电磁材料毕业论文

电磁材料毕业论文

电气控制与保护内容摘要：近几十年来，随着电力电子技术、微电子技术及现代控制理论的发展，中、小功率电动机在工农业生产及人们的日常生活中都有极其广泛的的应用。特别是乡镇企业及家用电器的迅速，更需要大量的中小功率电动机。由于这种电动机的发展及广泛的应用，它的使用、保养和维护工作也越来越重要。本文主要介绍了电动机技术发展及现状、工作原理、电动机的运行维护。关键词：技术现状 工作原理 运行维护一、电动机技术发展及现状电机是利用电磁感应原理工作的机械。随着生产的发展而发展的，反过来，电机的发展又促进了社会生产力的不断提高。从19世纪末期起，电动机就逐渐代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机，一个多世纪以来，虽然电机的基本结构变化不大，但是电机的类型增加了许多，在运行性能，经济指标等方面也都有了很大的改进和提高，而且随着自动控制系统和计算机技术的发展，在一般旋转电机的理论基础上又发展出许多种类的控制电机，控制电机具有高可靠性﹑好精确度﹑快速响应的特点，已成为电机学科的一个独立分支。它应用广泛，种类繁多。性能各异，分类方法也很多。电机常用的分类方法主要有两种：一种是按功能用途分，可分为发电机﹑电动机，﹑压器和控制电机四大类。电动机的功能是将电能转换成机械能，它可以作为拖动各种生产机械的动力，是国民经济各部门应用最多的动力机械，也是最主要的用电设备，各种电动机消耗的电能占全国总发电量的60%~70%。另一种分类方法是按照电机的结构或转速分类,可分为变压器和旋转电机.根据电源电流的不同旋转电机又分为直流电机和交流电机两大类.交流电机又分为同步电机和异步电机.在现代化工业生产过程中，为了实现各种生产工艺过程，需要各种各样的生产机械。拖动各种生产机械运转，可以采用气动，液压传动和电力拖动。由于电力拖动具有控制简单﹑调节性能好﹑耗损小﹑经济，能实现远距离控制和自动控制等一系列优点，因此大多数生产机械都采用电力拖动。按照电动机的种类不同，电力拖动系统分为直流电力拖动系统和交流电力拖动系统两大类。纵观电力拖动的发展过程，交，直流两种拖动方式并存于各个生产领域。在交流电出现以前，直流电力拖动是唯一的一种电力拖动方式，19世纪末期，由于研制出了经济实用的交流电动机，致使交流电力拖动在工业中得到了广泛的应用，但随着生产技术的发展，特别是精密机械加工与冶金工业生产过程的进步，对电力拖动在起动，制动，正反转以及调速精度与范围等静态特性和动态响应方面提出了新的，更高的要求。由于交流电力拖动比直流电力拖动在技术上难以实现这些要求，所以20世纪以来，在可逆，可调速与高精度的拖动技术领域中，相当时期内几乎都是采用直流电力拖动，而交流电力拖动则主要用于恒转速系统。虽然直流电动机具有调速性能优异这一突出特点，但是由于它具有电刷与换向器（又称整流子），使得他的故障率较高，电动机的使用环境也受到了限制（如不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用），其电压等级，额定转速，单机容量的发展也受到了限制。所以，在20世纪60年代以后，随着电力电子技术的发展，半导体交流技术的交流技术的交流调速系统得以实现。尤其是70年代以来，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，为交流电力拖动的广泛应用创造了有利条件。诸如交流电动机的串级调速，各种类型的变频调速，无换向器电动机调速等，使得交流电力拖动逐步具备了调速范围宽，稳态精度高，动态响应快以及在四象限做可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面完全可与直流电力拖动媲美。除此之外，由于交流电力拖动具有调速性能优良，维修费用低等优点，因此它今后将广泛应用于各个工业电气自动化领域中，并逐步取代直流电力拖动而成为电力拖动的主流。经历了100多年的技术发展，电动机自身的理论基本成熟。随着电工技术的发展，对电能的转换、控制以及高效使用的要求越来越高。电磁材料的性能不断提高，电工电子技术的广泛应用，为电动机的发展注入了新的活力。未来电动机将会沿着单位功率体积更小、机电能量转换效率更高、控制更灵活的方向继续发展。一批"巨无霸"电机、一批"光怪陆奇"电机将同时展现在世人眼前。二、电动机工作原理目前较常用的主要是交流电动机，它可分为两种：1、三相异步电动机。2、单相交流电动机。第一种多用在工业上，而第二种多用在民用电器上。下面以三相异步电动机为例介绍其基本工作原理。下图所示为一 台三相笼型异步电动机的示意图。在定子铁心里嵌放着对称的三相绕组U1-U2、V1-V2、W1-W2。转子槽内放有导条，导条两端用短路环短接起来，形成一个笼型的闭合绕组。定子三相绕组可接成星形，也可以接成三角形。由旋转磁场理论分析可知，如果定子对称三相绕组被施以对称的三相电压，就有对称的三相电流流过，并且会在电机的气隙中形成一个旋转的磁场，这个磁场的转速n1称为同步转速，它与电网的频率f1及电机的磁极对数p的关系为：n1=60 f1/p转向与三相绕组的排列以及三相电流的相序有关，图中U、V、W相以顺时针方向排列，当定子绕组中通人U、V、W相序的三相电流时，定子旋转磁场为顺时针转向。由于转子是静止的，转子与旋转磁场之间有相对运动，转子导体因切割定子磁场而产生感应电动势，因转子绕组自身闭合，转子绕组内便有电流流通。转子有功电流与转子感应电动势同相位，其方向可由"右手发电机定则"确定。载有有功分量电流的转子绕组在定子旋转磁场作用下，将产生电磁力F，其方向由"左手电动机定则"确定。电磁力对转轴形成一个电磁转距，其作用方向与旋转磁场方向一致，拖着转子顺着旋转磁场的旋转方向旋转，将输入的电能变成旋转的机械能。如果电动机轴上带有机械负载，则机械负载随着电动机的旋转而旋转，电动机对机械负载做了功。综上分析可知，三相异步电动机转动的基本工作原理是：（1） 三相对称绕组中通人三相对称电流产生圆形旋转磁场。（2） 转子导体切割旋转磁场感应电动势和电流；（3） 转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用，从而形成电磁转距，驱使电动机转子转动。三：电动机的运行维护（一） 电动机启动前的准备为了保证电动机正常安全地启动，一般启动前应作好下述准备：（1） 检查电源是否有电，电压是否正常，若电源电压过高或过低，都不宜启动。（2） 启动器是否正常，如零部件有无损坏，使用是否灵活，触头接触是否良好，接线是否正确、牢固等。（3） 熔丝规格大小是否合适，安装是否牢固，有无熔断或损伤。（4） 电动机接线板上接头有无松动或氧化。（5） 检查传动装置，如皮带轻紧是否合适，连接是否牢固，联轴器的螺丝、销子是否紧固等。（6） 传动电动机转子和负载机械的转轴，看其转动是否灵活。（7） 检查电动机及启动电器外壳是否接地，接地线有无断路，接地螺丝是否松动、脱落等。（8） 搬开电动机周围的杂物并清除机座表面灰尘、油垢等。（9） 检查负载机械是否妥善地作好了启动准备。（10） 对正常运行中的绕线式电动机，应经常观察电动机滑环有无偏心摆动现象；观察滑环的火花是否发生异常现象。滑环上碳刷是否要更换。（二） 启动时应注意的问题（1） 接通电源后，如果电动机不转，应立即切断电源，绝不能迟疑等待，更不能带电检查电动机发故障，否则将会烧毁电动机和发生危险。（2） 启动时应注意观察电动机、传动装置、负载机械的工作情况，以及线路上的电流表和电压表的指示，若有异常现象，应立即断电检查，待故障排除后，载行启动。（3） 利用手动补偿器或手动星三角启动器启动电动机时，特别要注意操作顺序。一定要先将手柄推到启动位置，待电动机转速稳定后再拉到运转位置，防止误操作造成设备和人身事故。（4） 同一线路上的电动机不应同时启动，一般应由大到小逐台启动以免多太电动机同时启动，线路上电流太大。电压降低过多，造成电动机启动困难引起线路故障或使开关设备跳闸。（5） 启动时，若电动机的旋转方向反了，应立即切断电源，将三相电源线中的任意两相互换一下位置，即可改变电动机转向。（三） 电动机运行中的监视电动机在运行时，值班工作人员可以通过仪表和感觉器官监视其运行情况，以便及早发现问题，减少或避免故障的发生。1． 监视电动机的温度电动机正常运行时会发热，使电动机温度升高，但不应超出允许的限度。如果电动机负载过大，使用环境温度过高，通风不畅或运行中发生故障，就会使其温度超出允许限度，导致绕组过热烧毁，因此电动机温度的高低是反映电动机运行的主要标志，在运行中经常检查。判断电动机是否过热，可以用以下方法：（1） 凭手的感觉：如果以手接触外壳，没有烫手的感觉，说明电动机温度正常；如果手放上去烫得马上缩回来，说明电动机已经过热。（2） 在电动机外壳上滴2~3滴水，如果只冒热气没有声音，则说明电动机没有过热，如果水滴急剧汽化同时伴有"咝咝"声，说明电动机已经过热。（3） 判别电动机是否过热的准确方法还是用温度计测量。发现电动机过热应该立即停车检查，等查明原因，排除故障后再行使用。2． 监视电动机的电流一般容量较大的电动机应装设电流表，随时对其电流进行监视。若电流大小或三相电流不平衡超过了允许值。应立即停车检查。容量较小的电动机一般不装电流表，但也经常用钳形表测量。3． 监视电动机的电压电动机的电源上最好装设一只电压表和转换开关，以便对其三相电源、压进行监视。电动机的电源电压过高、过低或三相电压不平衡，特别是三相电源缺相，都会带来不良后果。如发现这种情况应立即停车，待查明原因，排除故障后再使用。4． 注意电动机的振动、响声和气味电动机正常运行时，应平稳、轻快、无异常气味和响声。若发生剧烈振动，噪音和焦臭气味，应停车进行检查修理。5． 注意传动装置的检查电动机运行时要随时注意查看皮带轮或联轴器有无松动，传动皮带是否有过紧、过松的现象等，如果有，应停车上紧或进行调整。6． 注意轴承的工作情况电动机运行中应注意轴承声响和发热情况。若轴承声音不正常或过热，应检查润滑情况是否良好和有无磨损。7． 注意交流电动机的滑环或直流电动机的换向器火花电动机运行中，电刷与换向器或滑环之间难免出现火花。如果所发生的火花大于某一规定限度，尤其是出现放电性的红色电弧火花时，将产生破坏作用，必须及时加以纠正。（四） 电动机的定期检查和保养为了保证电动机正常工作，除了按操作规程正确使用，运行过程中注意监视和维护外还应进行定期检查和保养。间隔时间可根据电动机的类型、使用环境决定。主要检查和保养项目如下：（1） 及时清除电动机机座外部的灰尘、油泥，如使用环境灰尘较多，最好每天清扫一次。（2） 经常检查接线板螺丝是否松动或烧伤。（3） 定期测量电动机的绝缘电阻，若使用环境比较潮湿更应经常测量。（4） 定期用煤油清洗轴承并更换新油（一般半年更换一次），换油时不应上满，一般占油腔的1/2~1/3，否则，容易发热或甩出，油要从一面加人，可以把没有清洗干净的杂质，从另一面挤出来。（5） 定期检查启动设备，看触头和接线有无烧伤，氧化，接触是否良好等。（6） 绝缘情况的检查。绝缘材料的绝缘能力因干燥程度不同而异，所以保持电动机绕组的干燥是非常重要的。电动机工作环境潮湿、工作间有腐蚀性气体等因素的存在，都会破坏电动机的绝缘。最常见的是绕组接地故障即绝缘损坏，使带电部分与机壳等不应带电的金属部分相碰，发生这种故障，不仅影响电动机正常工作。还会危及人身安全。所以电动机在使用中，应经常检查绝缘电阻，还要注意查看电动机机壳接地是否可靠。（7） 除了按上述几项内容对电动机定期维护外，运行一年后要大修一次。大修的目的在于，对电动机进行一次彻底、全面的检查、维护，增补电动机缺少、磨损的元件，彻底清除电动机内外的灰尘、污物，检查绝缘情况，清洗轴承并检查其磨损情况。四：结论电动机在我国的经济建设中担当着重要的角色，随着我国加入WTO后，我国电动机行业所面临的国际社会的巨大竞争压力和挑战日益加剧。从节约能源，保护环境出发，高效率电动机是目前国际发展的趋势。这样看来，推广中国的高效率电动机是非常有必要的。但是在日常使用过程中如何去维护好，其影响可见一斑。本文着重从电动机的技术发展及现状、工作原理、运行维护进行了初略的探讨和分析，希望能给正在或即将从事电动机工作的人士一些帮助。五：参考文献1：张运波 刘淑荣 [工厂电气控制技术] 高等教育出版社 20042：许晓峰 [电机及拖动] 高等教育出版社 20043：李洋 孙晋 范翠香 [电动机使用与维修] 人民邮电出版社

数控技术发展趋势——智能化数控系统 1 国内外数控系统发展概况 随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。 长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，CNC只能作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节，整个制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM中的设定量，因而影响CNC的工作效率和产品加工质量。由此可见，传统CNC系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了CNC向多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的制造过程，因此，对数控技术实行变革势在必行。 2 数控技术发展趋势 性能发展方向 (1)高速高精高效化 速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。 (2)柔性化 包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。 (3)工艺复合性和多轴化 以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。数控技术轴，西门子880系统控制轴数可达24轴。 (4)实时智能化 早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。

编码电子锁的设计与制作论文 随着社会物质财富的日益增长，安全防盗已成为社会问题。而锁自古以来就是把守门户的铁将军，人们对它要求甚高，既要安全可靠地防盗，又要使用方便，这也是制锁者长期以来研制的主题。目前国内，大部分人使用的还是传统的机械锁。然而，眼下假冒伪劣的机械锁泛滥成灾，互开率非常之高。所谓互开率，是各种锁具的一个技术质量标准，也就是1把钥匙能开几把锁的比率。经国家工商局、国家内贸局、中国消协等部门对锁具市场的调查，发现个别产品的互开率居然超标26倍。弹子锁质量好坏主要取决于弹子数量的多少以及弹子的大小，而弹子的多少和大小受一定条件的限制。此外，即使是一把质量过关的机械锁，通过急开锁，甚至可以在不损坏锁的前提下将锁打开，提供了发展的空间。 电子锁是第三代计算机防盗报警器的核心组成部分，用于识别用户身份的合法性。它有不少优点。例如保密性强，防盗性能好可以不需要钥匙，只要记住开锁的密码和方法，便可开锁,即方便又可避免因丢失钥匙带来的烦恼和损失。如果密码泄露,主人可以比较方便地设置新的开锁密码，不会造成损失，此外,编码电子锁将电子门铃和防盗报警与电子锁合为一体，实现了一物多用。由于以上诸多优点，编码电子锁能够广泛地应用于超市、住家、办公单位等许多场所。 1 系统方案选择 本次设计中分析了两种方案，一种是中规模集成电路控制的方案，另一种是单片机控制的方案。两中方案各有各的优缺点，通过以下两个方案的比较选择设计了其中一个方案。 1．1 中规模集成电路控制 方案一：采用集成电路控制。 编码电子锁电路分为编码电路、控制电路、复位电路、解码电路、防盗报警电路、门铃电路。电子锁主要由输入元件、电路(包括电源)以及锁体三部分组成，后者包括电磁线圈、锁拴、弹簧和锁柜等。当电磁线圈中有一定的电流通过时，磁力吸动锁栓，锁便打开。用发光二极管代表电磁线圈，当发光二极管为亮状态时，代表电子锁被打开。每来1个输入时钟，编码电路的相应状态就向前前进一步。在这个操作过程中，如果按照规定的代码顺序按动编码按键，编码电路的输出就跟随这个代码的信息。正确输入编码按键的数字，控制电路通过整形供给编码电路时钟。一直按规定的编码顺序操作完，则解码电路驱动开锁电路把锁打开。在操作过程中，如果没有按照规定代码顺序按下数字键或按动了其他键，控制电路将驱动防盗报警电路产生报警信号。方案二：采用一种是用以at89s51为核心的单片机控制方案。利用单片机灵活的编程设计和丰富的io端口，及其控制的准确性，不但能实现基本的密码锁功能，还能添加调电存储、声光提示甚至添加遥控控制功能。 电子密码的硬件以单片机AT89C51 为核心。AT89C51 是一种带4k 字节闪烁可编程、可擦除只读，存储器FPEROM（Falsh Programmable and ErasableRead Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8 位微处理器。其外接12 个按钮组成的3×4 键盘，通过4511 和7406（或7407）等驱动电路与单片机相连，以实现密码等的显示功能;利用串行EαPROM 存储器AT93C46 实现密码有效的永久保存。电子密码锁由键盘输入的识别、4位LED的显示、密码的比较、修改、存储、AT93C46 的读取与写入、报警和开锁控制电平的输出。根据框图，结合硬件结构，可以将键盘输入的识别用来作为系统的监控程序（主程序），用显示程序来延时，不断查询键盘。如果有键按下，就得到相应的键值。结合当前系统所处的状态，调用不同的操作模块，实现相应的功能。而执行模块主要有数字输入模块、确定键模块、修改键模块及显示模块。 方案比较 设计本课题时构思了两种方案：方案一是用锁存器74LS74、74LS00、74LS20和555基集成块构成的数字逻辑电路控制；方案二是用以AT89C51为核心的单片机控制。考虑到编码电子锁制作成本低，设计要求少，易实现控制要求，而单片机方案原理的复杂，调试较为繁琐，本人对数字电路基础较熟悉，有利于研究该课题。所以采用了方案一。 因此对该课题的研究具有实际应用价值。 在指导老师、同学和实习单位同事的帮助下，我顺利地完成了毕业论文。使我从中掌握了查阅资料的方法和分析问题的能力。 毕业论文的顺利完成，离不开各位同学、同学和朋友的关心和帮助。在整个的毕业论文学写作中，各位老师、同学和朋友积极的帮助我和提供有利于论文写作及毕业设计的建议和意见，在他们的帮助下，论文得于不断的完善，最终帮助完成了整个毕业论文和设计。 感谢在大学期间所有传授我知识的老师，是你们的悉心教导使我有了良好的专业课知识，这也是论文得以完成的基础。

磁学与磁性材料杂志

磁学国家重点实验室以磁性物理的基础研究为指导，以具有重大应用背景的磁性材料为对象，开展物质的基本磁性、磁输运和宏观量子效应以及磁、电、热、光交叉效应研究，探讨微观电子结构、表面和界面效应与宏观磁性的内在联系，探索新的磁性材料和新的人工纳米结构材料与器件。实验室主要研究方向和研究内容1．磁性理论研究Mn12， Fe8 等纳米分子磁体的磁性理论及宏观量子效应2．纳米自旋电子学研究研究自旋电子在纳米尺度下的输运特性，探索新的磁电子材料，设计新型磁电子器件。3．氧化物的巨磁电阻效应研究稀土-过渡族氧化物的结构、磁性和磁电阻效应，以及产生巨磁电阻效应的物理机制。4．稀土-过渡族化合物的结构、磁性与磁熵变以及纳米晶稀土永磁材料和物理研究稀土过渡族金属间化合物的晶体结构、磁结构、内禀磁性、相变和磁热效应，以及磁熵变的物理机制。研究纳米晶稀土永磁材料的结构、微结构、畴结构、相结构与永磁性，纳米晶稀土材料的永磁理论。5．磁性材料的晶体结构和磁结构分析利用中子衍射和X射线衍射方法，研究磁性材料的晶体结构和磁结构，探讨磁结构与磁性的关系。6．磁性单晶的生长和物性磁性单晶的生长、大磁致伸缩、形状记忆和大应变效应的研究。7．原子力和磁力显微学研究磁性材料的磁畴结构、磁化过程和反磁化过程。8．高分子/纳米磁性材料和生物磁性研究高分子/纳米磁性材料的微波特性以及生物磁性。9．磁性材料的超精细相互作用利用穆斯堡尔波谱学等核技术，结合电子结构计算，研究磁性材料微观磁性与宏观磁性的内在联系。

有呀 IEM China 2010第十一届中国国际磁性材料及生产技术展览会IEM China 2010第十一届中国国际磁性材料及生产技术展览会The 11th China International Exhibition of Magnetic Materials时间：2010年5月17-19 地点：上海光大会展中心（漕宝路78号）邀 请 函 Invitation主办单位：中电元协磁性材料与器件行业分会中国电子材料协会磁性材料分会磁性材料及器件专业情报网工信部磁性元件质量监督检验中心全国磁性元件与铁氧体材料标准化技术委员会中国电子科技集团公司第九研究所承办单位：上海星辉展览服务有限公司中国西南应用磁学研究所西磁科技咨询中心协办单位：浙江省磁性材料行业协会台湾磁性技术协会台湾电机电子工业同业公会日本电子材料工业会支持单位：中国电子科技集团公司指定媒体：《磁性材料及器件》杂志 ◎市场背景我国是世界磁性材料生产大国。多年来，磁性材料在电子产业出口创汇中一直发挥着重要的作用，也是少数几个长期保持贸易顺差的产品之一。预计未来几年，中国市场需要永磁铁氧体50万吨，软磁铁氧体20万吨，钕铁硼磁体5万吨，约占全球市场的50%，世界磁材生产巨头纷纷来华投资设厂。进入2010年，随着全球经济的复苏以及中国经济的发展，华东地区已经成为全球磁性材料最重要的生产、出口和需求集聚地。IEM CHINA是由中国磁性材料工业最具影响力的社会团体主办的专业展会，也是亚洲规模最大、内容最丰富的磁性材料工业盛会。IEM CHINA的成功源于国家磁性材料专业机构作强力后盾，行业厂家的积极响应和参与，国际业界的积极支持，国内生产、加工以及应用领域的高度关注，以及组织单位的专业化服务。2009年第十届IEM展会共吸引了来自中国、日本、美国、英国、德国、意大利、韩国以及中国香港、中国台湾地区等国内外二百多家企业参展，展场面积近五千平方米。为期三天的展会共接待参观观众14043人次，其中包括来自全国24个省（自治区／直辖市）和美国、德国、法国、意大利、瑞士、日本、韩国、中国香港、中国台湾等14个国家和地区的1107名海外观众。IEM 2010召开正值上海世博会举办期间，期待与您共商磁材！共享世博！◎展会优势⊙最具影响力的主办单位：由中国磁性材料工业最具影响力的专业社会团体和科研院所联合举办，目的是集中优势，办好实事，使广大企业受益；⊙十年经验积累：持续主办历年的IEM展会，熟悉磁性材料及其用户行业全面情况，多年积累的专业观众数据库是参展商实际展出效果的有力保障。⊙最具吸引力的城市：作为中国经济中心，上海已成为中国第一会展城市。在上海举办专业展会，将真正吸引全国各地的专业观众。同时上海也是世界500强企业在中国的大本营，上海的专业展会将吸引最多的海外采购商。⊙高层次的技术交流：同期由协会举办的高层次技术研讨会和学术交流会已经成为国内外专业人士一年一度的大聚会。⊙专题报告：上海是中国汽车零部件最大的生产基地和销售市场，本次展会将以汽车电子市场为主题，邀请专家作专题报告。⊙著名企业参与：国内外参加过IEM CHINA的著名企业有：横店东磁、天通电子、中科三环、北矿磁材、杭州永磁、金川电子、宁波韵升、安泰科技、成都银河、广东江粉、中钢天源、安徽龙磁、绵阳开元、宁波科宁达、宁波永久、东阳李磁、南湖电子、英洛华、烟台正海、沈阳中北通磁、津滨磁电、捷磁集团、深圳福义乐、TDK、FDK、NICERAMIC、EPSON、VAC、MAGNEQUENCH、尼欧联、秀峰、乔智电子、阿诺德、中山高雅等。◎展览范围1、永磁材料：稀土永磁材料、铁氧体永磁、铝镍钴、粘结永磁；2、软磁材料：软磁铁氧体材料、金属软磁、非晶纳米晶软磁、抗电磁干扰材料与器件（EMI，EMC）；3、生产磁材的专用制备：干粉压机、烧结炉、粉碎机、混料机、搅拌机、烘干机、球磨机、切割机、切片机、充磁机、真空烧结炉设备、平面磨床、超声波清洗机、磁性材料工模具等；4、生产磁性材料用的仪器、仪表和控制、检测技术与设备：如激光粒度分析仪、X荧光分析仪、粉碎混合度分析仪、磁强计、磁粉控伤仪及相关检测仪器；5、生产磁材用的各种原材料、辅助材料：氧化铁、氧化锰、氧化锌、氧化镍、锶、钡、钕、其他稀土金属、软磁粉料、永磁预烧料；6、永磁电机及其它永磁相关应用产品；7、电源及电子变压器等及其它软磁相关应用产品。◎收费标准1、标准展位：3x3=9平米国内企业： ￥7800元/个 合资企业：￥10800元/个 国外企业：USD 650元/ m2备注：标准配置为三面高围板、展位内地毯、眉板（公司中英名称）、一桌二椅、10A/220V插座、二只射灯；2、光地租赁：最少18平米起租国内企业： ￥800元/m2 合资企业：￥1000元/m2 国外企业：USD 600元/m2备注：参展商自行设计布置，组委会只提供光地。3、其它收费项目：1)技术研讨会和产品推介会：60分钟/每场￥6000元（根据企业需求，主办方组织专业人士到会）2)会刊广告：封面：￥15000元 封底：￥10000元 封二：￥8000元 封三：￥6000元扉页：￥8000元 彩页：￥5000元 单色：￥2000元 文字：￥1000元3)其它广告：门票： ￥5000元/万张 资料袋：￥5000元/千个 胸卡：￥10000元/全场条幅： ￥5000/展期/条 气球： ￥5000元/展期/个 拱门：￥6000元/展期/个◎参展程序1、展位分配原则：先报名、先付款、先安排，参展单位的展位最终确认以收到展位费用为准；2、填写好“参展报名表”并加盖公章传真至组织单位以获确认；3、参展单位应在展位确认后及时支付参展费用；4、本届展会截止报名日期为：2010年4月17日。欲了解更多展会详情，请联络：上海星辉展览服务有限公司地址：上海市光新路128号阳光大厦2608室邮编：200061电话：0086-21- 62242250转605传真：0086-21-23010599联系人：高先生

铁磁材料的研究论文

通过施加微波、压电、热、电极化、磁场等外场都有能力提高半导体的电荷分离,为光生载流子的快速分离提供所需的外部驱动力来

光生载流子，用光照射半导体时，若光子的能量等于或大于半导体的禁带宽度，则价带中的电子吸收光子后进入导带，产生电子-空穴对。这种类型的载流子称为光生载流子。中文名光生载流子外文名photo-generated carriers快速导航有机太阳电池的光生载流子产生机理 光生载流子衰减特征分析光照在半导体的表面，会有吸收。 光子吸收同时产生一个多数载流子和一个少数载流子。在诸多光伏应用中，光生载流子的数目远少于太阳电池中本来就存在的由于掺杂而产生的多数载流子。结果光照时半导体中的多数载流子数目基本不变，而少数载流子却显著增加。光生少数载流子数目远超过暗条件下太阳电池中本来存在的少数载流子，因而光照太阳电池中的少数载流子数可近似为光生载流子数。光生载流子寿命光生载流子寿命主要取决于半导体内的复合,大致可分为三种:(1)Shoekley一Read复合;(2)辐射复合;(3)Auger复合。由于半导体对于能量大于禁带宽度的光子吸收系数较大,辐射复合放出的光子总可以被吸收,从太阳能电池的光电转换效率来看,辐射复合的影响可以忽略;Auger复合寿命主要由禁带宽度和热平衡载流子浓度来确定

磁屏蔽就是将电磁场干扰源至仪器设备的传输途径“切断”，从而达到消除或减弱干扰源对仪器设备的不良影响效果。下面我给大家分享一些磁屏蔽现代科技论文，大家快来跟我一起欣赏吧。

磁屏蔽技术及其应用

摘 要：文章介绍了磁屏蔽的意义与应用，分析了磁屏蔽技术的基本原理与方法以及所采用的材料，同时还介绍了目前磁屏蔽技术应用的具体装置形式和未来的发展趋势。

关键词：磁屏蔽;零磁空间;磁屏蔽室

引言

随着工业、交通、电力及生活等设施的急剧增加，人们正处在一个日益复杂的电磁环境中，地磁场在区局部范围内也已变得越来越复杂，图1为某地的地磁场变化情况。然而，随着科技水平的发展，在精密测量、地球物理、地质勘探、航空航天、计量测试等诸多领域里，对外界环境磁场的要求却有越来越高，许多精密电子设备与测试仪器，要求空间环境不能存在干扰磁场。比如，在航空航天及船舶中导航用的陀螺仪，干扰磁场严重影响着其导航精度，必须对干扰磁场进行消除或降低;作为时间基准的原子钟，为了保证精准性，也必须将地磁场消除;还有高分辨率的电子显微镜，环境中的波动磁场也影响着其电子成像质量，同样需要消除环境磁场的变化。另外，在许多与磁性有关的科学研究领域里，需要营造一个零磁场环境。例如磁性探测仪器的零磁场标定，材料或器件的无磁性检测，生物在无磁环境里的生理反应研究等等，均需要一个相对的零磁场空间。这就要求我们必须利用磁屏蔽技术，在一定范围内屏蔽或消除外界的干扰磁场，从而营造一个相对的零磁场或静磁场空间。

1 磁屏蔽的基本原理

磁屏蔽的概念

电磁屏蔽，就是将电磁场干扰源至仪器设备的传输途径“切断”，从而达到消除或减弱干扰源对仪器设备的不良影响效果。根据被屏蔽的对象不同，可将其分为两大类：一类是对电磁场干扰源进行屏蔽，使其传播到屏蔽外的干扰电磁场减弱，如对医学上核磁共振仪的屏蔽;另一类是对特定的仪器设备进行屏蔽，使其不受外界环境电磁场的干扰，保证其正常工作，如对导航用的陀螺仪的屏蔽。根据电磁场的性质及屏蔽机理的不同，电磁屏蔽分为静电屏蔽、电磁屏蔽和静磁屏蔽。静电屏蔽主要是对电场的屏蔽，利用的是导体静电平衡原理;电磁屏蔽主要是对高频电磁场屏蔽，利用涡电流原理;而静磁屏蔽(简称磁屏蔽)则是对静磁场或低频电磁场进行屏蔽，利用的是磁路分流原理。文章讨论的是磁屏蔽问题。

磁屏蔽的原理

静磁场是稳恒电流或永久磁体产生的磁场。静磁屏蔽是利用高磁导率μ的铁磁材料做成屏蔽罩以屏蔽外磁场。它与静电屏蔽作用类似而又有不同。

静磁屏蔽的原理可以用磁路的概念来说明。如将铁磁材料放在成截面如图2和图3的回路，则在外磁场中，绝大部份磁场集中在铁磁回路中。这可以把铁磁材料与空腔中的空气作为并联磁路来分析。因为铁磁材料的磁导率比空气的磁导率要大几千倍，所以空腔的磁阻比铁磁材料的磁阻大得多，外磁场的磁感应线的绝大部份将沿着铁磁材料壁内通过，而进入空腔的磁通量极少。这样，被铁磁材料屏蔽的空腔就基本上没有外磁场，从而达到静磁屏蔽的目的。材料的磁导率愈高，筒壁愈厚，屏蔽效果就愈显著。因常用磁导率高的铁磁材料如软铁、硅钢、坡莫合金做屏蔽层，故静磁屏蔽又叫铁磁屏蔽。

静电屏蔽的效果是非常好的，这是因为金属导体的电导率要比空气的电导率大十几个数量级，而铁磁物质与空气的磁导率的差别只有几个数量级，通常约大几千倍。所以静磁屏蔽总有些漏磁。为了达到更好的屏蔽效果，可采用多层屏蔽，把漏进空腔里的残余磁通量一次次地屏蔽掉。

屏蔽效果的度量

对于磁屏蔽，根据需求通常用磁屏蔽效能和剩磁两种方式来衡量其效果。磁屏蔽效能计算公式为：SEH=20lg■，单位为分贝;而剩磁指的是屏蔽后的剩余磁场，单位是nT。

2 常用的磁屏蔽材料

根据磁屏蔽的原理，材料的磁导率愈高，屏蔽效果就愈显著。因此磁屏蔽材料一般都选用磁导率高的材料，常用的高导磁材料有纯铁(电工软铁) 、电磁钢板(硅钢片)、坡莫合金板、非晶态合金带以及微晶合金带材等。另外与屏蔽性能有关的还有材料的饱和磁通密度Bs和矫顽力。材料的饱和磁通密度Bs越大，就越能吸收外界磁场，屏蔽效果也就越好，在屏蔽强磁场时特别重要。材料的矫顽力越低，越容易降低屏蔽后的剩磁，在屏蔽弱磁场时特别重要。在设计磁屏蔽装置时，要针对具体的环境磁场和屏蔽要求。综合考虑材料的以上三个参数及整个磁屏蔽装置的结构。表1列举了常用磁屏蔽材料的基本参数。

3 磁屏蔽技术应用及装置

静磁屏蔽在电子器件中有着广泛的应用。例如变压器或其他线圈产生的漏磁通会对电子的运动产生作用，影响示波管或显像管中电子束的聚焦。为了提高仪器或产品的质量，必须将产生漏磁通的部件实行静磁屏蔽。在手表中，在机芯外罩以软铁薄壳就可以起防磁作用。

通用零磁空间

这类磁屏蔽装置主要作为标准的零磁空间使用，为仪器标定、无磁测量等工作服务，其结构如图4所示。根据磁屏蔽的性能和尺寸要求有不同的规格。

大型磁屏蔽室

这类磁屏蔽装置主要为各种高性能的电子显微镜、高性能仪器设备服务，其结构如图5所示。需要根据仪器设备的要求和现场环境进行单独设计制作。

磁屏蔽元件

这类磁屏蔽元件通常为某些特定仪器设备所研制的，是作为某些仪器(如陀螺仪，原子钟等)结构的一部分， 在设计时既要考虑屏蔽性能，还要考虑结构性能等因素，如图6所示。

4 磁屏蔽技术的发展趋势

磁屏蔽技术通常有两种方法，一种叫做被动式磁屏蔽，即采用磁导率较高的软磁材料围成一个特定空间，而被动地将外界环境磁场屏蔽在该特定空间之外，常用的磁屏蔽材料有电工纯铁、硅钢片、内磁屏蔽钢及坡莫合金等。另一种叫做主动式屏蔽，即采用通电线圈产生一个与干扰磁场大小相等方向相反的磁场去主动抵消外界的干扰磁场，从而达到磁屏蔽的目的。被动式磁屏蔽采用的磁路分流的原理，技术相对比较成熟，屏蔽性能稳定可靠，但需要耗费大量的软磁材料，成本较高，施工周期长。而主动式磁屏蔽技术采用的正负磁场抵消的办法，由于外界磁场随时变化，所以反向磁场的控制困难较大。再者，磁场在本质上是不能被抵消掉的，此消则彼长，很难在较大空间范围内完全消除干扰磁场。目前实际应用中主要还是采用被动式屏蔽，主动式磁屏蔽技术应用还不多，但主动式磁屏蔽技术不需要耗费软磁材料，安装施工周期也短，且易于拆装运输，可以重复，是磁屏蔽技术未来的发展方向。

参考文献

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[4]周克定.工程电磁场数值计算的理论方法及应用[M].北京：高等教育出版社，1994.

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本人从智网上找的 有PDF格式 这是从上面转下来的 统磁体以单原子或离子为构件,三维磁有序化主要来自通过化学键传递的磁相互作用,其制备采用冶金学或其一、引 言他物理方法;而分子磁体以分子或离子为构件,在临界 作为一种新型的软材料,分子基材料(molecule2based温度以下的三维磁有序化主要来源于分子间的相互作materials)在近年来材料科学的研究中已成为化学家、物用,其制备采用常规的有机或无机化学合成方法.由于理学家以及生物学家非常重视的新兴科学领域[1].分子在分子磁体中没有伸展的离子键、共价键和金属键,因基材料的定义是,通过分子或带电分子组合出主要具有而很容易溶于常规的有机溶剂,从而很容易得到配合物分子框架结构的有用物质.顾名思义,分子基磁性材料的单晶,有利于进行磁性与晶体结构的相关性研究,有(molecule2based magnetic materials) ,通称分子磁性材料,利于对磁性机制的理论研究.作为磁性材料,分子铁磁是具有磁学物理特征的分子基材料.当然,分子磁性材体具有体积小、相对密度轻、结构多样化、易于复合加工料是涉及化学、物理、材料和生命科学等诸多学科的新成型等优点,有可能作为制作航天器、微波吸收隐身、电兴交叉研究领域.主要研究具有磁性、磁性与光学或电磁屏蔽和信息存储的材料.导等物理性能相结合分子体系的设计、合成.我们认为, 分子磁性研究始于理论探索.早在 1963 年McCo2分子磁性材料是在结构上以超分子化学为主要特点的、nnel[2]就提出有机化合物可能存在铁磁性,并提出了分在微观上以分子磁交换为主要性质的、具有宏观磁学特子间铁磁偶合的机制.1967 年,他又提出了涉及从激发征并可能应用的一类物质.态到基态电子转移的分子离子之间产生稳定铁磁偶合 分子铁磁体是具有铁磁性质的分子化合物,它在临的方法[3].同年,Wickman[4]在贝尔实验室合成了第一个界温度(Tc)下具有自发磁化等特点.分子磁体有别于传分子铁磁体.之后,科学家们相继报道了一些类铁磁性统的不易溶解的金属、金属合金或金属氧化物磁体.传质的磁性化合物,但直到1986年前,这些合成的磁性化·15 ·? 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 专题综述Ziran Zazhi 合物没有表现出硬铁磁所具有的磁滞特征.1986 年,材料理论的精确预言和计算是相当困难的,而且,分子Miller等人[5]将二茂铁衍生物[Fe(Cp3)2](Cp3为五甲基磁性材料中包含的原子和分子基团更多,空间结构的基环戊二稀)与四氰基乙烯自由基(TCNE)经电荷转移合对称性更复杂,局部的磁交换的途径也体现出多样性,成了第一个分子铁磁体[Fe(Cp3)2]+[TCNE] ,其转换温使得目前的研究还处于实验经验的积累和定性的解释度 T上.尽管如此,科学家们对分子磁交换的机制进行了大c= K.与此同时,Kahn 等人[6]报道了具有铁磁性的MnCu(pbaOH)·(H量的研究,提出了许多近似理论模型,并基于这些模型2O)3分子化合物.从此,分子磁体的研究引起了人们的广泛关注,分子基磁性材料也应和大量的实验数据,在磁性与结构的关系研究中取得了运而生.一定的进展.对于一些对称性较高的体系,根据自旋相 开始,由于分子间的磁相互作用较弱,分子磁体的互作用的 Hamilton可由量子力学求出磁化率的解析形转换温度式T,然后根据实验数据计算出磁偶合系数 J 值,探索随c通常远远低于室温,难于达到应用的要求.结构的变化关系.对于对称性较差及组成较为复杂的体但是,第一个室温分子磁体V(TCNE)2·xCH2Cl2在1991系,自旋 Hamilton 的解析解很难求出.此时可用 Monte年由Manriquez[7]报道出后,虽然是一个不稳定的电荷转Carlo方法对物理过程进行模拟,求出磁偶合系数 J[10].移钒配合物,但近年来,分子磁性的研究已取得了令人 根据产生磁性的具体类型,磁交换机制主要通过以鼓舞的进展,Verdauger[8,9]报道了 Tc高达340 K的稳定下途径来实现:类普鲁士蓝的分子铁磁体. (1) 磁轨道正交 根据 Kahn等人的分子轨道理论,顺磁离子A与B之间的磁相互作用(J)由两部分贡献组二、分子磁性中的物理基础成,即铁磁贡献和反铁磁贡献,J = JF+ JAF.当A中未成对电子所占据的磁轨道与B中未成对电子所占据的磁 分子磁体的磁性来源于分子中具有未成对电子离轨道互相重叠时,它们之间的相互作用为反铁磁偶合,子之间的偶合,这些偶合相互作用既来自分子内,也可重叠积分越大,反铁磁偶合越强;当A与B中未成对电来自于分子间.分子内的自旋- 自旋相互作用往往通过子所占据的磁轨道正交时,它们之间的相互作用为铁磁“化学桥”来实现磁超相互作用.所以,分子磁性材料兼偶合.如图(1)中(a)、(b)所示.如果铁磁偶合与反铁磁偶具磁偶极- 偶极相互作用和超相互作用,故该类材料的合同时存在,通常反铁磁偶合强于铁磁偶合,因此只有磁性比常规的无机磁性材料表现出更丰富多彩的磁学当 JAF为零时,A与B间才为铁磁偶合.如在CsNiⅡ[CrⅢ性质.(CN)6]·2H2O[9]中,CrⅢ的磁轨道具有t2g对称性,而NiⅡ 根据铁磁体理论,要使材料产生铁磁性,首先体系的磁轨道具有e的原子或离子必须是顺磁性的g对称性,二者互为正交轨道,因而呈现,其次它们间的相互作用铁磁性偶合( T是铁磁性的.对于分子磁性材料,一个分子内往往包含c=90 K).当磁轨道正交时,铁磁偶合的一个或多个顺磁中心,即自旋载体,按照 Heisenberg 理大小依赖于轨道间的距离.论,两个自旋载体之间的磁交换作用可用以下等效Ham2 (2) 异金属反铁磁偶合 对于两个具有不同自旋的ilton算符来表示:顺磁金属离子,SA≠SB若A与B间存在磁相互作用,有^H两种情况:当A与B 间的磁相互作用为短程铁磁偶合ex= - 2J^S1^S2(1)其中时,总自旋 SJ 为交换积分,表示两个自旋载体间磁相互作用的T= SA+ SB;当A与B间的磁相互作用为反类型和大小. J 为正值时为铁磁性偶合,自旋平行的状态铁磁偶合时,总自旋 Sr=| SA- SB| (如图1中(c) (d)所为基态;J 为负值时为反铁磁性偶合,自旋反平行为基示).顺磁离子A和B间的磁相互作用大多为反铁磁偶态.如对分子磁性材料:A- X- B 体系(A,B 为顺磁中合.当为反铁磁偶合时,若 Sr= SB,则 Sr=0;若 SA与心,X为化学桥) ,X作为超交换的媒介使A和B发生磁SB不相等,则有净自旋,当在转换温度以下,净自旋有性偶合,设 SA= SB=1P2,则当反铁磁偶合时,分子基态序排列,使体系呈现亚铁磁性.因此,利用异金属之间反用单重态和三重态的能量差来表示:J = E铁磁偶合是构建高自旋分子的另一条有效途径.如CsMnS- ET. 磁相互作用研究的目的在于了解磁交换的机理,寻[Cr(CN)6] ,Mn2+的自旋为 SA=5P2,而Cr3+的自旋为 SB找磁性与结构之间的关系,并反过来指导分子磁性材料=3P2,二者之间产生反铁磁偶合,净自旋 ST= SA- SB的设计和合成.和通常的磁性材料一样,对分子基磁性=1P2,在低于转换温度( Tc=90 K)时,配合物表现为亚1·6 ·? 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 自 然 杂 志 24卷1期专题综述铁磁性[11].以分为下面几类:1. 有机自由基分子磁体 化合物中不含任何带磁性的金属离子,大多由 C,H,O,N四种有机元素组成的磁体材料.其自旋载体为有机自由基,如氮氧自由基.McConnel 早在1963 年就提出有机化合物内存在铁磁偶合的机制[2].制备方法采用有机合成方法.由于它们具有有机材料特殊的物理、化学图性能,因而是更具应用前景的分子铁磁材料.但直到今1 相同自旋之间的偶合:(a) 铁磁偶合;(b) 反铁磁偶合; 不同自旋之间的偶合:(c) 铁磁偶合;(d) 亚铁磁偶合日,纯有机分子磁体的转换温度仍极低,和有机超导材料一样,在小于50 K的低温区.日本科学家在这方面的 (3) 电荷转移 对给体- 受体电荷转移类配合物,工作做得很好.目前,得到广泛研究并进行了结构标定如[FeCp32]+[TCNE]-,基态时,[FeCp32]+的自旋为1P2,的有机铁磁体主要有氮氧自由基及其衍生物[14]、C60[TCNE]-的自旋也为1P2.在这样一个系统中,由于电荷(TDAE)(TDAE为四(二甲胺基) - 1,2- 亚乙基)[15]等.转移,形成激发三重态.在[FeCp32]+与[TCNE]-交替排列形成的链中,阳离子与前后两个[TCNE]-等距离,它2. 金属- 有机自由基分子磁体的e2g电子可向前后两个[TCNE]转移,形成 S =1的激发 化合物中含有带磁性的过渡金属或稀土金属离子,态.基态激发态混合后,降低了体系能量,使自旋取向沿同时也含有机自由基的基团,故有两种以上的自旋载体着一条链形成.如果每个链的取向都是平行的,且链间存在,并发生相互作用,由这种金属或金属配合物与自和链内[FeCp32]+与[TCNE]-位置相当,那么e2g电子可由基两种自旋载体组装的化合物,也可以构建分子铁磁以在链间传递,从而进一步稳定了体系,导致了相邻链体.其中有些是有机金属与自由基形成的电荷 转移盐的自旋平行取向,产生宏观的铁磁性现象[12].体系. (4) 有机自由基与多自由基 自从1991 年日本京 美国的Miller和Epstein教授在这个体系中作出了卓都大学的 Takahashi 等[13]成功地合成了基于 C、H、O、N越的贡献,首先他们发现了[M(Cp32][TCNZ](Z=Q或四种元素组成的有机铁磁体,使人们认识到含有氮氧自E,TCNE为四氰基乙烯,TCNQ为四氰代对苯醌二甲烷,M由基的有机化合物也是制备分子铁磁体的一条有效途(C3p)2为环戊二烯金属衍生物)[12]. 如,[Fe(Cp3)2]径.氮氧自由基与金属配合物形成的磁偶合体系已成为[TCNZ]为一变磁体(它有一反铁磁基态,但在临界外场分子铁磁体研究领域的一个重要方面.为1500Oe时,转变为具有高磁矩的类铁磁态) ,它由[Fe(Cp3)2]+阳离子与[TCNQ]-阴离子交替排列形成平行三、分子基磁性材料的分子设计和目的一维链,每一个离子均有一未成对的电子自旋[16].磁 前热点研究体系有序要求在整体上的自旋偶合,因此,直径较小的[TC2NE]-将比[TCNQ]-有较大的电子密度,预期将有利于 分子磁体的设计与合成实质上是一个在化学反应自旋偶合.实际情况证明了这一点,[Fe(Cp3中分子自组装的过程.选择合适的高自旋载体(砖头) ,2)]+[TC2NE]-由阳离子与阴离子交替排列构成一维链,在 K这可以是金属离子或具有自旋不为零的有机自由基,通以下表现为磁有序过非磁性的有机配体等桥梁基团作为构筑元件(石灰),在 T=2 K时,其矫顽力为1 000Oe,,超过了传统磁存储材料的值[17]以一定的方式无限长地联接起来.为了提高磁有序温度,,如通过脱溶剂法处理、改变抗衡离子或改变配体等途径他们又开创了M[TCNE],形成分子内部间x·yS(M=V,Mn,Fe,Ni,Co;S为的强相互作用和单元间弱相互作用的超分子结构.通过溶剂分子) 另外一类电荷转换盐分子磁体的研究工调控无限分子P分子单元(或链、层)间磁相互作用的类型作[18].并发现第一个室温以上的分子磁体V[TCNE]x·和大小,组装成低维或三维铁磁体.但就目前来说,除选yCH2Cl2,其 Tc高达400 K.值得一提的是,在常温下它显择合适的高自旋载体和桥联配体外,控制分子在晶格中示出矫顽力超过无机磁体,薄膜材料也在积极的研究堆砌方式也十分重要.中,已接近应用.遗憾的是,这类化合物的结构至今仍是 按照自旋载体和产生的磁性不同,分子磁性材料可不清楚.近年来,Miller等对[MnⅢTPP]+[TCNE]-(H2TPP·17 ·? 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 专题综述Ziran Zazhi 为中心四苯卟啉)类分子磁体也进行了广泛的研究.有物在低温下,能够被光激发而发生从铁磁体到顺磁体的关的综述论文可参考文献[12]和[19].可逆转跃迁,是非常有实际应用的特性. Mn( Ⅱ) - 氮氧自由基链状配合物Mn(hfac)2(NIT2 草酸根桥联的双核或异双核金属配位物分子磁体Me)[20](hfac是六氟乙酰丙酮,NITMe 为2- 甲基- 4,4,一直吸引着人们的注意.具有D3对称性的[MⅢ(ox)3]3-5,5- 四甲基咪唑啉- 1- 氧基- 3- 氧化物自由基,Tc是一个非常有用的建造单元.它在3个不同的方向上都=7. 8 K) 及 Cu ( Ⅱ) 自由基配合物 [Cu (hfac)2]有“钩子”,能轻而易举地把别的金属离子拉进来而形成(NIT[21]多维的金属离子交替排列,从而成为二维或三维分子磁pPy)2(NITpPy为2- (2’吡啶 - 4,4,5,5- 四甲基咪唑啉- 1- 氧基- 3- 氧化物)是另一类的金属- 有体.如A[MⅡMⅢCr(ox)3](A =N(n - C4H9)+4、N( n -机自由基分子磁体.近年来,这类分子铁磁体的研究进C6H5)+4等) ,当MⅢ=Cr( Ⅲ) ,MⅡ为Mn(Ⅱ) ,Cu( Ⅱ) ,Co展很大,已由单自由基- 金属配合物扩展到多自由基-(Ⅱ) ,Fe( Ⅱ)和Ni( Ⅱ)时,其 Tc分别为6,7,10,12,14金属配合物.由于多自由基较单自由基有更多的自旋中K[26];当MⅢ=Fe( Ⅲ) ,MⅡ为Fe(Ⅱ) ,Ni(Ⅱ) ,Co( Ⅱ)时,心和配位方式,并且与金属配位更易形成多维结构的优Tc=30～50 K[27].点,多自由基—金属配位物的研究已成为分子磁体研究 草胺酸根合铜[Cu(opba)]2-、[Cu(pba)]2-及[Cu的热点之一[22].(pbaOH)]2-含有未配位基团,可作为形成多核配合物的前体.此前体具有两个桥基,易与Mn2+、Fe2+等阳离子3.金属配合物的分子磁体形成异双金属链而构成一维链状配合物,链内通过铁磁 金属配合物分子磁体是目前研究得最广泛、最深入或反铁磁偶合得到铁磁链或亚铁磁链,链间的铁磁或反的一类分子磁体,其自旋载体为过渡金属.在其构建单铁磁偶合导致材料的宏观磁性表现为铁磁或反铁磁性.元中,可以形成单核、双核及多核配合物.由这些高自旋这类分子磁体转变温度低,如由双草酰胺桥联的锰铜配的配位物进行适当的分子组装,可以形成一维、二维及合物MnCu(pbaOH)(H2O)3,Tc= K[28].三维分子磁体,可以形成链状或层状结构.根据桥联配 除此之外,近十年来化学家们对由三叠氮(N3)配体位体的不同,这类分子磁体主要包括草胺酸类、草酰胺桥联的多维化合物产生了极大的兴趣,这是因为三叠氮类、草酸根类、二肟类、氰根类等几种类型.配体主要以两种方式连接金属离子,见图2,分别对应反 报告的第一个这种类型的分子磁体是中间自旋 S =铁磁偶合和铁磁偶合,便于对分子磁性的设计.单独由3P2的FeⅢ(S2CNEt2)2Cl[4],在温度为 K以下表现为三叠氮配体桥联或混入其他有机桥联配体,可构成一磁有序,但无磁滞现象.接着便是基于双金属的低温铁维,二维和三维的配位聚合物,形成独特的磁学性质并磁有序材料[CrⅢ(NH3)6]3+[FeⅢCl6]3-( Tc= K和在一定温度下构成分子磁体[29].这方面,我国的南京大亚铁磁有序材料[CrⅢ(NH3)6]3+[CrⅢ(CN)6]3-( Tc=2.学和南开大学也做出了很好的工作[30,31].85 K) ,它们同样不具有磁滞现象[23,24]. 近年来,由法国科学家Verdaguer发现普鲁士蓝类配合物所表现出的较高的转换温度,大的矫顽力,使得普鲁士蓝类磁性配合物越来越吸引人们的注意[25].普鲁士蓝类分子磁体是基于构筑元件M(CN)k-6与简单金属离子通过氰根桥联的类双金属配合物,双金属离子均处于八面体配位环境,并通过氰桥连接成三维网络.其组成形式为 Mk[M’(CN)6]l·nH2O 或 AMk[M’(CN)6]l·nH2O(M和M’为不同的顺磁性,化合物为铁磁体,如图2 三叠氮配体和金属离子以及对应的磁交换Cu3[Cr(CN)6]2·15H2O( Tc= 66 K) 、Cu3[Fe(CN)6]2·12H4. 单分子磁体(Single2Molecular Magnets)2O(Tc=14 K) 、Ni3[Cr(CN)6]2·14H2O( Tc=23 K)均为铁磁体.若两个金属离子磁轨道重叠,它们之间的磁 以上情况都是分子被连接成聚合物后产生非常强偶合为反铁磁性,化合物为反铁磁体或亚铁磁体,如的分子间相互作用.从另一个角度,若分子间相互作用(Net4)[V(CN)6]·2H2O( Tc=230 K) 、CrⅡ3[CrⅢ很小可忽略,则分子被隔离成一个个独立的磁分子.当(CN)6]2·10H2O( Tc=240 K)[25].有价值的是,这类化合分子内含有多个自旋离子中心并发生磁偶合时,则总分1·8 ·? 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 自 然 杂 志 24卷1期专题综述子的磁矩决定于磁偶合后的最低能态,这时就可能出现域.如在本文中提到的:转换温度超过室温的分子基铁基态为自旋数较高的稳定态,在磁场的作用下产生准连磁和亚铁磁体材料的发现;具有高自旋的多核配合物在续的激发态能级.所以整个分子的磁矩在外场下,沿外低温下表现出磁性的单分子磁体的发现;在室温以上具场的方向偏转时需要克服一个较大的势垒,这种势垒来有大的磁滞现象的自旋交叉配合物的发现;分子基磁体自零场分裂的磁各向异性.有时也称这种现象为自旋阻的光磁、热磁效应;以及分子基磁体的 GMR、CMR效应挫(spinfrustration)[32].这种依赖于外磁场的双稳态(bist2等.所有这些成果都预示着分子磁性材料光明的未来.ability)被看作是新一代信息材料应用的基础.目前所发 相比于传统的磁性材料,由于广泛的化学选择性,现的单分子磁体主要包括Mn12和Mn14离子簇、Fe8离子可以从分子级别上对分子磁性材料进行修饰和改良;作簇和 V为磁性材料4离子簇等三类,如基态为 S = 10 的 Mn12O12,分子铁磁体具有体积小、相对密度小、能耗(O[33]小及结构的多样化等优点,其制备的方法大多为常规的2CMe)16(H2O)4.有意义的是,当这种单分子体积大到一定值时,可被认为是一种尺寸单一的可磁化的纳化学方法,便于做成各种形态的产品,所体现的性质有米材料,具有不可估量的应用前景.些是传统的磁性材料不可替代的.已发现这类新物质可能成为各类高科技材料,特别是新一代的信息存储5. 自旋交叉配合物材料. 众所周知 当然,当配合物分子内的自旋离子中心减少到,作为一种新生的材料,有很多方面仍需要进仅一个时一步研究和改进,这也是我国科学家在基础研究和应用,分子间的相互作用又很小,配合物显示出独立离子的特性科学走向世界前列的良机.可以预见,在未来的发展中,,为近似理想的顺磁性.具有3d4- 3d7电子配置的过渡金属配合物分子基磁性材料将可能在:①高,在八面体配位结构下,电子Tc温度的分子磁体;②在五个d电子轨道上的排布,可能会受到配位场e提高材料的物理稳定性;③透明的绝缘磁体;④易变、易g和t2g加工的分子磁体轨道之间的能隙Δ大小的影响;⑤和其他物理性能结合的复合磁性材,当Δ平均电子对能p相料近时;⑥超硬和超软磁体; ⑦液体磁体等方面着重探索和,化合物的自旋态可能由于某些外界条件的微扰,得到发展可呈现高自旋态与低自旋态的交叉转变[34].(.最典型的是2000年8月29日收到)一些Fe(Ⅱ)配合物,发生高自旋态5T1 Alivisatos A. P. ,Barbara P. F. ,Castleman A. W. ,et. al. Adv. Ma22(S =2,顺磁性)与ters. ,1998;10:1297低自旋态1A1(S =0,抗磁性)的转变,伴随自旋相变,化2 McConnel . J. Chem. Phys. ,1963;39:1910合物可能有结构甚至和颜色的变化.有一些的转变温度3 McConnel . Proc. . Welch Found. Chem. ;11:144还在常温区,如[Fe(Htrz)4 Wickman . ,Trozzolo . ,Williams . ,et. al. Phys. Rev. ,3- 3x(NH2trz)3x](ClO4)2·H2O1967;155:563(trz=1,2,4 三唑类) ,在常温下从紫色(低自旋)随温度5 Miller . ,Calabrese . ,Epstein . ,et. al. J. Chem. Soc. ,上升转为白色(高自旋).成为另一种新的可利用的双稳Chem. Commun,1986;10266 Pei Y. ,Verdauger M. ,Kahn O. ,et al. J. Am. Chem. Soc. ,1986;态现象[35].1984年,Decurtins等人首次观察到光诱导自108:7428旋交叉效应[36],并随后在低温下利用光对自旋态的激发7 . ,Yee . ,Mclean . ,et al. Science,1991;252:和调控进行了深入研究,期望能用作纳秒级的快速光开14158 FerlayS. ,Mallsah T. ,Ouahes R. ,et al. Nature,1995;378:701关和存储器[34].我国在自旋交叉研究方面也取得了可喜9 Mallah T. ,Thiebaut S. ,VerdaguerM. ,et al. Science,1993;262:1554的成绩[37],如发现温度回滞宽度近55 K的自旋交叉化10 Zhong . ,You X. Z. ,Chen T. Y. Annual Sci Rept—suppl of J of合物[Fe(dpp)Nanjing Univ. ,, Nov19942(NCS)2]py(dpp =二吡嗪(3,2,2-,3-)邻11 Griebler . ,Babel . ,NaturforschB. Anorg. Chem. ,1982;37B菲罗啉,py=吡啶)[38],而且首次发现在快速冷却下仍保(7) :832持高自旋亚稳态,实现了不通过光诱导也能得到低温下12 . ,. Chem. Int. Ed. ,1994;33:38513 Takahashi M. ,Turek P. ,NakazawaM. ,et al. PhysLett,1991;67:746的双稳态[39].14 Chiarelli R. ,. ,Rassat A. ,et al. Nature,1993;363:14715 Allemand . ,Khemani . ,Koch A. ,et al. Science,1991;254:301四、展 望16 . ,. ,Reiff . ,et al. J. Phys. Chem. ,1987;91:4344 分子基磁性材料作为一种新型的材料,近十年来,17 . ,. ,. ,et. al. J. Am. Chem. Soc. ,1987;109:769在化学家和物理学家的努力下,在很多方面已经取得了18 Zhou P. ,. ,. ;181:71突破性的进展,迅速发展成为一门材料学科的前沿领19 . Inorg. Chem. ,2000;39:4392估计效果很不好 如果想要的话，留个邮箱，给你发过去

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JOURNAL OF THE AMERICAN CERAMIC SOCIETY 美国陶瓷学会杂志31 APPLIED PHYSICS A-MATERIALS SCIENCE & PROCESSING 应用物理A－材料科学和进展32 NANOTECHNOLOGY 纳米技术33 JOURNAL OF VACUUM SCIENCE & TECHNOLOGY B 真空科学与技术杂志B34 JOURNAL OF MATERIALS RESEARCH 材料研究杂志35 PHILOSOPHICAL MAGAZINE A-PHYSICS OF CONDENSED MATTER STRUCTURE DEFECTS AND MECHANICAL PROPERTIES 哲学杂志A凝聚态物质结构缺陷和机械性能物理36 INTERNATIONAL JOURNAL OF NON-EQUILIBRIUM PROCESSING 非平衡加工技术国际杂志37 JOURNAL OF NEW MATERIALS FOR ELECTROCHEMICAL SYSTEMS 电化学系统新材料杂志38 JOURNAL OF VACUUM SCIENCE & TECHNOLOGY A-VACUUM SURFACES AND FILMS 真空科学与技术A真空表面和薄膜39 DENTAL MATERIALS 牙齿材料40 JOURNAL OF ELECTRONIC MATERIALS 电子材料杂志41 JOURNAL OF NUCLEAR MATERIALS 核材料杂志42 INTERNATIONAL MATERIALS REVIEWS 国际材料评论43 JOURNAL OF NON-CRYSTALLINE SOLIDS 非晶固体杂志44 JOURNAL OF MAGNETISM AND MAGNETIC MATERIALS 磁学与磁性材料杂志45 OPTICAL MATERIALS 光学材料46 IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY IEEE应用超导性会刊47 METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS A-PHYSICAL METALLURGY AND MATERIAL 冶金与材料会刊A——物理冶金和材料48 THIN SOLID FILMS 固体薄膜49 JOURNAL OF PHYSICS D-APPLIED PHYSICS 物理杂志D——应用物理50 INTERMETALLICS 金属间化合物51 PHILOSOPHICAL MAGAZINE B-PHYSICS OF CONDENSED MATTER STATISTICAL MECHANICS 哲学杂志B－凝聚态物质统计力学52 SURFACE & COATINGS TECHNOLOGY 表面与涂层技术53 JOURNAL OF BIOMATERIALS SCIENCE-POLYMER EDITION 生物材料科学—聚合物版54 MATERIALS RESEARCH INNOVATIONS 材料研究创新55 BIOMETALS 生物金属56 INTERNATIONAL JOURNAL OF PLASTICITY 塑性国际杂志57 SMART MATERIALS & STRUCTURES 智能材料与结构58 ADVANCES IN IMAGING AND ELECTRON PHYSICS 成像和电子物理发展59 SYNTHETIC METALS 合成金属60 JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE-MATERIALS IN MEDICINE 材料科学杂志—医用材料61 SCRIPTA MATERIALIA 材料快报62 COMPOSITES PART A-APPLIED SCIENCE AND MANUFACTURING 复合材料 A应用科学与制备63 MODERN PHYSICS LETTERS A 现代物理快报A64 SEMICONDUCTOR SCIENCE AND TECHNOLOGY 半导体科学与技术65 JOURNAL OF THE EUROPEAN CERAMIC SOCIETY 欧洲陶瓷学会杂志66 APPLIED SURFACE SCIENCE 应用表面科学67 MATERIALS TRANSACTIONS JIM 日本金属学会材料会刊68 PHYSICA STATUS SOLIDI A-APPLIED RESEARCH 固态物理A——应用研究69 MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING B-SOLID STATE MATERIALS FOR ADVANCED TECH 材料科学与工程B—先进技术用固体材料70 CORROSION SCIENCE 腐蚀科学71 JOURNAL OF PHYSICS AND CHEMISTRY OF SOLIDS 固体物理与化学杂志72 JOURNAL OF ADHESION SCIENCE AND TECHNOLOGY 粘着科学与技术杂志73 INTERNATIONAL JOURNAL OF REFRACTORY METALS & HARD MATERIALS 耐火金属和硬质材料国际杂志74 SURFACE AND INTERFACE ANALYSIS 表面与界面分析75 INTERNATIONAL JOURNAL OF INORGANIC MATERIALS 无机材料国际杂志76 SURFACE REVIEW AND LETTERS 表面评论与快报77 MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING A-STRUCTURAL MATERIALS PROPERTIES MICROST 材料科学和工程A—结构材料的性能、组织与加工78 NANOSTRUCTURED MATERIALS 纳米结构材料79 IEEE TRANSACTIONS ON ADVANCED PACKAGING IEEE高级封装会刊80 INTERNATIONAL JOURNAL OF FATIGUE 疲劳国际杂志81 JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS 合金和化合物杂志82 JOURNAL OF NONDESTRUCTIVE EVALUATION 无损检测杂志83 MATERIALS SCIENCE & ENGINEERING C-BIOMIMETIC AND SUPRAMOLECULAR SYSTEMS 材料科学与工程C—仿生与超分子系统84 JOURNAL OF ELECTROCERAMICS 电子陶瓷杂志85 ADVANCED ENGINEERING MATERIALS 先进工程材料86 IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS IEEE磁学会刊87 PHYSICA STATUS SOLIDI B-BASIC RESEARCH 固态物理B—基础研究88 JOURNAL OF THERMAL SPRAY TECHNOLOGY 热喷涂技术杂志89 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MATERIALS & STRUCTURES 工程材料与结构的疲劳与断裂108 JOURNAL OF ADHESION 粘着杂志109 COMPUTATIONAL MATERIALS SCIENCE 计算材料科学110 IEEE TRANSACTIONS ON SEMICONDUCTOR MANUFACTURING IEEE半导体制造会刊111 MECHANICS OF COMPOSITE MATERIALS AND STRUCTURES 复合材料和结构力学112 PHASE TRANSITIONS 相变113 MATERIALS LETTERS 材料快报114 EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL-APPLIED PHYSICS 欧洲物理杂志—应用物理115 PHYSICA B 物理B116 ADVANCED COMPOSITES LETTERS 先进复合材料快报117 POLYMER COMPOSITES 聚合物复合材料118 CORROSION 腐蚀119 PHYSICS AND CHEMISTRY OF GLASSES 玻璃物理与化学120 JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE-MATERIALS IN ELECTRONICS 材料科学杂志—电子材料121 COMPOSITE INTERFACES 复合材料界面122 AMERICAN CERAMIC SOCIETY BULLETIN 美国陶瓷学会公告123 APPLIED COMPOSITE MATERIALS 应用复合材料124 RESEARCH IN NONDESTRUCTIVE EVALUATION 无损检测研究125 PROGRESS IN CRYSTAL GROWTH AND CHARACTERIZATION OF MATERIALS 晶体生长和材料表征进展126 JOURNAL OF COMPUTER-AIDED MATERIALS DESIGN 计算机辅助材料设计杂志127 CERAMICS INTERNATIONAL 国际陶瓷128 POLYMER TESTING 聚合物测试129 ADVANCED PERFORMANCE MATERIALS 先进性能材料 130 SEMICONDUCTORS 半导体131 URNAL OF BIOACTIVE AND COMPATIBLE POLYMERSJO 生物活性与兼容性聚合物杂志132 HIGH TEMPERATURE MATERIALS AND PROCESSES 高温材料和加工133 ADVANCES IN POLYMER TECHNOLOGY 聚合物技术发展134 COMPOSITE STRUCTURES 复合材料结构135 JOURNAL OF THE CERAMIC SOCIETY OF JAPAN 日本陶瓷学会杂志136 BIO-MEDICAL MATERIALS AND ENGINEERING 生物医用材料与工程137 INTERNATIONAL JOURNAL OF MODERN PHYSICS B 现代物理国际杂志B138 INTERNATIONAL JOURNAL OF THEORETICAL PHYSICS 理论物理国际杂志139 INTEGRATED FERROELECTRICS 集成铁电材料140 MAGAZINE OF CONCRETE RESEARCH 混凝土研究杂志141 ACI MATERIALS JOURNAL 美国混凝土学会材料杂志142 JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE LETTERS 材料科学杂志快报143 FERROELECTRICS 铁电材料144 BULLETIN OF MATERIALS SCIENCE 材料科学公告145 MATERIALS SCIENCE FORUM 材料科学论坛146 JSME INTERNATIONAL JOURNAL SERIES A-SOLID MECHANICS AND MATERIAL ENGINEERIN 日本机械工程学会国际杂志系列A－固体力学与材料工程147 MATERIALS CHARACTERIZATION 材料表征148 SYNTHESIS AND REACTIVITY IN INORGANIC AND METAL-ORGANIC CHEMISTRY 无机物及金属—有机物化学的合成和反应149 MATERIALS AT HIGH TEMPERATURES 高温材料150 HIGH TEMPERATURES-HIGH PRESSURES 高温—高压151 JOURNAL OF COMPOSITES TECHNOLOGY & RESEARCH 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磁性材料论文参考文献

钢结构无损检测 摘要：通过对应用于建筑钢结构行业中的几种常规无损检测方法的简述，归纳了被检对象所适用的不同无 损检测方法。为广大工程技术人员和管理人员了解、学习、应用无损检测技术提供参考。 关键词：建筑钢结构；无损检测 1 前言 建筑钢结构由于其强度高、工业化程度高以及综合经济效益好等优点，自上世纪 90 年代，特别是近年来得 到了迅猛发展，广泛应用于工业和民用等领域。由于一些重点工程，建筑钢结构发生了严重的质量事故， 如郑州中原博览中心网架曾发生了崩塌事故，所以建筑钢结构的安全性和可靠性越来越受到重视。 建筑钢结构的安全性和可靠性源于设计，其自身质量则源于原材料、加工制作和现场安装等因素。评价建 筑钢结构的安全性和可靠性一般有三种方式：⑴模拟实验；⑵破坏性实验；⑶无损检测。模拟实验是按一 定比例模拟建筑钢结构的规格、材质、结构形式等，模拟在其运行环境中的工作状态，测试、评价建筑钢 结构的安全性和可靠性。模拟实验能对建筑钢结构的整体性能作出定量评价，但其成本高，周期长，工艺 复杂。破坏性实验是采用破坏的方式对抽样试件的性能指标进行测试和观察。破坏性实验具有检测结果精 确、直观、误差和争议性比较小等优点，但破坏性实验只适用于抽样，而不能对全部工件进行实验，所以 不能得出全面、综合的结论。无损检测则能对原材料和工件进行 100%检测，且经济成本相对较低。 上世纪 50 年代初，无损检测技术通过前苏联进入我国。作为工艺过程控制和产品质量控制的手段，如今在 核电、航空、航天、船舶、电力、建筑钢结构等行业中得到广泛的应用，创造了巨大的经济效益和社会效 益。无损检测技术是建立在众多学科之上的一门新兴的、综合性技术。无损检测技术是以不损伤被检对象 的结构完整性和使用性能为前提，应用物理原理和化学现象，借助先进的设备器材，对各种原材料，零部 件和结构件进行有效的检验和测试，借以评价它们的完整性、连续性、致密性、安全性、可靠性及某些物 理性能。无损检测经历了三个阶段，即无损探伤（Non-destructive Inspection，简称 NDI）、无损检测 （Non-destructive testing，简称 NDT）、无损评价（Non-destructive Evaluation，简称 NDE）、无损 探伤的含义是探测和发现缺陷。无损检测不仅仅要探测和发现缺陷，而且要发现缺陷的大小、位置、当量、 性质和状态。无损评价的含义则更广泛、更深刻， 它不仅要求发现缺陷，探测被检对象的结构、性质、状 态，还要求获得更全面、更准确的，综合的信息，从而评价被检对象的运行状态和使用寿命。应用于钢结 构行业中的常规无损检测方法有磁粉检测（Magnetic Testing 简称 MT）、渗透检测（Penetrate Testing， 简称 PT）、涡流检测（Eddy current Testing 简称 ET）、声发射检测（Acoustic Emission Testing 简称 AET）、超声波检测（Ultrasonic Testing，简称 UT）、射线检测（Radiography Testing，简称 RT）。在 建筑钢结构行业中，按检测缺陷产生的时机，无损检测方法可以按下图分类。 2 检测方法的简述 磁粉检测（MT） 原理 铁磁性材料被磁化后，产生在被检对象上的磁力线均匀分布。由于不连续性的存在，使工件表面和近表面 的磁力线发生了局部畸变而产生了漏磁场，漏磁场吸附施加在被检对象表面的磁粉，形成在合适光照下可 见的磁痕,从而达到检测缺陷的目的。 适用范围 可以对铁磁性原材料，如钢板、钢管、铸钢件等进行检测，也可以对铁磁性结构件进行检测。 局限性 仅适用铁磁性材料及其合金的表面和近表面的缺陷检测，对检测人员的视力、工作场所、被检对象的规格、 形状等有一定的要求。 优点 经济、方便、效率高、灵敏度高、检测结果直观。 渗透检测（PT） 原理 在被检对象表面施加含有荧光染料或着色染料的渗透液，渗透液在毛细血管的作用下，经过一定时间 后，渗透液可以渗透到表面开口的缺陷中去。经过去除被检对象表面多余的渗透液，干燥后，再在被检对 象表面施加吸附介质（显象剂）。同样在毛细血管的作用下，显象剂吸附缺陷中的渗透液，使渗透液回渗 到显象剂中，在一定的光照下，缺陷中的渗透液被显示。从而达到检测缺陷的目的。 适用范围 适用于非多孔状固体表面开口缺陷。 局限性 仅适用于表面开口缺陷的检测，而且对被检对象的表面光洁度要求较高，涂料、铁锈、氧化皮会覆盖表面 缺陷而造成漏检。对检测人员的视力有一定要求，成本相对较高。 优点 设备轻便、操作简单，检测灵敏度高，结果直观、准确。 涡流检测（ET） 原理 金属材料在交变磁场的作用下产生了涡流，根据涡流的分布和大小可以检测出铁磁性材料和非铁磁性材料 的缺陷。 适用范围 适用于各种导电材料的表面和近表面的缺陷检测。 局限性 不适用不导电材料检测，对形状复杂的试件很难应用，比较适合钢管、钢板等形状规则的轧制型材的检测， 而且设备较贵；无法判定缺陷的性质。 优点 检测速度快，生产效率高，自动化程度高。 声发射检测（AET） 原理 材料或结构件受到内力或外力的作用产生形变或断裂时， 以弹性波的形式释放出应变能的现象称为声发射， 也称为应力波发射。声发射检测是通过受力时材料内部释放的应力波判断被检对象内部结构损伤程度的一 种新兴动态无损检测技术。 适用对象 适用于被检对象的动态监测，如对大型桥梁、核电设备的实时动态监测。 局限性 无法监测静态缺陷、干扰检测的因素较多；设备复杂、价格较贵、检测技术不太成熟。 优点 可以远距离监控设备的运行情况和缺陷的扩展情况，对结构的安全性和可靠性评价提供依据。 超声波检测（UT） 原理 超声波是指频率大于 20 千兆赫兹的机械波。根据波动传播时介质的振动方向相对于波的传播方向不同，可 将波动分为纵波、横波、表面波和板波等。用于钢结构检测的主要是纵波和横波。 超声波探伤仪激励探头产生的超声波在被检对象的介质中按一定速度传播，当遇到异面介质（如气孔、夹 渣）时，一部分超声波反射回来，经仪器处理后，放大进入示波屏，显示缺陷的回波。 适用对象 适用于各类焊逢、板材、管材、棒材、锻件、铸件以及复合材料的检测，特别适合厚度较大的工件。 局限性 检测结果可追溯性较差；定性困难，定量不精确，人为因素较多；对被检工件的材质规格，几何形状有一 定要求。 优点 检测成本低、速度快、周期短、效率高；仪器小、操作方便；能对缺陷进行精确定位；对面积型缺陷的检 出率较高（如裂纹、未熔合等） 射线检测（RT） 原理 射线是一种波长短、频率高的电磁波。 射线检测，常规使用×射线机或放射性同位素作为放射源产生射线，射线穿过被检对象，经过吸收和衰减， 由于被检试件中存在厚度差的原因，不同强度的射线到达记录介质（如射线胶片），射线胶片的不同部位 吸收了数量不等的光子，经过暗室处理后，底片上便出现了不同黑度的缺陷影象，从而判定缺陷的大小和 性质。 适用范围 适用较薄而不是较厚（如果工件的厚度超过 80mm 就要使用特殊设备进行检测，如加速器）的工件的内部体 积型缺陷的检测。 局限性 检测成本高、周期长，工作效率低；不适用角焊逢、板材、管材、棒材、锻件的检测；对面状的缺陷检出 率较低；对缺陷的高度和缺陷在被检对象中的深度较难确定；影响人体健康。 优点 检测结果直观、定性定量准确；检测结果有记录，可以长期保存，可追溯性较强。 3 小结 综上所述，每种无损检测方法的原理和特点各不相同，且适用的检测对象也不一样。在建筑钢结构的行业 中应根据结构的整体性能，检测成本及被检对象的规格、材质、缺陷的性质、缺陷产生的位置等诸多因素 合理选择无损检测方法。一般地，选择无损检测方法及合格等级，是设计人员依据相关规范而确定的。有 的工程，业主也有无损检测方法及合格等级的要求，这就需要供需双方相互协商了。 钢结构在加工制作及安装过程中无损检测方法的选择见表 1 被检对象 原材料检验 板材 锻件及棒材 管材 螺栓 焊接检验 坡口部位 清根部位 对接焊逢 角焊逢和 T 型焊逢 UT 检测方法 UT、MT（PT） UT（RT）、MT（PT） UT、MT（PT） UT、PT（MT） PT（MT） RT（UT）、MT（PT） UT（RT）、PT（MT） 被检对象所适用的无损检测方法见表 2 内部缺陷 表面缺陷和近表面 检测方法 UT ● ○ ● ● MT ● ● ● ● PT ● ○ ○ ● ET △ △ ● × AET △ △ △ △ 发生中缺陷检 测 检测方法 RT 被检对象 试 件 分 类 锻件 铸件 压延件（管、板、型材） 焊逢 × ● × ● 分层 疏松 气孔 内部 缩孔 缺陷 未焊透 未熔合 缺陷 分类 夹渣 裂纹 白点 表面裂纹 表面 缺陷 表面气孔 折叠 断口白点 × × ● ● ● △ ● ○ × △ ○ — × ● ○ ○ ○ ● ● ○ ○ ○ △ × — × — — — — — — — — — ● △ ○ ● — — — — — — — — — ● ● ○ ● — — — — — — — — — ● △ ○ — — — — — △ △ △ △ △ △ — — — 注：●很适用；○适用；△有附加条件适用；×不适用；—不相关 参 1. 考 文 献 强天鹏 射线检测 [M] 云南科技出版社 2001 2. 3. 4. 5. 周在杞等 张俊哲等 无损检测技术及其应用 [M] 科学出版社 王小雷 锅炉压力容器无损检测相关知识 [M] 李家伟等 无损检测 冉启芳 2001 1993 [M] 机械工业出版社 2002 无损检测方法的分类及其特征的介绍 [J] 无损检测 1999 2 钢网架结构超声波检测及其质量的分 [J] 无损检测 2001 6 磁粉检测（MT） 磁粉检测（MT） 原理 铁磁性材料被磁化后，产生在被检对象上的磁力线均匀分布。由于不连续性的存在，使工件表面和近表面 的磁力线发生了局部畸变而产生了漏磁场，漏磁场吸附施加在被检对象表面的磁粉，形成在合适光照下可 见的磁痕,从而达到检测缺陷的目的。 磁粉探伤的原理及概述 磁粉探伤的原理 磁粉探伤又称 MT 或者 MPT（Magnetic Particle Testing），适用于钢铁等磁性材料的表面附近进行探伤 的检测方法。利用铁受磁石吸引的原理进行检查。在进行磁粉探伤检测时，使被测物收到磁力的作用，将 磁粉（磁性微型粉末）散布在其表面。然后，缺陷的部分表面所泄漏出来泄露磁力会将磁粉吸住，形成指 示图案。指示图案比实际缺陷要大数十倍，因此很容易便能找出缺陷。 磁粉探伤方法 磁粉探伤检测的顺序分为前期处理、磁化、磁粉使用、观察，以及后期处理。 前期处理→磁化→磁粉使用→观察→后期处理 以下分别说明各个步骤的概要。 （1）前期处理 探探伤面如果有油脂、涂料、锈、或其他异物附着的情况下，不仅会妨碍磁粉吸附在伤痕上，而且还会出 现磁粉吸附在伤痕之外的部分形成疑私图像的情况。因此在磁化之前，要采用物理或者化学处理，进行去 除污垢异物的步骤。 （2）磁化 将检测物适当磁化是非常重要的。通常，采用与伤痕方向与磁力线方向垂直的磁化方式。另外为了适当磁 化，根据检测物的形状可以采用多种方法。日本工业规格（JIS G 0565-1992）中规定了以下 7 种磁化方法。 ①轴通电法……在检测物轴方向直接通过电流。 ②直角通电法……在检测物垂直于轴的方向直接通过电流。 ③Prod 法……在检测物局部安置 2 个电极（称为 Prod）通过电流。 ④电流贯通法……在检测物的孔穴中穿过的导电体中通过电流。 ⑤线圈法……在检测物中放入线圈，在线圈中通过电流。 ⑥极间法……把检测物或者要检测的部位放入电磁石或永磁石的磁极间。 ⑦磁力线贯通法……对通过检测物的孔穴的强磁性物体施加交流磁力线，使感应电流通过检测物。 （3）磁粉使用磁粉探伤的原理 ① 磁粉的种类 为了让磁粉吸附在伤痕部的磁极间形成检出图像，使用的磁粉必须容易被伤痕部的微弱磁场磁化，吸附在 磁极上，也就是说需要优秀的吸附性能。另外，要求形成的磁粉图像必须有很高的识别性。 一般，磁粉探伤中使用的磁粉有在可见光下使用的白色、黑色、红色等不同磁粉，以及利用荧光发光的荧 光磁粉。另外，根据磁粉使用的场合，有粉状的干性磁粉以及在水或油中分散使用的湿性磁粉。 ② 磁粉的使用时间 磁粉使用时间分为一边通过磁化电流一边使用磁粉的连续法，以及在切断磁化电流的状态即利用检测物的 残留磁力的残留法两种。 （4）观察 为了便于观察附着在伤痕部位的磁粉图像，必须创造容易观察的环境。普通磁粉需要在尽可能明亮的环境 下观察，荧光磁粉则要使用紫外线照射灯将周围尽量变暗才容易观察。 （5）后期处理 磁粉探伤结束，检测物有可能仍作为产品或是需要送往下一个加工步骤接受机械加工等。这时就需要进行 退磁、去除磁粉、防锈处理等后期处理。 适用范围 可以对铁磁性原材料，如钢板、钢管、铸钢件等进行检测，也可以对铁磁性结构件进行检测。 局限性 仅适用铁磁性材料及其合金的表面和近表面的缺陷检测，对检测人员的视力、工作场所、被检对象的规格、 形状等有一定的要求。 优点 经济、方便、效率高、灵敏度高、检测结果直观。 生产厂家： 生产厂家：济宁联永超声电子有限公司 仪器设备名称： 仪器设备名称：CDX-Ⅲ该机型磁粉探伤仪 Ⅲ 仪器概况：CDX-Ⅲ该机型磁粉探伤仪是具有多种磁化方式的磁粉探 伤仪设备。仪器采用可控硅作无触点开关，噪音小、寿命长、操作简 单、方便、适应性强、工作稳定。是最近推出新产品，它除具有便携 式机种的一切优点，还具有移动机种的某些长处，扩展了用途，简化 了操作，还具有退磁功能。 该设备有四种探头： 1、旋转探头： 型）能对各种焊缝、各种几何形状的曲面、平面、 （E 管道、锅炉、球罐等压力容器进行一次性全方位显示缺陷和伤痕。 2、电磁轭探头： 型）它配有活关节，可以对平面、曲面工件进行 （D 探伤。 3、马蹄探头： 型）它可以对各种角焊缝，大型工件的内外角进行 （A 局部探伤。 4、磁环： 型）它能满足所有能放入工件的周向裂纹的探伤，用它 （O 来检测工件的疲劳痕（疲劳裂痕均垂于轴向）及为方便，用它还可以 对工件进行远离法退磁。 总之，该仪器是多种探伤仪的给合体，功能与适用范围广，尤其应用 于不允许通电起弧破表面零件的探伤。 无损检测概论及新技术应用 无损检测概论及新技术应用 概论 摘要： 摘要：综述了无损检测的定义、方法、特点、要求等基本知识，以及无损检测在 现今社会中的应用实例，其中包括混凝土超声波无损检测技术、涡流无损检测技 术、渗透探伤技术。 关键词： 关键词：无损检测；混凝土缺陷；涡流检测;渗透探伤。 引言： 引言：随着现代工业的发展，对产品的质量和结构的安全性、使用的可靠性提出 了越来越高的要求，无损检测技术由于具有不破坏试件、检测灵敏度高等优点， 所以其应用日益广泛。无损检测是工业发展必不可少的有效工具，在一定程度上 反映了一个国家的工业发展水平，其重要性已得到公认。 1、 无损检测概论 、 无损检测 检测概论 无损检测就是利用声、光、磁和电等特性，在不损害或不影响被检对象使用 性能的前提下，检测被检对象中是否存在缺陷或不均匀性，给出缺陷的大小、位 置、性质和数量等信息，进而判定被检对象所处技术状态（如合格与否、剩余寿 命等）的所有技术手段的总称。 常用的无损检测方法有射线照相检验(RT)、超声检测(UT)、磁粉检测(MT)和 液体渗透检测(PT) 四种。 其他无损检测方法： 涡流检测(ET)、 声发射检测 （AT） 、 （TIR） 泄漏试验 、 （LT） 交流场测量技术 、 （ACFMT） 漏磁检验 、 （MFL)、 热像/红外 远场测试检测方法（RFT)等。 基于以上方法，无损检测具有一下应用特点： 1>不损坏试件材质、结构 无损检测的最大特点就是能在不损坏试件材质、 结构的前提下进行检测， 所以实施无损检测后，产品的检查率可以达到 100%。但是，并不是所有需要测 试的项目和指标都能进行无损检测，无损检测技术也有自身的局限性。某些试验 只能采用破坏性试验， 因此， 在目前无损检测还不能代替破坏性检测。 也就是说， 对一个工件、材料、机器设备的评价，必须把无损检测的结果与破坏性试验的结 果互相对比和配合，才能作出准确的评定。 2>正确选用实施无损检测的时机 在无损检测时， 必须根据无损检测的目的,正确选择无损检测的时机,从而顺利 地完成检测预定目的,正确评价产品质量。 3>正确选用最适当的无损检测方法 由于各种检测方法都具有一定的特点，为提高检测结果可靠性，应根据设备 材质、制造方法、工作介质、使用条件和失效模式，预计可能产生的缺陷种类、 形状、部位和取向，选择合适的无损检测方法。 4>综合应用各种无损检测方法 任何一种无损检测方法都不是万能的，每种方法都有自己的优点和缺点。应 尽可能多用几种检测方法，互相取长补短，以保障承压设备安全运行。此外在无 损检测的应用中，还应充分认识到，检测的目的不是片面追求过高要求的“高质 量”，而是应在充分保证安全性和合适风险率的前提下，着重考虑其经济性。只 有这样，无损检测在承压设备的应用才能达到预期目的。[1] 通过各种检测方法，最终对于无损检测的要求是：不仅要发现缺陷，探测试 件的结构、状态、性质，还要获取更全面、准确和综合的信息，辅以成象技术、 自动化技术、计算机数据分析和处理技术等，与材料力学、断裂力学等学科综合 应用，以期对试件和产品的质量和性能作出全面、准确的评价。 2、 无损检测在各领域的应用 、 无损检测基于以上优点,在现今社会受到广泛关注和应用,为实际生产工作减 少了废料成本,提供了极大的方便。其中超声波检测技术、涡流检测、渗透探伤 技术、霍尔效应无损探伤技术应用极为出色。 混凝土超声无损检测 混凝土是我国建筑结构工程最为重要的材料之一，它的质量直接关系到结构 的安全。多年来，结构混凝土质量的传统检测方法是以按规定的取样方法，制作 立方体试件，在规定的温度环境下，养护 28d 时按标准实验方法测得的试件抗压 强度来评定结构构件的混凝土强度。用试件实验测得的混凝土性能指标，往往是 与结构物中的混凝土性能有一定差别。因此，直接在结构物上检测混凝土质量的 现场检测技术，已成为混凝土质量管理的重要手段。 所谓混凝土“无损检测”技术，就是要在不破坏结构构件的情况下，利用测 试仪器获取有关混凝土质量等受力功能的物理量。 因该物理量与混凝土质量之间 有较好的相互关系，可采用获取的物理量去推定混凝土质量。[2] 混凝土超声检测是用超声波探头中的压电陶瓷或其他类型的压电晶体加载某 频率的交流电压后激发出固定频率的弹性波， 在材料或结构内部传播后再由超声 波换能器接收，通过对采集的超声波信号的声速、振幅、频率以及波形等声学参 数进行分析，以此推断混凝土结构的力学特性、内部结构及其组成情况。超声波 检测可用于混凝土结构的测厚、探伤、混凝土的弹性模量测定以及混凝土力学强 度评定等方面. [3] 涡流无损检测 涡流检测的基本原理：将通有交流电的线圈置于待测的金属板上或套在待测 的金属管外。这时线圈内及其附近将产生交变磁场，使试件中产生呈旋涡状的感 应交变电流，称为涡流。涡流的分布和大小，除与线圈的形状和尺寸、交流电流 的大小和频率等有关外，还取决于试件的电导率、磁导率、形状和尺寸、与线圈 的距离以及表面有无裂纹缺陷等。因而，在保持其他因素相对不变的条件下，用 一探测线圈测量涡流所引起的磁场变化，可推知试件中涡流的大小和相位变化， 进而获得有关电导率、缺陷、材质状况和其他物理量(如形状、尺寸等)的变化或 缺陷存在等信息。但由于涡流是交变电流，具有集肤效应，所检测到的信息仅能 反映试件表面或近表面处的情况。[4] 应用：按试件的形状和检测目的的不同，可采用不同形式的线圈,通常有穿过 式、探头式和插入式线圈 3 种。穿过式线圈用来检测管材、棒材和线材，它的内 径略大于被检物件， 使用时使被检物体以一定的速度在线圈内通过， 可发现裂纹、 夹杂、凹坑等缺陷。探头式线圈适用于对试件进行局部探测。应用时线圈置于金 属板、管或其他零件上，可检查飞机起落撑杆内筒上和涡轮发动机叶片上的疲劳 裂纹等。插入式线圈也称内部探头，放在管子或零件的孔内用来作内壁检测，可 用于检查各种管道内壁的腐蚀程度等。为了提高检测灵敏度，探头式和插入式线 圈大多装有磁芯。涡流法主要用于生产线上的金属管、棒、线的快速检测以及大 批量零件如轴承钢球、汽门等的探伤（这时除涡流仪器外尚须配备自动装卸和传 送的机械装置） 、材质分选和硬度测量，也可用来测量镀层和涂膜的厚度。[5] 优缺点：涡流检测时线圈不需与被测物直接接触，可进行高速检测,易于实现 自动化,但不适用于形状复杂的零件,而且只能检测导电材料的表面和近表面缺陷, 检测结果也易于受到材料本身及其他因素的干扰。 渗透探伤技术 液体渗透检测的基本原理：零件表面被施涂含有荧光染料或着色染料的渗透 剂后，在毛细管作用下，经过一段时间，渗透液可以渗透进表面开口缺陷中；经 去除零件表面多余的渗透液后，再在零件表面施涂显像剂，同样，在毛细管的作 用下，显像剂将吸引缺陷中保留的渗透液，渗透液回渗到显像剂中，在一定的光 源下 （紫外线光或白光） 缺陷处的渗透液痕迹被现实， 黄绿色荧光或鲜艳红色） ， （ ， 从而探测出缺陷的形貌及分布状态。[6] 渗透检测适用于具有非吸收的光洁表面的金属、非金属，特别是无法采用磁 性检测的材料，例如铝合金、镁合金、钛合金、铜合金、奥氏体钢等的制品，可 检验锻件、铸件、焊缝、陶瓷、玻璃、塑料以及机械零件等的表面开口型缺陷。 渗透检测的优点是灵敏度较高（已能达到检测开口宽度达 的裂缝） ，检测 成本低，使用设备与材料简单，操作轻便简易，显示结果直观并可进一步作直观 验证（例如使用放大镜或显微镜观察） ，其结果也容易判断和解释，检测效率较 高。缺点是受试件表面状态影响很大并只能适用于检查表面开口型缺陷，如果缺 陷中填塞有较多杂质时将影响其检出的灵敏度。[7] 3、 结语 、 随着现代科学技术的发展，激光、红外、微波、液晶等技术都被应用于无损 检测领域，而传统的常规无损检测技术也因为现代科技的发展，大大丰富了应用 方法，如射线照相就可细分为 X 射线、γ射线、中子射线、高能 X 射线、射线 实时照相、层析照相……等多种方法。 无损检测作为一种综合性应用技术，无损检测技术经历了从无损探伤，到无 损检测，再到无损评价，并且向自动无损评价、定量无损评价发展。相信在不远 的将来， 新生的纳米材料、 微机电器件等行业的无损检测技术将会得到迅速发展。 参考文献【1】李喜孟.无损检测.机械工业出版社.2011 】 【2】父新漩. 混凝土无损检测手册.人民交通出版社.2003 】 【 3】 冯子蒙.超声波无损检测于评价的关键技术问题及其解决方案.煤矿机 】 械.2009(9) 【4】唐继强.无损检测实验.机械工业出版社.2011 】 【5】李丽茹.表面检测.机械工业出版社.2009 】 【6】国防科技工业无损检测人员资格鉴定与认证培训教材编审委员会.机械工业 出版社.2004 【7】胡学知主编. 中国劳动社会保障出版社.2007 】

对于许多现代技术应用，如用于磁共振成像的超导导线，工程师们希望尽可能地消除电阻及其产生的热量。然而事实证明，在固态计算机内存等自旋电子应用中，电阻产生的少量热量是金属薄膜的理想特性。同样地，虽然缺陷在材料科学中通常也是不受欢迎，但它们可以用来控制被称为斯凯密子的磁性准粒子产生。麻省理工学院杰弗里·s·d·比奇教授和他在加利福尼亚、德国、瑞士和韩国的同事在本月发表在《自然纳米技术与高级材料》上的另一篇论文中指出：博科园-科学科普：在室温下可以在特制的层状材料中产生稳定而快速移动的拓扑结构——斯格米子(skyrmion)态，创造了尺寸和速度的世界纪录，而且每篇论文都登上了各自期刊的封面！为了发表在《高级材料》(Advanced Materials)上的这项研究，研究人员制作了一种金属合金线，这种金属合金由一种重金属铂、一种磁性材料钴铁硼和镁氧组成，共15层。在这些层状材料中，铂金属层和钴铁硼之间的界面创造了一种环境，在这种环境中，通过施加垂直于薄膜的外部磁场和沿导线长度传播的电流脉冲：可以形成拓扑结构——斯格米子(skyrmion)态。值得注意的是，在20毫安特斯拉的磁场下(磁场强度的一种测量方法)，导线在室温下会形成天空介子。在349 kelvins(168华氏度)以上的温度下，拓扑结构——斯格米子(skyrmion)态在没有外部磁场的情况下形成，这是由材料升温引起，即使材料冷却到室温，斯格米子(skyrmion)仍然保持稳定，比奇说：以前只有在低温和强磁场的情况下才能看到这样的结果。 这篇高级材料论文的第一作者，也是麻省理工学院材料科学与工程专业的研究生Ivan Lemesh（合作作者包括资深作家比奇和其他17人）说：在开发了许多理论工具之后，我们现在不仅可以预测内部的斯格米子(skyrmion)态结构和大小，而且我们还可以做一个逆向工程问题，比如想要一个这样大小的斯格米子(skyrmion)态，我们将能够生成多层，或者材料，参数，这将导致该斯格米子(skyrmion)态的大小。电子的一个基本特征是自旋，自旋可以指向上，也可以指向下。斯格米子(skyrmion)态是一组电子的圆形簇，其自旋方向与周围电子的方向相反，并且skyrmion保持顺时针或逆时针方向。2018年11月30日莱梅什在波士顿的材料研究学会秋季会议上介绍了他的研究并表示：然而，除此之外，我们还发现磁性多层中的斯格米子(skyrmion)态形成了一种复杂、依赖于厚度的扭曲性质，这些发现发表在《物理评论B》上的另一项理论研究中。目前的研究表明，虽然这种扭曲结构对斯格米子(skyrmion)态计算平均尺寸的能力影响较小，但它对其电流诱导行为有显著影响。 在《自然纳米技术》上发表的这篇论文中，研究人员研究了一种不同的磁性材料，将铂与钆钴合金和氧化钽的磁性层叠加在一起。在这种材料中，研究人员展示了他们可以产生10纳米大小的斯格米子(skyrmion)态，并证实他们可以在这种材料中快速移动。第一作者、材料科学与工程专业研究生卢卡斯·卡塔塔(Lucas Caretta)说：我们在这篇论文中发现，铁磁体对于准粒子的大小以及利用电流驱动它们速度有基本极限。在铁磁体中，例如钴铁硼，相邻的自旋平行排列，产生很强的方向磁矩。为了克服铁磁体的基本限制，研究人员求助于钆钴，这是一种铁磁体，相邻的自旋上下交替，这样它们就可以相互抵消，导致整体磁矩为零。可以设计一个铁磁体，使其净磁化率为零，从而产生超小的自旋纹理，或者调整它，使其净角动量为零，从而产生超快的自旋纹理。”这些性能可以通过材料组成或温度来设计。2017年，Beach团队的研究人员和他们的合作者通过实验证明，他们可以通过在磁性层中引入一种特殊的缺陷，在特定的位置随意制造这些准粒子。莱梅什说：可以通过使用离子轰击等不同的局部技术来改变一种材料的性质，通过这种方法，你可以改变它的磁性，然后如果你向导线中注入电流，斯格米子(skyrmion)态就会在那个位置诞生。最初发现这种材料存在天然缺陷，后来通过金属丝的几何形状，它们变成了工程缺陷。用这种方法在新的自然纳米技术论文中创造了天空介子。研究人员利用x射线全息术，在德国同步加速器中心的室温下拍摄了钴钆混合物中的斯格米子(skyrmion)态。Felix Buttner，海滩实验室的博士后，是这种x射线全息技术的开发者之一。这是唯一的一种技术，可以允许这样高分辨率的图像，可以看到这样大小的skyrmions。这些斯格米子(skyrmion)态只有10纳米大小，这是目前室温斯格米子(skyrmion)态的世界纪录。研究人员利用一种同样可以用来移动斯格米子(skyrmion)态的机制，证明了当前驱动的域壁运动速度为每秒公里，这也创造了一项新的世界纪录。除了同步加速器的工作，所有研究都是在麻省理工学院完成，研究人员在麻省理工学院“种植”材料，制造材料，并对材料进行特性描述。 这些斯格米子(skyrmion)态是这些材料中电子自旋的一种自旋构型，而畴壁是另一种。域壁是自旋方向相反的域之间的边界。由于斯格米子(skyrmion)态是材料的基本属性，其形成和运动能量的数学表征涉及到一组复杂的方程，这些方程包含了它们的圆形尺寸、自旋角动量、轨道角动量、电子电荷、磁强度、层厚，以及一些捕捉相邻自旋和相邻层之间相互作用的能量的特殊物理术语，如交换相互作用。其中一种相互作用被称为Dzyaloshinskii-Moriya相互作用(DMI)，它是由铂层和磁层的电子相互作用产生，对形成斯格米子(skyrmion)态具有特殊的意义。勒梅什说：在季亚罗辛斯基-森也相互作用中，自旋相互垂直排列，从而稳定了天空介子。DMI的相互作用使这些斯格米子(skyrmion)态具有拓扑结构，产生迷人的物理现象，使它们稳定，并允许它们随电流移动。卡塔塔说：铂本身提供了所谓的自旋电流，这是驱动自旋纹理的运动，自旋电流对邻近的铁或铁磁体的磁化提供了一个扭矩，这个扭矩最终导致了自旋结构的运动，基本上是用简单的材料在界面上实现复杂现象。在这两篇论文中，研究人员进行了微磁和原子自旋计算的混合，以确定形成斯格米子(skyrmion)态和移动它们所需的能量。事实证明，通过改变磁性层的比例，可以改变整个系统的平均磁性能，所以现在我们不需要使用不同的材料来产生其他性质。可以用不同厚度的间隔层稀释磁性层，就会得到不同的磁性，这就给了无限的机会来制造系统。 新罕布什尔大学(University of New Hampshire)物理学助理教授张家东(Jiadong Zang)在谈到这篇先进材料论文时表示：精确控制产生磁斯格米子(skyrmion)态是该领域的一个中心课题。这项工作提出了一种通过电流脉冲产生零场斯格米子(skyrmion)态的新方法。这无疑是朝着纳秒级斯格米子(skyrmion)态操纵迈出的坚实一步。英国利兹大学凝聚态物理学教授Christopher Marrows在评论《自然纳米技术报告》时表示：斯凯米子非常小，但在室温下可以稳定下来，这一点非常重要。Marrows注意到Beach小组在今年早些时候的一篇科学报告中预测了室温天空介子，并说：新结果是最高质量的研究工作。但是他们做出了预测，现实生活并不总是如理论预期的那样，所以他们应该为这一突破负全部责任。Zang在评论《自然纳米技术》的论文时补充道：斯格米子(skyrmion)态研究的一个瓶颈是要达到小于20纳米尺寸(相当于最先进的存储单元的尺寸)，并以每秒1公里以上的速度驱动它 运动，这两项挑战都在这项开创性的工作中得到了解决。一个关键的创新是使用铁磁体，而不是常用的铁磁体，来承载斯格米子(skyrmion)态，这项研究工作极大地刺激了基于skyrmi的内存和逻辑设备的设计，这绝对是skyrmion领域的一份明星论文。 基于这些斯格米子(skyrmion)态的固态设备有一天可能会取代现有磁存储硬盘驱动器。比奇在华盛顿大学的一次演讲中说：磁斯格米子(skyrmion)态流可以作为计算机应用程序的比特。在这些材料中，可以很容易地绘制出磁迹的图样。这些新发现可以应用于由IBM的Stuart Parkin开发的赛道内存设备。设计这些材料用于赛道设备的一个关键是设计能够形成skyrmions的材料，因为斯格米子(skyrmion)态是在材料存在缺陷的地方形成。理工学院材料研究实验室(MRL)的联合主任Beach说：人们可以通过在这类系统中设置缺口来进行设计，注入材料中的电流脉冲在缺口处形成了斯格米子(skyrmion)态。同样的电流脉冲可以用来写入和删除，这些斯格米子(skyrmion)态的形成速度非常快，不到十亿分之一秒。为了能够有一个实用的操作逻辑或内存赛道设备，必须写入比特，这就是在创建磁准粒子时所讨论，必须确保写入比特非常小，必须以非常快的速度将比特通过材料进行转换。利兹大学的教授Marrows补充道：在基于斯基里米的自旋电子学中的应用将会受益，尽管现在就确定在包括记忆、逻辑器件、振荡器和神经形态学器件在内的各种各样的提议中哪个会是赢家还为时过早。剩下的一个挑战是阅读这些斯格米子(skyrmion)态位元的最佳方式。海滩小组在这一领域的工作仍在继续，目前的挑战是找到一种方法，以电的方式检测这些天空介子，以便在电脑或手机上使用它们。卡塔塔说：是的，所以不需要把你的手机带到同步加速器来读一点，由于在铁磁体和类似的反铁磁体系统上所做的一些工作，我认为该领域的大多数领域实际上将开始转向这类材料，因为它们拥有巨大的前景！