巨磁电阻范文
时间：2023-03-22 21:58:52
导语：如何才能写好一篇巨磁电阻，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
从磁电阻效应说起
在人类长期的生产实践中，磁的利用源远流长，我国对古代世界文明的四大贡献之一的指南针便是磁的一种重要应用。人们很早就以大量科学观测和实验来寻找电与磁之间的联系。早在150年前的1857年，英国科学家开尔文就发现了铁磁材料在磁场中电阻改变的磁电阻效应。他把铁和镍放在磁场中，发现这些磁性材料在磁场作用下，沿着磁场方向测得的电阻增加，垂直于磁场方向测得的电阻减小：电阻增加或减小的幅度约在1％～2％之间。由于磁电阻效应的大小与磁化强度的取向有关，所以称为各向异性磁电阻效应(AMR)。由于电阻的变化不大和当时技术条件的限制，这一效应未引起太多的关注。直到1971年，美国科学家亨特才第一次提出利用磁电阻效应制作磁盘系统读出磁头。1985年IBM公司首先把亨特的设想付诸实用化，生产了AMR磁头，用于当时IBM3480磁带机上。重要的转折点发生在今年这两位诺贝尔物理学奖得主1988年的新发现之后。
巨磁电阻效应的发现
从1986年起，德国格林贝格尔教授率领的研究小组，利用纳米技术，对“Fe/Cr/Fe三层膜”结构系统进行实验研究，从中他们发现：当调节铬(Cr)层厚度为某一数值时，在两铁(Fe)层之间存在反铁磁耦合作用；再取各种不同膜层厚度，在一定的磁场和室温条件下，可观察到材料电阻值的变化幅度达4.1％；在后来的实验中，他们再通过降低温度，观察到材料电阻值的变化幅度达10％。格林贝格尔意识到这种磁电阻效应在技术上的应用前景。因此，他在1988年发表该项研究成果的同时就申请了专利。
与此同时，法国费尔教授领导的科研小组独立地设计了一种铁、铬相间的“Fe/Cr多层膜”。他们在实验中使用微弱的磁场变化就成功地使材料电阻发生急剧变化。例如，他们在温度为4.2K、2T磁场的条件下，观察到材料电阻值下降达50％。
费尔小组在研究报告中把这一效应称为巨磁电阻效应(缩写为GMR)。GMR的发现起源于纳米科技的进步，也是凝聚态物理学的一项重大成就，它的发现引起了世界各国科学家的普遍关注。
GMR发现后，人们迅速开发出一系列磁电子新器件，并得到了广泛应用，其中最突出的是IBM实验室帕金的工作。他的小组尝试用通常的磁性材料进行实验，并很快获得成功；以后又在室温、常规磁场条件下做大量相关实验，最终获得突破性进展。这一突破大大推动了计算机技术的发展步伐。
巨磁电阻效应的应用
这里只谈一些大家较常见的例子。先讲讲它在计算机外存储器或称硬盘(HDD)中的应用。大家知道，硬盘读取数据是通过磁头来完成的。最早使用的磁头是一种读写合一的电磁感应式磁头，由于它对硬盘的设计造成不便，很快就被一种分离式结构的MR磁头替代。但随着单碟容量的不断增加，MR磁头也到了读取的极限。这样人们很快就意识到GMR材料的重要性。1994年，IBM公司首次把GMR材料用于制造GMR自旋阀结构读出磁头(GMRSV)，当年就获得了每平方英寸10亿位(1Gb/平方英寸)的HDD面密度世界纪录，1995～1996年，IBM产的HDD面密度继续领先，达到了5Gb/平方英寸。这些新技术、新产品给IBM公司带来了上百亿美元的收入。近年来，研究人员通过引入纳米厚度的氧化物反射层和人造反铁磁耦合技术对GMR磁头的结构进行改进，使HDD的面密度迅速提高到100Gb/平方英寸的数量级。硬盘的体积越来越小，容量越来越大，转换信号的清晰度越来越高，从而引发了硬盘容量与质量的根本变革。
再讲讲GMR在计算机内存方面的开发应用。内存用来存放计算机正在使用(或执行中)的数据或程序。前些年，内存广泛采用的随机存储器(RAM)主要是半导体动态存储器(DRAM)和静态存储器(SRAM)。但这两种均为易失性的存储器，即当机件断电时，所存数据易丢失。这些年来，人们用GMR研制成了巨磁电阻随机存储器(MRAM)，它是一种非挥发性的随机存储器，所谓“非挥发性”是指关掉电源后，仍可保持记忆完整，只有在外界的磁场影响下，才会使它改变存储的数据。运用MRAM，大大地降低了器件的生产成本，在容量和运行速度上均超过半导体存储器。目前IBM、摩托罗拉和西门子等公司都在不断地研究与推出新一代MRAM。另外，由于MRAM具有抗辐射性能强、寿命长等特点，使它在军事和航空航天中的应用有重要意义。它对民用工业中的传真机、固态录像机等大容量电子存储器都具有良好的应用前景。
最后，还要讲讲GMR传感器的广阔市场。磁传感器主要用来检查磁场的存在、强弱、方向和变化。在GMR传感器之前，人们主要是用AMR材料制作的传感器。由于AMR磁电阻率变化小，在检测微弱磁场时受到限制。而巨磁电阻材料制成的传感器则磁电阻率变化大，能够对微弱磁场进行传感，具有抗恶劣环境的特点；再加上体积小、功耗少，可靠性强等优势，它将逐步取代霍尔传感器、感应线圈传感器等传统产品。它在汽车电子技术、机电一体化控制、家用电器、卫星定位、导航系统以及精密测量技术中都具有广阔的开发与应用价值。
但是，巨磁电阻效应在作用机理等方面的理论还需要不断地完善，目前各国仍有不少科学家在进行研究。早在1996年6月，我国香山科学会议的主题就是“巨磁电阻效应的现状与未来”，会议把GMR的研究及应用开发列为重点发展领域之一。中科院物理所“九五”课题“磁膜和微结构”的研究取得了重要成果，当时国际上发现的20多种GMR金属多层膜，其中的3种是该课题组首次发现的。同时，南京大学等高校及中科院技术研究所等研究机构这些年来在GMR颗粒膜、大磁矩膜、磁膜随机存储器、薄膜磁头等项研究都获得了显著成果，使我国具备了GMR基础研究和器件研制的良好基础。
几点启示
今年诺贝尔物理学奖颁发给两位长期从事基础研究的科学家，其意义不仅是因为他们的发现被广泛应用，造福了人类，而且更重要的意义在于该发现具有极大的潜力，为我们打开了通往自旋电子学等新领域的大门，推动未来人类社会信息化的进程。从中我们可以得到什么启示呢?
首先，物理学作为一门最基础的自然科学，它的发展动力是深深地植根于人类对真理的非功利追求。巨磁电阻效应的发现有力地证明，这种非功利的追求给人类带来了最大的利益。坚持基础研究，带动应用科学，方能实现高技术的创新与突破。
其次，当今科研成果转化为应用技术，技术应用、实际生产或社会发展中的需求转化为科研课题，这两种转化互为因果，关系越来越紧密，转化的周期也不断缩短。巨磁电阻效应发现这一基础性研究成果转化为生产力仅仅间隔6年，在历史上是罕见的，它是科研成果快速转化为高技术生产力的一个范例，说明了科学技术是第一生产力的观点。
篇2
关键词：自旋阀；巨磁阻；电流传感器；霍尔；智能
中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）05-00-04
0 引 言
电流传感器[1]在电力电子应用方面主要起测量、保护和监控的作用，根据其测量原理分为直接式和间接式两类。直接式测量根据电流通过电阻时在电阻两端产生的压降来确定被测电流的大小，如分流器就采用这种原理来测量直流。分流器的主要优点是结构简单、不受外磁场干扰、性能稳定可靠，但缺点是需要接入电路中，且由于分流的材料一般是合金，因此在测量大电流时会产生大量热量；间接式测量则通过测量被测电流产生的磁场，间接测量被测电流的大小。属于间接式测量的主要有电流互感器[2]、罗氏线圈电流传感器[3]、霍尔电流传器[4]、光纤电流传感器[5，6]、巨磁阻电流传感器等[7]。罗氏线圈通过测量磁通势砣范ū徊獾缌鞯拇笮。由于线圈不含磁性材料，没有磁滞效应和磁饱和现象，但存在灵敏度低、频带较窄等问题[8]。霍尔电流传感器主要根据载流半导体在磁场中产生的霍尔电势间接测量，但温度对其影响较大，导致精度较低。光纤电流传感器通过测量偏振光在磁场中偏转的角度来检测电流大小，因采用光纤作为传感介质，故在绝缘性、抗电磁干扰、可靠性等方面优势明显，但易受振动干扰[9]。间接式测量相比直接式测量具有精度更高、线性度更好的特点，是目前电流传感器研究的主要方向。
物联网的兴起，表明智能传感器是当今传感器技术发展的主要方向，传统的电流传感器已无法完全满足市场的需要。在电流检测方面，巨磁阻传感器[10]与其他类型的传感器相比，具有能够测量直流高频（MHz量级）电流信号、测量范围宽、灵敏度高和体积小等优点，尤其是巨磁阻传感器能够测量直流电流，对于直流输电系统中直流的检测极为有利[11，12]。本文基于巨磁阻传感器灵敏度高、温漂小和ZigBee在组网、无线传输等方面的优势提出了一种智能直流电流传感器设计方案，弥补了传统电流传感器在灵敏度、温度稳定性、远程监测等方面的不足。
1 智能电流传感器设计框架
智能电流传感器分为巨磁阻电流传感器和ZigBee智能传输模块，其工作原理图如图1所示。巨磁阻电流传感器负责将被测电流转换为电压信号，其反馈电阻与智能无线传输模块的监测节点相连；监测节点主要采集巨磁阻电流传感器的反馈电阻两端电压，将模拟电压信号转化为数字信号，待转化完成后，通过无线传输的方式发送给协调器；协调器与计算机通过串口连接，将收到的信息转发给计算机，并在计算机上显示出来。整个系统实现了电流的非接触测量和远程监控功能。
2 智能电流传感器电路设计
智能无线传输模块采用的ZigBee芯片是CC2530[13，14]，其电路主要由晶振电路、电源电路、RF电路等构成，电路结构较为常见。巨磁阻电流传感器分为如下四部分：
（1）巨磁阻传感器及磁芯将传感器感应的磁场转换为电压信号；
（2）放大电路将微弱的传感器输出电压信号进行放大；
（3）功率放大电路将放大后的电压信号进一步放大并提供反馈电流；
（4）反馈电路利用磁平衡原理，被测电流产生的磁场通过反馈电流进行补偿，使磁芯始终处于零磁通工作状态。巨磁阻电流传感器结构图如图2所示。
图2 巨磁阻电流传感器结构图
电流传感器的工作电压为±12 V，由稳压电源提供。VA100F3[15，16]是一款自旋阀材料的巨磁阻芯片，将VA100F3放在开有气隙的磁环的气隙里，并用胶水加以固定（巨磁阻传感器与磁环的相对位置不能改变，否则会影响传感器输出电压的大小）。巨磁阻传感器的差分输出信号接到仪表放大器AD620的差分输入引脚。放大器的增益可以通过1脚和8脚之间的电位器进行控制。仪表放大器的输出信号接至功率放大器LM3886TF，功率放大器的输出接反馈线圈，该反馈线圈绕在磁环上，在反馈线圈的末端接一个10 Ω的反馈电阻并接地，通过测量反馈电阻两端的电压，计算反馈线圈中的电流，进而推算出穿过磁环的被测电流的大小。电流传感器电路图如图3所示。
2.1 巨磁阻传感器
设计中选择VA100F3型巨磁阻传感器，采用惠斯通电桥结构[17]，具有测量范围宽、灵敏度高、磁滞小、温漂低和线性度好等特点。巨磁阻芯片特性曲线如图4所示，输出电压范围为-60～60 mV，封装为TO94，该封装放入磁环气隙中占位置比较小。VA100F3采用电压供电，工作电压为±5V，±5 V的电压由±12 V的电压经LM7805和LM7905电源芯片得到。VA100F3的1脚和3脚是控制输入端，2脚和4脚为电压输出端。巨磁阻传感器可将磁场信号转换为电压信号。传感器输出电压为：
VH=KHB （1）
式中，KH为巨磁阻传感器的灵敏度，单位为mV/mT；B为磁感应强度，单位为mT。从图4中可以得到KH的取值范围。
图4 巨磁阻芯片特性曲线
在本设计中，将巨磁阻传感器放进开有气隙的磁环的气隙里，并将传感器和磁环固定，以获得稳定的输出电压信号。磁场B的大小根据安培环路定律得：
（2）
其中，l为路径长度；N为路径包围的通电导线的匝数；μ0为真空磁导率；I为通过的电流。
根据安培回路定律，被测导线和磁场的关系为：
（3）
式中，H1表示磁环内的磁场强度；H2表示气隙的磁场强度；r0为平均半径，r0=（r+R）/2；I0为被测电流；磁环气隙宽度为d。由式（3）得：
（4）
由于磁环磁导率μ远大于真空磁导率μ0，上式可以简化为：
（5）
设N=1，代入式（1）可得：
（6）
由式（6）可知，输出电压与被测导线的电流成正比，而且磁环气隙越小，巨磁阻传感器输出电压越大，因此在设计时磁环气隙应以卡住传感器为宜。
2.2 放大电路
由巨磁阻传感器将磁环收集到的磁场转化为弱电压信号，输出一般为几十毫伏，需对其进行放大。文中采用AD620仪表放大器，通过改变电阻来改变放大倍数（1～1000）。AD620的1脚和8脚跨接1个10 kΩ电位器S1和1个75Ω的电阻R1来调整放大倍数。如果需要改变放大倍数，则可以调节S1。AD620的引脚4和7分别接-5 V和+5 V的工作电压，并各自接有0.01 μF的旁路电容至地，用来过滤交流成分，使输出更平滑；输入引脚3和2分别接巨磁阻传感器的引脚4和2；引脚6输出放大后的电压值；引脚5为参考电压，一般接地，在设计中接了一个可调电压，可通过调整电位器S2的电压来改变参考电压。由于巨磁阻传感器灵敏度较高，环境中的磁场干扰对其影响比较严重，在被测电流为零时，巨磁阻传感器会有一个输出，该输出可通过调节S2来改善。AD620的输出电压V0与输入电压V1、V2的关系如式（7）所示：
（7）
具体改善零点漂移的方法是：在测试开始之前，如果V0不等于零，则通过调节S2改变VREF的大小使得V0为零。该方式理论上可以完全消除零点漂移，但实际操作时受电位器的精度影响，能明显改善零点漂移状况。
2.3 功率放大电路
巨磁阻传感器的输出电压信号经仪表放大器之后的输出不足以驱动次级线圈的负载，此时需加一个功率放大器进行放大，使反馈电路能够正常工作。设计中采用的功率放大器为LM3886TF，LM886TF的引脚10和引脚9是信号输入引脚，引脚10与AD620的输出信号相连，引脚9接地，9脚和10脚接一个电容，与R9形成低通滤波，消除输入的残余高频，使输入信号更加光滑，减小功率放大器的不必要功耗，同时还可以消除电路自激；引脚1和引脚5分别接+24 V和-24 V工作电压。引脚8为mute脚，接低电平表示为静音状态。引脚3为功率放大器的输出引脚，最大输出电流为400 mA，与反馈电阻相连。
2.4 反馈电路
反馈电路主要由反馈线圈和反馈电阻构成，以平衡被测电流产生的磁场。平衡磁场的原理为：被测电流通过磁环所产生的磁场，由反馈线圈的电流进行补偿，使磁环始终处于零磁通工作状态。当被测电流通过磁环，反馈电流尚未形成时，巨磁阻传感器感应到磁场产生的电压信号，经放大级放大后，推动驱动级产生反馈电流，由于反馈线圈的存在，反馈电流不会发生突变，而是逐渐上升，反馈电流产生的磁场补偿了部分被测电流产生的磁场。因此，巨磁阻传感器输出降低，反馈电流上升减慢。当反馈电流产生的磁场完全补偿了被测电流产生的磁场时，磁环磁场为零，巨磁阻传感器输出为零。 但由于线圈的缘故，反馈电流还会上升，补偿过冲，巨磁阻传感器输出发生变化，反馈电流减小，如此反复在平衡点附近振荡。可以通过测量反馈电阻两端的电压，间接计算出被测电流。
3 智能电流传感器稳态误差
智能电流传感器是基于负反馈的一种运用，从负反馈的角度分析，可以更好地改善其性能，电流传感器的系统反馈框图如图5所示。BP是被测电流在磁芯中产生的磁感应强度，BS是次级电流IS在磁芯中产生的磁感应强度，BH是被测电流与反馈电流在磁芯中产生的磁感应强度差，KH是巨磁阻传感器的灵敏度系数，G（s）是巨磁阻传感器输出电压VH进一步处理的放大电路及功率放大电路的传递函数。RM、RS、SLS分别是串联次级线圈的测量电阻、次级线圈的电阻以及次级线圈电感的阻抗，三者共同构成了功率放大器的负载。BS与IS的比值定义为KS[18]。
该反馈系统的理论误差为：
（8）
由式（7）可知，该稳态误差只能减小而不能消除，这也说明了巨磁阻电流传感器并非真正工作在零磁通状态，正是由于稳态误差的存在，使得巨磁阻传感器能够不断感应到磁场使后续部分工作。该误差产生的原因是磁芯和线圈的消耗。巨磁阻传感器的灵敏度高，KH大可以有效减小系统的稳态误差；选用磁导率高，直径小的磁环或减小负载均能改善传感器的性能，提高传感器的精度[19]。
忽略系统的稳态误差可得到式 （9）， NP为被测电流的匝数，NS为次级线圈的匝数。
（9）
进一步化简可得式（10），通过测量RM的电压Vout即可求出被测电流IP。
（10）
4 测试结果分析
在25℃的温度下，使用稳压电源以及安捷伦电流源进行测试，用直流稳压电源为电流传感器提供12 V的工作电压；用安捷伦E3631A型直流电源提供0～5 A的被测电流。步长为50 mA，从0 A逐渐增加到5 A。用ZigBee智能无线传输模块测量反馈电阻的电压并⑵浞⑺透计算机，从计算机上得到测量数据。部分数据如表1所列。
25℃直流数据测试结果如图6所示。三角表示理论输出值，方块表示实际测量值。在零输入情况的输出是由外界磁场干扰产生的，外界磁场主要包括地磁场和实验室各种器件产生的磁场。在实验中可以通过调节AD620的参考电压来抵消外界磁场干扰产生的输出电压，实际运用时可对巨磁阻电流传感器进行屏蔽处理，否则会因环境的不同而产生不同的输出，影响测量结果。25℃校正后的直流数据测试结果如图7所示，相比图6传感器的零点漂移有了明显改善。从图7中可以看出两条线基本处于平行状态，因此巨磁阻电流传感器的线性度较好，计算表明线性度优于0.05%。
通过增长率的变化可判断电流传感器性能的稳定性。理论增长率取决于反馈线圈匝数和反馈电阻的比值，K=N/R。对1 A的测试电流进行50次测试，根据I=KV得到测试增长率K，图8所示为实际测量与理论增长率的对比图，从图中可以看出测试增长率变化较小，稳定性较好。由于计算过程中忽略了稳态误差，以此测试的K值比理论的K值大。测试电阻随温度的升高而变大，使得测试增长率呈现变小的趋势。选择温度稳定性较好的电阻元件可以进一步提高电流传感器的性能。
5 结 语
设计表明，基于巨磁阻传感器的智能电流传感器测量直流的方案是可行的，该传感器具有较好的灵敏度和线性度，解决了磁饱和、零点漂移、温度稳定性差等问题，实现对直流电的非接触测量和远程监控功能。测试结果表明，该智能电流传感器可测量几十毫安至几安的直流电流，其灵敏度为103.5 mV/A，线性度优于0.05%。可进一步通过软件补偿的方法提高传感器的精度。
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篇3
一、 通过阅读材料能获得未知信息和进行归纳总结
例1 （2010年盐城）阅读短文，回答问题：
巨磁电阻效应
1988年阿尔贝•费尔和彼得•格林贝格尔发现，在铁、铬相间的三层复合膜电阻中，微弱的磁场可以导致电阻大小的急剧变化，这种现象被命名为“巨磁电阻效应”.
更多的实验发现，并非任意两种不同种金属相间的三层膜都具有“巨磁电阻效应”．组成三层膜的两种金属中，有一种是铁、钴、镍这三种容易被磁化的金属中的一种，另一种是不易被磁化的其他金属，才可能产生“巨磁电阻效应”.
进一步研究表明，“巨磁电阻效应”只发生在膜层的厚度为特定值时．用R0表示未加磁场时的电阻，R表示加入磁场后的电阻，科学家测得铁、铬组成的复合膜R与R0之比与膜层厚度d（三层膜厚度均相同）的关系如乙图所示.
1994年IBM公司根据“巨磁电阻效应”原理，研制出“新型读出磁头”，将磁场对复合膜阻值的影响转换成电流的变化来读取信息.
（1） 以下两种金属组成的三层复合膜可能发生“巨磁电阻效应”的是_____.
A． 铜、银 B． 铁、铜
C． 铜、铝 D． 铁、镍
（2）对铁、铬组成的复合膜，当膜层厚度是1.7nm时，这种复合膜电阻_____（选填“具有”或“不具有”）“巨磁电阻效应”.
（3） “新型读出磁头”可将微弱的________信息转化为电信息.
（4） 铁、铬组成的复合膜，发生“巨磁电阻效应”时，其电阻R比未加磁场时的电阻R0
（选填“大”或“小”）得多.
（5） 丙图是硬盘某区域磁记录的分布情况，其中1表示有磁区域，0表示无磁区域．将“新型读出磁头”组成如图所示电路，当磁头从左向右匀速经过该区域过程中，电流表读数变化情况应是丁图中的解析本题属于典型的材料阅读题，学生阅读后，对文中的一些现象说明原因，或者提出一些相关的现象让学生进行思考回答.这类阅读题不仅要求学生掌握知识，还要求学生能够根据掌握的知识去解释一些现象.给出的阅读材料，让学生从材料中找出与物理相关的现象，并说出该物理现象的物理原理或道理，重点考察了学生所学物理知识在实际中的应用，让学生会使用物理知识去解释一些现象.
二、 通过阅读材料关注科技热点
例2 （2010年福州）请仔细阅读下文，并回答文后问题.
纳米陶瓷
纳米陶瓷作为高新科技材料应用广泛.贴于“神舟七号”飞船外表面的“太空”纳米陶瓷，具有永久、稳定的防静电性能，且有耐磨、耐腐蚀、耐高温、防渗透等特点.采用氧化锆材料精制而成的纳米陶瓷刀，具有金属刀无元法比拟的优点：刀刃锋利，能切割钢铁等物质.能削出如纸一样薄的肉片；硬度高，其耐磨性是金属刀的60倍；完全无磁性；不生锈变色，健康环保；可耐各种酸碱有机物的腐蚀；为全致密材料，无孔隙、不沾污、易清洁.纳米陶瓷充分体现新世纪、新材料的绿色环保概念，是高新技术为现代人奉献的又一杰作.
（1） “神舟七号”飞船与空气摩擦呈炽热状态时，飞船舱不至于被烧毁的原因之一是飞船外表面的陶瓷具有_____的特点.
（2） 纳米陶瓷刀_____（选填“能”或“不能”）被磁化.它的耐磨性好，是因为它的 ______高.
（3） 图是纳米陶瓷刀、合金钢刀、普通菜刀磨损程度随时间变化的曲线，其中反映纳米陶瓷刀磨损特点的是曲线_____（填字母）.
解析高科技热点在试题中的渗透，是中考物理命题的一个新趋向.学生通过阅读材料对我国高科技发展的水平有了进一步的认识，唤起学生的爱国主义的热情，激发学生的社会责任感.对学生初步认识科学及其相关科学技术对于社会发展、自然环境及人类生活的影响，具有十分重要的意义.
解答材料阅读题的过程由四步组成：一处理材料中反映的信息，包括丢弃与问题无关的干扰材料，找到有用的材料信息，并使之跟物理知识发生联系；二纯化材料信息，是把题目中的日常生活、生产或现代科技背景抽去，纯化为物理过程；三为确定解题方法或建立解题模型；四列式求解.其中一、二两步是解答材料阅读题成败的关键.要解答好材料阅读题，就要求我们平时关注科学，增加课外阅读量；联系实际，拓宽视野，直面现实生活中的物理问题，学以致用；活化物理基本知识，注重基本素质和能力的培养.
参考答案
例1（1）B（2）具有（3）磁（4）小（5）B
篇4
一、分析电路的动态变化问题
例1（2007・烟台）如图1所示的电路中（电源电压不变），闭合开关S后，当滑动变阻器的滑片自左向右移动时，下列判断中正确的是（）
A． 电流表的示数不变，电压表的示数不变
B． 电流表的示数变大，电压表的示数变小
C． 电流表的示数变大，电压表的示数变大
D． 电流表的示数变小，电压表的示数不变
解析：闭合电键S后，两电阻并联，电压表读数保持不变。当滑动变阻器的滑片自左向右移动时，变阻器的有效电阻变大，根据欧姆定律可判断，电流表测量的R2电流变小。所以D项正确。
例2（2008・烟台）如图2所示，电源电压不变，闭合开关S后，滑动变阻器滑片自a向b移动的过程中（）
解析：闭合开关S后，两电阻串联，V1测量R1的电压，V2测量R2的电压。滑动变阻器滑片自a向b移动的过程中，总电阻变大，电流强度变小，V1的读数变小，根据V2的读数等于总电压减去V1的读数判断V2字数变大。所以D项正确。
点评：电路的动态变化问题可谓牵一发而动全身，判断时先分析电路的组成和连接方式，然后根据电阻的变化判断电流的变化和电压的变化，在整个过程中要盯牢不变量。以上两例中的电源总电压保持不变，判断时要以不变应万变。
二、测定小灯泡的功率实验
例1（2007・重庆）某同学做“测定一个小灯泡的功率”的实验，所用灯泡的额定电压是2.2 V。
（1）如图3是他实验的电路，但连接不完整，请你帮他完成电路的连接。
（2）电路连接完整后，当向右移动变阻器的滑片P时，电压表的示数将_________，电流表的示数将_________。（填变化情况）。
（3）实际实验的有关记录与计算如下表：
该同学注意到灯的亮度变化是：第二次比第一次暗，第三次比第一次更亮。你认为，根据他观察的现象和实验数据分析，可得出一些什么结论呢？请说出两点（这两点的意思应不同）：
①__________________________________________；
②__________________________________________。
（4）他还注意到，这个实验记录也可以用来计算灯丝的电阻，并完成了有关计算如下表格：
这位同学有些纳闷儿：导体的电阻不是与电压、电流无关吗？怎么三次计算的灯丝电阻却不一样呢？请你对此做出两种可能性的解释：
①__________________________________________；
②__________________________________________。
解析：（1）如图4所示。
（2）向右移动变阻器的滑片P时，总电阻变小，所以电流变大，灯泡两端的电压也变大。
（3）①灯泡两端电压越大，功率越大；②功率越大，灯越亮。
（4）①可能实验有误差；②可能电阻与温度有关。
例2（2008・扬州）在测量“小灯泡的功率”中，所用小灯泡的额定电压是3.8 V。
（1）图5是小岗同学没有连接完的实物电路，请你用笔画线代替导线帮他将电路连接完整。
（2）闭合开关，小岗发现灯泡发光很亮，其操作存在的问题是__________________。
（3）纠正上述操作后，小岗测出三组数据，记录在下表中，第二次中的功率数据忘记处理了，请你帮他把数值填入表中的空格内。
（4）该实验测出三组数据的目的是______________。
（5）小岗根据测出的三组数据求出各次电阻，发现灯泡在不同电压下的电阻值不同，这是因为灯泡的电阻值与________________的变化有关。
解析：（1）见图6。（2）滑动变阻器的阻值没有调到最大。（3）根据P=UI算出功率为1.14 W。（4）此类小灯泡在不同电压时的功率（或小灯泡在不同亮度时的功率）。（5）温度。
点评：伏安法测量电阻（功率）所需器材、电路的连接、故障判断、电表读数等都是电学实验中必须掌握的基本技能，涵盖电学中的很多重要知识，所以成为电学实验的考查热点。此类问题的连接电路（电键断开、滑动变阻器滑片放到阻值最大）、故障分析、电表读数等试题都是万变不离其宗。
三、围绕磁感线问题
例1（2007・潍坊）图7中小磁针的指向正确的是（）
解析：根据安培定则判断，ABCD四图螺旋管的左侧都为N。因为螺旋管的磁感线与条形磁铁相似，其周围的磁感线都是从N极出来，回到S极，而小磁针的N极受力方向与磁感线切线方向一致，所以ABC选项正确。
例2（2008・温州）图8中能正确表示条形磁铁磁场的磁感线的是（）
解析：磁铁周围的磁感线都是从N极出来，回到S极，磁感线不相交，所以C项正确。
点评：不管是磁铁还是通电螺旋管，由于他们的磁感线具有相似的特性，所以据此可以做些文章，如上题的利用小磁针进行判断。
四、围绕电磁应用问题
例1（2007・金华）如图9所示实验装置中，弹簧测力计下面挂着条形铁块，螺线管中插有铁芯，开关S拨在触点②位置且电流表示数为I。要使弹簧测力计的示数变大，下列操作方法能够实现的是（）
A． 开关S位置不动，将铁芯从螺线管中取出
B． 开关S位置不动，将滑片P向a端滑动
C． 将开关S拨到①位置，并通过调节仍使电流表示数为I
D． 将开关S拨到③位置，并通过调节仍使电流表示数为I
解析：题中的“要使弹簧测力计的示数变大”就是电磁铁的磁性变强，使通过电磁铁的电流变大或电流相同的情况下匝数变多即可达到这个目的。所以C选项正确。
例2（2008・连云港）法国科学家阿尔贝・费尔和德国科学家彼得・格林贝格尔由于发现了巨磁电阻（GMR）效应，荣获了2007年诺贝尔物理学奖。如图10是研究巨磁电阻特性的原理示意图。实验发现，当闭合S1、S2后使滑片P向左滑动过程中，指示灯明显变亮，则下列说法正确的是（）
A． 电磁铁右端为N极
B． 滑片P向左滑动过程中电磁铁的磁性减弱
C． 巨磁电阻的阻值随磁场的增强而明显增大
D． 巨磁电阻的阻值随磁场的增强而明显减小
解析：当闭合S1、S2后使滑片P向左滑动过程中，通过电磁铁的电流增大，所以电磁铁的磁性增强，根据安培定则判断电磁铁的左端为N极。指示灯变亮，说明巨磁电阻（GMR）的阻值变小，因此D项是正确的。
点评：以上两题都是围绕电磁铁这个应用性较强的器材结合其他的知识进行考查的。例1涉及到磁化、铁块的平衡等问题，较好地考查了学生的综合分析能力。例2涉及到新的科技问题，较好地考查了学生的阅读、推理、分析等能力。虽然侧重点不同，对电磁铁的磁性问题的考查目的却是一致的。
1． （2008・芜湖）科学研究经常需要猜想与假设。合理的猜想与假设不是主观臆测，它总伴随着理性的分析和科学的思考，并有待进一步的实验检验。19世纪20年代，以塞贝克为代表的科学家已经认识到：温度差会引起电流。安培考虑到地球自转造成了太阳照射后地球正面与背面的温度差，于是提出如下假设：地球磁场是由绕地球的环形电流引起的。若规定地磁场N极与S极在地球表面的连线称为“磁子午线”（如图11所示），则安培假设中的电流方向应该是（）
A． 由西向东垂直磁子午线
B． 由东向西垂直磁子午线
C． 由南向北沿磁子午线
篇5
[关键词]丹参；红花；药对；数据挖掘；组方规律；中医方剂大辞典；中医传承辅助平台
[Abstract]In this study， formulas containing Salviae Miltiorrhizae Radix et Rhizoma-Carthami Flos in the database of Dictionary of Chinese Medicine Prescription （DCMP） were extracted by using traditional Chinese medicine inheritance support system （TCMISS）. The drugs pairs and formula composition rules were analyzed with data mining methods， such as association rules， improved mutual information method and complex system entropy clustering. Totally 39 formulas were included in this study and involved 280 Chinese medicines. The top 5 Chinese medicines most frequently used were Danggui （Angelica sinensis）， Chuanxiong （Ligusticum chuanxiong）， Xiangfu （Cyperi Rhizoma）， Baishao（Radix Paeoniae Alba）， Taoren（Prunus persica） and Shengdihuang （Radix Rehmanniae Recens）. Six core medicinal pairs were obtained through clustering analysis， namely Danshen （Salviae Miltiorrhizae Radix et Rhizoma）-Xiangfu （Cyperi Rhizoma）-Honghua （Carthami Flos）， Danshen （Salviae Miltiorrhizae Radix et Rhizoma）-Baishao （Radix Paeoniae Alba）-Honghua （Carthami Flos）， Danshen （Salviae Miltiorrhizae Radix et Rhizoma）-Danggui （A. sinensis）-Xiagnfu （Cyperi Rhizoma）-Honghua （Carthami Flos）， Danshen （Salviae Miltiorrhizae Radix et Rhizoma）-Danggui （A. sinensis）-Baishao （Radix Paeoniae Alba）-Honghua （Carthami Flos）， Honghua （Carthami Flos）-Danshen （Salviae Miltiorrhizae Radix et Rhizoma）-Baishao （Radix Paeoniae Alba）-Danggui （A. sinensis）， Danshen （Salviae Miltiorrhizae Radix et Rhizoma）-Baishao （Radix Paeoniae Alba）-Honghua （Carthami Flos）-Danggui （A. sinensis）. The support degree was set at 11 （38.46%）， with a confidence coefficient of 80%， and then 38 associated pairs were screened. These results suggested that Salviae Miltiorrhizae Radix et Rhizoma， Carthami Flos is often combined with herbs for activating blood and promoting circulation of qi to treat gynecopathy， stasis blood pain syndrome， stroke and other syndromes.
[Key words]Salviae Miltiorrhizae Radix et Rhizoma； Carthami Flos； medicine pair； data mining； medication regularity； Dictionary of Chinese Medicine Prescription； traditional Chinese medicine inheritance support system
丹参、红花是著名的活血药对，经常同时出现在活血化瘀方中，丹参为唇形科植物Salvia miltrorrhiza Bge.的干燥根及根茎，始载于《神农本草经》，列为上品，味苦性微寒，具有活血通经、清心除烦、消肿等功效；红花为菊科植物Carthamus tinctorius L.的干燥管状花，始载于《开宝本草》，味辛微苦性温，具有活血通经、祛瘀止痛作用，为活血化瘀要药。两者均归心肝二经，丹参性寒主降，行而不伤，有利于营血新生；红花性温主升，补而兼行、补而兼通，二者一寒一温、一升一降，相辅相成，共奏活血通络、祛瘀止痛之功[1]。为了进一步了解丹参、红花药对组合的临床应用，本文对汇集上自秦汉、下迄现代（1986年）所有有方名医方的《中医方剂大辞典》[2]中含有丹参、红花方剂进行了整理、挖掘，并对其主治病证、常用配伍组合等进行分析，以期为其临床应用及深入开发提供参考与借鉴。
1资料与方法
1.1数据来源
数据来源于中国中医科学院中药研究所中药新药设计课题组构建的《中医方剂大辞典》数据库。其数据库中出现的药物名称严格按照2010年版《中国药典》标准正名，其中暂未收录的药物，均使用统一名称。
1.2数据分析
通过“中医传承辅助平台”系统软件（由中国中医科学院中药研究所与中国科学院自动化研究所联合开发）[3]中“统计报表”“数据分析”模块中的“方剂分析”功能，进行主治疾病统计、组方配伍及用药特点的分析。在“指定中药”项中输入“丹参”，提取出包含丹参的全部方剂，再次在“指定中药”项中输入“红花”，点击“结果中查询”提取出包含丹参、红花的全部方剂。将含丹参、红花方剂中主治疾病统计的频次从大到小排序，进行疾病分布情况分析。设置“支持度”（表示在所有方剂中药物同时出现的频次占总处方数的百分比），调整“置信度”（表示A药出现时，B药出现的概率），根据药物在处方中的使用频次及该药与其他药物相互配伍的关联度，获得核心方药物组成。
2结果
2.1中医疾病情况分析
《中医方剂大辞典》收载含丹参方剂834首，治疗疾病共425种，其中频次>5的有21种；含红花方剂1 385首，治疗疾病共751种，其中频次≥10的有21种，具体见表1，2。以丹参、红花药对出现的方剂共39首，治疗疾病涉及45种，主要以妇科病、瘀血疼痛证、中风等为治疗病证。
2.2含丹参、红花方剂组方规律及用药特点分析
2.2.1用药模式分析39首方剂涉及280味中药，常用的药物（频次≥10）为丹参（39）、红花（39）、当归（32）、川芎（22）、香附（20）、白芍（19）、桃仁（15）、生地黄（15）、熟地黄（14）、甘草（14）、牛膝（12）、白术（12）、陈皮（11）、赤芍（10）、黄芪（10）、牡丹皮（10）。其中3味、4味、5味药物的常用药对频次见表3。
2.2.2药物组成关联规则分析应用关联规则分析，对39首方剂的药物配伍关系进行挖掘，按置信度由高到低排列，关联分析结果见表4。其中，常用药物组合中置信度为100%的关联药物为丹参-香附-红花，丹参-白芍-红花，丹参-当归-香附-红花，丹参-当归-白芍-红花，红花-丹参-白芍-当归，丹参-白芍-红花-当归。
2.2.3药物组成网络分析将支持度不断提高，制作不同支持度条件下的药物组合网络图，见图1。从左至右横向来看，当支持度为28.20%时，显示出的药物数量较多，可以较全面的显示出药物组合的临床使用情况；当支持度为38.46%时，药物数量有所减少，只显示置信度和支持度更高的药物组合；当支持度上升至48.72%时，使用频率最高的核心组合明显的展示出来。可以看出，丹参、红花均常与活血、行气之品当归、香附、川芎、白芍等联用。
3讨论
药对是相对固定的2味药的配伍组合，是中药配伍应用中的基本形式。遵循四气五味、升降浮沉、归经、有毒无毒等中药药性理论和相辅相成或相反相成的组合原理，具有组成结构简单、配伍取效明确的特点。药对既是单味药的深入发展，又为方剂的起始开端，是联接中药与方剂的桥梁。以药对为基本单元，对确有疗效的方剂进行拆方研究，有助于方剂作用机制的阐明。在临床上，通过对药对配伍规律的研究，可为组建新方提供依据[4]。应用现代科学技术以及数据分析平台从不同角度层次进行药对组成结构、配伍效应、临床诊治等方面的关联研究，有利于进一步了解中药配伍规律，指导临床合理用药，创新药物研究与发展。
本文基于“中医传承辅助平台”，应用数据挖掘方法[5]对《中医方剂大辞典》含丹参、红花药对处方的用药规律进行了挖掘研究。研究结果显示，含丹参、红花药对的处方临床主要应用于中风、血瘀痛证、月经不调、咳嗽、瘰疬等。处方中丹参、红花常与活血、行气之品联用，如配伍当归、川芎以补血而不滞血、行血而不伤血；配伍生地、白芍以防热盛伤阴、苦寒伤阴。无论是3味还是4味药物组合，绝大部分药物归心、肝经。关联规则分析结果显示，常用药物组合中置信度为100%的关联药物共计6组，分别为丹参-香附-红花，丹参-白芍-红花，丹参-当归-香附-红花，丹参-当归-白芍-红花，红花-丹参-白芍-当归，丹参-白芍-红花-当归，此6组全部为活血祛瘀的要药，其中当归和川芎出现次数最多，占总频数的82.05%，56.41%。本研究又通过改变支持度的设置（28.20%，38.46%，48.72%），展示并比较分析了不同支持度条件下的药物组合特点，以期较好地把握“丹红”复方的共性，又清晰地展现单味药的个性。
药对的研究以及药对在方剂中的地位和关联关系探讨，有利于客观认识和深化理解方剂的配伍规律。本研究通过“中医传承辅助平台”系统以单味药-药对-核心配伍-类方体系的研究模式，由简单到复杂、由浅入深、逐层递进对丹参、红花药对在方剂配伍中的地位和作用进行研究，以期为“丹红”配伍规律研究提供方法，为其临床应用和新药研发提供支持[6]。
[参考文献]
[1]秦胜利，秦政，沈丹. 丹红注射液治疗冠心病45例[J]. 世界中医药，2012，7（2）：121.
[2]彭怀仁.中医方剂大辞典[M].北京：人民卫生出版社，1993.
[3]崔一然，唐仕欢，刘欣，等.基于数据挖掘的心悸伴失眠方证对应中成药用药规律分析[J].中华中医药杂志，2015，30（5）：1792.
[4]刘萍，王平，刘松林，等.基于药对探讨中药复方配伍规律的思考[J].中华中医药学刊， 2010，28（9）：1833.
篇6
【关键词】纳米材料；纳米技术；应用
有人曾经预测在21世纪纳米技术将成为超过技术和基因技术的“决定性技术”，由此纳米材料将成为最有前途的材料。世界各国相继投入巨资进行，美国从2000年启动了国家纳米计划，国际纳米结构材料会议自1992年以来每两年召开一次，与纳米技术有关的国际期刊也很多。
一、纳米材料的特殊性质
纳米材料高度的弥散性和大量的界面为原子提供了短程扩散途径，导致了高扩散率，它对蠕变，超塑性有显著，并使有限固溶体的固溶性增强、烧结温度降低、化学活性增大、耐腐蚀性增强。因此纳米材料所表现的力、热、声、光、电磁等性质，往往不同于该物质在粗晶状态时表现出的性质。与传统晶体材料相比，纳米材料具有高强度——硬度、高扩散性、高塑性——韧性、低密度、低弹性模量、高电阻、高比热、高热膨胀系数、低热导率、强软磁性能。这些特殊性能使纳米材料可广泛地用于高力学性能环境、光热吸收、非线性光学、磁记录、特殊导体、分子筛、超微复合材料、催化剂、热交换材料、敏感元件、烧结助剂、剂等领域。
（一）力学性质
高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳迷材料中位错滑移和增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50多年，由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。
（二）磁学性质
当代机硬盘系统的磁记录密度超过1.55Gb/cm2，在这情况下，感应法读出磁头和普通坡莫合金磁电阻磁头的磁致电阻效应为3%，已不能满足需要，而纳米多层膜系统的巨磁电阻效应高达50%，可以用于信息存储的磁电阻读出磁头，具有相当高的灵敏度和低噪音。巨磁电阻效应的读出磁头可将磁盘的记录密度提高到1.71Gb/cm2。同时纳米巨磁电阻材料的磁电阻与外磁场间存在近似线性的关系，所以也可以用作新型的磁传感材料。高分子复合纳米材料对可见光具有良好的透射率，对可见光的吸收系数比传统粗晶材料低得多，而且对红外波段的吸收系数至少比传统粗晶材料低3个数量级，磁性比FeBO3和FeF3透明体至少高1个数量级，从而在光磁系统、光磁材料中有着广泛的应用。
（三）电学性质
由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成功研制出了室温下的单电子晶体管。随着单电子晶体管研究的深入进展，已经成功研制出由碳纳米管组成的逻辑电路。
（四）热学性质
纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作用，从而有效地将太阳光能转换为热能。
（五）光学性质
纳米粒子的粒径远小于光波波长。与入射光有交互作用，光透性可以通过控制粒径和气孔率而加以精确控制，在光感应和光过滤中广泛。由于量子尺寸效应，纳米半导体微粒的吸收光谱一般存在蓝移现象，其光吸收率很大，所以可应用于红外线感测器材料。
（六）生物医药材料应用
纳米粒子比红血细胞（6～9nm）小得多，可以在血液中自由运动，如果利用纳米粒子研制成机器人，注入人体血管内，就可以对人体进行全身健康检查和，疏通脑血管中的血栓，清除心脏动脉脂肪沉积物等，还可吞噬病毒，杀死癌细胞。在医药方面，可在纳米材料的尺寸上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的药品纳米材料粒子将使药物在人体内的输运更加方便。
二、纳米技术现状
在欧美日上已有多家厂商相继将纳米粉末和纳米元件产业化，我国也在国际环境下创立了一（下转第37页）（上接第26页）些影响不大的纳米材料开发公司。美国2001年通过了“国家纳米技术启动计划（NationalTechnologyInitiative）”，年度拨款已达到5亿美圆以上。美国战略的重点已由过去的国家通信基础构想转向国家纳米技术计划。布什总统上台后，制定了新的纳米技术的战略规划目标：到2010年在全国培养80万名纳米技术人才，纳米技术创造的GDP要达到万亿美圆以上，并由此提供200万个就业岗位。2003年，在美国政府支持下，英特尔、蕙普、IBM及康柏4家公司正式成立中心，在硅谷建立了世界上第一条纳米芯生产线。许多大学也相继建立了一系列纳米技术研究中心。在商业上，纳米技术已经被用于陶瓷、金属、聚合物的纳米粒子、纳米结构合金、着色剂与化妆品、元件等的制备。
目前美国在纳米合成、纳米装置精密加工、纳米生物技术、纳米基础等多方面处于世界领先地位。欧洲在涂层和新仪器应用方面处于世界领先地位。早在“尤里卡计划”中就将纳米技术研究纳入其中，现在又将纳米技术列入欧盟2002——2006科研框架计划。日本在纳米设备和强化纳米结构领域处于世界先进地位。日本政府把纳米技术列入国家科技发展战略4大重点领域，加大预算投入，制定了宏伟而严密的“纳米技术发展计划”。日本的各个大学、研究机构和界也纷纷以各种方式投入到纳米技术开发大潮中来。
在上世纪80年代，将纳米材料列入国家“863计划”、和国家基金项目，投资上亿元用于有关纳米材料和技术的研究项目。但我国的纳米技术水平与欧美等国的差距很大。目前我国有50多个大学20多家研究机构和300多所企业从事纳米研究，已经建立了10多条纳米技术生产线，以纳米技术注册的公司100多个，主要生产超细纳米粉末、生物化学纳米粉末等初级产品。
三、前景展望
经过几十年对纳米技术的研究探索，现在科学家已经能够在实验室操纵单个原子，纳米技术有了飞跃式的发展。纳米技术的应用研究正在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪4大领域高速发展。可以预测：不久的将来纳米金属氧化物半导体场效应管、平面显示用发光纳米粒子与纳米复合物、纳米光子晶体将应运而生；用于集成电路的单电子晶体管、记忆及逻辑元件、分子化学组装机将投入应用；分子、原子簇的控制和自组装、量子逻辑器件、分子电子器件、纳米机器人、集成生物化学传感器等将被研究制造出来。
纳米技术目前从整体上看虽然仍然处于实验研究和小规模生产阶段，但从的角度看：上世纪70年代重视微米科技的国家如今都已成为发达国家。当今重视发展纳米技术的国家很可能在21世纪成为先进国家。纳米技术对我们既是严峻的挑战，又是难得的机遇。必须加倍重视纳米技术和纳米基础理论的研究，为我国在21世纪实现腾飞奠定坚实的基础。整个人类将因纳米技术的发展和商业化而产生根本性的变革。
篇7
邢定钰，江苏高淳人，1945年2月生，中国科学院院士。现任南京大学物理学院教授和学术委员会主任，南京微结构国家实验室（筹）主任，中国物理学会“凝聚态理论与统计物理”专业委员会主任，以及“量子调控”国家重大科学研究计划的 “固态电子系统的量子效应、量子结构设计和量子计算”项目的首席科学家。同时兼任“物理学报”和“Chinese Physics B”的副主编，以及三个国际学术期刊的编委。长期从事凝聚态理论研究，在量子输运和自旋输运理论、磁性纳米结构和巨磁电阻、半导体的热电子输运、以及超导和磁性理论等方面做出系列的创新成果。作为第一获奖人曾获得一项国家自然科学二等奖和二项省部级科技进步一等奖。近年来在国际核心学术期刊上300多篇，包括在美国的《物理评论》和《物理评论快报》上120多篇。指导博士研究生多人，已有26人获得博士学位。2010年被授予“全国先进工作者”称号。
目前，微结构科学已成为物理学、化学、材料和电子学等学科交叉研究的国际主流方向，这一领域的科研竞争可看作微结构物理的“奥运会”，近20年来，微结构物理的研究一直是国际前沿领域。
南京微结构国家实验室（筹）是以南京大学固体微结构物理国家重点实验室和配位化学国家重点实验室为主体，以微结构科学和量子调控、分子工程学等为研究核心，并且吸纳和融合了南京大学凝聚态物理、理论物理、无机化学、物理化学、高分子物理与化学、微电子和固体电子学、无线电物理等7个国家重点学科的精华科研队伍。这是以多学科交叉为科研优势组建而成的微结构物质科学的研究平台。作为科技部“量子调控”国家重大科学研究计划的一个项目首席科学家，南京微结构国家实验室主任邢定钰院士肩负着重要的职责。邢院士的研究方向是凝聚态物理，由于在自旋输运和巨磁电阻理论方面所做出的突出贡献，曾获过一项国家自然科学二等奖，自旋输运和巨磁电阻理论是当今物理研究的热门和重点，邢定钰院士的研究成果在该领域已经处于国际前沿行列。
近年来，国家在物理学科领域中提高的水平较明显，在国际前沿的课题发言权也越来越强。邢定钰院士给我们举了这样的例子：在铁基超导体方面，尽管最早是日本报道的，但后来的主要进展研究成果都是中国人做的，特别是中科院物理所和中国科大的几个研究组做出了突出贡献。同时，在科技部推动的量子调控重大研究项目方面也取得了重大进展，这些都是值得肯定的。邢院士说：“我国目前不管是在科研的前沿领域的话语权，还是在论文的数目和质量方面都有很大的提高。”但在取得重大科研成果的同时，还存在一些不足。邢院士指出，我国科研人员要想获得更大的成果，需要在原始创新方面加倍努力。
所谓原始创新，就是指重大科学发现、技术发明、原理性主导技术等原始性创新活动。邢院士强调，近一二十年来的科研经费不断增加、科研环境越来越好，能在国际的一些顶尖期刊上发文章，文章的数目也越来越多，但是重大的原始创新还不够。“十二五”期间，他期待中国人能够提出一些创新性的观点来引导研究的国际潮流，在重视国外人才引进工作的同时，也要注重对国内人才的培养。邢院士非常重视对青年人才的培养，他指导博士研究生数十人，已有26人获得博士学位。他曾被评为江苏省优秀研究生导师，江苏省优秀科技工作者和全国先进工作者。近年来，他和研究团队取得了一些创新型成果，一批青年学术研究人员也正在成长起来。
邢院士提倡宽松自由的学术氛围，认为这样更有可能研究出创新成果。他认为，科学有它自身的规律性，是经过若干年积累才能一步一步地往上走，只要整体地科研水平上去了，我们将来攀登国际科研的最高峰是早晚的事情。同时我们也应该给有才华的年轻人一些时间，让他们做出大成果，现在的状况是小成果不断，这种小成果不断的硬性指标使科研人员很难做出重大的科研创新。
篇8
（一）力学性质
高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳迷材料中位错滑移和增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。
（二）磁学性质
当代计算机硬盘系统的磁记录密度超过1.55Gb/cm2，在这情况下，感应法读出磁头和普通坡莫合金磁电阻磁头的磁致电阻效应为3%，已不能满足需要，而纳米多层膜系统的巨磁电阻效应高达50%，可以用于信息存储的磁电阻读出磁头，具有相当高的灵敏度和低噪音。
（三）电学性质
由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。
（四）热学性质
纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。
二、纳米材料在化工行业中的应用
（一）在催化方面的应用
催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用，它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低，而且其制备是凭经验进行，不仅造成生产原料的巨大浪费，使经济效益难以提高，而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多，为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂，可大大提高反应效率，控制反应速度，甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10～15倍。
纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂，特别是在有机物制备方面。分散在溶液中的每一个半导体颗粒，可近似地看成是一个短路的微型电池，用能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时，半导体纳米粒子吸收光产生电子——空穴对。在电场作用下，电子与空穴分离，分别迁移到粒子表面的不同位置，与溶液中相似的组分进行氧化和还原反应。
（二）在涂料方面的应用
纳米材料由于其表面和结构的特殊性，具有一般材料难以获得的优异性能，显示出强大的生命力。表面涂层技术也是当今世界关注的热点。纳米材料为表面涂层提供了良好的机遇，使得材料的功能化具有极大的可能。借助于传统的涂层技术，添加纳米材料，可获得纳米复合体系涂层，实现功能的飞跃，使得传统涂层功能改性。涂层按其用途可分为结构涂层和功能涂层。结构涂层是指涂层提高基体的某些性质和改性；功能涂层是赋予基体所不具备的性能，从而获得传统涂层没有的功能。结构涂层有超硬、耐磨涂层，抗氧化、耐热、阻燃涂层，耐腐蚀、装饰涂层等；功能涂层有消光、光反射、光选择吸收的光学涂层，导电、绝缘、半导体特性的电学涂层，氧敏、湿敏、气敏的敏感特性涂层等。在涂料中加入纳米材料，可进一步提高其防护能力，实现防紫外线照射、耐大气侵害和抗降解、变色等，在卫生用品上应用可起到杀菌保洁作用。在标牌上使用纳米材料涂层，可利用其光学特性，达到储存太阳能、节约能源的目的。在建材产品如玻璃、涂料中加入适宜的纳米材料，可以达到减少光的透射和热传递效果，产生隔热、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好静电屏蔽的纳米涂料，所应用的纳米微粒有氧化铁、二氧化钛和氧化锌等。这些具有半导体特性的纳米氧化物粒子，在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性，因而能起到静电屏蔽作用，而且氧化物纳米微粒的颜色不同，这样还可以通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色，克服炭黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。纳米材料的颜色不仅随粒径而变，还具有随角变色效应。在汽车的装饰喷涂业中，将纳米TiO2添加在汽车、轿车的金属闪光面漆中，能使涂层产生丰富而神秘的色彩效果，从而使传统汽车面漆旧貌换新颜。纳米SiO2是一种抗紫外线辐射材料。在涂料中加入纳米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光洁度及强度成倍地增加。纳米涂层具有良好的应用前景，将为涂层技术带来一场新的技术革命，也将推动复合材料的研究开发与应用。
（三）在精细化工方面的应用
精细化工是一个巨大的工业领域，产品数量繁多，用途广泛，并且影响到人类生活的方方面面。纳米材料的优越性无疑也会给精细化工带来福音，并显示它的独特畦力。在橡胶、塑料、涂料等精细化工领域，纳米材料都能发挥重要作用。如在橡胶中加入纳米SiO2，可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力。纳米Al2O3，和SiO2，加入到普通橡胶中，可以提高橡胶的耐磨性和介电特性，而且弹性也明显优于用白炭黑作填料的橡胶。塑料中添加一定的纳米材料，可以提高塑料的强度和韧性，而且致密性和防水性也相应提高。
纳米科学是一门将基础科学和应用科学集于一体的新兴科学，主要包括纳米电子学、纳米材料学和纳米生物学等。21世纪将是纳米技术的时代，为此，国家科委、中科院将纳米技术定位为“21世纪最重要、最前沿的科学”。纳米材料的应用涉及到各个领域，在机械、电子、光学、磁学、化学和生物学领域有着广泛的应用前景。纳米科学技术的诞生，将对人类社会产生深远的影响，并有可能从根本上解决人类面临的许多问题，特别是能源、人类健康和环境保护等重大问题。
参考文献:
[1]张立德，牟季美，纳米材料和纳米结构，科学出版社，2001.
[2]严东生，冯端，材料新星?纳米材料科学,湖南科学技术出版社，1998年.
[3]H.Gleiter(德)著，崔平，方永，葛庭燧译，纳米材料，原子能出版社，1994年.
[4]DyerPE,FarleyRJ,GiedlR,etal..Excimerlaserablationofpolymersandglassesforgratingfabrication.AppliedSurfaceScience,1996.
篇9
矢志追求物理梦想
1967年，年仅22岁的邢定钰从南大物理系本科毕业，毕业后，先是奔赴泰州红旗农场，开始为期一年半的劳动锻炼，随后，他又到徐州半导体厂工作，一干就是8年多，其扎实的理论功底和出色的动手能力，使他很快成为厂里的技术骨干，并受到重用，然而，工作之余，邢定钰总觉得缺了点什么，在厂里的工作，较多的只是日复一日地重复别人的东西，较少有创造性。
更重要的是，邢定钰的心里一直有一个梦想，那就是能够从事他所热爱的科学研究，1978年研究生招生恢复以后，邢定钰毅然考回南大，回到阔别11年的母校，硕士阶段，他师从龚昌德教授，开始系统的理论物理学习和研究，硕士毕业后，邢定钰留校任教，因其突出的科研和教学能力，1985年他被破格晋升为副教授，1986年，邢定钰应美国休斯敦大学丁秦生教授邀请远赴美国，成为休斯敦大学物理系和德州超导研究中心的访问学者，当时，德州超导研究中心正位于国际超导研究的前沿。
做访问学者期间，邢定钰实现了科研路上的新飞跃，短短两年间，他在美国《物理评论》上发表了多篇半导体热电子输运理论和高温超导相关理论方面的论文，受到了国际同行的广泛重视，其中，关于解释高温超导体正常态输运性质的一个理论还受到诺贝尔奖获得者、英国剑桥大学莫特(MOTT)教授的重视，莫特教授还亲笔写信给邢定钰，表示对该理论很感兴趣，并专门寄来了自己的论文与其进行讨论。
访问学者期满后，邢定钰毫不犹豫地选择了重返南大，邢定钰了解自己：尽管和美国相比，国内科研和生活条件还比较艰苦，但对他来说，能够在母校继续自己的科研事业。能够为中国物理学发展作出一点贡献，才是真正实现自身价值的最好方式，他要在母校――南京大学继续自己作为一个物理人的梦想。
勤奋收获累累硕果
在科研的道路上，勤奋很重要，邢定钰经常告诉学生：“聪明的头脑是需要的，但是，能考进南大物理系，这证明你的天分够了，后面就需要你的勤奋和坚持不懈的努力，只有从开始就比别人更努力。将来才有可能更胜一筹。”
1997年，邢定钰的研究成果“半导体热电子输运的非平衡统计理论”获江苏省科技进步一等奖，继而，他与合作者对磁性金属纳米结构和氧化物的巨磁电阻效应和理论做了系统和深入的研究，智慧与辛勤的汗水汇成另一个硕果――自旋输运和巨磁电阻理论，该项成果获得2002年国家自然科学二等奖和2001年教育部中国高校自然科学一等奖，该理论是凝聚态物理学的一个国际前沿研究课题，在基础研究和应用前景方面都有重大意义，现有电脑读写的磁头都是使用了这一效应，2007年的诺贝尔物理学奖获得者就是凭借在此问题上的重大发现而赢得大奖的。
在醉心科研的同时，邢定钰也非常重视教学工作，三尺讲台，是他与学生互动交流的最好的平台，他在教学中深入浅出，着重物理图像的描述和基本理论的演绎，深得学生爱戴，并在2006年被南京大学浦口校区的本科生评为“我最喜爱的老师”。
敬业奉献无怨无悔
篇10
关键词：变压器运行故障处理方法
Abstract: in the power transformer in operation of common fault, for transformer voice, normal temperature, weld wire fusing the phenomenon such as judge, adopt the appropriate treatment methods, and remove in time fault hidden trouble in this paper.
Keywords: transformer operation fault processing method
中图分类号：TM4文献标识码： A 文章编号：
电力变压器在运行中的故障，一般可以通过变压器的运行温度、声音以及仪表的指示观测电压、电流的变化和气体继电器的动作指示反映出来，简述一般变压器的异常运行现象和简单的处理方法。
一、运行中的变压器声音异常
变压器在接通上电源后，由于励磁电流以及磁力线的变化，铁芯、绕组会振动而发出连续均匀的嗡嗡声，俗称交流声。但是有的异常声响，应该按照发声情况进行分析与检查。
当大容量的动力设备启动时，负荷变化较大，使变压器声音增大。如变压器带有电弧炉、晶闸管整流器等负荷时，由于有谐波分量，使变压器声音也会变大；过负荷时，使变压器发出很高而且沉重的“嗡嗡”声；个别零件松动，如铁心的穿芯螺栓夹得不紧，使铁心松动，变压器发出强烈而不均匀的“噪音”；内部接触不良或绝缘有击穿，变压器发出放电的“噼啪”声；系统短路或接地，通过很大的短路电流，使变压器有很大的噪音；系统发生铁磁谐振时，变压器发出粗细不匀的噪音；有滋滋声时，说明表面闪络，要检查套管是否太脏或有裂纹；若套管无闪络，则可能是变压器内部的问题；当发现音响特大，而且很不均匀或有爆裂声时，表明有击穿现象，如绕组的绝缘损坏，会导致短路，应该立即停电修理，但要与大容量电动机启动时所引起的特大响声相区别。
二、运行中的变压器温升过高
电力变压器的温升是指变压器在运行负荷基本不变时，变压器心子温度的净增值。如果变压器环境温度不高，负荷电流不变而温度不断上升则说明变压器允许不正常，通常造成变压器温度升高的主要原因及处理方法是：
1、由于变压器绕组的匝间或层间短路，会造成温升过高，一般可以通过在运行中监听变压器的声音进行粗略低判断。也可取变压器油样进行化验，如果发现油的绝缘和质量变坏，或者瓦斯保护动作，可以判断为变压器内部有短路故障。如果需要进一步判别故障的相别，通过运行中观察变压器一、二次侧的三相电压和三相电流的平衡状态，有无某相电流过大的现象，还可以将变压器停电后，用直流电桥分别测量三相绕组的直流电阻加以判断。如已查证属于变压器内部故障，应对变压器进行大修。
2、变压器的分接开关接触不良，使得接触电阻过大，甚至造成巨部放电或过热导致影响温升过高。当发现变压器温升过高，通过轻瓦斯是否频繁动作有信号指示来判断；还可以通过变压器取样进行化验分析，看油的闪点是否下降；也可以通过用直流电桥测量变压器高压绕组的直流电阻来发现故障。如化验分析变压器油闪点降低，直流电阻有明显变化，可粗略判断是变压器分接开关接触不良，处理方法是，将变压器吊芯，检修变压器的分接开关。
3、变压器铁心硅钢片间绝缘损坏，主要是由外力损伤或长期运行使绝缘老化以至造成铁芯硅钢片间局部短路，这样将使涡流损失增大而造成局部过热。如果铁芯的穿芯螺栓的绝缘套管绝缘损坏，可能也会造成涡流过大发热导致变压器温升过高。检查方法可同样参照上述方法加以判断，例如：瓦斯是否频繁动作，变压器油闪点是否下降等现象。如这些现象发生后，还应对变压器进行吊芯检修。
三、变压器严重缺油运行
变压器缺油的主要原因有：密封圈老化长期漏油、油截门关闭不严漏油、变压器出现假油面未及时发现和补油、经常取样而未及时补油等。变压器缺油运行，对变压器有严重的危害，因此运行中应该经常检查油面并需要及时进行补油，以保证变压器的安全运行。
四、运行中变压器保险熔丝熔断
采用熔断器保护的变压器在运行中保险熔丝熔断应该按照规程规定检查处理。规程规定：变压器在运行中当一次保险熔丝熔断后，应立即进行停电检查，内容包括外部有无闪络、接地，短路及过负荷现象，同时应摇测绝缘电阻。低压侧保险熔丝熔断，故障在负荷侧，而且是外部故障造成，例如：低压母线、断路器、丝熔断器等设备发生单相或多相短路故障造成变压器低压侧熔丝熔断，应重点检查负荷侧的设备，发现故障经处理后，消除故障点可以恢复供电。
变压器高压侧一相保险熔丝熔断，如户外跌落式熔断器，其主要原因是外力、机械损伤造成，此外内部绕组接地或系统中有磁谐振过电压出现也可能造成高压侧一相保险熔丝熔断。如发生应按照规程要求，将变压器停电后进行检查，如未发现异常，可将熔丝更换，在变压器空载状态下，试送电，经监视变压器运行状态正常，可带负荷。
变压器高压侧两相保险熔丝熔断，也应将变压器停电后进行检查。这种情况一般可判断为变压器内部绕组相间短路造成。先应检查高压引线及瓷绝缘有无闪络放电痕迹，同时注意观察变压器有无过热、变形、喷油等异常现象。变压器内部两相接地短路，可造成两相保险熔丝熔断，此时重点应检查变压器有无异常声音等，并通过摇测绝缘电阻进行判断，取油样化验，检查耐压是否降低、油的闪点是否下降，必要时，用电桥测量变压器的直流电阻来进一步确定故障性质。如果变压器低压侧保险器未按规定值装配，其熔断值大于变压器额定值时，低压线路短路也可引起上述现象。通过检查、鉴定，结果正常则可能是变压器二次出线故障或熔丝长期运行而变形并受机械力的作用造成二相熔丝熔断。直至查出故障处理后，方可更换熔丝供电。
变压器低压侧保险器熔断情况进行判断。如果保险器整段全部烧熔消失，可判断为低压侧线路相对相或相对零短路所致，且故障点离保险处不远。如果保险器中部烧断，形成窄小缝隙者，可判断为过负荷烧断。如果保险器根部烧断形成缝隙，可判断为安装不紧，是保险丝（片）与保险器接触不良造成的。故障经处理后可以恢复供电。
变压器是电网中的重要设备之一，及时发现变压器在运行中异常现象，正确分析、判断和处理故障，保证变压器的安全运行，使电力供应更加安全可靠。
参考资料：