当材料处于磁场中时，导体或半导体内的载流子将受洛仑兹力的作用发生偏转，在两端产生积聚电荷并产生霍尔电场。如霍尔电场作用和某一速度的载流子的洛仑兹力作用刚好抵消，那么小于或大于该速度的载流子将发生偏转，因而沿外加电场方向运动的载流子数目将减少，电阻增大，表现出横向磁阻效应。如果将图1 中a、b端短接，霍尔电场将不存在，所有电子将向a端偏转，磁阻效应更明显。通常以电阻率的相对改变量来表示磁阻的大小，即用△ρ/ρ(0)表示，其中ρ(0)为零磁场时的电阻率，设磁电阻阻值在磁感应强度为B的磁场中电阻率为ρ(B)，则△ρ=ρ(B)－ρ(0), 由于磁阻传感器电阻的相对变化率△R/R(0)正比于△ρ/ρ(0), 这里△R =R(B) －R(0)，因此也可以用磁阻传感器电阻的相对改变量△R/R(0)来表示磁阻效应的大小。实验证明，当金属或半导体处于较弱磁场中时，一般磁阻传感器电阻相对变化率ΔR/R（0）正比于磁感应强度B的平方，而在强磁场中ΔR/R（0）与磁感应强度B呈线性函数关系。磁阻传感器的上述特性在物理学和电子学方面有着重要应用。如果半导体材料磁阻传感器处于角频率为ω的弱正弦波交流磁场中，由于磁电阻相对变化量ΔR/R（0）正比于B2，那么磁阻传感器的电阻R将随角频率2ω作周期性变化。即在弱正弦波交流磁场中磁阻传感器具有交流电倍频性能。若外界交流磁场的磁感强度B为 （1）式中， 为磁感应强度的振幅， 为角频率,t为时间。设在弱磁场中， （2）（2）式中，k为常量。假设电流恒定为 ，由（1）式和（2）式可得（3）（3）式中， 为不随时间变化的电阻值，而 为以角频率2ω作余弦变化的电阻值。因此，磁阻传感器的电阻值在弱正弦波交流磁场中，将产生倍频交流电阻值变化。由（3）式可知磁阻上的分压为 振荡频率两倍的交流电压和一直流电压的叠加。
当金属或半导体处于较弱磁场中时，一般磁阻传感器电阻相对变化率ΔR/R（0）正比于磁感应强度B的平方，而在强磁场中ΔR/R（0）与磁感应强度B呈线性关系。
磁阻效应广泛用于磁传感、磁力计、电子罗盘、位置和角度传感器、车辆探测、GPS导航、仪器仪表、磁存储(磁卡、硬盘)等领域。
磁阻器件由于灵敏度高、抗干扰能力强等优点在工业、交通、仪器仪表、医疗器械、探矿等领域得到广泛应用，如数字式罗盘、交通车辆检测、导航系统、伪钞检别、位置测量等。
磁阻效应的原理：
当半导体受到与电流方向垂直的磁场作用时，载流子会同时受到洛伦兹力与霍尔电场力，由于半导体中载流子的速度有所不同，假设速度为V0的载流子受到的洛伦兹力及霍尔电场力相互抵消，那么，这些载流子的运动方向不会偏转，而速度低于V0或高于V0的载流子的运动方向将发生偏转，导致沿电流方向的速度分量减小，电流变小，电阻增大。这种现象就是磁阻效应。
参考资料来源：百度百科-磁阻效应
磁阻效应（Magnetoresistance Effects）是指某些金属或半导体的电阻值随外加磁场变化而变化的现象。同霍尔效应一样，磁阻效应也是由于载流子在磁场中受到洛伦兹力而产生的。在达到稳态时，某—速度的载流子所受到的电场力与洛伦兹力相等，载流子在两端聚集产生霍尔电场，比该速度慢的载流子将向电场力方向偏转，比该速度快的载流子则向洛伦兹力方向偏转。这种偏转导致载流子的漂移路径增加。或者说，沿外加电场方向运动的载流子数减少，从而使电阻增加。这种现象称为磁阻效应。若外加磁场与外加电场垂直，称为横向磁阻效应；若外加磁场与外加电场平行，称为纵向磁阻效应。一般情况下，载流子的有效质量的驰豫时时间与方向无关，则纵向磁感强度不引起载流子偏移，因而无纵向磁阻效应
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
结果分析与问题讨论
管惟炎主要从事低温物理与超导的研究，与他人合著有《超导电性》（一、二）、《超导研究75年》，发表学术论文70多篇。从事强磁场超导材料和超导磁体的研究，60年代以来在中国首先倡导并进行强磁场超导材料与超导磁体的研制，与国内若干研究单位、高校、工厂合作，先后研制了几种具有国际水平的国产超导材料。又从事有关超导材料的基础研究，解决了第二类超导体临界场与临界电流的起源问题，发明了一种测量强场超导材料临界特性的新方法，验证了超导体的相变热力学关系式。研究发现了超导体在磁场中转变时的负磁阻效应，在SrTiO3和ZrO2衬底上分别达到5×106安/厘米2和106安/厘米2的电流密度，在单晶硅衬底上取得居国际先进水平的84KYBaCuO薄膜。 管惟炎是多次国际科研规划凝态物理计划的起草人并主持过该项计划的会议，是中国大百科全书凝态物理的主编，对推动我国高温超导研究及同步辐射加速器的建设有重要贡献。 主要从事高温超导研究。目前国内超导研究集中的单位如中科院物理研究所、中国科大、北大及冶金部门的团队均是当年经低温超导研究中培养出来的人员。发现了高温超导体中的离子尺寸效应（包括Tc，Tn，Pn，Rh等），薄膜中的反迈斯纳效应，磁滞回线中的鱼尾现象及超导电性与非磁性的共存现象等。其中离子尺寸效应受到国际学术界的关注，对高温超导的微观理论有重要启发。
巨磁阻现象是指样品的电阻在很弱的外加磁场下会具有很大的变化。法国的Albert Fert及德国的Peter Grünberg在1980年代分别独立利用铁铬多层膜技术来产生巨磁阻效应，分别产生了50%及10%的磁阻变化。到了1988年，由M. N. Baibich等人在铁铬多层膜系统中使这个系统的的电阻在2T的磁场下变为两倍，取得了重大突破。巨磁阻现象可以利用下面的模型来帮助了解。假设我们有两层磁性物质中间夹着一层非磁性物质。如果两层磁性物质的磁化方向相同，当通过一束电子自旋方向跟磁性物质相同平行的电流时，基本上电子可以容易的通过。但是如果两层磁性物质的磁化方向相反，自旋与跟第一层磁化方向平行的电子可以顺利通过第一层，却会被第二层相反磁性方向的磁性物质所散射，因此通过的电流便会减少，也就是电阻会上升。因此利用电流的升降，可以定义逻辑讯号的0与1，进而发展各式各样的磁记录系统。 MR读磁头的构造这个现象用来读取磁性记录装置特别有用，当记录数据所需的扇区随着技术的发达而越来越小而能够在单位面积下容纳更多的数据，相对的读写头也要随之缩小才能增加读取效率。但是缩小的扇区同时也表示磁场的讯号会减弱，这时便显出巨磁阻物质的重要性。因为巨磁阻物质可以将磁性方法记录的讯号，以不同的电流大小输出。尽管磁场很小，但是还是可以产生足够的电流变化。因此可以大幅提高数据储存的密度。
秦高梧教授已在《International Materials Reviews》、《Chemistry－A European Journal》、《Applied Physics Letters》、《Chemical Communications》、《ActaMaterialia》等有重要影响的国内外学术刊物上发表论文60余篇，其中SCI收录论文45篇（SCI影响因子大于的11篇），他人引用/评价200余次。回国3年内作为项目负责人承担11项科研项目，其中国家级项目5项，省部级项目4项。最近3年取得的主要学术成果有：提出了合成贵金属Au/Pt纳米粒子和世界最高比表面积的三维贯通式纳米多孔海绵的简便、“绿色”制备方法，有望实现新型高效催化剂和生物过滤器等；首次建立了纳米粒子外表面指数的TEM表征通用数学模型与表征方法，为揭示催化剂外表面与催化特性的关系奠定基础；实验证实了纳米/微米软磁粒子复合体有效提高其在GHz波段的导磁率，突破了Snoek极限，将应用于高效/节能DC-DC转换器和抑制GHz波段电磁噪音；解决了Mg合金在实验相图测定过程中的活性问题，最近几年国际上文献发表9个体系Mg基合金相图，其中6个体系是其领导的研究组完成的。回国3年来，秦高梧教授不仅在较短时间内组建了自己的研究室和学术梯队，而且与日本东北大学，美国Oak Ridge国家实验室，美国Nevada大学和印度Calicut大学等国际知名研究室建立了稳定的合作关系 。 一、回国后发表论文（）1. . Qin, Y. P. Ren, N. Xiao, B. Yang，L. Zuo, K. Oikawa. “Development of ultra-high density magnetic recording media: materials issues and challenges”, Inter. Mater. Rev., 54(3)(2009)157-179 (SCI/EI收录,SCI影响因子，5年平均影响因子)2. . Qin, P. Raveendran, . Liu, J. Balaji, L. Zuo. “A facile and template-free method to prepare mesoporous gold sponge and its pore size control”, J. Phys. Chem. C, 112(2008) 10352-10358. (SCI/EI收录，SCI 影响因子)3. . Qin, B. Yang, N. Xiao, . Ren, M. Jiang, X. Zhao, K. Oikawa, “Origin on amorphization of Co-Mo magnetic thin films”, Thin Solid Films, 517(2009)2984-2987. (SCI/EI收录，SCI影响因子)4. S. Li, . Qin*, W. Pei, Y. Ren, L. Zuo, “Capping Groups Induced Size and Shape Evolution of Magnetite Particles Under Hydrothermal Condition and their Magnetic Properties”, J. Ame. Cera. Soc., 92(3) (2009) 631-635. (SCI收录， SCI影响因子, *通讯作者).5. S. Li, . Zhang, C. Esling, J. Muller, J. S. Lecomte, . Qin, X. Zhao, L. Zuo, “Determination of surface crystallography of faceted nanoparticles using transmission electron microscopy imaging and diffraction modes”, J. Appl. Cryst., 42(3) (2009) 519-524. （SCI收录，SCI影响因子）6. . H. X. Li, H. Ding, Y. P. Ren, . Qin, S. M. Hao, “Partial phase relationships of Mg-Zn-Ce system at 350 degrees C”, Trans. Nonferro. Metals Soc. China, 19(3)(2009)681-685.（SCI/EI收录）7. B. Yang, . Qin*, N. Xiao, X. Zhao, “Abnormal saturation magnetization dependency on W content for Co-W thin films”, Acta Metall. Sin., 2009 (in press，*通讯作者).8. Y. P. Ren, . Qin*, W. L. Pei, S. M. Hao, “The (1+2) miscibility gap of the Al-Zn-Cu system at 360℃”，Scripta Mater.,61(1)( 2009)36-39. (SCI/EI收录， SCI影响因子，*通讯作者)9. . Zhao, . Qin*, . Ren, . Pei, Y. Guo, “Isothermal sections of the Mg-rich corner in the Mg-Sn-Y ternary system at 300 and 400 ℃”, J. Alloys. Comp., 481 (2009) 140-143. (SCI/EI收录，SCI影响因子，*通讯作者)10. . Ren, . Qin*, . Pei, Y. Guo, . Zhao, . Li, M. Jiang, . Hao, “The -Mg solvus and isothermal section of Mg-rich corner in the Mg-Zn-Al ternary system at 320℃”, J. Alloys. Comp., 481(2009)176-181. (SCI/EI收录，SCI影响因子，*通讯作者)11. Y. P. Ren, . Qin*, . Pei, . Zhao, Y. Guo, “Isothermal section of the Mg-Al-Mn ternary system at 400℃”, J. Alloys. Comp., 479（2009）237-241. (SCI/EI收录，SCI影响因子，*通讯作者)12. . Qin, B. Yang, W. L. Pei, Y. P. Ren, “ Correlation of Magnetic Properties of Co/Cr Bi-layer Thin Films with Grain Boundary Diffusion”, J. Mater. Sci. Tech., 2009 ().13. X. N. Xu, . Qin*, Y. P. Ren, B. Shen, W. L. Pei, “Experimental study of the miscibility gap and calculation of the spinodal curves of the Au-Pt system”，Scripta Mater. 61 (2009) 859-862 (SCI影响因子，*通讯作者)14. G. W. Qin, N. Xiao, B. Yang, . Ren, . Pei and X. Zhao, “Amorphous Forming Ability of Co-X (X=Cr, Mo, W) Magnetic Thin Films”, Acta Metall. Sin., 2009 (in press).15. 赵 林，樊占国，杨中东，高 鹏，秦高梧，“磁场下电沉积制备CuCo颗粒膜的巨磁电阻效应”，19（5）（2009）. 许德美, 李 峰, 王战宏, 何力军, 任玉平, 裴文利, 秦高梧*, “粉末热等静压和铸造Be-Al合金的室温拉伸断裂机理”，中国有色金属学报，2009，17. 李端阳，沈波，任玉平，裴文利，秦高梧*，“AZ91D镁合金化学镀Ni-P及Ni-W-P镀层的结构与耐蚀性”，中国腐蚀与防护学报，2009，18. . Pei, . Qin*, S. Ishio. “A novel analysis method for noise of perpendicular recording media”, J. Magn. Magn. Mater., 320(2008)3165-3168.（SCI/EI收录，SCI影响因子，*通讯作者）19. 杨波，肖娜，裴文利，任玉平，赵骧，秦高梧*。“基板温度对Co－Pt－P薄膜结构与磁性能的研究”，功能材料，39(10) (2008). 赵林，樊占国，秦高梧。“电沉积制备CuCo颗粒膜微观结构和巨磁电阻效应研究”，功能材料，39（9）（2008）1425－1429.(EI收录)21. Y. Shimada, M. Yamaguchi, . Qin, S. Okamoto, O. Kitakami. “Permeability of submicron and nanometer ferromagnetic particle composites”, J. Appl. Phys., 101 (9)(2007) 09M505-07.(SCI/EI收录，SCI影响因子)22. . Zhu, Y. Wang, X. Y. Zhang, . Qin*, “W/NiFe phase interfacial characteristics of liquid-phase sintered W-Ni-Fe alloy”, Intern. J. Refr. Metals. Hard Mater. 25 (2007)275-279.(SCI/EI收录， SCI影响因子)23. R. Ruslan, E. Shibata, D. Shindao, T. Nakamura, , “Formation and characterization of graphite-encapsulated cobalt nanoparticles”, Acta Mater. 55(2007)3671-3680. (SCI/EI收录，SCI影响因子)24. Y. M. Lee, , C. G. Lee, O. Kitakami, “Effect of Reaction Time on Formation of CoNi Particles prepared via polyol method”, Metals and Materials International, 13( 3) (2007)207-210(SCI/EI收录).25. Y. Shimada, M. Yamaguchi, S. Okamoto, O. Kitakami, G. W. Qin, K. Oikawa, “Initial Permeability of Magnetic Nanoparticles composites”, J. Magn. Soc. Jpn., 30(6)（2006）378-385.
【报告名称:】纳米材料研究现状和发展前景及医药应用纳米是英文namometer的译音，是一个物理学上的度量单位，1纳米是1米的十亿分之一；相当于45个原子排列起来的长度。通俗一点说，相当于万分之一头发丝粗细。就象毫米、微米一样，纳米是一个尺度概念，并没有物理内涵。当物质到纳米尺度以后，大约是在1—100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。过去，人们只注意原子、分子或者宇宙空间，常常忽略这个间领域，而这个领域实际上大量存在于自然界，只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家，他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子，并通过研究它的性能发现：一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就失去原来的性质，表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此，象铁钴合金，把它做成大约20—30纳米大小，磁畴就变成单磁畴，它的磁性要比原来高1000倍。80年代期，人们就正式把这类材料命名为纳米材料。在充满生机的21世纪，信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小；航空航天、新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越来越高。新材料的创新，以及在此基础上诱发的新技术。新产品的创新是未来10年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域，纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技最为活跃、最接近应用的重要组成部分。近年来，纳米材料和纳米结构取得了引人注目的成就。例如，存储密度达到每平方厘米400G的磁性纳米棒阵列的量子磁盘，成本低廉、发光频段可调的高效纳米阵列激光器，价格低廉高能量转化的纳米结构太阳能电池和热电转化元件，用作轨道炮道轨的耐烧蚀高强高韧纳米复合材料等的问世，充分显示了它在国民经济新型支柱产业和高技术领域应用的巨大潜力。正像美国科学家估计的“这种人们肉眼看不见的极微小的物质很可能给予各个领域带来一场革命”。纳米材料和纳米结构的应用将对如何调整国民经济支柱产业的布局、设计新产品、形成新的产业及改造传统产业注入高科技含量提供新的机遇。研究纳米材料和纳米结构的重要科学意义在于它开辟了人们认识自然的新层次，是知识创新的源泉。由于纳米结构单元的尺度（1～100urn）与物质的许多特征长度，如电子的德布洛意波长、超导相干长度、隧穿势垒厚度、铁磁性临界尺寸相当，从而导致纳米材料和纳米结构的物理、化学特性既不同于微观的原子、分子，也不同于宏观物体，从而把人们探索自然、创造知识的能力延伸到介于宏观和微观物体之间的间领域。在纳米领域发现新现象，认识新规律，提出新概念，建立新理论，为构筑纳米材料科学体系新框架奠定基础，也将极大丰富纳米物理和纳米化学等新领域的研究内涵。世纪之交高韧性纳米陶瓷、超强纳米金属等仍然是纳米材料领域重要的研究课题；纳米结构设计，异质、异相和不同性质的纳米基元（零维纳米微粒、一维纳米管、纳米棒和纳米丝）的组合。纳米尺度基元的表面修饰改性等形成了当今纳米材料研究新热点，人们可以有更多的自由度按自己的意愿合成具有特殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新方法设计纳米结构原理性器件以及纳米复合传统材料改性正孕育着新的突破。1、研究形状和趋势纳米材料制备和应用研究所产生的纳米技术很可能成为下一世纪前20年的主导技术，带动纳米产业的发展。世纪之交世界先进国家都从未来发展战略高度重新布局纳米材料研究，在千年交替的关键时刻，迎接新的挑战，抓紧纳米材料和柏米结构的立项，迅速组织科技人员围绕国家制定的目标进行研究是十分重要的。纳米材料诞生州多年来所取得的成就及对各个领域的影响和渗透一直引人注目。进入90年代，纳米材料研究的内涵不断扩大，领域逐渐拓宽。一个突出的特点是基础研究和应用研究的衔接十分紧密，实验室成果的转化速度之快出乎人们预料，基础研究和应用研究都取得了重要的进展。美国已成功地制备了晶粒为50urn的纳米Cu材料，硬度比粗晶Cu提高5倍；晶粒为7urn的Pd，屈服应力比粗晶Pd高5倍；具有高强度的金属间化合物的增塑问题一直引起人们的关注，晶粒的纳米化为解决这一问题带来了希望。根据纳米材料发展趋势以及它在对世纪高技术发展所占有的重要地位，世界发达国家的政府都在部署本来10～15年有关纳米科技研究规划。美国国家基金委员会（NSF）1998年把纳米功能材料的合成加工和应用作为重要基础研究项目向全国科技界招标；美国DARPA（国家先进技术研究部）的几个计划里也把纳米科技作为重要研究对象；日本近年来制定了各种计划用于纳米科技的研究，例如Ogala计划、ERATO计划和量子功能器件的基本原理和器件利用的研究计划，1997年，纳米科技投资亿美元；德国科研技术部帮助联邦政府制定了1995年到2010年15年发展纳米科技的计划；英国政府出巨资资助纳米科技的研究；1997年西欧投资亿美元。据1999年7月8日《自然》最新报道，纳米材料应用潜力引起美国白宫的注意；美国总统克林顿亲自过问纳米材料和纳米技术的研究，决定加大投资，今后3年经费资助从亿美元增加至5亿美元。这说明纳米材料和纳米结构的研究热潮在下一世纪相当长的一段时间内保持继续发展的势头。2、国际动态和发展战略1999年7月8日《自然》（400卷）发布重要消息题为“美国政府计划加大投资支持纳米技术的兴起”。在这篇文章里，报道了美国政府在3年内对纳米技术研究经费投入加倍，从亿美元增加到5亿美元。克林顿总统明年2月将向国会提交支持纳米技术研究的议案请国会批准。为了加速美国纳米材料和技术的研究，白宫采取了临时紧急措施，把原亿美元的资助强度提高到亿美元。《美国商业周刊》8月19日报道，美政府决定把纳米技术研究列人21世纪前10年前11个关键领域之一，《美国商业周刊》在掌握21世纪可能取得重要突破的3个领域就包括了纳米技术领域（其它两个为生命科学和生物技术，从外星球获得能源）。美国白宫之所以在20世纪即将结束的关键时刻突然对纳米材料和技术如此视，其原因有两个方面：一是德科学技术部1996年对2010年纳米技术的市场做了预测，估计能达到14400亿美元，美国试图在这样一个诱人的市场占有相当大的份额。美国基础研究的负责人威廉姆斯说：纳米技术本来的应用远远超过算机工业。美国白宫战略规划办公室还认为纳米材料是纳米技术最为重要的组成部分。在《自然》的报道还特别提到美国已在纳米结构组装体系和高比表面纳米颗粒制备与合成方面领导世界的潮流，在纳米功能涂层设计改性及纳米材料在生物技术的应用与欧共体并列世界第一，纳米尺寸度的元器件和纳米固体也要与日本分庭抗礼。1999年7月，美国加尼福尼亚大学洛杉矾分校与惠普公司合作研制成功100urn芯片，美国明尼苏达大学和普林斯顿大学于1998年制备成功量子磁盘，这种磁盘是由磁性纳米棒组成的纳米阵列体系，10bit／s尺寸的密度已达109bit／s，美国商家已组织有关人员迅速转化，预计2005年市场为400亿美元。1988年法国人首先发现了巨磁电阻效应，到1997年巨磁电阻为原理的纳米结构器件已在美国问世，在磁存储、磁记忆和计算机读写磁头将有重要的应用前景。最近美国柯达公司研究部成功地研究了一种即具有颜料又具有分子染料功能的新型纳米粉体，预计将给彩色印橡带来革命性的变革。纳米粉体材料在橡胶、颜料、陶瓷制品的改性等方面很可能给传统产业和产品注入新的高科技含量，在未来市场上占有重要的份额。纳米材料在医药方面的应用研究也使人瞩目，正是这些研究使美国白宫认识到纳米材料和技术将占有重要的战略地位。原因之二是纳米材料和技术领域是知识创新和技术创新的源泉，新的规律新原理的发现和新理论的建立给基础科学提供了新的机遇，美国计划在这个领域的基础研究独占“老大”的地位。我国纳米材料研究始于80年代末，“八五”期间，“纳米材料科学”列入国家攀登项目。国家自然科学基金委员会、国科学院、国家教委分别组织了8项重大、重点项目，组织相关的科技人员分别在纳米材料各个分支领域开展工作，国家自然科学基金委员会还资助了20多项课题，国家“863”新材料主题也对纳米材料有关高科技创新的课题进行立项研究。1996年以后，纳米材料的应用研究出现了可喜的苗头，地方政府和部分企业家的介入，使我国纳米材料的研究进入了以基础研究带动应用研究的新局面。目前，我国有60多个研究小组，有600多人从事纳米材料的基础和应用研究，其，承担国家重大基础研究项目的和纳米材料研究工作开展比较早的单位有：国科学院上海硅酸盐研究所、南京大学。国科学院固体物理研究所、金属研究所、物理研究所、国科技大学、国科学院化学研究所、清华大学，还有吉林大学、东北大学、西安交通大学、天津大学、青岛化工学院、华东师范大学，华东理工大学、浙江大学、科院大连化学物理研究所、长春应用化学研究所、长春物理研究所、感光化学研究所等也相继开展了纳米材料的基础研究和应用研究。我国纳米材料基础研究在过去10年取得了令人瞩目的重要研究成果。已采用了多种物理、化学方法制备金属与合金（晶态、非晶态及纳米微晶）氧化物、氮化物、碳化物等化合物纳米粉体，建立了相应的设备，做到纳米微粒的尺寸可控，并制成了纳米薄膜和块材。在纳米材料的表征、团聚体的起因和消除、表面吸附和脱附、纳米复合微粒和粉体的制取等各个方面都有所创新，取得了重大的进展，成功地研制出致密度高、形状复杂、性能优越的纳米陶瓷；在世界上首次发现纳米氧化铝晶粒在拉伸疲劳应力集区出现超塑性形变；在颗粒膜的巨磁电阻效应、磁光效应和自旋波共振等方面做出了创新性的成果；在国际上首次发现纳米类钙钛矿化合物微粒的磁嫡变超过金属Gd；设计和制备了纳米复合氧化物新体系，它们的红外波近年来，我国在功能纳米材料研究上取得了举世瞩目的重大成果，引起了国际上的关注。一是大面积定向碳管阵列合成：利用化学气相法高效制备纯净碳纳米管技术，用这种技术合成的纳米管，孔径基本一致，约20urn，长度约100pm，纳米管阵列面积达到3mm。其定向排列程度高，碳纳米管之间间距为100pm。这种大面积定向纳米碳管阵列，在平板显示的场发射阴极等方面有着重要应用前景。这方面的文章发表在1996年的美国《科学》杂志上。二是超长纳米碳管制备：首次大批量地制备出长度为2～3mm的超长定向碳纳米管列阵。这种超长碳纳米管比现有碳纳米管的长度提高1～2个数量级。该项成果已发表于1998年8月出版的英国《自然》杂志上。英国《金融时报》以“碳纳米管进入长的阶段”为题介绍了有关长纳米管的工作。三是氮化嫁纳米棒制备：首次利用碳纳米管作模板成功地制备出直径为3～40urn、长度达微米量级的发蓝光氮化像一维纳米棒，并提出了碳纳米管限制反应的概念。该项成果被评为1998年度国十大科技新闻之一。四是硅衬底上碳纳米管阵列研制成功，推进碳纳米管在场发射平面和纳米器件方面的应用。五是制备成功一维纳米丝和纳米电缆，该成果研究论文在瑞典召开的1998年第四届国际纳米会议宣读后，许多外国科学家给予高度评价。六是用苯热法制备纳米氮化像微晶；发现了非水溶剂热合成技术，首次在300℃左右制成粒度达30urn的氮化锌微晶。还用苯合成制备氮化铬（CrN）、磷化钴（COP）和硫化锑（SbS）纳米微晶，论文发表在1997年的《科学》杂志上。七是用催化热解法制成纳米金刚石；在高压釜用温（70℃）催化热解法使四氯化碳和钠反应制备出金刚石纳米粉，论文发表在1998年的《科学》杂志上。美国《化学与工程新闻》杂志还发表题为“稻草变黄金---从四氯化碳（CC14）制成金刚石”一文，予以高度评价。我国纳米材料和纳米结构的研究已有10年的工作基础和工作积累，在“八五”研究工作的基础上初步形成了几个纳米材料研究基地，科院上海硅酸盐研究所、南京大学、科院固体物理所、科院金属所、物理所、国科技大学、清华大学和科院化学所等已形成我国纳米材料和纳米结构基础研究的重要单位。无论从研究对象的前瞻性、基础性，还是成果的学术水平和适用性来分析，都为我国纳米材料研究在国际上争得一席之地，促进我国纳米材料研究的发展，培养高水平的纳米材料研究人才做出了贡献。在纳米材料基础研究和应用研究的衔接，加快成果转化也发挥了重要的作用。目前和今后一个时期内这些单位仍然是我国纳米材料和纳米结构研究的坚力量。在过去10年，我国已建立了多种物理和化学方法制备纳米材料，研制了气体蒸发、磁控溅射、激光诱导CVD、等离子加热气相合成等10多台制备纳米材料的装置，发展了化学共沉淀、溶胶一凝胶、微乳液水热、非水溶剂合成和超临界液相合成制备包括金属、合金、氧化物、氮化物、碳化物、离子晶体和半导体等多种纳米材料的方法，研制了性能优良的多种纳米复合材料。近年来，根据国际纳米材料研究的发展趋势，建立和发展了制备纳米结构（如纳米有序阵列体系、介孔组装体系、MCM－41等）组装体系的多种方法，特别是自组装与分子自组装、模板合成、碳热还原、液滴外延生长、介孔内延生长等也积累了丰富的经验，已成功地制备出多种准一维纳米材料和纳米组装体系。这些方法为进一步研究纳米结构和准一纳米材料的物性，推进它们在纳米结构器件的应用奠定了良好的基础。纳米材料和纳米结构的评价手段基本齐全，达到了国际90年代末的先进水平。段吸收率可达92％，在红外保暖纤维得到了应用；发展了非晶完全晶化制备纳米合金的新方法；发现全致密纳米合金的反常Hall－Petch效应。综上所述，“八五”期间我国在纳米材料研究上获得了一批创新性的成果，形成了一支高水平的科研队伍，基础研究在国际上占有一席之地，应用开发研究也出现了新局面，为我国纳米材料研究的继续发展奠定了基础。10年来，我国科技工作者在国内外学术刊物上共发表纳米材料和纳米结构的论文2400多篇，在国际上排名第五位，其纳米碳管和纳米团簇在1998年度欧洲文献情报交流会上德国马普学会固体所一篇研究报告报道国科技工作者发表论文已超过德国，在国际排名第三位，在国际历次召开的有关纳米材料和纳米结构的国际会议上，我国纳米材料科技工作者共做邀请报告24次。到目前为止，纳米材料研究获得国家自然科学三等奖1项，国家发明奖2项；院部级自然科学一、二等奖3项，发明一等奖3项，科技进步特等奖1项；申请专利79项，其发明专利占50％，已正式授权的发明专利6项，已实现成果转化的发明专利6项。最近几年，我国纳米科技工作者在国际上发表了一些有影响的学术论文，引起了国际同行的关注和称赞。在《自然》和《科学》杂志上发表有关纳米材料和纳米结构制备方面的论文6篇，影响因子在6以上的学术论文（Phys．Rev．Lett，J．AIn．Chem．Soc．）近20篇，影响因子在3以上的31篇，被SCI和EI收录的文章占整个发表论文的59％。1998年6月在瑞典斯特哥尔摩召开的国际第四届纳米材料会议上，对国纳米材料研究给予了很高评价，指出这几年来国在纳米材料制备方面取得了激动人心的成果，在大会总结选择了8个纳米材料研究式作取得了比较好的国家在闭幕式上进行介绍，国是在美国、日本、德国、瑞典之后进行了大会发言。4纳米产业发展趋势（1）信息产业的纳米技术：信息产业不仅在国外，在我国也占有举足轻重的地位。2000年，国的信息产业创造了GDP5800亿人民币。纳米技术在信息产业应用主要表现在3个方面：①网络通讯、宽频带的网络通讯、纳米结构器件、芯片技术以及高清晰度数字显示技术。因为不管通讯、集成还是显示器件，都要原器件，美国已经着手研制，现在有了单电子器件、隧穿电子器件、自旋电子器件，这种器件已经在实验室研制成功，而且可能在2001年进入市场。②光电子器件、分子电子器件、巨磁电子器件，这方面我国还很落后，但是这些原器件转为商品进入市场也还要10年时间，所以，国要超前15年到20年对这些方面进行研究。③网络通讯的关键纳米器件，如网络通讯激光、过滤器、谐振器、微电容、微电极等方面，我国的研究水平不落后，在安徽省就有。④压敏电阻、非线性电阻等，可添加氧化锌纳米材料改性。（2）环境产业的纳米技术：纳米技术对空气20纳米以及水的200纳米污染物的降解是不可替代的技术。要净化环境，必须用纳米技术。我们现在已经制备成功了一种对甲醛、氮氧化物、一氧化碳能够降解的设备，可使空气的大于10ppm的有害气体降低到，该设备已进入实用化生产阶段；利用多孔小球组合光催化纳米材料，已成功用于污水有机物的降解，对苯酚等其它传统技术难以降解的有机污染物，有很好的降解效果。近年来，不少公司致力于把光催化等纳米技术移植到水处理产业，用于提高水的质量，已初见成效；采用稀土氧化铈和贵金属纳米组合技术对汽车尾气处理器件的改造效果也很明显；治理淡水湖内藻类引起的污染，最近已在实验室初步研究成功。(3)能源环保的纳米技术：合理利用传统能源和开发新能源是我国当前和今后的一项重要任务。在合理利用传统能源方面，现在主要是净化剂、助燃剂，它们能使煤充分燃烧，燃烧当自循环，使硫减少排放，不再需要辅助装置。另外，利用纳米改进汽油、柴油的添加剂已经有了，实际上它是一种液态小分子可燃烧的团簇物质，有助燃、净化作用。在开发新能源方面国外进展较快，就是把非可燃气体变成可燃气体。现在国际上主要研发能量转化材料，我国也在做，它包括将太阳能转化成电能、热能转化为电能、化学能转化为电能等。(4)纳米生物医药：这是我国进入WTO以后一个最有潜力的领域。目前，国际医药行业面临新的决策，那就是用纳米尺度发展制药业。纳米生物医药就是从动植物提取必要的物质，然后在纳米尺度组合，最大限度发挥药效，这恰恰是我国医的想法。在提取精华后，用一种很少的骨架，比如人体可吸收的糖、淀粉，使其高效缓释和靶向药物。对传统药物的改进，采用纳米技术可以提高一个档次。(5)纳米新材料：虽然纳米新材料不是最终产品，但是很重要。据美国测算，到21世纪30年代，汽车上40％钢铁和金属材料要被轻质高强材料所代替，这样可以节省汽油40％，减少CO2，排放40％，就这一项，每年就可给美国创造社会效益1000亿美元。此外，还有各种功能材料，玻璃透明度好但份量重，用纳米改进它，使它变轻，使这种材料不仅有力学性能，而且还具有其他功能，还有光的变色、贮光，反射各种紫外线、红外线，光的吸收、贮藏等功能。(6)纳米技术对传统产业改造：对于国来说，当前是纳米技术切入传统产业、将纳米技术和各个领域技术相结合的最好机遇。首先是家电、轻工、电子行业。合肥美菱集团从1996开始研制纳米冰箱，可折叠的PVC磁性冰箱门封不发霉，用的是抗菌涂料，里面的果盘都采用纳米材料，发展轻工、电子和家用电器可以带动涂料、材料、电子原器件等行业发展；其次是纺织。人造纤维是化纤和纺织行业发展的趋势，国纺织要在进入WTO后能占据有利地位，现在就必须全方位应用纳米技术、纳米材料。去年关于保温被、保温衣的电视宣传，提到应用了纳米技术，特殊功能的有防静电的、阻燃的等等，把纳米的导电材料组装到里面，可以在11万伏的高压下，把人体屏蔽，在这一方面，纺织行业应用纳米技术形势看好；第三是电力工业。利用纳米技术改造20万伏和11万伏的变压输电瓷瓶，可以全方位提高11万伏的瓷瓶耐电冲击的性能，而且釉不结霜，其它综合性能都很好；第四是建材工业的油漆和涂料，包括各种陶瓷的釉料、油墨，纳米技术的介入，可以使产品性能升级。1999年8月20日《美国商业周刊》在展望21世纪可能有突破性进展的领域时，对生命科学和生物技术、纳米科学和纳米技术及从外星球上索取能源进行了预测和评价，并指出这是人类跨入21世纪面临的新的挑战和机遇。诺贝尔奖获得者罗雷尔也曾说过：70年代重视微米的国家如今都成为发达国家，现在重视纳米技术的国家很可能成为下一世纪先进的国家。挑战严峻，机遇难得，我们必须加倍重视纳米科技的研究，注意纳米技术与其它领域的交叉，加速知识创新和技术创新，为21世纪国经济的腾飞奠定雄厚的基础。
硕士论文研究中介效应主效应不显著不可以，因为不显著只能说明在当前样本中未发现中介效应，原因很多，就是确实不存在中介效应，同样是统计检验力不足而未发现中介效应（本来是有的）。所以不显著的时候没有中介效应。
简单来说当得出一个结论时需要通过一系列方法来验证所得的结论是否可靠。当改变了一些条件或者假设发现所得结论依然不变，那么结论就是稳健的，反之所得结论有待商榷需要找出使结论发生改变的原因并进行解释。
中介变量：
中介变量( mediator) 是一个重要的统计概念，如果自变量X通过某一变量M对因变量Y产生一定影响，则称M为X和Y的中介变量。研究中介作用的目的是在已知X和Y关系的基础上，探索产生这个关系的内部作用机制。
在这个过程中可以把原有的关于同一现象的研究联系在一起，把原来用来解释相似现象的理论整合起来，而使得已有的理论更为系统。中介变量的研究不仅可以解释关系背后的作用机制，还能整合已有的研究或理论，具有显著的理论和实践意义。
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城市热岛的成因及控制
论文导读：“城市热岛效应”也称“大气热污染现象”，是指城市市区气温高于郊区气温，高温城区处于低温郊区的包围之中，在用等温线表示的气温分布图上，形成内高外低的岛屿形式，故称为“城市热岛效应”。环保专家认为,“热岛效应”80%的因素归咎于绿地和湿地的减少，城市热量的排放因素只占20%，所以城市热岛效应的控制重点是绿地和湿地的建设。而卫星热红外遥感技术能有效、全面地探测到下垫面的温度特征，周期性、动态地监测城市热环境变化趋势，是研究城市热岛效应的有效手段。
关键词：城市热岛效应，城市热环境，成因，控制
一、城市热岛效应
“城市热岛效应”也称“大气热污染现象”，是指城市市区气温高于郊区气温，高温城区处于低温郊区的包围之中，在用等温线表示的气温分布图上，形成内高外低的岛屿形式，故称为“城市热岛效应”。
城市热岛效应使城市年平均气温比郊区高出1 ℃以上，夏季城市局部地区的气温有时甚至比郊区高出6 ℃以上。在全球高速城市化的背景下，城市热岛已经成为影响城市环境的要素之一，对城市公共健康、空气质量、能源消耗等方面构成了严重威胁。
二、城市热岛效应成因分析
城市热岛效应的形成与许多因素有关，城市化是形成热岛现象的主要原因。
1、下垫面的变化
城市微气候的形成与城市人工构筑的下垫面有着密切的关系。由于城市与郊外的下垫面不同,形成各自的热环境和热平衡(图1、图2)。
图1郊外的热平衡图2城市内的热平衡
城市地表无机化，越来越多的地表被建筑物、混凝土和柏油所覆盖，绿地和水面的减少使蒸发作用减弱，大气得不到冷却；同时，这些人工构筑物热容量小,在相同太阳辐射条件下,比自然绿地、水面等升温快。
2、人工热源的影响
城市中大量的人为热排放也是产生热岛的重要原因。工厂生产、交通运输以及居民生活都需要燃烧各种燃料,每天都在负外排放大量的热量。
3、城市中的大气污染
城市中的机动车,工业生产以及居民生活所产生的氮氧化物、二氧化碳和粉尘待排放物,这些物质会吸收城市中人工构筑物的热辐射,产生温室效应,从而引起大气进一步温升。在城市热岛现象的影响下,城区气温比周围郊区的农村高,城市地区的热空气上升,并在高空向四周扩散,周围郊区的较冷空气流入城区,这样就形成城市特有的热岛环流。城郊工厂排出的污染物可随热岛环流由低空吹向城区,使城市污染物浓度升高,进一步增强了城市的热岛效应。
4、城市建筑物密度和负荷
高密度的建筑物增加了太阳辐射的直接吸收和太阳辐射反弹吸收, 城市中高层建筑物林立，影响风的自然流动，也是导致城市热岛效应的原因之一。
5、城市能耗
城市大量的能耗增加了表面大气的温度,也使热岛效应增强。特别是夏季高温天气下的建筑空调负荷大大增强了热岛效应，反过来，城市热岛效应又增加了空调能耗，形成恶性循环。
此外,城市建成率、几何形状、城市规模和城市地理位置也与热岛效应存在明显的相关关系。
三、城市热岛效应的控制
绿地和水面是有效缓解城市热岛效应，调节和改善城市微气候环境的最有效因素。环保专家认为,“热岛效应”80 %的因素归咎于绿地和湿地的减少，城市热量的排放因素只占20 % ，所以城市热岛效应的控制重点是绿地和湿地的建设。
1、大力推广城市立体绿化
植物对太阳辐射的吸收率高，透过率低；植物可通过蒸腾作用带走大量热量，提高空气湿度；特别是树木通过遮挡阳光可以大量减少辐射热。植物对太阳辐射的反射率一般为10 %～20 % ，对红外线的反射率高达70 %以上。研究表明,当一个区域的绿化覆盖率达到30%,热岛强度明显减弱;绿化覆盖率大于50%,热岛缓解现象极其明显。植物因为进行光合作用，可以产生良好的环境效益，这对缓解全球温室效应，补救臭氧层空洞都会起到非常重要的作用。
在城市绿化中应进行合理的乔灌草搭配,尤其是乡土树种的种植。应舍弃一味种植草坪和名贵树木的不合理做法。论文参考网。由于城市用地紧张，城市绿化中除了进行水平方向森林规划外，应向立体绿化方向发展。城市有大量的水泥或混凝土屋顶、墙体、立交和边坡，这些裸露表面为立体绿化提供了可能。发展立体绿化是缓解城市热岛效应的重要方法。
建筑物的屋面是建筑与大气接触的重要界面。而城市中屋面的面积占去了整个城市面积的50 % 左右。增加屋顶绿地覆盖面积,不仅可以降低空调能耗, 而且还能调节室外气温.具有减缓城市热岛效应的作用，生态效益显著。
2、保护自然湿地，努力构建人工湿地
水体热容量大，水分蒸发多，增温降温缓和，城市内水面的存在，可在一定程度上缓解城市热岛现象。城市化导致大量的城市农田、水塘、湖泊、内河、沼泽等湿地减少或消失，不透水混凝土建筑、道路和广场，使大量的降水直接通过排水网流失。湿地的减少或消失，天然降水的白白流失，致使城市失去了通过蒸发带走城市热量，降低热岛效应的机会以及水通过促进林木生长，间接降低热岛效应的可能性。要在大力保护原有湿地的基础上（包括城郊湿地的保护），在城市进行人工湿地的构建，这是降低热岛效应的有效方法。此外，积极改善不透水下垫面层，利用透水性材料（透水砖等），有资料表明透水性水泥混凝土路面可降低路面温度约5℃，所以，城区中透水性铺装与城市水体蒸发及绿化体系的蒸腾作用一样,对改善城市市区热环境及形成局地风都有明显作用。
3、构建合理的城市规划结构
注重城市建设的合理布局，在城市规划方面实施可持续发展战略。
城市热岛效应与城市规模有一定的相关性。有学者认为城市扩展是城市热岛效应形成的主要原因。人口高密度区同时也是建筑物高密度区和能量高消耗区，不可避免地形成高气温区。据研究, 10万人口的城市热岛效应可达℃，100万人口的城市热岛效应可达℃。因此，必须对城市规模进行规划，将城市的人口数量控制在一定范围之内。同时，要控制市区人口密度和建筑密度和高度，选择通气流畅的地形进行城市建设，因地制宜，对城市的各个功能区进行合理布局，加大空气流动空间，尽量使主干道与夏季盛行风的方向一致。
4、降低设备能耗，合理规划城市能源
通过改进能源消耗设备构件，更新能源使用方法，提高能源使用效率，减少能源损耗。将城区分散的、低效率的小热源控制起来，大力推广集中供热，以提高能源利用率；尽可能考虑集中空调方式, 以减少建筑物HVAC 系统向空气的排热。可以通过改进建筑空调技术、积极探索和推广新能源利于技术（如地源热泵技术）、大力开展建筑节能，还应制定相应的政策法规，推动节能措施的落实。
在经济合理、技术可行的情况下，可以适当利用绿色能源，如风能、太阳能、生物能、地热等。不仅节约能源，将一部分太阳能转换为其他形式能源，减少了辐射能中直接转换为热能的能量，即减少了太阳辐射对城市热岛现象的影响。
5、发展“生态隔热”建筑表皮
建筑节能技术通常使用白色或浅色处理建筑表面的“反射隔热”、增大建筑围护结构的热阻的“热阻隔热”、采用人工材料构造的遮阳设施遮挡太阳辐射的“遮阳隔热”等，都是将太阳辐射热直接转移到室外,在满足建筑室内热舒适与建筑节能的同时,却带来了城市热岛强度的增加。所以，目前我们应弱化热岛控制中推行反射饰面材料等常规手段，采用绿色植被、水体介质等具有生态要素的复合体,将其置于建筑表面构成生态建筑表皮,将吸收的太阳辐射热经过物理、生化反应之后，通过蒸腾作用以水分蒸发方式散热。这样，就可以降低建筑表皮对周围环境的太阳辐射反射和热量转移，从根本上改善了建筑外部的热环境，减弱了城市的热岛效应。
6、规范城市交通系统
提倡公共交通，控制私人小汽车数量，逐步用清洁液化气取代石油作为城市公交车和出租车的主燃料。目前，国外已研制出以电力作为机动车动力的新技术，这将对城市热岛及城市气候环境产生积极的影响。同时，对城市大量交通进行有层次的划分，对车辆进行分流，促进城市大量集聚的热量、温室气体以及悬浮颗粒物分散，减少尘罩作用，降低热岛效应。
四、研究现状与建议
1．热岛效应的研究现状
多年来，众多学者对城市热岛现象做了大量的研究工作。国内外不少学者根据观测资料分析指出了城市温度场及城市热岛强度的影响因素，并提出了城市热岛强度与某些因子的相关模式。论文参考网。不少学者对城市能量平衡中的一些物理过程进行了广泛的探讨，取得一些有益的成果。近几年来我国研究人员从城市的人口密度、绿地数量和分布、建成区面积、人为热、大气污染、地形等方面研究了城市热岛的范围、强度与这些因素之间的关系，也针对城市热场分布与土地利用、覆被之间关系进行了研究。
常规的城市热岛研究以监测为主，根据监测结果分析影响城市温度场及城市热岛强度的因素。常规监测方法采用线路观测和定点观测相结合，由于观测不可能同步进行，观测点位的密度不高，这种方法不能全面、同步地反映地面热辐射状况。而卫星热红外遥感技术能有效、全面地探测到下垫面的温度特征，周期性、动态地监测城市热环境变化趋势，是研究城市热岛效应的有效手段。常用的热红外遥感技术有气象卫星NOAA AVHRR、陆地卫星(Landsat)TM等。相比气象卫星NOAA AVHRR 地面分辨率(1 km ×1 km)，陆地卫星(Landsat) TM6 具有120 m ×120 m 的地面分辨率，对于要求精确分析的区域，TM6 是较好的选择。此外，日本九州大学城市与建筑环境实验室开发的城市热岛模拟软件——AU SSSM TOOL , 可对典型区域的热环境进行模拟，对城市的合理规划提供参考。论文参考网。
2．几点建议
首先，热岛效应的研究应从基础资料的调研、收集入手，实地监测城市不同地区热流方向及大小，对建筑气候小区进行划分。其次，在城市不同地区、不同建筑条件下，尤其是热岛现象显著地区建立监测站，进行测量，获得城市重点地区热岛现象的变化模式。这些实地监测数据对当地城市和建筑气候小区的数学模型的建立和修订是非常重要的。最后，根据实测数值，可以建立当地建筑和城市环境的能量平衡模型，包括建立模拟当地的城市气候小区、城市下垫面层、人工排热与热岛效应之间的有机联系模型。
五、结语
21世纪环境和能源问题影响着城市形态和人们的社会生活，热岛效应对城市热环境的影响亟待解决。通过对热岛效应的研究，把握城市热效应分布与城市发展的关系，对促进城市规划和生态环境建设，推进城市可持续发展，提高人居环境质量具有重要的意义。
基于神经网络逆系统的磁悬浮开关磁阻电动机的解耦控制 隐极同步电动机转矩可控性与解偶性分析 基于BUCK变换器的无刷直流电机转矩脉动抑制方法 基于NIOS软核处理器的直流无刷电机控制系统设计 感应电机的无速度传感器逆解耦控制 交_交变频多相同步电动机调速系统谐波转矩分析 一种新型两相感应电动机变频调速SPWM控制技术 一种利于开关磁阻电机降噪的新散热筋结构 基于瞬时无功功率理论对异步电机控制方法的改进 交流永磁同步电机伺服系统的变结构控制 直接平均转矩控制的磁链控制改进 TRT同步发电机无刷励磁系统的设计研究 笼型转子无刷双馈电机的电磁分析和等效电路 永磁式双凸极电机角度提前控制方式 带整流负载同步发电机的Saber建模及仿真 无轴承异步电机的单DSP控制 基于模糊与自校正技术的超声电机伺服控制 基于RBF神经网络的开关磁阻电机单神经元PID控制 精密工作台直线电机推力波动补偿研究 双绕组交直流发电机参数的局部辨识 混合动力汽车中开关磁阻电动_发电机纯硬件控制器的研究 基于换相过程分析的无刷直流电动机机械特性的研究 基于模糊模型无位置传感器开关磁阻电机的位置检测 气隙对双凸极电励磁发电机特性的影响分析 基于Park矢量模信号小波分解的感应电机轴承故障诊断方法 基于等效电感方法的电磁式双凸极电机系统简化控制模型 异步电机矢量控制中扩展卡尔曼滤波器的优化研究 两相异步电机的动态特性仿真 三相绕组Y接法单相电容电动机瞬态过程仿真研究 一种基于占空比控制技术的异步电机直接转矩控制方案 基于极弧系数选择的实心转子永磁同步电动机齿槽转矩削弱方法研究 无刷双馈电机基于同步角的矢量解耦控制 基于电压解耦原理的感应电机无速度传感器矢量控制 基于离散趋近律控制的直流电机速度控制系统 神经网络和模糊算法相结合的永磁同步电机的鲁棒控制 无轴承永磁同步电机控制系统设计与仿真 基于正交神经网络的无刷直流电机控制器设计 模糊自适应PI控制永磁同步电机交流伺服系统 三相异步电机的DSP矢量控制系统 新型横向磁通永磁电机研究 运用比较法浅析异步电动机运行状态 基于CMEXS_函数永磁同步电机控制系统仿真建模研究 复合笼条转子感应电动机不同转子材料特性对起动性能的影响 无刷直流电机PWM调制方式的优化研究 无位置传感器的方波驱动无刷直流电机控制系统 基于PIC单片机的二维步进电机控制系统 交流变频调速电机设计与应用 一种基于单片机的步进电机控制驱动器 直线电机系统的开发研究与应用 DSP在短行程直线电机精密位置控制中的应用研究 单片机在交流电动机软启动中的应用 数控直线电机进给定位误差补偿技术研究 异步电动机变频调速再启动方法的研究 多相异步电机谐波电流与谐波磁势的对应关系 新型无刷直流直线电机系统的总体设计 交流复励电动机的工作特性 无速度传感器异步电机按定子磁链定向的矢量控制系统 直流伺服电动机模糊控制器的设计与仿真 一种感应电机直接转矩控制磁链观测的改进方法 RTDS中同步电机模型特性研究 基于多模型自适应控制器的感应电机变频调速系统 基于矢量控制IM实时控制的dSPACE实现 基于专用集成芯片的无刷直流电机控制器 开关磁阻电机模糊PID控制系统研究 浅析直流变频电机用电磁线的开发 双处理器实现无位置传感器开关磁阻电机控制 无速度传感器永磁同步电机直接转矩控制系统 基于编码器插值技术的光衰减器电机定位系统 无刷直流电机无位置传感器的检测方法 低压异步电机重绕修理中的绝缘结构问题 基于SIMULINK的永磁无刷直流电动机及控制系统的建模与仿真 交流单相感应电动机非对称空间矢量变频调速的研究 应用PTC和ZnO实现同步发电机快速灭磁 阻尼绕组对直接转矩控制同步电机动态行为的影响 复合型超声马达纵向振动建模 基于限流变压器的高压异步电机软起动控制器 一种新型四相SR电机功率变换器的分析与设计 PLC在三相异步电动机控制中的应用 基于DSP的混合式步进电机直接转矩控制研究 无刷直流电机神经网络内模自适应控制器设计 磁场定向不准对感应电动机系统性能影响的分析 无刷直流电机广角波控制方法的研究 单个逆变器驱动两台并联感应电机的无速度传感器矢量控制方法 感应电动机交_交变频调速系统的双内模控制研究 基于神经网络的开关磁阻电机无位置传感器控制 开关型磁阻电动机固有频率解析计算 三自由度球形电机位置测量研究 双凸极永磁电机的控制模式 PLC对步进电动机改变转速控制的实验 MRAS异步电机无速度传感器矢量控制低速性能的改善 基于MRAS的异步电机转子时间常数实时辨识 基于DSP的无刷直流电机锁相稳速系统 基于DSP控制的小功率异步电机变频调速系统 基于耦合场的大型同步发电机定子温度场的数值计算 基于光电传感器编码的永磁球形步进电机运动控制 新型内嵌式SMA电机的非线性模型 液体媒质超声波电机运行特性的实验研究与分析 集中绕组永磁无刷直流电机电枢反应及绕组电感的解析计算 永磁同步电动机直接转矩控制的弱磁运行分析 永磁直线同步电机推力波动优化及实验研究 基于恒定开关频率空间矢量调制的永磁同步电机直接转矩控制
一、开关磁阻电机发展简介 开关磁阻电机是80年代初随着电力电子、微电脑和控制技术的迅猛发展而发展起来的一种新型调速驱动系统，具有结构简单、运行可靠及效率高等突出特点，成为交流电机调速系统、直流电机调速系统和无刷直流电机调速系统的强有力的竞争者，引起各国学者和企业界的广泛关注。跨国电机公司Emerson电气公司还将开关磁阻电机视为其下世纪调速驱动系统的新的技术、经济增长点。目前开关磁阻电机已广泛或开始应用于工业、航空业和家用电器等各个领域。 1970年，英国Leeds大学步进电机研究小组首创一个开关磁阻电机（Switched Reluctance Motor, SRM）雏形，这是关于开关磁阻电机最早的研究。1972年，进一步对带半导体开关的小功率电动机（10w～1kw）进行了研究。到了1975年有了实质性的进展，并一直发展到可以为50kw的电瓶汽车提供装置。1980年在英国成立了开关磁阻电机驱动装置有限公司（SRD Ltd.），专门进行SRD系统的研究、开发和设计。1983年英国（SRD Ltd.）首先推出了SRD系列产品，该产品命名为OULTON。1984年TASC驱动系统公司也推出了他们的产品。另外SRD Ltd. 研制了一种适用于有轨电车的驱动系统，到1986年已运行500km。该产品的出现，在电气传动界引起不小的反响。在很多性能指标上达到了出人意料的高水平，整个系统的综合性能价格指标达到或超过了工业中长期广泛应用的一些变速传动系统。 从上世纪90年代国际会议的上有关SRD系统的文章来看，对SRD系统的研究工作已经从论证它的优点、开发应用阶段进入到设计理论、优化设计研究阶段。对SR电机、控制器、功率变换器等的运行理论、优化设计、结构形式等方面进行了更加深入的研究。 二、原理简介及优越性简介 开关磁阻电动机驱动系统（SRD）是较为复杂的机电一体化装置，SRD的运行需要在线实时检测的反馈量一般有转子位置、速度及电流等，然后根据控制目标综合这些信息给出控制指令，实现运行控制及保护等功能。转子位置检测环节是SRD的重要组成部分，检测到的转子位置信号是各相主开关器件正确进行逻辑切换的根据，也为速度控制环节提供了速度反馈信号。 开关磁阻电机具有再生的能力，系统效率高。对开关磁阻电机的理论研究和实践证明，该系统具有许多显著的优点： （1）电机结构简单、坚固，制造工艺简单，成本低，可工作于极高转速；定子线圈嵌放容易，端部短而牢固，工作可靠，能适用于各种恶劣、高温甚至强振动环境。 （2）损耗主要产生在定子，电机易于冷却；转子无永磁体，可允许有较高的温升。 （3）转矩方向与电流方向无关，从而可最大限度简化功率变换器，降低系统成本。 （4）功率变换器不会出现直通故障，可靠性高。 （5）起动转矩大，低速性能好，无感应电动机在起动时所出现的冲击电流现象。 （6）调速范围宽，控制灵活，易于实现各种特殊要求的转矩－速度特性。 （7）在宽广的转速和功率范围内都具有高效率 （8）能四象限运行，具有较强的再生制动能力。 （9）容错能力强。开关磁阻电机的容错体现在电机某一相损坏，电机照样可以运行。 与当前广泛应用的变频调速感应电动机相比，开关磁阻电机在成本、效率、调速性能、单位体积功率、可靠性、散热性等都具有明显的优势或竞争力。 如果说第一代开关磁阻电机（1983年研制）在小功率范围的效率比高效变频调速感应电动机低，第二代开关磁阻电机（1988年研制）的效率已全面超过了高效变频调速感应电动机。更难得的是，开关磁阻电机在宽广的速度和功率范围内都能保持较高的效率，这是变频调速感应电动机难以比拟的。感应电动机要取得与直流电机相近的调速特性需采用复杂的矢量控制系统，而开关磁阻电机通过调整开通角、关断角、电压和电流，可以得到不同负载要求的机械特性，控制简单、灵活，能容易地实现软启动和四象限运行，而且由于这是一种纯逻辑的控制方式，很容易智能化，通过修改软件调整电机工作特性满足不同应用要求。 由于开关磁阻电机固有的转矩波动，可能导致较大的噪声和振动，事实上这种情况的发生往往与电机设计和控制的不合理相关，通过优化电机设计和控制策略，转矩波动和噪声完全可以得到有效的抑制，正确认识到这一点对开关磁阻电机的开发和应用是很重要的。SRD Ltd.公司开发的伺服应用开关磁阻电机，转矩波动仅为。近年研究的最优励磁控制策略、两次换流控制策略、电机噪声根源、定子振动模态、定子固有频率计算等成果对降低电机噪声都有积极的促进作用。随着设计和制造水平的提高，噪声必将进一步降低。 三、开关磁阻电机的应用 近年来，开关磁阻电机的应用和发展取得了明显的进步，已成功地应用于电动车驱动、通用工业、家用电器和纺织机械等各个领域，功率范围从10W到5MW，最大速度高达100000 r/min。 电动车应用 开关磁阻电机最初的应用领域就是电动车。目前电动摩托车和电动自行车的驱动电机主要有永磁无刷及永磁有刷两种，然而采用开关磁阻电机驱动有其独特的优势。当高能量密度和系统效率为关键指标时，开关磁阻电机变为首选对象。 SRD开关磁阻电机驱动系统的电机结构紧凑牢固，适合于高速运行，并且驱动电路简单成本低、性能可靠，在宽广的转速范围内效率都比较高，而且可以方便地实现四象限控制。这些特点使SRD开关磁阻电机驱动系统很适合电动车辆的各种工况下运行，是电动车辆中极具有潜力的机种。SRD的最大特点是转矩脉动大，噪声大；此外，相对永磁电机而言，功率密度和效率偏低；另一个缺点是要使用位置传感器，增加了结构复杂性，降低了可靠性。因此无传感器的SRD也是未来的发展趋势之一。其优点主要表现在以下几个方面： （1）开关磁阻电机不仅效率高，而且在很宽的功率和转速范围内都能保持高效率，这是其它类型驱动系统难以达到的。这种特性对电动车的运行情况尤为适合，有利于提高电动车的续驶里程。 （2）开关磁阻电机很容易通过采用适当的控制策略和系统设计满足电动车四象限运行的要求，并且还能在高速运行区域保持强有力的制动能力。 （3）开关磁阻电机有很好的散热特性，从而能以小的体积取得较大的输出功率，减小电机体积和重量。 （4）通过调整开通角和关断角，开关磁阻电机完全可以达到它激直流电机驱动系统良好的控制特性，而且这是一种纯逻辑的控制方式，很容易智能化，从而能通过重新编程或替换电路元件，方便地满足不同运行特性的要求。 （5）开关磁阻电机无论电机还是功率变换器都十分坚固可靠，无需或很少需要维护，适用于各种恶劣、高温环境，具有良好的适应性。 纺织工业应用 近十多年来我国纺织机械行业的机电一体化水平有了较明显的提高，在新型纺织机械上普遍采用了机电一体化技术。这项技术的内容包含了先进的信息处理和控制技术，即以计算机为核心，有PLC、工控机、单片机、人机界面、现场总线等组成的控制系统；先进的驱动技术，有变频调速，交流伺服，步进电机等；检测传感技术和执行机构；精密机械技术等。棉纺织设备较有代表性的机电一体化产品，例如新型的粗纱机、分条整经机、浆纱机等。其中， 无梭织机的主传动技术也有了新的突破：采用开关磁阻电机作为无梭织机的主传动带来许多好处，减少传动齿轮、不用皮带和皮带盘，不用电磁离合器和刹车盘，不用寻纬电机，节能10%等优点，国内已有开关磁阻电机和驱动器的产品（北京中纺机电研究所），目前还在与无梭织机主机厂合作，共同开发应用技术，希望能尽快取得成功，填补国内空白。 焦炭工业应用 开关磁阻电机（SRD）因其起动力矩大、 起动电流小，可以频繁重载起动，无需其它的电源变压器，节能，维护简单，特别适用于矿井输送机、电牵引采煤机及中小型绞车等。 90年代英国已研制成功300kW的开关磁阻电机，用于刮板输送机，效果很好。我国已研制成功110kW的开关磁阻电机用于矸石山绞车 、132kW的开关磁阻电机用于带式输送机拖动，良好的起动和调速性能受到工人们的欢迎。 我国还将开关磁阻电机用于电牵引采煤机牵引，运行试验表明新型采煤机性能良好。此外还成功地将开关磁阻电机用于电机车，提高了电机车运行的可靠性和效率。 家电行业应用 随着人们生活水平的提高，洗衣机已逐渐深入千家万户，洗衣机也经历了手动机械洗衣机、半自动洗衣机、全自动洗衣机的发展过程，并不断智能化。洗衣机电机也由简单的有级调速电机发展为无级调速电机。开关磁阻电机由于低成本、高性能、智能化已开始应用于洗衣机，在美国高档洗衣机中已小批量采用，并取得明显的优点： （1）很低的洗涤速度。 （2）良好的衣物分布性。 （3）滚筒平衡性好。 （4）快速安全停机。 （5）软起动。 （6）电流限幅。 （7）最大速度高，低速转矩大。 （8）机械特性易调整。 （9）对水温、水流等易于智能控制。 四、开关磁阻电机的发展趋势展望 作为一种新型调速驱动系统，开关磁阻电机以其结构简单、低成本、高效率、优良的调速性能和灵活的可控性，愈来愈得到人们的认可和应用。目前已成功应用于在电动车用驱动系统、家用电器、工业应用、伺服系统、高速驱动、航空航天等众多领域中，成为交流电机调速系统、直流电机调速系统和无刷直流电机调速系统的强有力竞争者。 美国、加拿大、南斯拉夫、埃及等国家都开展了SRD系统的研制工作。在国外的应用中，SRD一般用于牵引中，例如电瓶车和电动汽车。同时高速性能是SRD的一个特长的方向。据报道，美国为空间技术研制了一个25000r/min、90kW的高速SRD样机。SRD系统的研究已被列入我国中、小型电机“八五”、“九五”和“十五”科研规划项目。 华中科技大学开关磁阻电机课题组在“九五”项目中研制出使用SRD的纯电动轿车，在“十五”项目中将SRD应用到混合动力城市公交车，均取得了较好的运行效果。纺织机械研究所将SRD应用于毛巾印花机、卷布机，煤矿牵引及电动车辆等，取得了显著的经济效益。 近年来功率电子技术,数字信号处理技术和控制技术的快速发展，而且随着智能技术的不断成熟及高速高效低价格的数字信号处理芯片（DSP）的出现，利用高性能DSP开发各种复杂算法的间接位置检测技术,无需附加外部硬件电路，大大提高了开关磁阻电机检测的可靠性和适用性,必将更大限度地显示SRD的优越性。 90年代进一步以计算机控制的柔性制造系统、主体仓库、机器人进行装配等组合起来，由计算机控制材料、部件的供应管理、达到全厂高效率、高质量的全自动化均衡生产，设计和制造水平不断提高，专用控制芯片和集成功率器件不断被开发出来，开关磁阻电机性能和适用性不断增强。随着国民经济建设的日益发展，各行各业的机械化、自动化程度越来越高，为开关磁阻电机提供了巨大的潜在市场。
开关磁阻电机调速系统建模与仿真分析李书杰等收稿日期:20091120基金项目:十一五国家科技支撑计划项目2008BAF34B00开关磁阻电机调速系统建模与仿真分析李书杰卜庆华董健周彦涛太原理工大学电气与动力工程学院太原030024摘要:分析了开关磁阻电机的数学模型在Matlab/Simulink环境下建立了相绕组数学模型、电流置换比较环节、功率变换电路模型结合这几个模块在电流斩波控制阶段做了低速重载仿真分析。仿真分析证明此方法的适用性为SR电机调速系统的分析和设计提供了一种方法。关键词:开关磁阻电机电流斩波仿真分析中图分类号:TM352TP3919文献标志码:A文章编号:10016848201010001903TheModelingandSimulationofSwitchedReluctanceDriveBasedonMatlab/SimulinkLIShujieBUQinghuaDONGJianZHOUYantaoCollegeofElectricalandPauerEngineeringTaiyuanUniversityofTechnologyTaiyuan030024ChinaAbstract:引言开关磁阻电机SR电机或SRM结构简单、启动电流小、启动转矩大、成本低与其他电机相比有明显优势1。但SR电机定、转子均为双凸极结构2-3在转动中存在着显著的边端效应、局部饱和现象导致SR电机磁路的高度非线性。由此而产生的低速转矩脉动、振动、噪音等问题就不难理解了。为了解决上述问题许多论文试图从电子控制部分或改变SR电机结构着手。如:一相导通变两相导通、增加电机的极对数等这些方法虽然部分地解决了上述问题但无疑损害了电机某一方面的性能。因此应从控制部分和电机本体两方面着手解决。本文在Matlab/Simulink环境下建立了开关磁阻电机调速系统SRD的数学模型为分析和设计SR电机调速系统提供了一种方法。1SR电机数学模型从SR电机数学模型的提出到现在SR电机模型的建立可以分为:线性模型、准线性模型、非线性模型由于SR电机的磁场磁路是非线性的线性模型、准线性模型不能准确描述SR电机静、动态特性。为了更好的分析SR电机特性本文采用非线性建模方法建立SR电机数学模型。忽略SR电机各相绕组互感则各相可以独立建模分析。对于第k相绕组电压方程为2UKRKikdk/dt1式中UK为k相绕组电压Rk为第k相绕组电阻ik为第k相绕组流过的电流k为第k相绕组的磁链。而k为第k相绕组电流ik和转子位置角的函数即:kik2则UkRkikkik�6�6dikdtk�6�6ddt3转子的机械运动方程为:TeJdwdtDwTL4wd/dt5式中Te为电磁转矩TL为负载转矩J为转动惯量D为电机系统粘性摩擦系数w为电机角速度。19微电机2010年第43卷第10期而w2n606其中n为电机的转速。从一相考察SR电机的电磁转矩根据磁链分析的虚位移原理电机在任一运行点的转矩可表示为:Tk�6�6�6�9ikconst�6�6�6�9-�6�6�6�9ikconst7�6�6�6�9为第k相绕组磁共能且�6�6�6�9ik0kdi8式5代入式3得dikdtUk-Rkik-k�6�6k/ik92基于Matlab/Simulink建模SR电机调速系统由SR电机、功率变换电路、电流位置检测、控制器几部分组成此部分建立了SR电机模块、电流斩波模块、功率变换模块。21SR电机绕组模型的建立由式5、式7、式9在Matlab/Simulink环境下可搭建SR电机仿真模型如图1所示一相绕组搭建模型时用到了Matlab/Simulink中Look-uptable2-D二维查找模块此模块根据输入与行和列参数进行比较产生其输出。图中La、La-分别接功率变换电路中一相的上下两个开关管其中2号输入thtea接A相绕组位置信号Rs为电机的相绕组电阻。图1一相绕组模型运用此种绕组建模方法可以建立其他相绕组的模型进而建立SR电机模型。此方法亦适用于任何相数的SR电机模型的建立。22电流斩波控制模块此模块的搭建思想是在电流斩波控制阶段通过设置电流斩波上、下限控制此阶段绕组电流的大小如图2所示。在搭建过程中用到滞环比较器Relay。其原理为4-6:此模块每相有两个输入信号实际绕组输入电流i1和参考电流i如实际输入电流i1从零开始上升当超过参考电流i且偏差小于滞环比较器的上限iH时电流继续增大如超出上限iH时开关管关断当绕组电流i1降到与i的偏差大于置换比较器的下限iL时主开关管导通绕组电流i1继续增大。如此反复上述过程直到SR电机的转速达到设定转速时切换控制。图2电流滞环控制模型23功率变换模块本文功率模块电路选用不对称半桥型功率电路主功率开关管选用IGBT。一相绕组的两个主开关管的导通与关断选用同一信号这样能够保证一相桥壁上的两个主开关管同时导通、同时关断。在电流斩波控制阶段CCC主开关管的导通角为0关断角为22变角度控制阶段APC关断角22。3仿真结果及分析应用上述模块及其他几个模块建立了开关磁阻电机调速系统仿真模型并在低速阶段做了重载仿真低速阶段也即CCC控制阶段此阶段的非线性仿真系统采用双闭环控制方案:电流环由电流滞环调节器构成转速环由PI调节器构成主开关管的导通角为0关断角为22。SR电机的额定参数及仿真参数如表1所示。表1SR电机的额定参数及仿真参数参数数值额定转速N/rmin-11500额定负载T/Nm955仿真实验条件n/rmin-1500电流斩波iL/A85iH95负载转矩T/Nm13由图3a启动电流波形可知电流的平均值约为9A在9A上下形成一个大小为1A的带宽由此可以论证电流滞环比较器发挥了作用在启动阶段能够控制相绕组电流的大小避免电流过大对电机绕组产生电流冲击。而图3b为启动转矩波形则显现出SR电机的启动转矩大约为15Nm比负载转矩大可以实现低速重20开关磁阻电机调速系统建模与仿真分析李书杰等载启动。图3低速重载启动波形由图4a稳态电流波形可以得出当达到给定转速500r/min时绕组电流的下限大约为6A已经低于置环比较环节设置的下限85A。可知此时绕组电流已不再是置环比较环节调节而改为PI调节图4b为稳态转矩波形此时SR电机输出转矩平均值与给定负载转矩大体持平转矩波动小。图4低速重载稳态波形4结论通过本文所提出的SRD仿真模型及分析通过设置滞环比较环宽适用于SR电机启动阶段也即CCC控制阶段稳态时输出转矩波动不大满足低速重载启动基本解决了低速转矩波动。因此本文所提出的SRD仿真方法为进一步开展SRD整体性能研究提供了一种参考方法。参考文献1陈昊.开关磁阻调速电动机的原理及设计M.徐州:中国矿业大学出版社王宏华.开关型磁阻电动机调速控制技术M.北京:机械工业出版社詹琼华.开关磁阻电动机M.武汉:华中理工大学出版社严利.基于matlab/simulink开关磁阻电机非线性建模方法研究与实践D.南京:南京航空航天大学嵇丽丽陈昊.基于matlab/simulink的开关磁阻电动机驱动系统非线性建模仿真J.东南大学学报:自然科学版2004S1:顾明磊王双红孙建波等.开关磁阻电机发电控制系统仿真研究J.微电机2009421:82-85.作者简介:李书杰1981-男硕士研究生研究方向为电机与电器及其控制。卜庆华1949-男教授博导从事电力电子技术、特种电机及其控制方面的研究。21
你好，中自机电掌握核心的开关磁阻电机驱动控制算法，其自主研发的开关磁阻电机驱动器可为各行业应用定制软件和参数，详情可见网页链接