導語：如何才能寫好一篇巨磁電阻，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

從磁電阻效應說起

在人類長期的生產實踐中，磁的利用源遠流長，我國對古代世界文明的四大貢獻之一的指南針便是磁的一種重要應用。人們很早就以大量科學觀測和實驗來尋找電與磁之間的聯系。早在150年前的1857年，英國科學家開爾文就發現了鐵磁材料在磁場中電阻改變的磁電阻效應。他把鐵和鎳放在磁場中，發現這些磁性材料在磁場作用下，沿著磁場方向測得的電阻增加，垂直于磁場方向測得的電阻減小：電阻增加或減小的幅度約在1％～2％之間。由于磁電阻效應的大小與磁化強度的取向有關，所以稱為各向異性磁電阻效應(AMR)。由于電阻的變化不大和當時技術條件的限制，這一效應未引起太多的關注。直到1971年，美國科學家亨特才第一次提出利用磁電阻效應制作磁盤系統讀出磁頭。1985年IBM公司首先把亨特的設想付諸實用化，生產了AMR磁頭，用于當時IBM3480磁帶機上。重要的轉折點發生在今年這兩位諾貝爾物理學獎得主1988年的新發現之后。

巨磁電阻效應的發現

從1986年起，德國格林貝格爾教授率領的研究小組，利用納米技術，對“Fe/Cr/Fe三層膜”結構系統進行實驗研究，從中他們發現：當調節鉻(Cr)層厚度為某一數值時，在兩鐵(Fe)層之間存在反鐵磁耦合作用；再取各種不同膜層厚度，在一定的磁場和室溫條件下，可觀察到材料電阻值的變化幅度達4.1％；在后來的實驗中，他們再通過降低溫度，觀察到材料電阻值的變化幅度達10％。格林貝格爾意識到這種磁電阻效應在技術上的應用前景。因此，他在1988年發表該項研究成果的同時就申請了專利。

與此同時，法國費爾教授領導的科研小組獨立地設計了一種鐵、鉻相間的“Fe/Cr多層膜”。他們在實驗中使用微弱的磁場變化就成功地使材料電阻發生急劇變化。例如，他們在溫度為4.2K、2T磁場的條件下，觀察到材料電阻值下降達50％。

費爾小組在研究報告中把這一效應稱為巨磁電阻效應(縮寫為GMR)。GMR的發現起源于納米科技的進步，也是凝聚態物理學的一項重大成就，它的發現引起了世界各國科學家的普遍關注。

GMR發現后，人們迅速開發出一系列磁電子新器件，并得到了廣泛應用，其中最突出的是IBM實驗室帕金的工作。他的小組嘗試用通常的磁性材料進行實驗，并很快獲得成功；以后又在室溫、常規磁場條件下做大量相關實驗，最終獲得突破性進展。這一突破大大推動了計算機技術的發展步伐。

巨磁電阻效應的應用

這里只談一些大家較常見的例子。先講講它在計算機外存儲器或稱硬盤(HDD)中的應用。大家知道，硬盤讀取數據是通過磁頭來完成的。最早使用的磁頭是一種讀寫合一的電磁感應式磁頭，由于它對硬盤的設計造成不便，很快就被一種分離式結構的MR磁頭替代。但隨著單碟容量的不斷增加，MR磁頭也到了讀取的極限。這樣人們很快就意識到GMR材料的重要性。1994年，IBM公司首次把GMR材料用于制造GMR自旋閥結構讀出磁頭(GMRSV)，當年就獲得了每平方英寸10億位(1Gb/平方英寸)的HDD面密度世界紀錄，1995～1996年，IBM產的HDD面密度繼續領先，達到了5Gb/平方英寸。這些新技術、新產品給IBM公司帶來了上百億美元的收入。近年來，研究人員通過引入納米厚度的氧化物反射層和人造反鐵磁耦合技術對GMR磁頭的結構進行改進，使HDD的面密度迅速提高到100Gb/平方英寸的數量級。硬盤的體積越來越小，容量越來越大，轉換信號的清晰度越來越高，從而引發了硬盤容量與質量的根本變革。

再講講GMR在計算機內存方面的開發應用。內存用來存放計算機正在使用(或執行中)的數據或程序。前些年，內存廣泛采用的隨機存儲器(RAM)主要是半導體動態存儲器(DRAM)和靜態存儲器(SRAM)。但這兩種均為易失性的存儲器，即當機件斷電時，所存數據易丟失。這些年來，人們用GMR研制成了巨磁電阻隨機存儲器(MRAM)，它是一種非揮發性的隨機存儲器，所謂“非揮發性”是指關掉電源后，仍可保持記憶完整，只有在外界的磁場影響下，才會使它改變存儲的數據。運用MRAM，大大地降低了器件的生產成本，在容量和運行速度上均超過半導體存儲器。目前IBM、摩托羅拉和西門子等公司都在不斷地研究與推出新一代MRAM。另外，由于MRAM具有抗輻射性能強、壽命長等特點，使它在軍事和航空航天中的應用有重要意義。它對民用工業中的傳真機、固態錄像機等大容量電子存儲器都具有良好的應用前景。

最后，還要講講GMR傳感器的廣闊市場。磁傳感器主要用來檢查磁場的存在、強弱、方向和變化。在GMR傳感器之前，人們主要是用AMR材料制作的傳感器。由于AMR磁電阻率變化小，在檢測微弱磁場時受到限制。而巨磁電阻材料制成的傳感器則磁電阻率變化大，能夠對微弱磁場進行傳感，具有抗惡劣環境的特點；再加上體積小、功耗少，可靠性強等優勢，它將逐步取代霍爾傳感器、感應線圈傳感器等傳統產品。它在汽車電子技術、機電一體化控制、家用電器、衛星定位、導航系統以及精密測量技術中都具有廣闊的開發與應用價值。

但是，巨磁電阻效應在作用機理等方面的理論還需要不斷地完善，目前各國仍有不少科學家在進行研究。早在1996年6月，我國香山科學會議的主題就是“巨磁電阻效應的現狀與未來”，會議把GMR的研究及應用開發列為重點發展領域之一。中科院物理所“九五”課題“磁膜和微結構”的研究取得了重要成果，當時國際上發現的20多種GMR金屬多層膜，其中的3種是該課題組首次發現的。同時，南京大學等高校及中科院技術研究所等研究機構這些年來在GMR顆粒膜、大磁矩膜、磁膜隨機存儲器、薄膜磁頭等項研究都獲得了顯著成果，使我國具備了GMR基礎研究和器件研制的良好基礎。

幾點啟示

今年諾貝爾物理學獎頒發給兩位長期從事基礎研究的科學家，其意義不僅是因為他們的發現被廣泛應用，造福了人類，而且更重要的意義在于該發現具有極大的潛力，為我們打開了通往自旋電子學等新領域的大門，推動未來人類社會信息化的進程。從中我們可以得到什么啟示呢?

首先，物理學作為一門最基礎的自然科學，它的發展動力是深深地植根于人類對真理的非功利追求。巨磁電阻效應的發現有力地證明，這種非功利的追求給人類帶來了最大的利益。堅持基礎研究，帶動應用科學，方能實現高技術的創新與突破。

其次，當今科研成果轉化為應用技術，技術應用、實際生產或社會發展中的需求轉化為科研課題，這兩種轉化互為因果，關系越來越緊密，轉化的周期也不斷縮短。巨磁電阻效應發現這一基礎性研究成果轉化為生產力僅僅間隔6年，在歷史上是罕見的，它是科研成果快速轉化為高技術生產力的一個范例，說明了科學技術是第一生產力的觀點。

篇2

關鍵詞：自旋閥；巨磁阻；電流傳感器；霍爾；智能

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）05-00-04

0 引 言

電流傳感器[1]在電力電子應用方面主要起測量、保護和監控的作用，根據其測量原理分為直接式和間接式兩類。直接式測量根據電流通過電阻時在電阻兩端產生的壓降來確定被測電流的大小，如分流器就采用這種原理來測量直流。分流器的主要優點是結構簡單、不受外磁場干擾、性能穩定可靠，但缺點是需要接入電路中，且由于分流的材料一般是合金，因此在測量大電流時會產生大量熱量；間接式測量則通過測量被測電流產生的磁場，間接測量被測電流的大小。屬于間接式測量的主要有電流互感器[2]、羅氏線圈電流傳感器[3]、霍爾電流傳器[4]、光纖電流傳感器[5，6]、巨磁阻電流傳感器等[7]。羅氏線圈通過測量磁通勢砣范ū徊獾緦韉拇笮。由于線圈不含磁性材料，沒有磁滯效應和磁飽和現象，但存在靈敏度低、頻帶較窄等問題[8]。霍爾電流傳感器主要根據載流半導體在磁場中產生的霍爾電勢間接測量，但溫度對其影響較大，導致精度較低。光纖電流傳感器通過測量偏振光在磁場中偏轉的角度來檢測電流大小，因采用光纖作為傳感介質，故在絕緣性、抗電磁干擾、可靠性等方面優勢明顯，但易受振動干擾[9]。間接式測量相比直接式測量具有精度更高、線性度更好的特點，是目前電流傳感器研究的主要方向。

物聯網的興起，表明智能傳感器是當今傳感器技術發展的主要方向，傳統的電流傳感器已無法完全滿足市場的需要。在電流檢測方面，巨磁阻傳感器[10]與其他類型的傳感器相比，具有能夠測量直流高頻（MHz量級）電流信號、測量范圍寬、靈敏度高和體積小等優點，尤其是巨磁阻傳感器能夠測量直流電流，對于直流輸電系統中直流的檢測極為有利[11，12]。本文基于巨磁阻傳感器靈敏度高、溫漂小和ZigBee在組網、無線傳輸等方面的優勢提出了一種智能直流電流傳感器設計方案，彌補了傳統電流傳感器在靈敏度、溫度穩定性、遠程監測等方面的不足。

1 智能電流傳感器設計框架

智能電流傳感器分為巨磁阻電流傳感器和ZigBee智能傳輸模塊，其工作原理圖如圖1所示。巨磁阻電流傳感器負責將被測電流轉換為電壓信號，其反饋電阻與智能無線傳輸模塊的監測節點相連；監測節點主要采集巨磁阻電流傳感器的反饋電阻兩端電壓，將模擬電壓信號轉化為數字信號，待轉化完成后，通過無線傳輸的方式發送給協調器；協調器與計算機通過串口連接，將收到的信息轉發給計算機，并在計算機上顯示出來。整個系統實現了電流的非接觸測量和遠程監控功能。

2 智能電流傳感器電路設計

智能無線傳輸模塊采用的ZigBee芯片是CC2530[13，14]，其電路主要由晶振電路、電源電路、RF電路等構成，電路結構較為常見。巨磁阻電流傳感器分為如下四部分：

（1）巨磁阻傳感器及磁芯將傳感器感應的磁場轉換為電壓信號；

（2）放大電路將微弱的傳感器輸出電壓信號進行放大；

（3）功率放大電路將放大后的電壓信號進一步放大并提供反饋電流；

（4）反饋電路利用磁平衡原理，被測電流產生的磁場通過反饋電流進行補償，使磁芯始終處于零磁通工作狀態。巨磁阻電流傳感器結構圖如圖2所示。

圖2 巨磁阻電流傳感器結構圖

電流傳感器的工作電壓為±12 V，由穩壓電源提供。VA100F3[15，16]是一款自旋閥材料的巨磁阻芯片，將VA100F3放在開有氣隙的磁環的氣隙里，并用膠水加以固定（巨磁阻傳感器與磁環的相對位置不能改變，否則會影響傳感器輸出電壓的大小）。巨磁阻傳感器的差分輸出信號接到儀表放大器AD620的差分輸入引腳。放大器的增益可以通過1腳和8腳之間的電位器進行控制。儀表放大器的輸出信號接至功率放大器LM3886TF，功率放大器的輸出接反饋線圈，該反饋線圈繞在磁環上，在反饋線圈的末端接一個10 Ω的反饋電阻并接地，通過測量反饋電阻兩端的電壓，計算反饋線圈中的電流，進而推算出穿過磁環的被測電流的大小。電流傳感器電路圖如圖3所示。

2.1 巨磁阻傳感器

設計中選擇VA100F3型巨磁阻傳感器，采用惠斯通電橋結構[17]，具有測量范圍寬、靈敏度高、磁滯小、溫漂低和線性度好等特點。巨磁阻芯片特性曲線如圖4所示，輸出電壓范圍為-60～60 mV，封裝為TO94，該封裝放入磁環氣隙中占位置比較小。VA100F3采用電壓供電，工作電壓為±5V，±5 V的電壓由±12 V的電壓經LM7805和LM7905電源芯片得到。VA100F3的1腳和3腳是控制輸入端，2腳和4腳為電壓輸出端。巨磁阻傳感器可將磁場信號轉換為電壓信號。傳感器輸出電壓為：

VH=KHB （1）

式中，KH為巨磁阻傳感器的靈敏度，單位為mV/mT；B為磁感應強度，單位為mT。從圖4中可以得到KH的取值范圍。

圖4 巨磁阻芯片特性曲線

在本設計中，將巨磁阻傳感器放進開有氣隙的磁環的氣隙里，并將傳感器和磁環固定，以獲得穩定的輸出電壓信號。磁場B的大小根據安培環路定律得：

（2）

其中，l為路徑長度；N為路徑包圍的通電導線的匝數；μ0為真空磁導率；I為通過的電流。

根據安培回路定律，被測導線和磁場的關系為：

（3）

式中，H1表示磁環內的磁場強度；H2表示氣隙的磁場強度；r0為平均半徑，r0=（r+R）/2；I0為被測電流；磁環氣隙寬度為d。由式（3）得：

（4）

由于磁環磁導率μ遠大于真空磁導率μ0，上式可以簡化為：

（5）

設N=1，代入式（1）可得：

（6）

由式（6）可知，輸出電壓與被測導線的電流成正比，而且磁環氣隙越小，巨磁阻傳感器輸出電壓越大，因此在設計時磁環氣隙應以卡住傳感器為宜。

2.2 放大電路

由巨磁阻傳感器將磁環收集到的磁場轉化為弱電壓信號，輸出一般為幾十毫伏，需對其進行放大。文中采用AD620儀表放大器，通過改變電阻來改變放大倍數（1～1000）。AD620的1腳和8腳跨接1個10 kΩ電位器S1和1個75Ω的電阻R1來調整放大倍數。如果需要改變放大倍數，則可以調節S1。AD620的引腳4和7分別接-5 V和+5 V的工作電壓，并各自接有0.01 μF的旁路電容至地，用來過濾交流成分，使輸出更平滑；輸入引腳3和2分別接巨磁阻傳感器的引腳4和2；引腳6輸出放大后的電壓值；引腳5為參考電壓，一般接地，在設計中接了一個可調電壓，可通過調整電位器S2的電壓來改變參考電壓。由于巨磁阻傳感器靈敏度較高，環境中的磁場干擾對其影響比較嚴重，在被測電流為零時，巨磁阻傳感器會有一個輸出，該輸出可通過調節S2來改善。AD620的輸出電壓V0與輸入電壓V1、V2的關系如式（7）所示：

（7）

具體改善零點漂移的方法是：在測試開始之前，如果V0不等于零，則通過調節S2改變VREF的大小使得V0為零。該方式理論上可以完全消除零點漂移，但實際操作時受電位器的精度影響，能明顯改善零點漂移狀況。

2.3 功率放大電路

巨磁阻傳感器的輸出電壓信號經儀表放大器之后的輸出不足以驅動次級線圈的負載，此時需加一個功率放大器進行放大，使反饋電路能夠正常工作。設計中采用的功率放大器為LM3886TF，LM886TF的引腳10和引腳9是信號輸入引腳，引腳10與AD620的輸出信號相連，引腳9接地，9腳和10腳接一個電容，與R9形成低通濾波，消除輸入的殘余高頻，使輸入信號更加光滑，減小功率放大器的不必要功耗，同時還可以消除電路自激；引腳1和引腳5分別接+24 V和-24 V工作電壓。引腳8為mute腳，接低電平表示為靜音狀態。引腳3為功率放大器的輸出引腳，最大輸出電流為400 mA，與反饋電阻相連。

2.4 反饋電路

反饋電路主要由反饋線圈和反饋電阻構成，以平衡被測電流產生的磁場。平衡磁場的原理為：被測電流通過磁環所產生的磁場，由反饋線圈的電流進行補償，使磁環始終處于零磁通工作狀態。當被測電流通過磁環，反饋電流尚未形成時，巨磁阻傳感器感應到磁場產生的電壓信號，經放大級放大后，推動驅動級產生反饋電流，由于反饋線圈的存在，反饋電流不會發生突變，而是逐漸上升，反饋電流產生的磁場補償了部分被測電流產生的磁場。因此，巨磁阻傳感器輸出降低，反饋電流上升減慢。當反饋電流產生的磁場完全補償了被測電流產生的磁場時，磁環磁場為零，巨磁阻傳感器輸出為零。 但由于線圈的緣故，反饋電流還會上升，補償過沖，巨磁阻傳感器輸出發生變化，反饋電流減小，如此反復在平衡點附近振蕩。可以通過測量反饋電阻兩端的電壓，間接計算出被測電流。

3 智能電流傳感器穩態誤差

智能電流傳感器是基于負反饋的一種運用，從負反饋的角度分析，可以更好地改善其性能，電流傳感器的系統反饋框圖如圖5所示。BP是被測電流在磁芯中產生的磁感應強度，BS是次級電流IS在磁芯中產生的磁感應強度，BH是被測電流與反饋電流在磁芯中產生的磁感應強度差，KH是巨磁阻傳感器的靈敏度系數，G（s）是巨磁阻傳感器輸出電壓VH進一步處理的放大電路及功率放大電路的傳遞函數。RM、RS、SLS分別是串聯次級線圈的測量電阻、次級線圈的電阻以及次級線圈電感的阻抗，三者共同構成了功率放大器的負載。BS與IS的比值定義為KS[18]。

該反饋系統的理論誤差為：

（8）

由式（7）可知，該穩態誤差只能減小而不能消除，這也說明了巨磁阻電流傳感器并非真正工作在零磁通狀態，正是由于穩態誤差的存在，使得巨磁阻傳感器能夠不斷感應到磁場使后續部分工作。該誤差產生的原因是磁芯和線圈的消耗。巨磁阻傳感器的靈敏度高，KH大可以有效減小系統的穩態誤差；選用磁導率高，直徑小的磁環或減小負載均能改善傳感器的性能，提高傳感器的精度[19]。

忽略系統的穩態誤差可得到式 （9）， NP為被測電流的匝數，NS為次級線圈的匝數。

（9）

進一步化簡可得式（10），通過測量RM的電壓Vout即可求出被測電流IP。

（10）

4 測試結果分析

在25℃的溫度下，使用穩壓電源以及安捷倫電流源進行測試，用直流穩壓電源為電流傳感器提供12 V的工作電壓；用安捷倫E3631A型直流電源提供0～5 A的被測電流。步長為50 mA，從0 A逐漸增加到5 A。用ZigBee智能無線傳輸模塊測量反饋電阻的電壓并⑵浞⑺透計算機，從計算機上得到測量數據。部分數據如表1所列。

25℃直流數據測試結果如圖6所示。三角表示理論輸出值，方塊表示實際測量值。在零輸入情況的輸出是由外界磁場干擾產生的，外界磁場主要包括地磁場和實驗室各種器件產生的磁場。在實驗中可以通過調節AD620的參考電壓來抵消外界磁場干擾產生的輸出電壓，實際運用時可對巨磁阻電流傳感器進行屏蔽處理，否則會因環境的不同而產生不同的輸出，影響測量結果。25℃校正后的直流數據測試結果如圖7所示，相比圖6傳感器的零點漂移有了明顯改善。從圖7中可以看出兩條線基本處于平行狀態，因此巨磁阻電流傳感器的線性度較好，計算表明線性度優于0.05%。

通過增長率的變化可判斷電流傳感器性能的穩定性。理論增長率取決于反饋線圈匝數和反饋電阻的比值，K=N/R。對1 A的測試電流進行50次測試，根據I=KV得到測試增長率K，圖8所示為實際測量與理論增長率的對比圖，從圖中可以看出測試增長率變化較小，穩定性較好。由于計算過程中忽略了穩態誤差，以此測試的K值比理論的K值大。測試電阻隨溫度的升高而變大，使得測試增長率呈現變小的趨勢。選擇溫度穩定性較好的電阻元件可以進一步提高電流傳感器的性能。

5 結 語

設計表明，基于巨磁阻傳感器的智能電流傳感器測量直流的方案是可行的，該傳感器具有較好的靈敏度和線性度，解決了磁飽和、零點漂移、溫度穩定性差等問題，實現對直流電的非接觸測量和遠程監控功能。測試結果表明，該智能電流傳感器可測量幾十毫安至幾安的直流電流，其靈敏度為103.5 mV/A，線性度優于0.05%。可進一步通過軟件補償的方法提高傳感器的精度。

參考文獻

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篇3

一、 通過閱讀材料能獲得未知信息和進行歸納總結

例1 （2010年鹽城）閱讀短文，回答問題：

巨磁電阻效應

1988年阿爾貝•費爾和彼得•格林貝格爾發現，在鐵、鉻相間的三層復合膜電阻中，微弱的磁場可以導致電阻大小的急劇變化，這種現象被命名為“巨磁電阻效應”.

更多的實驗發現，并非任意兩種不同種金屬相間的三層膜都具有“巨磁電阻效應”．組成三層膜的兩種金屬中，有一種是鐵、鈷、鎳這三種容易被磁化的金屬中的一種，另一種是不易被磁化的其他金屬，才可能產生“巨磁電阻效應”.

進一步研究表明，“巨磁電阻效應”只發生在膜層的厚度為特定值時．用R0表示未加磁場時的電阻，R表示加入磁場后的電阻，科學家測得鐵、鉻組成的復合膜R與R0之比與膜層厚度d（三層膜厚度均相同）的關系如乙圖所示.

1994年IBM公司根據“巨磁電阻效應”原理，研制出“新型讀出磁頭”，將磁場對復合膜阻值的影響轉換成電流的變化來讀取信息.

（1） 以下兩種金屬組成的三層復合膜可能發生“巨磁電阻效應”的是_____.

A． 銅、銀 B． 鐵、銅

C． 銅、鋁 D． 鐵、鎳

（2）對鐵、鉻組成的復合膜，當膜層厚度是1.7nm時，這種復合膜電阻_____（選填“具有”或“不具有”）“巨磁電阻效應”.

（3） “新型讀出磁頭”可將微弱的________信息轉化為電信息.

（4） 鐵、鉻組成的復合膜，發生“巨磁電阻效應”時，其電阻R比未加磁場時的電阻R0

（選填“大”或“小”）得多.

（5） 丙圖是硬盤某區域磁記錄的分布情況，其中1表示有磁區域，0表示無磁區域．將“新型讀出磁頭”組成如圖所示電路，當磁頭從左向右勻速經過該區域過程中，電流表讀數變化情況應是丁圖中的解析本題屬于典型的材料閱讀題，學生閱讀后，對文中的一些現象說明原因，或者提出一些相關的現象讓學生進行思考回答.這類閱讀題不僅要求學生掌握知識，還要求學生能夠根據掌握的知識去解釋一些現象.給出的閱讀材料，讓學生從材料中找出與物理相關的現象，并說出該物理現象的物理原理或道理，重點考察了學生所學物理知識在實際中的應用，讓學生會使用物理知識去解釋一些現象.

二、 通過閱讀材料關注科技熱點

例2 （2010年福州）請仔細閱讀下文，并回答文后問題.

納米陶瓷

納米陶瓷作為高新科技材料應用廣泛.貼于“神舟七號”飛船外表面的“太空”納米陶瓷，具有永久、穩定的防靜電性能，且有耐磨、耐腐蝕、耐高溫、防滲透等特點.采用氧化鋯材料精制而成的納米陶瓷刀，具有金屬刀無元法比擬的優點：刀刃鋒利，能切割鋼鐵等物質.能削出如紙一樣薄的肉片；硬度高，其耐磨性是金屬刀的60倍；完全無磁性；不生銹變色，健康環保；可耐各種酸堿有機物的腐蝕；為全致密材料，無孔隙、不沾污、易清潔.納米陶瓷充分體現新世紀、新材料的綠色環保概念，是高新技術為現代人奉獻的又一杰作.

（1） “神舟七號”飛船與空氣摩擦呈熾熱狀態時，飛船艙不至于被燒毀的原因之一是飛船外表面的陶瓷具有_____的特點.

（2） 納米陶瓷刀_____（選填“能”或“不能”）被磁化.它的耐磨性好，是因為它的 ______高.

（3） 圖是納米陶瓷刀、合金鋼刀、普通菜刀磨損程度隨時間變化的曲線，其中反映納米陶瓷刀磨損特點的是曲線_____（填字母）.

解析高科技熱點在試題中的滲透，是中考物理命題的一個新趨向.學生通過閱讀材料對我國高科技發展的水平有了進一步的認識，喚起學生的愛國主義的熱情，激發學生的社會責任感.對學生初步認識科學及其相關科學技術對于社會發展、自然環境及人類生活的影響，具有十分重要的意義.

解答材料閱讀題的過程由四步組成：一處理材料中反映的信息，包括丟棄與問題無關的干擾材料，找到有用的材料信息，并使之跟物理知識發生聯系；二純化材料信息，是把題目中的日常生活、生產或現代科技背景抽去，純化為物理過程；三為確定解題方法或建立解題模型；四列式求解.其中一、二兩步是解答材料閱讀題成敗的關鍵.要解答好材料閱讀題，就要求我們平時關注科學，增加課外閱讀量；聯系實際，拓寬視野，直面現實生活中的物理問題，學以致用；活化物理基本知識，注重基本素質和能力的培養.

參考答案

例1（1）B（2）具有（3）磁（4）小（5）B

篇4

一、分析電路的動態變化問題

例1（2007?煙臺）如圖1所示的電路中（電源電壓不變），閉合開關S后，當滑動變阻器的滑片自左向右移動時，下列判斷中正確的是（）

A． 電流表的示數不變，電壓表的示數不變

B． 電流表的示數變大，電壓表的示數變小

C． 電流表的示數變大，電壓表的示數變大

D． 電流表的示數變小，電壓表的示數不變

解析：閉合電鍵S后，兩電阻并聯，電壓表讀數保持不變。當滑動變阻器的滑片自左向右移動時，變阻器的有效電阻變大，根據歐姆定律可判斷，電流表測量的R2電流變小。所以D項正確。

例2（2008?煙臺）如圖2所示，電源電壓不變，閉合開關S后，滑動變阻器滑片自a向b移動的過程中（）

解析：閉合開關S后，兩電阻串聯，V1測量R1的電壓，V2測量R2的電壓。滑動變阻器滑片自a向b移動的過程中，總電阻變大，電流強度變小，V1的讀數變小，根據V2的讀數等于總電壓減去V1的讀數判斷V2字數變大。所以D項正確。

點評：電路的動態變化問題可謂牽一發而動全身，判斷時先分析電路的組成和連接方式，然后根據電阻的變化判斷電流的變化和電壓的變化，在整個過程中要盯牢不變量。以上兩例中的電源總電壓保持不變，判斷時要以不變應萬變。

二、測定小燈泡的功率實驗

例1（2007?重慶）某同學做“測定一個小燈泡的功率”的實驗，所用燈泡的額定電壓是2.2 V。

（1）如圖3是他實驗的電路，但連接不完整，請你幫他完成電路的連接。

（2）電路連接完整后，當向右移動變阻器的滑片P時，電壓表的示數將_________，電流表的示數將_________。（填變化情況）。

（3）實際實驗的有關記錄與計算如下表：

該同學注意到燈的亮度變化是：第二次比第一次暗，第三次比第一次更亮。你認為，根據他觀察的現象和實驗數據分析，可得出一些什么結論呢？請說出兩點（這兩點的意思應不同）：

①__________________________________________；

②__________________________________________。

（4）他還注意到，這個實驗記錄也可以用來計算燈絲的電阻，并完成了有關計算如下表格：

這位同學有些納悶兒：導體的電阻不是與電壓、電流無關嗎？怎么三次計算的燈絲電阻卻不一樣呢？請你對此做出兩種可能性的解釋：

①__________________________________________；

②__________________________________________。

解析：（1）如圖4所示。

（2）向右移動變阻器的滑片P時，總電阻變小，所以電流變大，燈泡兩端的電壓也變大。

（3）①燈泡兩端電壓越大，功率越大；②功率越大，燈越亮。

（4）①可能實驗有誤差；②可能電阻與溫度有關。

例2（2008?揚州）在測量“小燈泡的功率”中，所用小燈泡的額定電壓是3.8 V。

（1）圖5是小崗同學沒有連接完的實物電路，請你用筆畫線代替導線幫他將電路連接完整。

（2）閉合開關，小崗發現燈泡發光很亮，其操作存在的問題是__________________。

（3）糾正上述操作后，小崗測出三組數據，記錄在下表中，第二次中的功率數據忘記處理了，請你幫他把數值填入表中的空格內。

（4）該實驗測出三組數據的目的是______________。

（5）小崗根據測出的三組數據求出各次電阻，發現燈泡在不同電壓下的電阻值不同，這是因為燈泡的電阻值與________________的變化有關。

解析：（1）見圖6。（2）滑動變阻器的阻值沒有調到最大。（3）根據P=UI算出功率為1.14 W。（4）此類小燈泡在不同電壓時的功率（或小燈泡在不同亮度時的功率）。（5）溫度。

點評：伏安法測量電阻（功率）所需器材、電路的連接、故障判斷、電表讀數等都是電學實驗中必須掌握的基本技能，涵蓋電學中的很多重要知識，所以成為電學實驗的考查熱點。此類問題的連接電路（電鍵斷開、滑動變阻器滑片放到阻值最大）、故障分析、電表讀數等試題都是萬變不離其宗。

三、圍繞磁感線問題

例1（2007?濰坊）圖7中小磁針的指向正確的是（）

解析：根據安培定則判斷，ABCD四圖螺旋管的左側都為N。因為螺旋管的磁感線與條形磁鐵相似，其周圍的磁感線都是從N極出來，回到S極，而小磁針的N極受力方向與磁感線切線方向一致，所以ABC選項正確。

例2（2008?溫州）圖8中能正確表示條形磁鐵磁場的磁感線的是（）

解析：磁鐵周圍的磁感線都是從N極出來，回到S極，磁感線不相交，所以C項正確。

點評：不管是磁鐵還是通電螺旋管，由于他們的磁感線具有相似的特性，所以據此可以做些文章，如上題的利用小磁針進行判斷。

四、圍繞電磁應用問題

例1（2007?金華）如圖9所示實驗裝置中，彈簧測力計下面掛著條形鐵塊，螺線管中插有鐵芯，開關S撥在觸點②位置且電流表示數為I。要使彈簧測力計的示數變大，下列操作方法能夠實現的是（）

A． 開關S位置不動，將鐵芯從螺線管中取出

B． 開關S位置不動，將滑片P向a端滑動

C． 將開關S撥到①位置，并通過調節仍使電流表示數為I

D． 將開關S撥到③位置，并通過調節仍使電流表示數為I

解析：題中的“要使彈簧測力計的示數變大”就是電磁鐵的磁性變強，使通過電磁鐵的電流變大或電流相同的情況下匝數變多即可達到這個目的。所以C選項正確。

例2（2008?連云港）法國科學家阿爾貝?費爾和德國科學家彼得?格林貝格爾由于發現了巨磁電阻（GMR）效應，榮獲了2007年諾貝爾物理學獎。如圖10是研究巨磁電阻特性的原理示意圖。實驗發現，當閉合S1、S2后使滑片P向左滑動過程中，指示燈明顯變亮，則下列說法正確的是（）

A． 電磁鐵右端為N極

B． 滑片P向左滑動過程中電磁鐵的磁性減弱

C． 巨磁電阻的阻值隨磁場的增強而明顯增大

D． 巨磁電阻的阻值隨磁場的增強而明顯減小

解析：當閉合S1、S2后使滑片P向左滑動過程中，通過電磁鐵的電流增大，所以電磁鐵的磁性增強，根據安培定則判斷電磁鐵的左端為N極。指示燈變亮，說明巨磁電阻（GMR）的阻值變小，因此D項是正確的。

點評：以上兩題都是圍繞電磁鐵這個應用性較強的器材結合其他的知識進行考查的。例1涉及到磁化、鐵塊的平衡等問題，較好地考查了學生的綜合分析能力。例2涉及到新的科技問題，較好地考查了學生的閱讀、推理、分析等能力。雖然側重點不同，對電磁鐵的磁性問題的考查目的卻是一致的。

1． （2008?蕪湖）科學研究經常需要猜想與假設。合理的猜想與假設不是主觀臆測，它總伴隨著理性的分析和科學的思考，并有待進一步的實驗檢驗。19世紀20年代，以塞貝克為代表的科學家已經認識到：溫度差會引起電流。安培考慮到地球自轉造成了太陽照射后地球正面與背面的溫度差，于是提出如下假設：地球磁場是由繞地球的環形電流引起的。若規定地磁場N極與S極在地球表面的連線稱為“磁子午線”（如圖11所示），則安培假設中的電流方向應該是（）

A． 由西向東垂直磁子午線

B． 由東向西垂直磁子午線

C． 由南向北沿磁子午線

篇5

[關鍵詞]丹參；紅花；藥對；數據挖掘；組方規律；中醫方劑大辭典；中醫傳承輔助平臺

[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

丹參、紅花是著名的活血藥對，經常同時出現在活血化瘀方中，丹參為唇形科植物Salvia miltrorrhiza Bge.的干燥根及根莖，始載于《神農本草經》，列為上品，味苦性微寒，具有活血通經、清心除煩、消腫等功效；紅花為菊科植物Carthamus tinctorius L.的干燥管狀花，始載于《開寶本草》，味辛微苦性溫，具有活血通經、祛瘀止痛作用，為活血化瘀要藥。兩者均歸心肝二經，丹參性寒主降，行而不傷，有利于營血新生；紅花性溫主升，補而兼行、補而兼通，二者一寒一溫、一升一降，相輔相成，共奏活血通絡、祛瘀止痛之功[1]。為了進一步了解丹參、紅花藥對組合的臨床應用，本文對匯集上自秦漢、下迄現代（1986年）所有有方名醫方的《中醫方劑大辭典》[2]中含有丹參、紅花方劑進行了整理、挖掘，并對其主治病證、常用配伍組合等進行分析，以期為其臨床應用及深入開發提供參考與借鑒。

1資料與方法

1.1數據來源

數據來源于中國中醫科學院中藥研究所中藥新藥設計課題組構建的《中醫方劑大辭典》數據庫。其數據庫中出現的藥物名稱嚴格按照2010年版《中國藥典》標準正名，其中暫未收錄的藥物，均使用統一名稱。

1.2數據分析

通過“中醫傳承輔助平臺”系統軟件（由中國中醫科學院中藥研究所與中國科學院自動化研究所聯合開發）[3]中“統計報表”“數據分析”模塊中的“方劑分析”功能，進行主治疾病統計、組方配伍及用藥特點的分析。在“指定中藥”項中輸入“丹參”，提取出包含丹參的全部方劑，再次在“指定中藥”項中輸入“紅花”，點擊“結果中查詢”提取出包含丹參、紅花的全部方劑。將含丹參、紅花方劑中主治疾病統計的頻次從大到小排序，進行疾病分布情況分析。設置“支持度”（表示在所有方劑中藥物同時出現的頻次占總處方數的百分比），調整“置信度”（表示A藥出現時，B藥出現的概率），根據藥物在處方中的使用頻次及該藥與其他藥物相互配伍的關聯度，獲得核心方藥物組成。

2結果

2.1中醫疾病情況分析

《中醫方劑大辭典》收載含丹參方劑834首，治療疾病共425種，其中頻次>5的有21種；含紅花方劑1 385首，治療疾病共751種，其中頻次≥10的有21種，具體見表1，2。以丹參、紅花藥對出現的方劑共39首，治療疾病涉及45種，主要以婦科病、瘀血疼痛證、中風等為治療病證。

2.2含丹參、紅花方劑組方規律及用藥特點分析

2.2.1用藥模式分析39首方劑涉及280味中藥，常用的藥物（頻次≥10）為丹參（39）、紅花（39）、當歸（32）、川芎（22）、香附（20）、白芍（19）、桃仁（15）、生地黃（15）、熟地黃（14）、甘草（14）、牛膝（12）、白術（12）、陳皮（11）、赤芍（10）、黃芪（10）、牡丹皮（10）。其中3味、4味、5味藥物的常用藥對頻次見表3。

2.2.2藥物組成關聯規則分析應用關聯規則分析，對39首方劑的藥物配伍關系進行挖掘，按置信度由高到低排列，關聯分析結果見表4。其中，常用藥物組合中置信度為100%的關聯藥物為丹參-香附-紅花，丹參-白芍-紅花，丹參-當歸-香附-紅花，丹參-當歸-白芍-紅花，紅花-丹參-白芍-當歸，丹參-白芍-紅花-當歸。

2.2.3藥物組成網絡分析將支持度不斷提高，制作不同支持度條件下的藥物組合網絡圖，見圖1。從左至右橫向來看，當支持度為28.20%時，顯示出的藥物數量較多，可以較全面的顯示出藥物組合的臨床使用情況；當支持度為38.46%時，藥物數量有所減少，只顯示置信度和支持度更高的藥物組合；當支持度上升至48.72%時，使用頻率最高的核心組合明顯的展示出來。可以看出，丹參、紅花均常與活血、行氣之品當歸、香附、川芎、白芍等聯用。

3討論

藥對是相對固定的2味藥的配伍組合，是中藥配伍應用中的基本形式。遵循四氣五味、升降浮沉、歸經、有毒無毒等中藥藥性理論和相輔相成或相反相成的組合原理，具有組成結構簡單、配伍取效明確的特點。藥對既是單味藥的深入發展，又為方劑的起始開端，是聯接中藥與方劑的橋梁。以藥對為基本單元，對確有療效的方劑進行拆方研究，有助于方劑作用機制的闡明。在臨床上，通過對藥對配伍規律的研究，可為組建新方提供依據[4]。應用現代科學技術以及數據分析平臺從不同角度層次進行藥對組成結構、配伍效應、臨床診治等方面的關聯研究，有利于進一步了解中藥配伍規律，指導臨床合理用藥，創新藥物研究與發展。

本文基于“中醫傳承輔助平臺”，應用數據挖掘方法[5]對《中醫方劑大辭典》含丹參、紅花藥對處方的用藥規律進行了挖掘研究。研究結果顯示，含丹參、紅花藥對的處方臨床主要應用于中風、血瘀痛證、月經不調、咳嗽、瘰疬等。處方中丹參、紅花常與活血、行氣之品聯用，如配伍當歸、川芎以補血而不滯血、行血而不傷血；配伍生地、白芍以防熱盛傷陰、苦寒傷陰。無論是3味還是4味藥物組合，絕大部分藥物歸心、肝經。關聯規則分析結果顯示，常用藥物組合中置信度為100%的關聯藥物共計6組，分別為丹參-香附-紅花，丹參-白芍-紅花，丹參-當歸-香附-紅花，丹參-當歸-白芍-紅花，紅花-丹參-白芍-當歸，丹參-白芍-紅花-當歸，此6組全部為活血祛瘀的要藥，其中當歸和川芎出現次數最多，占總頻數的82.05%，56.41%。本研究又通過改變支持度的設置（28.20%，38.46%，48.72%），展示并比較分析了不同支持度條件下的藥物組合特點，以期較好地把握“丹紅”復方的共性，又清晰地展現單味藥的個性。

藥對的研究以及藥對在方劑中的地位和關聯關系探討，有利于客觀認識和深化理解方劑的配伍規律。本研究通過“中醫傳承輔助平臺”系統以單味藥-藥對-核心配伍-類方體系的研究模式，由簡單到復雜、由淺入深、逐層遞進對丹參、紅花藥對在方劑配伍中的地位和作用進行研究，以期為“丹紅”配伍規律研究提供方法，為其臨床應用和新藥研發提供支持[6]。

[參考文獻]

[1]秦勝利，秦政，沈丹. 丹紅注射液治療冠心病45例[J]. 世界中醫藥，2012，7（2）：121.

[2]彭懷仁.中醫方劑大辭典[M].北京：人民衛生出版社，1993.

[3]崔一然，唐仕歡，劉欣，等.基于數據挖掘的心悸伴失眠方證對應中成藥用藥規律分析[J].中華中醫藥雜志，2015，30（5）：1792.

[4]劉萍，王平，劉松林，等.基于藥對探討中藥復方配伍規律的思考[J].中華中醫藥學刊， 2010，28（9）：1833.

篇6

【關鍵詞】納米材料；納米技術；應用

有人曾經預測在21世紀納米技術將成為超過技術和基因技術的“決定性技術”，由此納米材料將成為最有前途的材料。世界各國相繼投入巨資進行，美國從2000年啟動了國家納米計劃，國際納米結構材料會議自1992年以來每兩年召開一次，與納米技術有關的國際期刊也很多。

一、納米材料的特殊性質

納米材料高度的彌散性和大量的界面為原子提供了短程擴散途徑，導致了高擴散率，它對蠕變，超塑性有顯著，并使有限固溶體的固溶性增強、燒結溫度降低、化學活性增大、耐腐蝕性增強。因此納米材料所表現的力、熱、聲、光、電磁等性質，往往不同于該物質在粗晶狀態時表現出的性質。與傳統晶體材料相比，納米材料具有高強度——硬度、高擴散性、高塑性——韌性、低密度、低彈性模量、高電阻、高比熱、高熱膨脹系數、低熱導率、強軟磁性能。這些特殊性能使納米材料可廣泛地用于高力學性能環境、光熱吸收、非線性光學、磁記錄、特殊導體、分子篩、超微復合材料、催化劑、熱交換材料、敏感元件、燒結助劑、劑等領域。

（一）力學性質

高韌、高硬、高強是結構材料開發應用的經典主題。具有納米結構的材料強度與粒徑成反比。納米材料的位錯密度很低，位錯滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其臨界位錯圈的直徑比納米晶粒粒徑還要大，增殖后位錯塞積的平均間距一般比晶粒大，所以納迷材料中位錯滑移和增殖不會發生，這就是納米晶強化效應。金屬陶瓷作為刀具材料已有50多年，由于金屬陶瓷的混合燒結和晶粒粗大的原因其力學強度一直難以有大的提高。應用納米技術制成超細或納米晶粒材料時，其韌性、強度、硬度大幅提高，使其在難以加工材料刀具等領域占據了主導地位。使用納米技術制成的陶瓷、纖維廣泛地應用于航空、航天、航海、石油鉆探等惡劣環境下使用。

（二）磁學性質

當代機硬盤系統的磁記錄密度超過1.55Gb/cm2，在這情況下，感應法讀出磁頭和普通坡莫合金磁電阻磁頭的磁致電阻效應為3%，已不能滿足需要，而納米多層膜系統的巨磁電阻效應高達50%，可以用于信息存儲的磁電阻讀出磁頭，具有相當高的靈敏度和低噪音。巨磁電阻效應的讀出磁頭可將磁盤的記錄密度提高到1.71Gb/cm2。同時納米巨磁電阻材料的磁電阻與外磁場間存在近似線性的關系，所以也可以用作新型的磁傳感材料。高分子復合納米材料對可見光具有良好的透射率，對可見光的吸收系數比傳統粗晶材料低得多，而且對紅外波段的吸收系數至少比傳統粗晶材料低3個數量級，磁性比FeBO3和FeF3透明體至少高1個數量級，從而在光磁系統、光磁材料中有著廣泛的應用。

（三）電學性質

由于晶界面上原子體積分數增大，納米材料的電阻高于同類粗晶材料，甚至發生尺寸誘導金屬——絕緣體轉變（SIMIT）。利用納米粒子的隧道量子效應和庫侖堵塞效應制成的納米器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特點，有可能在不久的將來全面取代目前的常規半導體器件。2001年用碳納米管制成的納米晶體管，表現出很好的晶體三極管放大特性。并根據低溫下碳納米管的三極管放大特性，成功研制出了室溫下的單電子晶體管。隨著單電子晶體管研究的深入進展，已經成功研制出由碳納米管組成的邏輯電路。

（四）熱學性質

納米材料的比熱和熱膨脹系數都大于同類粗晶材料和非晶體材料的值，這是由于界面原子排列較為混亂、原子密度低、界面原子耦合作用變弱的結果。因此在儲熱材料、納米復合材料的機械耦合性能應用方面有其廣泛的應用前景。例如Cr-Cr2O3顆粒膜對太陽光有強烈的吸收作用，從而有效地將太陽光能轉換為熱能。

（五）光學性質

納米粒子的粒徑遠小于光波波長。與入射光有交互作用，光透性可以通過控制粒徑和氣孔率而加以精確控制，在光感應和光過濾中廣泛。由于量子尺寸效應，納米半導體微粒的吸收光譜一般存在藍移現象，其光吸收率很大，所以可應用于紅外線感測器材料。

（六）生物醫藥材料應用

納米粒子比紅血細胞（6～9nm）小得多，可以在血液中自由運動，如果利用納米粒子研制成機器人，注入人體血管內，就可以對人體進行全身健康檢查和，疏通腦血管中的血栓，清除心臟動脈脂肪沉積物等，還可吞噬病毒，殺死癌細胞。在醫藥方面，可在納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藥品納米材料粒子將使藥物在人體內的輸運更加方便。

二、納米技術現狀

在歐美日上已有多家廠商相繼將納米粉末和納米元件產業化，我國也在國際環境下創立了一（下轉第37頁）（上接第26頁）些影響不大的納米材料開發公司。美國2001年通過了“國家納米技術啟動計劃（NationalTechnologyInitiative）”，年度撥款已達到5億美圓以上。美國戰略的重點已由過去的國家通信基礎構想轉向國家納米技術計劃。布什總統上臺后，制定了新的納米技術的戰略規劃目標：到2010年在全國培養80萬名納米技術人才，納米技術創造的GDP要達到萬億美圓以上，并由此提供200萬個就業崗位。2003年，在美國政府支持下，英特爾、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條納米芯生產線。許多大學也相繼建立了一系列納米技術研究中心。在商業上，納米技術已經被用于陶瓷、金屬、聚合物的納米粒子、納米結構合金、著色劑與化妝品、元件等的制備。

目前美國在納米合成、納米裝置精密加工、納米生物技術、納米基礎等多方面處于世界領先地位。歐洲在涂層和新儀器應用方面處于世界領先地位。早在“尤里卡計劃”中就將納米技術研究納入其中，現在又將納米技術列入歐盟2002——2006科研框架計劃。日本在納米設備和強化納米結構領域處于世界先進地位。日本政府把納米技術列入國家科技發展戰略4大重點領域，加大預算投入，制定了宏偉而嚴密的“納米技術發展計劃”。日本的各個大學、研究機構和界也紛紛以各種方式投入到納米技術開發大潮中來。

在上世紀80年代，將納米材料列入國家“863計劃”、和國家基金項目，投資上億元用于有關納米材料和技術的研究項目。但我國的納米技術水平與歐美等國的差距很大。目前我國有50多個大學20多家研究機構和300多所企業從事納米研究，已經建立了10多條納米技術生產線，以納米技術注冊的公司100多個，主要生產超細納米粉末、生物化學納米粉末等初級產品。

三、前景展望

經過幾十年對納米技術的研究探索，現在科學家已經能夠在實驗室操縱單個原子，納米技術有了飛躍式的發展。納米技術的應用研究正在半導體芯片、癌癥診斷、光學新材料和生物分子追蹤4大領域高速發展。可以預測：不久的將來納米金屬氧化物半導體場效應管、平面顯示用發光納米粒子與納米復合物、納米光子晶體將應運而生；用于集成電路的單電子晶體管、記憶及邏輯元件、分子化學組裝機將投入應用；分子、原子簇的控制和自組裝、量子邏輯器件、分子電子器件、納米機器人、集成生物化學傳感器等將被研究制造出來。

納米技術目前從整體上看雖然仍然處于實驗研究和小規模生產階段，但從的角度看：上世紀70年代重視微米科技的國家如今都已成為發達國家。當今重視發展納米技術的國家很可能在21世紀成為先進國家。納米技術對我們既是嚴峻的挑戰，又是難得的機遇。必須加倍重視納米技術和納米基礎理論的研究，為我國在21世紀實現騰飛奠定堅實的基礎。整個人類將因納米技術的發展和商業化而產生根本性的變革。

篇7

邢定鈺，江蘇高淳人，1945年2月生，中國科學院院士。現任南京大學物理學院教授和學術委員會主任，南京微結構國家實驗室（籌）主任，中國物理學會“凝聚態理論與統計物理”專業委員會主任，以及“量子調控”國家重大科學研究計劃的 “固態電子系統的量子效應、量子結構設計和量子計算”項目的首席科學家。同時兼任“物理學報”和“Chinese Physics B”的副主編，以及三個國際學術期刊的編委。長期從事凝聚態理論研究，在量子輸運和自旋輸運理論、磁性納米結構和巨磁電阻、半導體的熱電子輸運、以及超導和磁性理論等方面做出系列的創新成果。作為第一獲獎人曾獲得一項國家自然科學二等獎和二項省部級科技進步一等獎。近年來在國際核心學術期刊上300多篇，包括在美國的《物理評論》和《物理評論快報》上120多篇。指導博士研究生多人，已有26人獲得博士學位。2010年被授予“全國先進工作者”稱號。

目前，微結構科學已成為物理學、化學、材料和電子學等學科交叉研究的國際主流方向，這一領域的科研競爭可看作微結構物理的“奧運會”，近20年來，微結構物理的研究一直是國際前沿領域。

南京微結構國家實驗室（籌）是以南京大學固體微結構物理國家重點實驗室和配位化學國家重點實驗室為主體，以微結構科學和量子調控、分子工程學等為研究核心，并且吸納和融合了南京大學凝聚態物理、理論物理、無機化學、物理化學、高分子物理與化學、微電子和固體電子學、無線電物理等7個國家重點學科的精華科研隊伍。這是以多學科交叉為科研優勢組建而成的微結構物質科學的研究平臺。作為科技部“量子調控”國家重大科學研究計劃的一個項目首席科學家，南京微結構國家實驗室主任邢定鈺院士肩負著重要的職責。邢院士的研究方向是凝聚態物理，由于在自旋輸運和巨磁電阻理論方面所做出的突出貢獻，曾獲過一項國家自然科學二等獎，自旋輸運和巨磁電阻理論是當今物理研究的熱門和重點，邢定鈺院士的研究成果在該領域已經處于國際前沿行列。

近年來，國家在物理學科領域中提高的水平較明顯，在國際前沿的課題發言權也越來越強。邢定鈺院士給我們舉了這樣的例子：在鐵基超導體方面，盡管最早是日本報道的，但后來的主要進展研究成果都是中國人做的，特別是中科院物理所和中國科大的幾個研究組做出了突出貢獻。同時，在科技部推動的量子調控重大研究項目方面也取得了重大進展，這些都是值得肯定的。邢院士說：“我國目前不管是在科研的前沿領域的話語權，還是在論文的數目和質量方面都有很大的提高。”但在取得重大科研成果的同時，還存在一些不足。邢院士指出，我國科研人員要想獲得更大的成果，需要在原始創新方面加倍努力。

所謂原始創新，就是指重大科學發現、技術發明、原理性主導技術等原始性創新活動。邢院士強調，近一二十年來的科研經費不斷增加、科研環境越來越好，能在國際的一些頂尖期刊上發文章，文章的數目也越來越多，但是重大的原始創新還不夠。“十二五”期間，他期待中國人能夠提出一些創新性的觀點來引導研究的國際潮流，在重視國外人才引進工作的同時，也要注重對國內人才的培養。邢院士非常重視對青年人才的培養，他指導博士研究生數十人，已有26人獲得博士學位。他曾被評為江蘇省優秀研究生導師，江蘇省優秀科技工作者和全國先進工作者。近年來，他和研究團隊取得了一些創新型成果，一批青年學術研究人員也正在成長起來。

邢院士提倡寬松自由的學術氛圍，認為這樣更有可能研究出創新成果。他認為，科學有它自身的規律性，是經過若干年積累才能一步一步地往上走，只要整體地科研水平上去了，我們將來攀登國際科研的最高峰是早晚的事情。同時我們也應該給有才華的年輕人一些時間，讓他們做出大成果，現在的狀況是小成果不斷，這種小成果不斷的硬性指標使科研人員很難做出重大的科研創新。

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（一）力學性質

高韌、高硬、高強是結構材料開發應用的經典主題。具有納米結構的材料強度與粒徑成反比。納米材料的位錯密度很低，位錯滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其臨界位錯圈的直徑比納米晶粒粒徑還要大，增殖后位錯塞積的平均間距一般比晶粒大，所以納迷材料中位錯滑移和增殖不會發生，這就是納米晶強化效應。

（二）磁學性質

當代計算機硬盤系統的磁記錄密度超過1.55Gb/cm2，在這情況下，感應法讀出磁頭和普通坡莫合金磁電阻磁頭的磁致電阻效應為3%，已不能滿足需要，而納米多層膜系統的巨磁電阻效應高達50%，可以用于信息存儲的磁電阻讀出磁頭，具有相當高的靈敏度和低噪音。

（三）電學性質

由于晶界面上原子體積分數增大，納米材料的電阻高于同類粗晶材料，甚至發生尺寸誘導金屬——絕緣體轉變（SIMIT）。利用納米粒子的隧道量子效應和庫侖堵塞效應制成的納米電子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特點，有可能在不久的將來全面取代目前的常規半導體器件。

（四）熱學性質

納米材料的比熱和熱膨脹系數都大于同類粗晶材料和非晶體材料的值，這是由于界面原子排列較為混亂、原子密度低、界面原子耦合作用變弱的結果。因此在儲熱材料、納米復合材料的機械耦合性能應用方面有其廣泛的應用前景。

二、納米材料在化工行業中的應用

（一）在催化方面的應用

催化劑在許多化學化工領域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應時間、提高反應效率和反應速度。大多數傳統的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經驗進行，不僅造成生產原料的巨大浪費，使經濟效益難以提高，而且對環境也造成污染。納米粒子表面活性中心多，為它作催化劑提供了必要條件。納米粒于作催化劑，可大大提高反應效率，控制反應速度，甚至使原來不能進行的反應也能進行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應速度提高10～15倍。

納米微粒作為催化劑應用較多的是半導體光催化劑，特別是在有機物制備方面。分散在溶液中的每一個半導體顆粒，可近似地看成是一個短路的微型電池，用能量大于半導體能隙的光照射半導體分散系時，半導體納米粒子吸收光產生電子——空穴對。在電場作用下，電子與空穴分離，分別遷移到粒子表面的不同位置，與溶液中相似的組分進行氧化和還原反應。

（二）在涂料方面的應用

納米材料由于其表面和結構的特殊性，具有一般材料難以獲得的優異性能，顯示出強大的生命力。表面涂層技術也是當今世界關注的熱點。納米材料為表面涂層提供了良好的機遇，使得材料的功能化具有極大的可能。借助于傳統的涂層技術，添加納米材料，可獲得納米復合體系涂層，實現功能的飛躍，使得傳統涂層功能改性。涂層按其用途可分為結構涂層和功能涂層。結構涂層是指涂層提高基體的某些性質和改性；功能涂層是賦予基體所不具備的性能，從而獲得傳統涂層沒有的功能。結構涂層有超硬、耐磨涂層，抗氧化、耐熱、阻燃涂層，耐腐蝕、裝飾涂層等；功能涂層有消光、光反射、光選擇吸收的光學涂層，導電、絕緣、半導體特性的電學涂層，氧敏、濕敏、氣敏的敏感特性涂層等。在涂料中加入納米材料，可進一步提高其防護能力，實現防紫外線照射、耐大氣侵害和抗降解、變色等，在衛生用品上應用可起到殺菌保潔作用。在標牌上使用納米材料涂層，可利用其光學特性，達到儲存太陽能、節約能源的目的。在建材產品如玻璃、涂料中加入適宜的納米材料，可以達到減少光的透射和熱傳遞效果，產生隔熱、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好靜電屏蔽的納米涂料，所應用的納米微粒有氧化鐵、二氧化鈦和氧化鋅等。這些具有半導體特性的納米氧化物粒子，在室溫下具有比常規的氧化物高的導電特性，因而能起到靜電屏蔽作用，而且氧化物納米微粒的顏色不同，這樣還可以通過復合控制靜電屏蔽涂料的顏色，克服炭黑靜電屏蔽涂料只有單一顏色的單調性。納米材料的顏色不僅隨粒徑而變，還具有隨角變色效應。在汽車的裝飾噴涂業中，將納米TiO2添加在汽車、轎車的金屬閃光面漆中，能使涂層產生豐富而神秘的色彩效果，從而使傳統汽車面漆舊貌換新顏。納米SiO2是一種抗紫外線輻射材料。在涂料中加入納米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光潔度及強度成倍地增加。納米涂層具有良好的應用前景，將為涂層技術帶來一場新的技術革命，也將推動復合材料的研究開發與應用。

（三）在精細化工方面的應用

精細化工是一個巨大的工業領域，產品數量繁多，用途廣泛，并且影響到人類生活的方方面面。納米材料的優越性無疑也會給精細化工帶來福音，并顯示它的獨特畦力。在橡膠、塑料、涂料等精細化工領域，納米材料都能發揮重要作用。如在橡膠中加入納米SiO2，可以提高橡膠的抗紫外輻射和紅外反射能力。納米Al2O3，和SiO2，加入到普通橡膠中，可以提高橡膠的耐磨性和介電特性，而且彈性也明顯優于用白炭黑作填料的橡膠。塑料中添加一定的納米材料，可以提高塑料的強度和韌性，而且致密性和防水性也相應提高。

納米科學是一門將基礎科學和應用科學集于一體的新興科學，主要包括納米電子學、納米材料學和納米生物學等。21世紀將是納米技術的時代，為此，國家科委、中科院將納米技術定位為“21世紀最重要、最前沿的科學”。納米材料的應用涉及到各個領域，在機械、電子、光學、磁學、化學和生物學領域有著廣泛的應用前景。納米科學技術的誕生，將對人類社會產生深遠的影響，并有可能從根本上解決人類面臨的許多問題，特別是能源、人類健康和環境保護等重大問題。

參考文獻:

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[2]嚴東生，馮端，材料新星?納米材料科學,湖南科學技術出版社，1998年.

[3]H.Gleiter(德)著，崔平，方永，葛庭燧譯，納米材料，原子能出版社，1994年.

[4]DyerPE,FarleyRJ,GiedlR,etal..Excimerlaserablationofpolymersandglassesforgratingfabrication.AppliedSurfaceScience,1996.

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矢志追求物理夢想

1967年，年僅22歲的邢定鈺從南大物理系本科畢業，畢業后，先是奔赴泰州紅旗農場，開始為期一年半的勞動鍛煉，隨后，他又到徐州半導體廠工作，一干就是8年多，其扎實的理論功底和出色的動手能力，使他很快成為廠里的技術骨干，并受到重用，然而，工作之余，邢定鈺總覺得缺了點什么，在廠里的工作，較多的只是日復一日地重復別人的東西，較少有創造性。

更重要的是，邢定鈺的心里一直有一個夢想，那就是能夠從事他所熱愛的科學研究，1978年研究生招生恢復以后，邢定鈺毅然考回南大，回到闊別11年的母校，碩士階段，他師從龔昌德教授，開始系統的理論物理學習和研究，碩士畢業后，邢定鈺留校任教，因其突出的科研和教學能力，1985年他被破格晉升為副教授，1986年，邢定鈺應美國休斯敦大學丁秦生教授邀請遠赴美國，成為休斯敦大學物理系和德州超導研究中心的訪問學者，當時，德州超導研究中心正位于國際超導研究的前沿。

做訪問學者期間，邢定鈺實現了科研路上的新飛躍，短短兩年間，他在美國《物理評論》上發表了多篇半導體熱電子輸運理論和高溫超導相關理論方面的論文，受到了國際同行的廣泛重視，其中，關于解釋高溫超導體正常態輸運性質的一個理論還受到諾貝爾獎獲得者、英國劍橋大學莫特(MOTT)教授的重視，莫特教授還親筆寫信給邢定鈺，表示對該理論很感興趣，并專門寄來了自己的論文與其進行討論。

訪問學者期滿后，邢定鈺毫不猶豫地選擇了重返南大，邢定鈺了解自己：盡管和美國相比，國內科研和生活條件還比較艱苦，但對他來說，能夠在母校繼續自己的科研事業。能夠為中國物理學發展作出一點貢獻，才是真正實現自身價值的最好方式，他要在母校――南京大學繼續自己作為一個物理人的夢想。

勤奮收獲累累碩果

在科研的道路上，勤奮很重要，邢定鈺經常告訴學生：“聰明的頭腦是需要的，但是，能考進南大物理系，這證明你的天分夠了，后面就需要你的勤奮和堅持不懈的努力，只有從開始就比別人更努力。將來才有可能更勝一籌。”

1997年，邢定鈺的研究成果“半導體熱電子輸運的非平衡統計理論”獲江蘇省科技進步一等獎，繼而，他與合作者對磁性金屬納米結構和氧化物的巨磁電阻效應和理論做了系統和深入的研究，智慧與辛勤的汗水匯成另一個碩果――自旋輸運和巨磁電阻理論，該項成果獲得2002年國家自然科學二等獎和2001年教育部中國高校自然科學一等獎，該理論是凝聚態物理學的一個國際前沿研究課題，在基礎研究和應用前景方面都有重大意義，現有電腦讀寫的磁頭都是使用了這一效應，2007年的諾貝爾物理學獎獲得者就是憑借在此問題上的重大發現而贏得大獎的。

在醉心科研的同時，邢定鈺也非常重視教學工作，三尺講臺，是他與學生互動交流的最好的平臺，他在教學中深入淺出，著重物理圖像的描述和基本理論的演繹，深得學生愛戴，并在2006年被南京大學浦口校區的本科生評為“我最喜愛的老師”。

敬業奉獻無怨無悔

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關鍵詞：變壓器運行故障處理方法

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

中圖分類號：TM4文獻標識碼： A 文章編號：

電力變壓器在運行中的故障，一般可以通過變壓器的運行溫度、聲音以及儀表的指示觀測電壓、電流的變化和氣體繼電器的動作指示反映出來，簡述一般變壓器的異常運行現象和簡單的處理方法。

一、運行中的變壓器聲音異常

變壓器在接通上電源后，由于勵磁電流以及磁力線的變化，鐵芯、繞組會振動而發出連續均勻的嗡嗡聲，俗稱交流聲。但是有的異常聲響，應該按照發聲情況進行分析與檢查。

當大容量的動力設備啟動時，負荷變化較大，使變壓器聲音增大。如變壓器帶有電弧爐、晶閘管整流器等負荷時，由于有諧波分量，使變壓器聲音也會變大；過負荷時，使變壓器發出很高而且沉重的“嗡嗡”聲；個別零件松動，如鐵心的穿芯螺栓夾得不緊，使鐵心松動，變壓器發出強烈而不均勻的“噪音”；內部接觸不良或絕緣有擊穿，變壓器發出放電的“噼啪”聲；系統短路或接地，通過很大的短路電流，使變壓器有很大的噪音；系統發生鐵磁諧振時，變壓器發出粗細不勻的噪音；有滋滋聲時，說明表面閃絡，要檢查套管是否太臟或有裂紋；若套管無閃絡，則可能是變壓器內部的問題；當發現音響特大，而且很不均勻或有爆裂聲時，表明有擊穿現象，如繞組的絕緣損壞，會導致短路，應該立即停電修理，但要與大容量電動機啟動時所引起的特大響聲相區別。

二、運行中的變壓器溫升過高

電力變壓器的溫升是指變壓器在運行負荷基本不變時，變壓器心子溫度的凈增值。如果變壓器環境溫度不高，負荷電流不變而溫度不斷上升則說明變壓器允許不正常，通常造成變壓器溫度升高的主要原因及處理方法是：

1、由于變壓器繞組的匝間或層間短路，會造成溫升過高，一般可以通過在運行中監聽變壓器的聲音進行粗略低判斷。也可取變壓器油樣進行化驗，如果發現油的絕緣和質量變壞，或者瓦斯保護動作，可以判斷為變壓器內部有短路故障。如果需要進一步判別故障的相別，通過運行中觀察變壓器一、二次側的三相電壓和三相電流的平衡狀態，有無某相電流過大的現象，還可以將變壓器停電后，用直流電橋分別測量三相繞組的直流電阻加以判斷。如已查證屬于變壓器內部故障，應對變壓器進行大修。

2、變壓器的分接開關接觸不良，使得接觸電阻過大，甚至造成巨部放電或過熱導致影響溫升過高。當發現變壓器溫升過高，通過輕瓦斯是否頻繁動作有信號指示來判斷；還可以通過變壓器取樣進行化驗分析，看油的閃點是否下降；也可以通過用直流電橋測量變壓器高壓繞組的直流電阻來發現故障。如化驗分析變壓器油閃點降低，直流電阻有明顯變化，可粗略判斷是變壓器分接開關接觸不良，處理方法是，將變壓器吊芯，檢修變壓器的分接開關。

3、變壓器鐵心硅鋼片間絕緣損壞，主要是由外力損傷或長期運行使絕緣老化以至造成鐵芯硅鋼片間局部短路，這樣將使渦流損失增大而造成局部過熱。如果鐵芯的穿芯螺栓的絕緣套管絕緣損壞，可能也會造成渦流過大發熱導致變壓器溫升過高。檢查方法可同樣參照上述方法加以判斷，例如：瓦斯是否頻繁動作，變壓器油閃點是否下降等現象。如這些現象發生后，還應對變壓器進行吊芯檢修。

三、變壓器嚴重缺油運行

變壓器缺油的主要原因有：密封圈老化長期漏油、油截門關閉不嚴漏油、變壓器出現假油面未及時發現和補油、經常取樣而未及時補油等。變壓器缺油運行，對變壓器有嚴重的危害，因此運行中應該經常檢查油面并需要及時進行補油，以保證變壓器的安全運行。

四、運行中變壓器保險熔絲熔斷

采用熔斷器保護的變壓器在運行中保險熔絲熔斷應該按照規程規定檢查處理。規程規定：變壓器在運行中當一次保險熔絲熔斷后，應立即進行停電檢查，內容包括外部有無閃絡、接地，短路及過負荷現象，同時應搖測絕緣電阻。低壓側保險熔絲熔斷，故障在負荷側，而且是外部故障造成，例如：低壓母線、斷路器、絲熔斷器等設備發生單相或多相短路故障造成變壓器低壓側熔絲熔斷，應重點檢查負荷側的設備，發現故障經處理后，消除故障點可以恢復供電。

變壓器高壓側一相保險熔絲熔斷，如戶外跌落式熔斷器，其主要原因是外力、機械損傷造成，此外內部繞組接地或系統中有磁諧振過電壓出現也可能造成高壓側一相保險熔絲熔斷。如發生應按照規程要求，將變壓器停電后進行檢查，如未發現異常，可將熔絲更換，在變壓器空載狀態下，試送電，經監視變壓器運行狀態正常，可帶負荷。

變壓器高壓側兩相保險熔絲熔斷，也應將變壓器停電后進行檢查。這種情況一般可判斷為變壓器內部繞組相間短路造成。先應檢查高壓引線及瓷絕緣有無閃絡放電痕跡，同時注意觀察變壓器有無過熱、變形、噴油等異常現象。變壓器內部兩相接地短路，可造成兩相保險熔絲熔斷，此時重點應檢查變壓器有無異常聲音等，并通過搖測絕緣電阻進行判斷，取油樣化驗，檢查耐壓是否降低、油的閃點是否下降，必要時，用電橋測量變壓器的直流電阻來進一步確定故障性質。如果變壓器低壓側保險器未按規定值裝配，其熔斷值大于變壓器額定值時，低壓線路短路也可引起上述現象。通過檢查、鑒定，結果正常則可能是變壓器二次出線故障或熔絲長期運行而變形并受機械力的作用造成二相熔絲熔斷。直至查出故障處理后，方可更換熔絲供電。

變壓器低壓側保險器熔斷情況進行判斷。如果保險器整段全部燒熔消失，可判斷為低壓側線路相對相或相對零短路所致，且故障點離保險處不遠。如果保險器中部燒斷，形成窄小縫隙者，可判斷為過負荷燒斷。如果保險器根部燒斷形成縫隙，可判斷為安裝不緊，是保險絲（片）與保險器接觸不良造成的。故障經處理后可以恢復供電。

變壓器是電網中的重要設備之一，及時發現變壓器在運行中異常現象，正確分析、判斷和處理故障，保證變壓器的安全運行，使電力供應更加安全可靠。

參考資料：