟了滚动转子压缩机在工作时的吸气腔和压缩腔内压强的变化,以及压强变化和滑片等部件作用于滚动转子的力随转子机械角度的变化。建立了滚动转子式压缩机工作时阻力扭矩的负载模型。

 2、通过仿真模型试验了压缩机的开环起动方案,并且通过增加恒定负载和压缩机的阻力扭矩负载来调试和完善压缩机的起动性能。通过仿真验证了所提起动方案的合理性和所涉及的各参数的调试方法。

 3、为提高滚动转子式压缩机的起动性能,本文采用DSP芯片提出了一种较为简单的起动方法并搭建了试验系统。通过理论分析和反复的实验优化了起动过程的加速曲线,使压缩机的起动过程时间得以缩短,可靠性得以提高,在较小的压差下也能够顺利起动。

 4、为提高滚动转子式压缩机的噪声和振动性能,提出了从改善压缩机的驱动效果对压缩机的振动和噪声性能进行改进的方案。通过仿真实验证实采用对控制系统的转矩侧,转速侧进行控制以及改变采样时间http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets等方案降低了压缩机驱动过程中的转速波动。本文还通过采用不同的驱动系统在消音室内对压缩机驱动的振动和噪声性能进行了测试。结果表明采用不同的驱动系统对压缩机的振动和噪声的性能有着显著的影响。
学位年度:2009

新型大电流开关的设计理论与应用研究

题名:新型大电流开关的设计理论与应用研究
作者:郑祥
学位授予单位:大连理工大学
关键词:真空发电机断路器;;主灭弧室;;辅助灭弧室;;电流转移;;永磁机构
摘要:

 随着电能消费的不断增加和能量利用形态的高功能化,大电流技术成为在电能的生产、传输、变换、控制等方面正在迅速崛起的领域。本文以两个大电流电力开关的工程项目为背景,研究了新型并联双断口型真空发电机断Neodymium Magnets路器和特大电流电解铝有载专用投切开关的设计理论与应用。

 本文设计了一种基于电流转移原理并结合相控技术的并联双断口型真空发电机断路器(Vacuum Generator Circuit Breaker,VGCB)。区别于传统的设计方式,本文通过采用双灭弧室异步动作的开断方式,可选择不同参数的真空灭弧室进行并联。主灭弧室(Main Vacuum Interrupter,MVI)主要承担额定电流,而辅助灭弧室(Auxilary VacuumInterrupter,AVI)主要承担开断故障电流的任务。通过适当的回路结构布置可以实现两灭弧室支路的电流分配值符合VGCB的设计要求。根据开断电流性质的不同,设定了VGCB在开断负荷电流和故障电流时相应的动作流程以减轻触头烧蚀。通过实验得到的额定短时耐受电流情况下电流分配,并以此为依据计算出VGCB各部分的受力情况。通过力效应和热效应的综合分析,VGCB可以实现在关合状态下长期稳定工作。

 通过对系统源、发电机源以及失步故障电流的电流变化方程分析,并结合电流转移过程的数学模型,得到三种故障源的动态电流转移过程变化公式,并根据仿真结果得到电流转移过程的变化趋势及影响因素,进而确定MVI和AVI分闸时刻配合方式。通过电流仿真分析,新型VGCB可以实现在额定短路开断电流的条件下的电流转移并且电流转移过程与故障电流源的类型、初始电流相角、系统设备参数、主灭弧室触头分离时刻等多种因素有关,突破了一些学者仅对单一电流、固定分闸时刻的电流转移分析的局限。

 结合应用研究,本文制作出并联双断口型真空发电机断路器样机。通过测试永磁机构分闸线圈激磁时间,提出进一步缩短激磁时间的要求。通过电流分配实验,证明所设计的开关回路结构能够实现电流的合理分配。通过电流转移试验和仿真分析进行对比,确定出电流能够转移的原因和变化趋势,并确定仿真http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets误差原因。通过温升实验样机能够满足国家相关规定,提出进一步改善散热条件的方式。

 本文采用多组小开关并联同步分合闸的方法设计一套特大电流有载投切开关以实现不停电投切电解槽的目的。本文制定了开关投切的工作流程,通过电气参数计算并对开关投切过程进行仿真分析,本文所设计的开关能够实现特大电流的电流转移。通过对开关的动热稳定性分析,开关采用多断口并联结构能够满足关合状态下稳定运行的需要。
学位年度:2009

风机性能测试系统的设计与研究

题名:风机性能测试系统的设计与研究
作者:周海燕
学位授予单位:中国农业机械化科学研究院
关键词:风机性能;;测试装置;;CFD;;测试系统
摘要:

 风机在植保机械上的应用非常广泛,风机的性能直接影响到风送式植保机械的射程、药液雾化性能、雾滴穿透能力及防飘移性能,由于风机的性能很难从理论上推导出,主要通过试验来确定,因此风机性能测试系统对于风送式Neodymium Magnets植保机械的研究和开发非常重要。本论文研制出植保机械用离心风机、轴流风机的出气性能测试系统,为植保机械专用风机的设计和选用提供了必要手段。

 1、本文按照GB/T1236-2000《工业通风机用标准化风道进行性能试验》研制了植保机械用风机性能测试系统,分别用于测试离心风机和轴流风机,实现试验过程自动化,自动调节工况、采集、处理试验数据,生成试验报告,绘制风机有因次和无因次性能曲线。轴流风机测试装置采用三相异步电动机驱动,0-3000r/min变频调速,功率18.5kW;离心风机测试装置采用永磁电动机驱动,功率3kW,0-8000r/min无级调速;测控系统硬件主要由微型计算机、PLC、传感器、二次仪表等组成;其中PLC、步进电机、行程开关、位移传感器实现了风门开度的闭环控制;测控系统软件采用VB开发,全面支持Windows XP、图形界面、操作简单、使用方便。经实际测试结果表明该系统精度高、重复性好、性能稳定、自动化程度高,大大缩短了试验时间。

 2、本文在对孔板、文丘里管和V型锥三种节流装置理论分析的基础上,首次应用二维轴对称模型对三种节流装置的永久性压力损失、可靠性、来流适应能力等进行数值模拟分析,缩短了研究周期,节省研究费用,最终确定本测试系统采用V型锥节流装置测量流量。

 3、本文在理论分析的基础上,依据实测数据,在国内首次应用CFD对植保机械风机不同工况进行模拟分析,探讨了试验过程中管道内静压、湍流强度以及气流速度的变化规律:逐渐关闭风门过程中,静压增大,节流装http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets置前后的压差减少;节流装置前气体的湍流强度增大,节流装置后的湍流强度减小;管道内同一位置处气流速度逐渐减少。为风机性能测试系统差压信号采集位置提供理论依据。

 4、本文在风机性能测试系统中,国内首次采用理论分析与实测数据拟合相结合的方法,最终确定应用最小二乘法拟合风机性能曲线,根据不同测试数据,性能曲线拟合次数3、4、5、6次可选,使拟合曲线接近风机的真实性能曲线。
学位年度:2009

小型风力发电系统能量管理集成控制的研究

题名:小型风力发电系统能量管理集成控制的研究
作者:齐志远
学位授予单位:内蒙古工业大学
关键词:小型风力发电;;能量管理;;集成控制;;最大功率跟踪控制;;负载跟踪控制;;铅酸蓄电池;;变电流快速充电
摘要:

 风能是可再生能源中最重要的能源之一,风力发电对于改善能源结构、推动生态和环境建设具有十分重要的意义。小型风力发电系统具有投资小、使用灵活的特点,非常适合于解决居住相对分散、风力资源较好的无电地区居Neodymium Magnets民的用电问题,具有广阔的市场前景。小型风力发电系统虽然已经在国内外大规模使用,但由于存在效率低和可靠性不高的问题,直接限制了小型风力发电系统的推广应用和发展。本文引入能量管理集成控制的思想,从分析系统工作原理、能量流动关系和工作模式转换入手,通过系统数学建模、仿真研究和实验研究,以期实现小型风力发电系统的优化及可靠运行。

 论文首先简述了风力发电的意义和风能利用及风力发电历史,综述了美国、加拿大、欧洲和我国的小型风力发电发展现状和趋势,总结了小型风力发电的应用状态及存在问题,概括了小型风力发电系统的国内外研究状况。

 其次,为了提高小型风力发电系统能量转换效率和可靠性,采用了定桨距风力机直接耦合永磁同步发电机的拓扑结构,在二极管整流桥与蓄电池之间插入DC/DC变换器实现功率调节,结合机械折尾翼与耗能电阻方式进行风力机限速保护。介绍了研究的小型风力发电系统各组成部分的工作原理,阐述了风力机运行特性、DC/DC变换器阻抗变换原理及通过DC/DC变换器实现最大功率跟踪控制和负载跟踪控制的功率调节原理。

 第三,分析了传统小型风力发电系统的工作特性,指出了系统无功率调节及风力机与发电机功率匹配不尽合理是系统效率低的主要原因,系统不对充放电电流进行控制会引起蓄电池提前损坏。为了实现系统的优化及可靠运行,将能量管理集成控制思想引入小型风力发电系统,完成对系统内部能量变换、流动及设备安全保护的检测和控制。分析了小型风力发电系统中的能量流动关系以及系统可能的工作模式,找出能量在系统内部转换的规律和工作模式转换条件,建立了工作模式转换图。

 第四,介绍了最大功率跟踪控制方法的原理,给出了一种无机械传感器的最佳功率给定法,针对小型风力发电系统的非线性和时变性特点,设计了一种自整定型模糊PID控制器进行功率调节。

 第五,分析了铅酸蓄电池的工作特性和影响蓄电池寿命的各种因素,结合快速充电原理和风力发电系统特性,提出了一种变电流快速充电和基于电流补偿的回差电压放电控制策略。变电流快速充电控制既能够快速储存能量,又可以避免过充电;具有电流补偿功能的回差电压放电控制能够保证在不同放电电流下蓄电池放出相同的能量,同时又避免过放电。

 第六,建立了小型风力发电系统的各组成部分的数学模型,针对能量管理集成控制的小型风力发电系统表现出连续子系统和http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets离散子系统并存的混杂系统特性,给出了利用Stateflow仿真环境实现能量管理集成控制中工作模式间转换的逻辑控制。基于MATLAB平台建立了仿真电路,并对能量管理集成控制中的最大功率跟踪控制、负载跟踪控制和蓄电池充放电控制进行了仿真研究,仿真结果验证了小型风力发电系统能量管理集成控制方案的正确性和可行性。

 最后,设计并制作了一台具有能量管理集成控制功能的小型风力发电系统智能控制器,功率主电路选用Buck变换器进行功率调节,利用单片机C8051F410作为控制单元。在实验室环境下搭建了小型风力发电系统实验平台,利用该实验平台进行了智能控制器的性能测试。实验结果表明,控制器能够根据风速、负载和蓄电池状态自动切换工作模式,保持系统能量平衡,既可以充分利用风力发电机的输出功率,优先满足负载要求,又能够保证合理地对蓄电池进行充放电控制,进一步验证了能量管理集成控制方案的正确性及合理性,为该智能控制器的实用化提供了指导。
学位年度:2009

超高密度磁记录用硬盘核心磁性器件的微磁学分析

题名:超高密度磁记录用硬盘核心磁性器件的微磁学分析
作者:李正华
学位授予单位:兰州大学
关键词:微磁学:4434,各项异性:3885,磁记录系统:3357,超高密度:3036,矫顽力:2869,多层膜:2867,磁记录技术:2794,读磁头:2658,磁性薄膜:2637,交换相互作用:2542
摘要:

 硬盘核心系统包括存储信息的磁介质、读写信息的磁头和实现快速读写的机械转动系统，其中涉及的学科非常广泛，包括材料、机械、电子、自动化、计算机等工科的研究，也与物理、化学这些理科的基础研究密切相关。Neodymium magnets本文的研究主要集中在对硬盘工业最关键的核心磁性器件的研究领域。微磁学(micromagnetics)可以计算磁滞回线、磁导率、磁畴和信息的读写过程，通过计算和设计，可以大幅度地减少器件制备、材料制备过程中的盲目性，并可以设计硬盘系统的重要参数。本论文的研究内容从超高密度磁记录介质到CPP-GMR器件，再到热辅助磁记录系统(包括磁性记录层，中间层，软磁衬底层，SPT写磁头以及激光光源)。根据具体的研究步骤，论文主要分为以下三个部分：

 第一部分超高密度磁记录用记录介质的微磁学模拟分析

 这一部分主要以磁晶各项异性能和磁弹性能为核心对实验室制备出来的磁性能良好的垂直取向L1_0相FePt合金单层膜和多层膜以及水平取向的CoCrPt合金单层膜进行微磁学分析，主要得到以下一些结论：

 1)在FePt/Pt/CrW单层膜中，随着衬底层中W含量从0增加到15 at．%，CrW合金的晶格常数变大，Cr(200)面和FePt(001)面之间的错配度也相应增大，从5．4％增加到7．2%，这也就表明，在FePt合金薄膜的面内，存在着伸张内应力σ_i。通过应力定性分析，我们得到了FePt单层膜面内总的应力大小为1．079 GPa(包括内应力和外应力)，其中沿a轴方向的总应力大小约为763MPa。

 2)在FePt/Pt/CrW单层膜中，我们通过微磁学分析的方法，研究了四角磁晶各项异性，晶粒内部的交换相互作用以及面内应力对FePt合金单层薄膜M-H回线的影响。

 3)在Fe/Pt多层膜中，我们对L1_0相FePt合金多层磁性薄膜的磁致回线进行了模拟。和单层膜相比，多层膜中c轴的取向度更好一些，而且晶粒内部和晶粒之间具有较大的交换相互作用。我们模拟得到的垂直方向的矫顽力约为7．8 kOe，略小于面内的矫顽力，这主要是因为四角磁晶各项异性在面内导致了较大的立方各向异性的缘故。

 4)在Fe/Pt多层膜中，我们通过计算矫顽力与外场和取向间夹角的关系，对Fe/Pt多层膜的反磁化过程进行了简单的研究。研究表明，多层膜表现出与畴壁移动模型相近的变化趋势，这说明它的反磁化过程主要是以畴壁位移的方式进行的。

 5)此外，我们以六角http://www.chinamagnets.biz/Neodymium/Ball-Neodymium-Magnets.php网格为基本单元，以单轴磁晶各项异性能和磁弹性能为核心，对实验室制备出来的水平取向的CoCrPt合金单层磁性薄膜进行了微磁学分析。微磁学研究表明，当Pt含量超过15 at%时，由应力导致的矫顽力将起主导作用。

 第二部分超高密度磁记录用CPP-GMR读磁头的微磁学分析

 这一部分主要致力于对纳米尺度的CPP-GMR器件进行微磁学模拟，主要得到了以下结论：

 1)为了提供最佳的永磁偏置场，抑制多层膜自由层中磁畴结构的产生，使得自由层的磁矩只随外场转动，水平永磁体顶角θ的最优化值为70°。

 2)当CPP-GMR磁头的磁迹宽度(track-width)减小到40nm时，在不同的h/w(自由层高度与宽度比)比下，自由层的磁矩在信号场的作用下发生了一致转动，然而，当h/w比大于1时，形状各向异性在磁矩的翻转过程中起到了非常重要的作用，导致了磁阻曲线中磁滞现象和不可逆跳跃的发生，并且恶化了磁头的输出信号。

 3)研究了CPP-GMR磁头的h/w比值(形状各项异性)和永磁体的Mrd值对MR响应曲线的影响。

 4)研究了CPP-GMR磁头的磁屏蔽层镜像效应。当软磁屏蔽层间隙G减小到20nm时，要获得良好的读出特性，需要H_(pinned)≥700Oe和H_(syAF)≥1000Oe。

 第三部分热辅助磁记录系统的微磁学模拟

 这一部分主要通过建立三维的热传导模型和微磁学模型，对记录密度超过1Tb/in~2的热辅助磁记录系统进行分析研究，主要得到了以下结论：

 1)研究发现，记录介质的加热和冷却过程是由磁性层和软磁衬底层之间的热传导(-▽~2T)过程决定的，而且和软磁衬底层的热传导系数κ有着非常密切的关系。κ值的增加，加速了HAMR介质内部热量传导的过程，导致了冷却时间的迅速减小，同时，也使得HAMR介质局域温度的最大值(T_(max))有所降低。

 2)研究表明，在记录层上数据位的分布图样不仅与SPT写磁头的形状和写入场的大小有关，而且还与记录介质层对温度的响应有关。对于FePt合金来说，最优化的写入温度为722K，这个温度稍低于FePt合金的居里温度(770K)。值得注意的是，在局域温度高于722K时，HARM介质不能进行数据的写入，因为此时介质中心的饱和磁化强度大小几乎为0．

 3)在对HARM系统单磁道写入过程的模拟中，SPT磁头和介质之间的相对速度为35m/s，记录位的道宽比(the bit-aspect radio)是2．7，记录密度超过了1Tb/in~2．为了进行最佳的数据写入操作，激光加热斑点的中心与SPT磁头主极前后边缘的距离应该小于1．4/41．4nm，这对于热辅助磁记录系统的设计有很重要的指导意义。

 本论文在对L1_0相FePt合金单层膜和多层膜微磁学分析中取得了一定的进展，首先在传统微磁学模型的基础上，根据晶体的对称性，引入了四角磁晶各项异性能密度的唯象表达形式，紧接着，依据薄膜生长过程中晶格对称性的破坏，在薄膜面内考虑了应力，并且引入了磁弹性能。我们以四角磁晶各项异性能和磁弹性能为核心，对L1_0相FePt合金单层膜和多层膜的磁滞回线作出了很好的解释，并且确定了薄膜面内应力的大小，从而为实验工作者的研究提供了理论依据。此外，我们对CPP-GMR读磁头器件和热辅助磁记录系统的微磁学分析，对它们的优化设计具有很重要的理论指导意义。
学位年度:2009

低速大转矩永磁同步电机及其控制系统

题名:低速大转矩永磁同步电机及其控制系统
作者:史婷娜
学位授予单位:天津大学
关键词:永磁同步电机;;矩阵变换器;;空间矢量脉宽调制法;;博弈论;;多目标粒子群优化算法;;模糊专家系统
摘要:
 本文以低速大转矩永磁同步电机作为研究对象,从电机设计与控制技术相结合的角度出发,着重进行了永磁同步电机驱动控制Neodymium Magnets和优化设计两方面的研究。
 首先基于坐标变换原理,详细分析了永磁同步电机在静止三相坐标系、静止两相以及旋转两相坐标系下的数学模型,深入讨论了永磁同步电机电压空间矢量控制方法,提出了基于矩阵变换器的永磁同步电机空间矢量调制策略。根据矩阵变换器的拓扑结构特点,将交-交直接变换结构矩阵变换器等效为由“虚拟整流器”和“虚拟逆变器”组成的交-直-交结构,深入分析了矩阵变换器的变换关系,推导出矩阵变换器的电压、电流双空间矢量PWM调制函数。
 为了验证基于矩阵变换器的永磁同步电机空间矢量调制策略的可行性,以及调制方法的正确性,首先使用Matlab软件平台搭建了空间矢量调制的仿真模型,并以低速大转矩永磁同步电机作为被控对象,对矩阵变换器的输入输出特性进行分析。仿真结果表明,矩阵变换器输出电压的幅值和频率独立可调,实现了电机在宽广范围的连续可调、任意负载下的输入功率因数为1,且能实现能量的回馈,克服了传统交-直-交变频器驱动永磁同步电机所存在的输入谐波大、输入功率因数低、直流回路需要大的储能电容等缺点。解决了传统交-交变频器存在的功率因数低、谐波污染严重以及调速范围窄等问题,改善了永磁同步电机调速系统的运行性能。
 在仿真的基础上,搭建了基于矩阵变换器的永磁同步电机实验系统,该系统以DSP为主控制器进行空间矢量调制,以FPGA为协处理器实现矩阵变换器开关函数的合成和四步换流策略的实施,成功实现了对输出电压和输入电流的同时调制,获得期望的正弦输入电流和输出电压,保证了永磁同步电机优良的起动和调速性能。实验结果表明,该控制器不仅具有永磁同步电机驱动系统调速精确、动态响应快、鲁棒性强等特点,同时还具有输入、输出电流谐波小、无中间滞留滤波电容、能量再生等特点。
 针对电机优化设计中存在的高度非线性问题,本文提出了一种基于模糊专家系统的多目标粒子群算法,根据专家设计经验,构建模糊专家系统,将专家经验融合到粒子群速度方程中,引导支配子集更快地向最优解方向运动,改善了多目标粒子群算法寻优过程,提高了求解精度和收敛速度。同时,将电机优化问题转化为博弈问题,提出基于博弈论的电机优化设计方法,从纳什均衡解出发,运用策略性让步博弈的思想综合考虑各优化目标,从非劣解集中搜索综合最优解,降低了电机开发难度、缩短了设计周http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets期,为实现电机设计智能化奠定了基础。针对加工、装配过程中产生的误差及实际应用中存在的干扰因素,在电机设计中引入稳健设计的思想,采用信噪比方法分析了设计方案的稳健性,建立了评价和排序非劣解的重要指标。同时基于灵敏度分析思想,揭示了电机各设计参数与优化目标的内在关系,为电机生产和设计提供了理论指导。最后采用基于模糊专家系统和博弈论的多目标粒子群算法对电梯用低速大转矩永磁同步电机进行了优化设计,测试和应用结果表明,优化设计后,电机综合性能指标明显提高。
学位年度:2009

永磁球形电动机静态特性及有限元分析

题名:永磁球形电动机静态特性及有限元分析
作者:宋鹏
学位授予单位:天津大学
关键词:永磁球形电动机;;有限元方法;;电磁转矩;;磁链;;反电势;;端部效应
摘要:
 永磁球形电动机能够替代传统多自由度传动机构实现三自由度运动,从而大大简化了机械结构,提高了传动系统的定位精度和响应速度,拓展了电机的应用范围。目前该类电机的研究尚处于理论探索阶段,因此,研究成果可为同类Neodymium Magnets型电机的深入研究提供理论依据和实验参考。
 本论文针对一种新型永磁球形电动机,建立了电机的三维仿真模型,计算得到了球形电动机的电磁转矩特性曲线和磁阻转矩特性曲线。通过分析电机不同的转子极充磁方式、定子线圈铁心磁导率以及不同材料的定子外壳时电磁转矩特性的变化,总结出了提高输出转矩的有效途径;获得并分析了球形电动机最大静转矩随主要结构参数的变化规律。
 由于球形电动机结构特殊,较难用二维模型直接代替三维模型进行计算。本文提出了基于二维等效模型的转矩计算方法。该方法根据球形电动机二维和三维模型中气隙磁密的分布规律,得到了两种模型之间的等效基础;然后将球形永磁体三维模型的磁场、定子线圈的形状和电流进行了等效计算,求出定、转子等效参数并建立了球形电动机的二维等效仿真模型。基于二维模型的电磁场量推导了电机自转转矩的虚功法计算公式,并选取了麦克斯韦张量法的三种不同积分路径分别进行求解,所得结果与基于三维模型的转矩计算结果进行了对比验证。
 为深入研究永磁球形电动机的运行性能,对球形电动机的磁场进行了建模,仿真得到了球形电动机定子线圈空载磁链特性曲线并进一步求解得到了其空载自转反电势特性曲线,分析了永磁体充磁方式、气隙长度以及定、转子参数的变化对电机空载磁链特性和空载自转反电势特性的影响。
 针对球形电动机的端部效应建立了电机的二维和三维有限元模型,并对端部效应及其对电机自转反电势波形的影响进行了理论分析。基于球形电动机的特殊结构提出了一种量化其端部效应的方法,即首先对定子线圈http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets进行等效,然后通过计算得到一个端部系数来修正基于二维模型得到的空载自转反电势曲线。最后将修正后的曲线与基于三维模型得到的计算结果和样机实测波形进行了对比验证。
 基于理论分析,针对永磁球形电动机进行了机械结构与电磁设计,制作出样机一台,并搭建了球形电动机的实验控制系统。针对球形电动机的运行特点,进行了硬件电路设计和软件程序设计,实现了球形电动机的连续自转运动。
学位年度:2009

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Neodymium Magnets性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http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets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

抗磁悬浮转子式微器件的相关技术研究

题名:抗磁悬浮转子式微器件的相关技术研究
作者:刘武
学位授予单位:上海交通大学
关键词:抗磁悬浮;;永磁;;热解石墨;;变电容微电机;;微机电系统;;电容检测;;控制
摘要:
 抗磁悬浮转子微器件中转子自由悬浮,从根本上消除了大多数微惯性器件的检测质量块通过支撑梁与衬底相连而存在的接触摩擦Neodymium Magnets的影响,可用于高精度的微惯性器件。结合抗磁体和永磁体的抗磁悬浮具有室温下工作、无源、自主稳定悬浮以及适宜在微器件尺度下使用等优点,其根据原理可以分成抗磁转子悬浮和抗磁稳定永磁转子悬浮。本文是首次对抗磁悬浮转子微器件用于惯性传感器所涉及的工作机理、制作工艺和悬浮转子旋转驱动测控电路进行的系统研究。全文主要研究内容和结论如下:
 对抗磁悬浮系统进行了电磁场和动力学分析,以深入理解抗磁悬浮转子微器件的悬浮和稳定的原理,以及其用作惯性传感器的原理。首先运用电磁场理论详细推导了抗磁悬浮中电磁场矢量、电磁力和电磁力矩的求解方程,稳定悬浮的充要条件,并论证了其在微器件中应用的优势;接着对自由悬浮刚体运动和悬浮微转子小角度运动进行了动力学分析,说明了悬浮刚体转子高速旋转时的陀螺效应;然后设计了两种抗磁悬浮原理的器件结构以及转子的旋转驱动方案;最后对微器件用作惯性传感时转子线加速度、角速度与其位置的关系进行了分析。
 对抗磁悬浮微器件中转子的悬浮、稳定和旋转进行了系统的仿真分析。(1)使用ANSOFT的MAXWELL 3D有限元软件包分析了抗磁转子悬浮微器件的悬浮问题,具体包括:首先分析了永磁体的不同布置形式的影响,并确定了采用同心内外永磁磁环、磁化方向沿轴向且相反的布置方案;接着对悬浮高度与悬浮力的关系、转子悬浮平衡位置高度与永磁体厚度的关系、转子悬浮力与内外永磁体环外侧径向尺寸比值的关系、转子悬浮力与永磁体外环径向尺寸的关系进行了分析;最后通过分析可得在设计的结构参数下抗磁转子为稳定悬浮。(2)采用等效电流环表示永磁体和映像电流表示抗磁效应的解析法,对抗磁稳定永磁转子悬浮系统进行了分析,其中对盘形永磁转子进行了静力学、动力学研究,对齿形永磁转子进行了静力学研究,研究结果表明在设计的结构参数下盘形和齿形永磁转子为稳定悬浮。(3)对基于轴向变电容微电机原理的转子旋转驱动相关问题进行了研究,具体包括:分析确定了旋转驱动相关的转子和定子结构参数、驱动电压的加载方式,使用MAXWELL 3D有限元软件包分析了旋转电容、驱动力矩与转子转角的关系以及涡流阻尼,另外还对空气阻尼的影响进行了分析。
 对抗磁悬浮微器件的制作工艺进行了研究。(1)抗磁转子悬浮微器件包括定子和转子。定子由加工好的硅基底微结构单元和环形永磁组合体装配而成。硅片上微结构采用MEMS工艺制作,环形永磁体和齿形热解石墨转子采用精密加工工艺得到。目前,该器件制作已成功完成。(2)抗磁稳定永磁转子悬浮微器件包括上定子、下定子和转子,其中齿形永磁转子采用精密加工工艺,定子采用MEMS工艺。为实现该器件的制作,本文首次对基底材料为热解石墨的多层结构的MEMS工艺进行了研究,它包括热解石墨基底的处理方法,用于转子重力平衡的环形永磁体的制作以及定子器件整个工艺制作流程。文中研究了分离式和整体式两种方案,目前,分离式微器件已制作完成,而整体式由于http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets工艺复杂,工艺实验研究还在进行之中。
 对悬浮转子旋转驱动测控电路进行了系统研究,研究工作分为微电容检测和旋转驱动控制两方面内容。(1)微电容检测使用电荷积分和锁定放大器原理,具体电路包括载波发生电路、电荷积分放大器、交流放大、模拟乘法器解调电路以及低通滤波。微电容检测研究工作中首先设计了使用DDS芯片的正弦载波发生电路。接着对前置放大器进行了噪声分析,由分析结果得到该电路理论上的检测分辨率为在1.5KHz带宽下可以达到78aF,对应的角度检测分辨率为0.0053o。然后,使用Orcad软件分析了设计的实际检测电路的动态响应以及存在的相位滞后。最后设计了转子转速的获取电路。(2)悬浮转子的旋转驱动是基于轴向变电容静电微电机原理。首先分析了固定频率、变频率开环驱动模式下的动态响应。然后,根据电容变化的特点提出了变驱动力矩、平稳驱动力矩和最大驱动力矩的三种闭环控制逻辑,并研究了变驱动力矩控制中理想模型,考虑低通滤波器和补偿器影响的模型下转子的动态响应响应情况。研究结果表明低通滤波器引起的相位滞后将影响转子所能达到的最高转速,为提高闭环下的最高转速可以增加补偿器。最后设计了驱动电路。
 对抗磁悬浮器件进行了相关实验。实验研究内容主要是抗磁转子悬浮微器件的实验,具体包括:(1)悬浮实验:测量了不同厚度永磁体时转子的悬浮高度,通过悬浮稳定性实验验证了转子的悬浮稳定性,并说明了稳定区间;(2)电容检测实验:测试了制作的用于检测转子高速旋转差分电容电路的性能;(3)旋转驱动实验:测试了固定频率、变频率开环驱动作用下转子转速与驱动电压的关系。另外,对抗磁稳定永磁转子悬浮器件进行了宏观模拟悬浮实验。
 本文为抗磁悬浮转子微器件真正成为高精度惯性传感器的进一步深入研究提供了良好的基础。
学位年度:2009

高压退火磁性非晶合金Nd_9Fe_（85）B_6的纳米结构转变

题名:高压退火磁性非晶合金Nd_9Fe_（85）B_6的纳米结构转变
作者:吴尉
学位授予单位:燕山大学
关键词:非晶晶化;;块体纳米材料;;择优取向;;高压退火;;扩散机制
摘要:
 纳米晶双相复合永磁材料是一种引人关注的新型永磁材料,这类材料通过在纳米尺度下的软磁相和硬磁相晶粒之间的磁交换耦合作用获得高的综合磁性能。理论预计,取向排列的纳米晶双相复合磁体的理论磁能积可高Neodymium Magnets达1000 kJ/m3,被称为“兆焦耳永磁体”,高于任何一种单相永磁材料。这类材料还具有稀土含量低,价格便宜,化学稳定性好等特点,具有潜在的开发应用前景,有望发展为新一代高性能永磁材料。然而在块体纳米晶复合永磁材料中,如何获得晶粒均匀细小且取向排列的纳米晶则是一项具有挑战性而又有意义的工作。
 非晶晶化的方法是制备纳米晶材料的一个重要方法,高压退火非晶合金的晶化规律研究也是当前材料科学研究的前沿之一;开展高压下磁性非晶合金晶化过程中纳米晶形成规律的研究,不但有助于开发高性能的磁性材料,而且有助于了解纳米晶在高压下的形成规律。
 本文采用六面顶压机(Six-Side Anvil Cell)、X射线衍射分析(XRD)、透射电子显微分析(TEM)和高分辨电子显微分析(HRTEM)等研究手段针对磁性非晶合金Nd9Fe85B6开展了如下几个方面的研究工作:
 研究了在高压下非晶Nd9Fe85B6合金基体中纳米晶体的形核和生长过程。研究发现:压力可以诱导Nd2Fe14B相纳米晶体的取向生长。分析结果表明:这是由于压力对不同半径原子的扩散抑制程度不同造成的,不同的晶面其含有不同种类原子的比例是不同的,当晶面含有较多压力抑制作用较弱的原子时,其晶面将易于形核和生长。在高压下,多组元的晶体会具有较高的生长各向异性。因此可以通过高压退火非晶粉末或条带的方法,制备出具有一定晶体取向的块体纳米晶合金。在6GPa压力条件下,获得了晶粒尺寸<10 nm,具有强晶体学取向的块体纳米晶合金。
 研究了非晶合金Nd9Fe85B6高压退火过程中,压力对形成的纳米晶的微观组织结构的影响。研究发现:在高压下可以获得比常压条件下晶粒尺寸分布更均匀的纳米晶。分析结果表明:这是由于非晶原子做无规则密堆积排列,其密度低于晶态合金,压力可以通过压缩非晶的体积,促使非晶合金中原子的短程重排,短程原子的重排促使在非晶合金基体中形成一些细小的均匀分布的原子团簇,这些原子团簇成为晶化的优先形核的位置,因而促进了晶粒尺寸的均匀分布。
 而压力对非晶合金Nd9Fe85B6晶化过程的动力学影响主要表现为两个方面:一个方面是压力降低晶化相的临界晶核形成自由能,促进晶化相的形核和生长;另一个方面是压力会使非晶基体的体积压缩,限制原子的运动能力,降低原子的扩散系数,抑制晶化相的长大。对于非晶合金Nd9Fe85B6而言,在较低的压力http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets范围内(0—1GPa),压力降低晶化相的临界晶核形成自由能的因素是主要的影响因素,α-Fe相的晶粒尺寸随压力的增加而增加;在高压的范围内(1-6GPa),压力抑制扩散的因素成为主导因素,晶化相Nd2Fe14B相和α-Fe相的晶粒尺寸随压力的增加而降低。同时,压力对不同晶化相的晶化过程的相对影响程度也是不同的,压力改变了各晶化相之间的自由能关系,因此显著影响晶化相的析出次序,在低压下先析出相为α-Fe相,而在高压下,先析出相为Nd9Fe85B6相。另外,在室温高压(6 GPa)条件下,压力可以使非晶合金Nd9Fe85B6发生纳米晶结构转变。
 研究了高压退火过程中晶化相原子扩散的激活体积。研究结果表明:在晶化的过程中,α-Fe相和Nd2Fe14B相的激活体积分别为10.3立方埃和7.73立方埃;α-Fe相的Fe原子的扩散机制以空位扩散为主;Nd2Fe14B相中的Nd、Fe和B原子以集体的扩散方式(Collective diffusion mechanism)为主,原子的集体扩散方式导致了Nd2Fe14B相形成了一个较小的激活体积。
学位年度:2009

永磁型无轴承电机的基础研究

题名:永磁型无轴承电机的基础研究
作者:仇志坚
学位授予单位:南京航空航天大学
关键词:无轴承永磁电机;;独立控制;;交替极电机;;悬浮力;;直接力控制
摘要:

 利用电磁轴承与电机结构的相似性,将产生悬浮力的原电磁轴承绕组叠绕于旋转电机定子中,通过电力电子和微机控制使其同时具备驱动与电磁悬浮支撑功能的一种新型磁悬浮电机——无轴承电机的出现,已成为高速电机Neodymium Magnets领域研究的重大突破。无轴承电机不仅继承了磁轴承电机无摩擦、无磨损、无润滑等优点,而且具备轴向空间利用率高、体积小、功耗低的特点,在空间技术、机床、真空技术及超高速电机等领域具有广泛的应用前景。

 相对其他类型的无轴承电机,永磁型无轴承电机以其结构简单、运行可靠、体积小、重量轻、效率高和功率密度大等优势,在飞轮储能、各种高速机床主轴电机和密封泵类、离心机、压缩机、高速微型硬盘驱动装置等领域更具备实用化优势,成为目前实现无轴承电机技术中最具有发展前途的方案之一。

 本文以表贴式和交替极式两种永磁型无轴承电机为研究对象,着重于两者数学模型和控制策略的基础研究,主要完成了以下研究工作:

 首先对表贴式无轴承永磁电机中磁悬浮力产生机制进行了深入的理论分析和数学建模,特別揭示了转子偏心、洛伦兹力对悬浮力控制以及悬浮控制绕组磁场对转矩控制的耦合影响,进而提出了一种实用的悬浮力及转矩控制方案。实验结果表明考虑转子偏心和洛仑兹力的影响可有效提高无轴承电机悬浮运行时的稳态精度和动态响应速度。

 同时,针对表贴式无轴承永磁电机转子磁场定向控制的局限性,研究采用电压-电流模型法辨识出悬浮控制所需的转矩控制绕组气隙磁场的方法,实现了转矩控制绕组和悬浮控制绕组的相互独立控制,为永磁型无轴承电机向实用化方向发展提供了新的途径。

 其次对一种新型交替极转子结构的永磁型无轴承电机转矩与悬浮力特性进行了电磁场有限元仿真分析,验证了该无轴承电机所具有的悬浮力与旋转角位置无关,转矩与悬浮控制解耦的固有特性。通过对交替极式和表贴式两种永磁型无轴承电机进行的电磁场分析比较,表明在两者电磁转矩相近的情况下,前者的悬浮力远远大于后者,避免了传统无轴承永磁电机中转矩和悬浮力的折中问题。

 随后对新型交替极永磁无轴承电机的磁悬浮机理进行了深入研究,并应用气隙磁导分布理论和分段磁路法推导了交替极式无轴承永磁电机的新的数学模型,构造了交替极无轴承永磁电机的数字控制系统框图。在此基http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets础上设计和实现了基于TMS320F2812单数字信号处理器的软硬件数字控制系统,为实现该类永磁型无轴承电机控制提供了可靠的实验条件,并在实验样机上实现了该新型电机的动静态稳定悬浮,验证了其悬浮与转矩控制解耦的特性。

 最后通过借鉴永磁同步电机直接转矩控制理论的思想,首次提出了一种基于空间矢量脉宽调制方法对悬浮力进行直接控制的新型控制策略—直接力控制,通过MATLAB仿真与传统矢量控制系统比较,表明了其优势所在。并在交替极无轴承永磁电机上进行了实验,实验结果验证了该控制策略的正确性和有效性,从而为永磁型无轴承电机的悬浮力控制开辟了新的路径。
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Neodymium Magnets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http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets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

新型混合励磁同步电机特性研究

题名:新型混合励磁同步电机特性研究
作者:张卓然
学位授予单位:南京航空航天大学
关键词:混合励磁;;同步电机;;三维有限元;;等效磁路;;静磁场;;瞬态场分析;;空载特性;;电枢反应;;整流;;无刷直流发电机
摘要:

 混合励磁是永磁励磁与电励磁两种励磁方式的有机结合。混合励磁同步电机(HESM)力求继承永磁同步电机的优点,同时使其具有气隙磁场调节能力,在航空航天、新能源发电与驱动等领域具有重要的潜在应用前景。探索Neodymium Magnets合理的HESM结构型式是推动混合励磁电机技术发展和应用的重要环节。本文致力于新型HESM本体结构拓扑研究,在电机的磁路计算、三维有限元分析、结构优化、建模方法等方面开展深入的研究,并进行实验验证与分析。

 论述了混合励磁电机励磁方式的特点,并总结其共性的基本要求。针对两种典型结构永磁同步电机,提出转子磁分路径向磁钢HESM与切向磁钢HESM结构型式,详细阐述了两种电机的结构特点与运行原理,在分析电机内径/轴向磁路分布特点的基础上,论述其气隙磁场调节原理和工作特性。

 建立了转子磁分路HESM不同励磁状态下的等效磁路模型,完成等效磁路计算程序,计算得到电机内磁路状态和空载特性。推导出影响该新型电机磁分路作用的基本约束关系,系统研究了转子长径比、极对数、永磁体结构参数、主气隙/附加气隙长度以及转子导磁体延伸段截面积等关键结构参数对电机调磁特性的影响规律。研究了基于电枢反应计算确定电机励磁磁势的基本方法,得到电机不同性质负载下的调节特性曲线。

 在MAXWELL3D中建立新型转子磁分路HESM的三维有限元模型,通过全面的静磁场分析验证了电机具有良好的气隙磁场调节能力,得到双向励磁磁势作用下电机内部磁场分布的变化情况和规律,并给出导磁桥、转子导磁体等结构的优化方法和原则。针对转子导磁体间漏磁问题,提出了增设补偿磁钢的方法,研究结果表明补偿磁钢能够有效提升气隙磁密,且对磁场调节范围影响很小。建立了切向磁钢HESM三维瞬态场路耦合分析模型,完成了电机空载特性、外特性和短路特性的仿真分析,并进行了实验验证。研究了基于瞬态场分析计算电机同步电抗的方法,结合静磁场计算结果,根据电机电压方程,建立了切向磁钢HESM的MATLAB/SIMULINK数学模型,为该新型电机的闭环系统仿真分析、快速计算提供了重要的分析手段。

 提出新型并列结构HESM结构,通过三维有限元计算得到电机内磁场分布特点,并对比分析出铁心长度的设计原则。指出并列结构HESM中存在轴向漏磁现象的特殊问题,并通过三维静磁场分析揭示了双向励磁作http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets用下轴向漏磁通的变化规律,为电机内永磁及电励磁部分之间的轴向距离选择提供了理论依据。

 提出同步发电机采用共阳极12相零式整流输出以构成无刷直流发电机的结构方案。系统地对比研究了6相双Y整流输出和12相零式整流输出结构下的发电机损耗、整流二极管电流应力和容错能力等特性,验证了12相零式整流输出无刷直流发电机在低压直流电源系统中的应用优势。并完成并列结构混合励磁无刷直流发电机的三维场路耦合分析和实验验证,表明该电机继承了永磁电机电压调整率较低的优点,且励磁电流能实现良好的辅助调节功能。指出并列结构HESM中转子磁极应轴向完全对齐,以避免相电势波形畸变影响输出电压质量。
学位年度:2009

高性能注塑机关键技术的研究

题名:高性能注塑机关键技术的研究
作者:宋春华
学位授予单位:西南交通大学
关键词:永磁同步伺服电机;;节能;;变量柱塞泵;;模糊控制;;内模控制;;噪声
摘要:

 二十一世纪是科技的世纪,随着材料技术的发展,伺服电机的性能得到了很大的提高,为注塑机的高速、高精度提供了可能。先进控制技术的进一步发展和完善,为实现电机和泵联接的注塑机驱动系统伺服控制提供了理论依据。微Neodymium Magnets控制器,特别是芯片技术的提高以及专用DSP的出现为算法控制技术的实现提供了可能。

 节能、高速、高精度、低噪声是高性能注塑机控制系统的发展方向。然而,高速度和高精度、低噪声往往是两个互相矛盾的方向。控制方法的优化对解决节能以及高速、高精度有重要的意义,因此有必要对注塑机的控制方法进行研究。注塑机节能液压系统,正在从过去的流量比例和压力比例的双控制走向负载敏感自适应控制,走向变频调速控制、伺服控制及伺服闭环控制。高端的节能动力驱动系统是高性能注塑机不可缺少的系统。

 针对上述问题,本论文首先采用模糊预测的方法对注塑机驱动电机—异步电机的转速控制进行了研究；其次,利用内模控制的方法对注塑机驱动电机—永磁同步伺服电机的电流调节器进行了深入的研究；第三,将模糊控制用于电机和变量泵的协调控制；第四,针对高速度、高精度和低噪声之间的矛盾,对不同的电机和变量柱塞泵之间的联接方式进行了研究；最后分析了注塑机伺服电机变量泵驱动系统节能的原理并和阀控系统节能进行了比较。

 论文主要内容包含以下几个方面：

 1)异步电机转速控制器的设计。在异步电机的控制中,电阻、电抗等参数对转速控制产生较大的误差影响,从而影响控制精度和动态响应速度。基于感应电机的数学模型,将模糊逻辑系统引入预测控制。针对异步电机的强耦合特性,提出模糊预测控制的方法,并用模糊预测控制的方法设计了高性能的转速控制器。

 2)基于磁场定向的控制原理,提出了永磁同步电机电流调节器的内模控制(IMC)设计。在永磁同步伺服电机的矢量控制中,电机的调速范围很宽时,电阻、电抗等参数对d,q轴电流的控制产生较大的误差影响,从而影响控制精度和动态响应速度。用矩阵奇异值分析了IMC电流调节器的鲁棒性,并将其应用于永磁同步电机转子磁场定向的矢量控制中。对电流调节器的传递函数进行了仿真并用DSP实现电机矢量控制的运行实验,实验表明,用IMC电流调节器实现的电机调速,能够获得良好的跟踪性能和较高的稳态精度,从而提高了电机的控制能力并验证了IMC电流调节器的在宽调速时对电机参数依赖性小的良好性能。

 3)从模糊控制的理论出发,提出了将模糊控制方法用于伺服电机和变量泵的协调控制。解决了注塑机变频调速时出现http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets的低速特性差,动态响应慢,调速精度不易保证等问题。用模糊内模协调控制的方法解决了转速波动的问题。

 4)针对高速度、高精度和低噪声之间的矛盾,对电机和变量柱塞泵之间的联接方式进行了研究。说明联轴器对伺服电机泵系统的响应和噪声有重大的影响。

 5)分析了伺服电机加变量泵系统节能的原理,通过实验对伺服电机加变量泵系统和比例阀控系统进行了比较。
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Neodymium Magnets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http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets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

永磁轨道上方波动外磁场下高温超导块材悬浮力性能研究

题名:永磁轨道上方波动外磁场下高温超导块材悬浮力性能研究
作者:刘敏贤
学位授予单位:西南交通大学
关键词:高温超导体;;磁悬浮;;永磁轨道;;悬浮力;;波动外磁场
摘要:

 处于永磁轨道上方的高温超导块材具有自稳定悬浮特性,因此高温超导磁悬浮列车性能相比其他两种的主要磁悬浮列车(常导磁悬浮列车和低温超导磁悬浮列车)具有控制简单、成本低廉及环保节能等优点。高温超导磁悬浮车Neodymium Magnets可能成为将来的一种高速、安全、环保、经济的最有效的地面轨道交通方式之一。本研究小组也在这方面作了大量的研究与探讨,并于2000年底研制成功世界首辆载人高温超导磁悬浮实验车。这种车系统的永磁轨道希望在车运行的方向的磁场保持均匀,但在实际应用中,由于安装工艺等因素的影响,使得其磁场在纵向存在一定的波动。本论文就这种磁场波动对块材悬浮力性能的影响展开工作。

 永磁轨道由于安装工艺的因素,在永磁块和永磁块之间存在一定的缝隙,该缝隙使得轨道上方的磁场存在一定波动。本论文通过实验测试和计算机仿真计算相结合的方法研究了缝隙对轨道磁场波动的影响。通过坐标变换,把空间周期变化的磁场等效为时间周期变化的磁场,为实验研究波动外磁场作用下,块材悬浮力特性提供了理论基础,并通过永磁轨道的磁场和电磁铁磁场的叠加模拟高温超导磁悬浮车运行时,块材周围的磁场环境。以此来研究波动磁场对悬浮力性能的影响。

 首先通过实验研究了交流磁场频率对悬浮力性能的影响情况,在实验的基础上,首次将频率对悬浮力的影响划分为三个不同的区域,分别是：低频(悬浮力振荡为主要特征)、高频(悬浮力振荡很小,悬浮力衰减为主要特征)和过渡区域,并实验研究了频率发生变化(包括突变和渐变)时,交流磁场对悬浮力的影响。接着系统地分析了在低频(100 Hz以下)交流磁场下,块材悬浮力振荡和衰减特性,并借助Bean临界态模型阐述了波动外磁场对块材悬浮力影响的作用原理,研究了交流磁场幅值对悬浮力振荡和衰减的影响,研究了不同场冷高度或者测试高度情况下,波动外磁场对悬浮力性能的影响情况。此后研究了高频(170 Hz以上)交流磁场作用下,块材悬浮力的衰减特性,包括交流磁场的幅值和频率对http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets悬浮力衰减的影响,同样也研究了不同场冷高度和不同测试高度情况下,波动外磁场对悬浮力性能的衰减影响情况。考虑到高温超导磁悬浮车的实际运行情况,论文中还研究交流磁场作用时间对悬浮力性能的影响。

 在Bean临界态模型的基础上,针对目前的高温超导磁悬浮车系统,提出了一种通过磁场在块材中的穿透情况来计算块材悬浮力的模拟计算方法。该方法可计算在波动外磁场中块材悬浮力的振荡和衰减情况。通过实验结果与模拟计算结果的对比,验证了该方法的可行性。通过该方法讨论了高温超导块材的性能(临界电流密度、块材尺寸)对波动外磁场中高温超导块材悬浮力的影响情况。
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Neodymium Magnets性的描述不够。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http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets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

高显色白光LED用荧光粉的合成和光谱研究

题名:高显色白光LED用荧光粉的合成和光谱研究
作者:沈常宇
学位授予单位:浙江大学
关键词:白光LED;;荧光粉;;高显色性;;高温固相法;;微波辐照法
摘要:
 白光LED被称为第四代光源,与当今普遍使用的白炽灯、荧光灯光源相比,其具有寿命长、功耗低、响应快、尺寸小、抗冲击性好和无汞污染等优势,可以满足人们对安全、节能、环保、舒适、美观等多方面要求。
 目前使用最广泛、技术最成熟的白光LED技术是蓝光芯片加YAG黄色荧光粉技术,它是用蓝光LED芯片发出蓝光,然后去激发YAG荧光Magnetic lifter粉产生黄光,剩余的蓝光与黄光混合形成白光。但是YAG黄色荧光粉存在发射光谱的宽度不够宽,缺少红光成分的固有缺陷。因此该种类型白光LED色温偏高、显色指数偏低,难以达到普通照明要求。改善现有YAG荧光粉或寻找发射光谱较宽的替代YAG的其它荧光粉以提高白光LED的显色性对于当前固体照明显得尤为重要。
 高温固相法是合成稀土掺杂荧光材料传统的和应用最多的方法,其制备方法简单,只要控制好温度和焙烧时间,样品成功率高;微波辐照法是80年代中期迅速发展起来的新兴荧光材料合成方法,具有快速、高效、受热均匀等特点。本文采用微波辐照法和高温固相法相结合,充分利用高温固相法和微波辐照法的优点,制备出了一系列的白光LED用荧光粉。
 研究了Ba~(2+)共掺Sr_3SiO_5:Ce~(3+),Li~+橙黄色荧光粉。其激发峰350nm和415nm分别对应于Ce~(3+)的4f→~2D__(5/2)和4f→~2D_(3/2)跃迁。随着Ba离子含量的增加,发射光谱峰值波长由530nm红移至590nm,发射光全半宽度由85nm增加至160nm。Ba~(2+)的最佳掺杂浓度为0.35mol。将0.35Ba~(2+)共掺Sr_3SiO_5:0.018Ce~(3+),0.018Li~+与蓝光IngaN LED芯片(峰值波长为460nm)封装,在前向驱动电流为20mA下,获得了显色指数为86的白光LED。
 研究了分别掺杂Ba~(2+),Ca~(2+),Mg~(2+)的Sr_2SiO_4:Eu~(2+)的黄色荧光粉。三个系列样品在340nm-450nm范围都有较强的激发。以Sr_(1.73)Ba_(0.02)SiO_4:0.07Eu~(2+)的激发和发射效果最好,其发射波段范围为520nm-620nm,这归因于占据六配位的Sr~(2+)(Ⅱ)的Eu~(2+)的4f~65d→~8S_(7/2)跃迁。Ba~(2+)、Eu~(2+)的最佳掺杂分别为0.2mol和0.07mol。将Sr_(1.73)Ba_(0.2)SiO_4:0.07Eu~(2+)与蓝光InGaN LED芯片(峰值波长为460nm)进行封装,在20mA前向驱动电流驱动下,得到了显色指数为85的白光LED。
 研究了能被近紫外激发的高效BaMgAl_(10)O_(17):Eu~(2+)(BAM)蓝色荧光粉;制备了BAM蓝光荧光粉,研究了其光谱特性,研究了BAM的受热后发光衰减机理,并且通过分析BAM晶格结构,研究了增加Mg~(2+)的含量来提高BAM的稳定性,得出了提高BAM热稳定性的最佳Mg~(2+)的总摩尔浓度为1.05mol。
 研究了两个系列的硅酸盐的红光荧光粉:M_(3-x)SiO_5:xEu~(3+)(M=Mg,Ca,Ba,Sr)和ca(La_(1-x)Eu_x)_4Si_3O_(13)。它们可以作为补偿蓝光芯片加YAG黄色荧光粉封装的白光LED的红色成分的红色荧光粉,也可以作为近紫外芯片激发的三基色白光LED中的红光荧光粉。
 研究了Ba_(2-x)Mg_(1-y)Si_(2-z)Al_zO_7:xEu~(2+),yMn~(2+)系列白光荧光粉。当Al~(3+)的掺杂浓度为0.3mol时,样品具http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter有最佳的发射效果,是一个从400nm-650nm的宽波段发射,包含三个发射峰,峰值波长分别为:623nm,501nm和438nm。其中438nm和501nm的发射源于在晶格中取代了Ba(Ⅱ)和Ba(Ⅰ)的两种Eu~(2+)的5d→4f的能级跃迁。623nm的发射源于Eu~(2+)将一部分能量转移到Mn~(2+),Mn~(2+)产生~4T_1→~6A_1的能级跃迁。Al~(3+)的掺杂能够调节样品发射蓝光(438nm)和绿光(501nm)的相对强度。将样品分别与380nm芯片,405nm芯片和460nm芯片进行封装,得到三种白光LED,其中以380nm芯片加该样品封装的显色指数最高,达到86,计算出来的色坐标是(0.3183,0.3136),超过了当前460nm芯片加YAG黄色荧光粉的显色指数。
学位年度:2009

四氮唑羧酸配合物的合成及其性质研究

题名:四氮唑羧酸配合物的合成及其性质研究
作者:张秀清
学位授予单位:南开大学
关键词:四氮唑羧酸;;晶体结构;;磁性质;;荧光性质;;生物活性
摘要:
 含有氮杂环的羧酸配体,羧基可以多种方式与金属离子键合,同时氮杂环的多个氮原子可能与金属离子配位,所以可用于合成结构和Magnetic lifter性能多样的配合物。利用溶液法,本文合成了二十二个配合物。通过红外光谱、元素分析、X-射线单晶衍射等手段,较系统地研究了其中二十一个晶体的结构,并应用紫外光谱、荧光光谱、CD光谱、黏度分析方法和琼脂糖凝胶电泳等手段研究了部分配合物的化学核酸酶活性,测定了部分配合物的固体荧光性质和磁性质。
 本论文分为以下三部分:
 第一章:通过溶液法合成了四氮唑-5-甲酸的13个配合物并解析了12个配合物的晶体结构。测定了配合物(1)～(4)和(7)～(9)的磁性质。配合物(1)～(4)均为反铁磁性物质;对于配合物(7)～(9),由于稀土离子的强旋轨耦合作用,其磁性质比较复杂。利用光谱学方法和粘度法研究了配合物(1)、(4)、(5)、(10)、(11)与DNA的相互作用,发现五个配合物均以中等强度的插入方式与DNA作用。利用凝胶电泳法研究了配合物(1)、(4)、(5)、(10)、(11)对质粒pBR 322的切割作用,结果发现五个配合物都具有核酸酶活性,均可在一定程度上切割DNA。在室温下测了配合物(13)的固体荧光,在338 nm的激发波长条件下,在519 nm处有荧光发射。
 第二章:通过溶液法合成了四氮唑-5-乙酸的6个配合物并解析了它们的晶体结构。测定了配合物(15)～(19)的磁性质。配合物(15)是一个反铁磁性物质。配合物(16)～(19)的中心金属离子分别是Pr(Ⅲ)、Nd(Ⅲ)、Sm(Ⅲ)、Gd(Ⅲ)。对于配合物(16)和(17)的磁性质我们用配体场近似进行了计算,计算表明这两个配合物也是反铁磁性的。配合物(18)是Sm(Ⅲ)的一维链状聚合物,Sm(Ⅲ)离子间存在着反铁磁相http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter互作用。配合物(19)则是一个双核钆的反铁磁性物质。
 第三章:通过溶液法合成了四氮唑-5-甲酸乙酯的3个配合物并解析了其晶体结构。在室温下测定了配合物(20)和(21)的固体荧光质。配合物(20)在352 nm的激发波长条件下,在378 nm处有荧光发射。配合物(21)在336 nm的激发波长条件下,在396 nm处有荧光发射。测定了配合物(22)的磁性质并利用光谱学方法、粘度法及凝胶电泳法研究了配合物(22)与DNA的相互作用,发现该配合物以插入方式与DNA作用,具有核酸酶活性,可在一定程度上切割DNA。
学位年度:2009

藏南康金拉豆荚状铬铁矿和地幔橄榄岩成因研究

题名:藏南康金拉豆荚状铬铁矿和地幔橄榄岩成因研究
作者:徐向珍
学位授予单位:中国地质科学院
关键词:铬铁矿;;地幔橄榄岩;;康金拉;;雅鲁藏布江;;西藏
摘要:
 西藏雅鲁藏布江蛇绿岩带是喜马拉雅特提斯洋壳和地幔的残余,被认为是中生代冈瓦纳板块裂解再拼合的一条缝合带。近年来,在西藏雅鲁藏布江缝合带中的罗布莎蛇绿岩型铬铁矿中,发现可能来自深部(＞300km深度)异常地幔矿物群。引起国内外高度关注,引发了许多新的问题,例如,含有金刚石等异常地幔矿物的铬铁矿的成因?与其伴生的地幔岩的成因?产有这些铬铁矿和地幔岩的蛇绿岩的成因等等?本论文拟开展罗布莎地幔橄榄岩体中的康金拉铬铁矿床及其围岩地幔橄榄岩的研究,查明该铬铁矿矿体,尤其矿体围岩的地幔橄榄岩中是否也存在金刚石等特殊地幔矿物;通过详细的矿物学和岩石学的研究,探讨铬铁矿和地幔岩的成因,以及两者之间的成因联系。通过详细的野外调查和室内岩石薄片的岩相学、矿物成分、岩石地球化学和锆石SHRIMP U-Pb同位素年代学,铬铁矿和地幔橄榄岩的人工重砂大样的矿物学研究,取得以下进展和认识:
 (1)认为康金拉地幔橄榄岩为部分熔融MOR地幔残余,叠加了SSZ流体的改造。地幔橄榄岩主要由纯橄岩、方辉橄榄岩和二辉橄榄岩组成,为部分熔融残余地幔橄榄岩,成分表现为高度亏损的特征:铬尖晶石成分变化区间很大,被认为是熔融程度存在巨大差别的反映,可能代表多次熔融事件的产物。低Cr#30-40方辉橄榄岩和二辉橄榄岩属于深海橄榄岩类型;而高Cr#40-77的方辉橄榄岩和纯橄岩归于岛弧环境橄榄岩类,认为高Cr#的岩石是深海橄榄岩在洋内俯冲环境被再次熔融叠加的结果:岩石地球化学表现出的特征同样也分出LREE亏损和LREE富集的类型,前者为MOR型地幔橄榄岩特征,后者反映SSZ流体作用的印记。
 (2)人工重砂发现铬铁矿和地幔橄榄岩中的金刚石等特殊地幔矿物。1116 Kg铬铁矿和384Kg地幔橄榄岩大样经人工重砂分选和双目显微镜下挑选矿物,取得如下成果:(a)首次在康金拉11号铬铁矿体中发现了上千粒金刚石,以及碳硅石等强还原环境的超高压矿物,数量远远超过在罗布莎铬铁矿矿区中发现的金刚石;(b)首次在康金拉11号铬铁矿矿体的近矿围岩中发现了大量金刚石和碳硅石等一批异常地幔矿物,为探讨铬铁矿的成因及与近矿围岩地幔橄榄岩的关系奠定了基础;(c)除挑选出金刚石和碳硅石等超高压矿物,在康金拉11号铬铁矿矿体与围岩地幔橄榄岩中还发现了自然铁球、金属互化物、氧化物、硫化物、硅酸盐等一批异常地幔矿物。康金拉铬铁矿中发现的金刚石等特殊矿物组合,与罗布莎铬铁矿中发现的矿物组合可以对比,尤其从铬铁矿的围岩地幔岩中也发现同样矿物组合,对探讨铬铁矿的成因,铬铁矿与地幔岩的关系,以及地幔岩的成因提供了关键证据。
 (3)认为康金拉豆荚状铬铁矿是深部成因。康金拉铬铁矿石与矿体围岩地幔橄榄岩的铬尖晶石、橄榄石和单斜辉石等成分方面明显不同,认为矿石铬尖晶石并非是由副矿物铬尖晶石富集而成,与地幔橄榄岩也不存在成因联系,认为豆荚状铬铁矿床对于近矿围岩地幔橄榄岩而言为外来体,但两者可能均是由地幔深部被地幔柱带到上部。康金拉矿区的地幔橄榄岩的地球化学特征反映了其形成过程的复杂性,表现为:洋底扩张期间,扩张脊下的MOR型地幔的经历了不同程度的部分熔融,形成了亏损地幔橄榄岩,该地幔橄榄岩中赋存了来自深部的豆荚状铬铁矿。在洋盆扩张期间,发生了洋内俯冲作用,俯冲板片Magnetic lifter释放的富含轻稀土和大离子亲石元素的含水流体向上运移交代上覆的残留地幔橄榄岩。
 (4)围岩橄榄岩中发现地壳成因的老锆石,认为是地幔不均匀和地壳物质再循环的重要证据。锆石SHRIMP U-Pb测年发现两个样品锆石形态特征、锆石的Th/U值及测年结果均显示出相似特征,锆石形态的多样性、Th/U比的高易变性和年龄值的极度分散显示了锆石形成背景的复杂性和多源性。纯橄岩样品四个测点得到加权平均值为130.0±2.8Ma,属早白垩世,代表了纯橄岩的结晶年龄;研究中发现许多地壳成http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter因的古老锆石(最老可达太古代2770Ma),远远早于目前主流观点中蛇绿岩的形成时间中生代晚期,综合考虑认为所选锆石有大量俯冲地壳成分,在地幔中保存,后随地幔循环运移出露地表。在异常地幔矿物和地壳循环物质共存的基础上,探讨了罗布莎豆荚状铬铁矿成因与地幔柱(Mantle plume)之间的可能关联。
学位年度:2009

几种氧化物晶体的数值模拟、生长及性质研究

题名:几种氧化物晶体的数值模拟、生长及性质研究
作者:于永贵
学位授予单位:山东大学
关键词:数值模拟;;晶体生长;;热学性质;;光学性质;;激光性质
摘要:
 功能晶体材料具有光、电、热、声、磁等多种特殊的物理效应,被广泛应用于微电子、通讯、医疗、军事、科研教育、勘探等众多领域。如今,激光、能源、信息、航天等高新技术的发展,对功能晶体又提出了新的和更高的要Neodymium Magnets求,使它们成为当前材料科学与工程发展的前沿领域和研究热点。
 在各种晶体生长方法中,提拉法因具有易观察、生长周期短、可控性好等优点成为晶体制备的首选方法。而熔体中晶体的生长是一个简单而又复杂的液-固相变过程,熔体在一定条件下于固/液界面处定向凝固,使生长单元有规则排列形成单晶。因此,固/液界面的状态及形状直接影响到晶体质量的好坏。同时,晶体生长过程是一个释放潜热的过程,生长系统内的各单元因传导、对流、辐射等存在热量交换;熔体在浮力、压力、磁场、晶体旋转和坩埚旋转等条件下也会产生不同类型的对流,对流状态会影响到熔体中的质量传输和热量传输。所有这些现象可最终归结为晶体生长的两大基本问题,传质和传热,它们决定着晶体生长的整个过程,是影响晶体质量的根本原因。于是,人们通过实物模拟和数值模拟的方法去了解这些热量、动量、质量传输过程。但实物模拟因其众多的不足无法使人们去充分认识这些过程。而数值模拟只要模型选取和条件设置合理,就可以对生长系统中的温度场、速度场及浓度场等给出详细的描述;对生长界面形状及其发展做出准确预测;对晶体中的缺陷形成和分布做出合理的解答,提供给人们更多的关于质量传输和热量传输的信息,认识各种生长条件对晶体生长的影响,为寻求最佳的生长工艺条件,提高晶体质量和成品率提供了参考,同时也大大缩短了试验周期,节约了成本。因此,数值模拟技术已经成为当今研究和改进晶体生长方法的重要工具,并已在工业化单晶的生产实践中发挥了巨大作用。
 本论文主要是通过CGSim软件对提拉法晶体生长中的质量传输、热量传输进行了模拟研究,分析了各生长参数对晶体生长过程和晶体质量的影响。同时根据实用要求,生长了电光Q开关用光学级硅酸镓镧(LGS)晶体,掺杂稀土钕离子硅酸镓镧(Nd:LGS)晶体和掺杂钕离子钙镓石榴石(Nd:CNGG)晶体,结合软件对晶体生长过程遇到的问题进行了数值模拟,针对性提出了相应的解决方案,对所生长晶体的质量、热学性质、光学性质和激光性能进行了研究。主要包括以下几方面的工作:
 一、软件模拟
 介绍了CGSim软件的基本模块及其所使用的主控方程和边界条件;针对LGS晶体和CNGG晶体开展了数值模拟工作。模拟了各生长参数对生长系统中传质和传热过程的影响,包括:晶体旋转速度对晶体生长界面的影响,提拉速度对加热功率的影响,晶体直径和坩埚尺寸对熔体中对流的影响,坩埚旋转在晶体生长中的作用,Marangoni对流在熔体表面处的作用及熔体液面高度对熔体中对流行为和生长界面的影响等。
 二、晶体生长
 1.光学级硅酸镓镧(LGS)晶体,掺钕硅酸镓镧(Nd:LGS)晶体生长
 以高纯原料La_2O_3,Ga_2O_3,SiO_2,Nd_2O_3通过固相反应合成了晶体生长用多晶料。采用提拉法并在改装的晶体生长自动等径程序控制技术的基础上,选取适当的工艺参数分别生长了光学级LGS电光晶体和掺钕浓度为1at%的Nd:LGS激光晶体。讨论了温场、原料配比、固液界面、后热器、生长工艺参数等因素对晶体生长的影响及提高晶体质量的途径与方法。
 在数值模拟的基础上针对晶体生长中出现的相关缺陷进行了相应分析并提出解决方案,主要包括:
 生长核心与生长界面。凸界面生长易产生小面而在晶体中心部位形成生长核心,采用平界面生长可以有效消除该核心。
 散射颗粒。晶体在放肩部位及转等径生长之前由于杂质不能有效从晶体下方排出而在晶体中形成散射颗粒,影响了晶体的光学均匀性,采取放肩时加大晶体转速或坩埚旋转等措施可以减少散射。
 生长条纹。晶体生长过程中的功率波动等会在引起晶体生长速率的变化,带来生长条纹,因此必须保持控温装置和机械装置的稳定工作。
 肩部开裂。平放肩晶体生长过程中,由于晶体肩部直接裸露于较低温的生长环境中而增加了晶体的热散失,进而造成晶体肩部存在较大的温度梯度,易引起开裂。加大后热器高度可以有效降低晶体肩部处的温度梯度,避免开裂。
 2.Nd:CNGG晶体的生长
 以高纯原料CaCO_3,Ga_2O_3,Nb_2O_5,Nd_2O_3通过固相反应合成了晶体生长用多晶料,结合对Nd:CNGG晶体的模拟结果,于坩埚内半满的熔体条件下,同样采用提拉法生长了无序结构Nd:CNGG激光晶体。钕离子掺杂浓度为0.5at%。
 三、LGS晶体质量检测及Nd:LGS和Nd:CNGG晶体性能测试
 1.LGS晶体质量检测
 电光Q开关用LGS晶体必须具备高的光学质量,主要通过静态消光比测试了晶体的光学均匀性。通过对晶体不同部位的X射线荧光试验分析了晶体组分的均匀性,利用XRD粉末试验计算了晶体晶格参数的变化情况,所有这些试验结果均显示所长LGS晶体具有较高的光学质量和组分均匀性,可满足于电光应用。
 2.Nd:LGS晶体性能测试
 2.1分凝测试:利用X射线荧光对晶体中的Nd离子进行了分凝测试,结果表明钕离子在晶体中的分凝系数约为0.87,因而,LGS晶体可进行较高浓度的掺杂。
 2.2热学性质是激光晶体需要考虑的重要参数。系统测量了Nd:LGS晶体的比热、热膨胀、热扩散和热传导性。差热扫描量热计(DSC)测得晶体室温下的比热为0.376J/g·K,热机械分析仪研究了晶体在30-500℃不同方向的热http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets膨胀性,计算了其线性热膨胀系数,分别为α_(11)=6.05×10~(-6)/K,α_(33)=4.24×10~(-6)/K。用激光脉冲法测定了晶体的热扩散系数为λ_(11)=0.658mm~2/s,λ_(33)=0.813mm~2/s,并根据密度及比热计算了晶体的热导率,室温下晶体的热导率分别为k_(11)=1.42 W/m·K和k_(33)=1.75W/m·K,高于玻璃的热导率,因此,Nd:LGS晶体可应用于中等功率激光系统中。
 2.3光谱测试:
 激光晶体的光谱特性决定了该晶体应用范围和激光特性。我们测量了Nd:LGS晶体的吸收和发射光谱,发现晶体对σ偏振方向的吸收远大于对π方向的吸收,在808 nm处有强的吸收峰,其偏振吸收系数分别为3.50×10~(-20) cm~2(π偏振)和8.1×10~(-20)cm~2(σ偏振),其半峰宽度为20 nm,约为掺Nd钒酸盐和Nd:YAG晶体的10倍;其发射光谱表明:在1066 nm处,Nd:LGS晶体具有最强的发射峰,其光谱宽度从1020nm到1120 nm,与Nd掺杂玻璃相差不大,除此之外,还存在904nm和1343nm处的发射。
 2.4激光性能
 首次对Nd:LGS大功率LD泵浦的激光性能进行了研究,获得最大输出功率为2.25W,光光转化效率为28.7%的连续激光输出,并对其激光光束进行了表征;首次以Cr:YAG为饱和吸收体实现了该晶体的被动调Q激光输出,得到了最大平均输出功率为0.54 W、最大单脉冲能量为175μJ、最短脉冲宽度为23.4ns、最大峰值功率为5.02kW脉冲激光输出。由于LGS晶体已经被证明是一种优秀的电光晶体,我们认为Nd:LGS晶体应该是一种兼具电光和激光的自调制激光晶体,进一步的实验仍在进行中。
 3.Nd:CNGG晶体性能测试
 3.1晶体的热学性质
 差热扫描量热计(DSC)测得室温下晶体的比热为0.595 J/g·K,热机械分析仪测量了晶体于30-500℃范围内的热膨胀性,计算了其线性热膨胀系数为7.88×10~(-6)/K,激光脉冲法测得室温下晶体的热扩散系数为1.223 mm~2/s,同样根据密度和比热计算了晶体的热导率为3.43 W/m·K。
 3.2晶体的热光系数
 热透镜效应是高功率激光下必须考虑的因素。以808m的LD为泵浦源,采用平-平腔,测量了晶体沿<111>方向的热透镜焦距大小,通过对热透镜焦距随泵浦功率的变化曲线进行拟合,得到Nd:CNGG晶体的热光系数为9.2×10~(-6)K~(-1),约为Nd:GdVO_4晶体(2.7×10~(-6)K~(-1))的3倍。
 3.3激光性能:
 以LD作为泵浦源,对0.5at%的Nd:CNGG晶体进行了激光试验。实现了该晶体较大功率的激光输出,其输出功率为1.91W,斜效率为28%,光转化效率为18.6%。另外,我们推断通过对谐振腔的进一步优化,有望获得更高功率的激光输出。
学位年度:2009

Mg掺杂Ln（Fe，Co）O_3材料的气敏性能及LaFeO_3电子结构的第一性原理研究

题名:Mg掺杂Ln（Fe，Co）O_3材料的气敏性能及LaFeO_3电子结构的第一性原理研究
作者:刘杏
学位授予单位:山东大学
关键词:半导体;;钙钛矿;;溶胶凝胶法;;气敏性能;;第一性原理
摘要:
 钙钛矿型复合氧化物LnTO_3(Ln为稀土元素,T为过渡金属元素)是一类重要的功能材料。他们的功能性质能够通过改变Ln、T位的元素来控制,还可以通过对Ln、T位元素进行掺杂来控制。掺杂后的LnTO_3材料不仅能仍保持稳定的钙钛矿结构,而且掺杂后材料的气敏性能、催化性能和导电性能都得到很大提高。因此对它Neodymium Magnets们的研究具有重要的理论意义和实用价值。
 人们通常会通过用低价阳离子元素比如Ca、Sr、Ba、Pb等来部分替代LaFeO_3中La的位置或用Cu、Co、Ni、Mn等来替代Fe的位置来改善他们的气敏性。Mg与Ca、Sr、Ba、Pb在同一主族,但是关于Mg对LnFeO_3掺杂的材料的气敏性研究还未见报道,同时,关于Mg在LnTO_3晶体中的替代位置也存在有争议。有人认为Mg可以替代Ln的位置,有人则认为Mg不能替代Ln位,只能替代T的位置。因此本文用溶胶凝胶法合成了Mg掺杂的LnFeO_3和LaCoO_3系列纳米粉体,并对其导电以及气敏特性进行了研究,我们认为Mg更倾向于占据Fe位,同时发现适量的Mg掺杂能提高材料的电导,很好的改善其气敏性。
 目前相关的研究领域几乎没有关于LaFeO_3的气敏机理的模拟计算,为了能够从理论上更深刻地来理解它的气敏机理,在论文的最后我们基于第一性原理的计算模拟了LaFeO_3表面的氧吸附情况,发现Fe离子对氧吸附起着主导作用。此外我们还研究了空位缺陷对LaFeO_3电子结构和磁性能的影响,氧空位缺陷能够让反铁磁性的LaFeO_3产生一定的弱磁性。关于Mg掺杂的LaFeO_3的计算还在进行中。
 本论文的工作主要得到如下结论:
 1.Mg对LaFeO_3的掺杂材料La_(1-x)Mg_xFeO_3中,当Mg的掺杂量x小于0.1时,在XRD图像上只有钙钛矿性的特征衍射峰可以看见。当Mg的掺杂量x大于等于0.2时,除了钙钛矿相的峰外还出现了MgFe_2O_4的峰,并且MgFe_2O_4的峰强随着Mg掺杂量的增大而增强。这说明Mg更倾向于占据Fe的位置。当x＜0.1时,La_(1-x)Mg_xFeO_3的电阻由[V_(La)~x]和[Mg_(Fe)~x]缺陷与氧空位缺陷共同决定。这时其电阻比LaFeO_3的电阻要小很多。当x＞0.1时,由于样品中出现了p-La_(1-x)Mg_yFe_(1-y)O_3/n-Mg_zFe_(1-z)Fe_2O_4异质节,使得La_(1-x)Mg_xFeO_3气敏元件的电阻随着x的增大而增大并且超过了LaFeO_3的电阻。
 适量的Mg掺杂的LaFeO_3对乙醇和甲烷的响应值要远大于未掺杂的LaFeO_3。其中La_(0.92)Mg_(0.08)FeO_3基的气体传感器对醇类表现出极好的响应和选择性,其响应值随着气体浓度的增加而增加,工作温度随着浓度的增加而降低。随着气体分子碳链的增长,响应值会变大。这是因为气体分子的位阻效应和电子施主效应是影响气体分子吸附的两个主要因素;La_(0.9)Mg_(0.1)FeO_3基的气体传感器对甲烷表现出良好的气敏性与稳定性,同时拥有比较低的工作温度(200℃)。
 2.LaMg_xFe_(1-x)O_3(x=0,0.1,0.2,0.3)固溶体的超精细粉体由溶胶—凝胶方法制备,然后经过800℃四个小时的煅烧。当Mg的含量小于等于0.2时,可以得到单相钙钛矿结构。晶体的摄动是由于较大的Mg~(2+)和八面体变形的Fe~(4+)离子引起的。这种材料显示出P型半导体的性质。电价补偿和氧空位补偿的复合效应导致了Mg掺杂的LaFeO_3的电阻的降低。但是对于x＞0.1样品,它的电阻随着Mg掺杂量的增多而增大,这是由于随着Mg掺杂量的增加氧空位增多,导致氧空位补偿效应增强。其中LaMg_(0.1)Fe_(0.9)O_3基气敏元件显示出了对乙醇的较高的响应和较好的选择性。LaMg_(0.1)Fe_(0.9)O_3基气敏元件在乙醇气体中的电导-温度曲线与其在空气中和其他气体中的有很大的不同。在乙醇气体中,随着温度从130℃升到200℃时,电导将下降。但是在空气和其他气体中,其电导一直是升高的。这表明在在200℃左右,空气和乙醇气体中的电导差将会达到最大,响应值也就最大。
 3.用10%的Mg对LnFeO_3(Ln=Nd,Sm,Gd,Dy)进行掺杂,所制备的的材料均是正交钙钛矿结构。在这些材料中,SmFe_(0.9)Mg_(0.1)O_3基的气敏材料对乙醇的响应、选择性最好。其原因还没有被很好的理解,一种可能的解释是归因于氧空位的数量。在制备的过程中,由于Ln/Fe的摩尔比可能会偏离化学式,他们会在晶胞的顶点处丢失原子产生金属空位。为了维持电荷平衡,氧空位将会产生,从而导致氧吸附的增加。结果表明当Ln=Sm时,在晶体中引起的的氧空位浓度最大。因此,由于SmFe_(0.9)Mg_(0.1)O_3基的气敏元件表面有最大数量的氧吸附位,使得其具有最高的响应。气敏机理正是在http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets特定的工作温度下表面吸附氧与乙醇气体之间发生了催化反应。
 同时我们研究了烧结温度对材料结构和性能的影响,发现在800℃烧结的样品表现出最好的气敏性能。对于200 ppm的乙醇气体,600℃煅烧的样品在300℃是达到的最大响应值仅为12.3。当烧结温度从600℃升到800℃时,最大响应值增加到109.6,其工作温度下降到200℃。当烧结温度升到900℃时,最大响应值降为56.4。这种钙钛矿结构的材料的气敏性是与Fe—O键强有关的,键强越弱,气敏性越好。我们计算了晶体的中平均的(Fe/Mg)-O键长,800℃烧结的样品有着最长的(Fe/Mg)-O键,因而其键强最弱,表现出最好的气敏性。
 4.SmFe_(1-x)Mg_xO_3纳米粉体可以在x＜0.3时形成固溶体,具有正交钙钛矿的结构。Mg的掺杂可以降低SmFeO_3的平均粒径,可以降低SmFe_(1-x)Mg_xO_3的电阻,导电的能量势垒随着Mg掺杂量的增加而减小。其中SmFe_(0.9)Mg_(0.1)O_3基气敏元件对丙酮气体的气敏性最好,对300 ppm的丙酮气体在260℃时达到最高的响应值353。丙酮蒸汽与化学吸附氧的整个反应如下CH_3COCH_3(gas)+O~-→CH_3C~+O+CH_3O~-+e~-CH_3C~+O→C~+H_3+COCO+O~-→CO_2+e~-
 5.对LaCo_(1-x)Mg_xO_3(x=0,0.1,0.2,0.3)化合物粉体的研究发现,当x≤0.1时是正交钙钛矿结构,而且由于Mg~(2+)的半径(0.72 A)大于Co~(3+)(0.61 A),使得晶胞体积变大。当x＞0.1时为立方结构,通过Mg~(2+)对Co~(3+)的替代,氧空位的将会产生,使得晶胞体积稍稍有些减小。同时,氧空位的产生也推动了由斜六面体钙钛矿向立方钙钛矿结构的转变。LaCo_(1-x)Mg_xO_3材料都显示了p型半导体的特性,气敏元件的电阻取决于电价补偿和氧空位补偿。LaCo_(0.8)Mg_(0.2)O_3基气敏元件对乙醇显示了良好的气敏性与选择性,乙醇气体的浓度与其相应的电阻满足R=kC_(C_2H_5OH)~α式子,并且α=1.03值要远大LaCoO_3的。另外我们发现LaCo_(0.7)Mg_(0.3)O_3基气敏元件对CO也具有较高的响应,并且有较宽的工作温度范围。
 6.用基于密度泛函的第一性原理计算方法研究了LaFeO_3(0 1 0)表面和氧在其表面上的吸附。LaFeO_3(0 1 0)表面的表面态出现在费米能级的附近,主要由Fe3d的轨道组成。表面Fe离子对氧吸附起到主导作用。在Fe离子上的吸附氧比在La和O离子上的吸附要稳定的多,吸附氧在表面Fe离子上的成键机制是O2p和Fe 3d轨道之间的强相互作用。此外,我们的计算表面氧分子在LaFeO_3(0 1 0)表面上没有直接的解离吸附。这表明LaFeO_3(0 1 0)表面上氧分子的解离属于化学吸附-前躯体机制。
 7.用第一性原理的计算研究了空位缺陷的LaFeO_3的电子结构和铁磁性。结果表明O2空位产生的净磁矩最大为5.96μ_B,O1和La空位产生的净磁矩很少分别为0.12μ_B和0.84μ_B,在O2空位的LaFeO_3中其净磁矩不仅最大,而且其态密度在费米能级处还显示出了半金属的态密度的特征。从自旋密度分布图中,在O1和La空位处没有发现自旋密度,而在O2空位处明显发现了自旋密度。O2空位的LaFeO_3的铁磁性可以用F心模型来解释。
 总之,通过对Mg掺杂的LnFeO_3和LaCoO_3系列材料的研究,我们发现Mg的适量掺杂可以很好的改善他们的导电性和气敏性。制得了一系列制备简单、成本低、响应高、反应快和选择性好且很有应用前景的乙醇、一氧化碳和丙酮的气敏传感器。另外对LaFeO_3和氧吸附的模拟计算让我们从微观角度更详细地了解材料的性能和气敏机理,为探索新的气敏材料提供理论依据和指导。
学位年度:2009