磁组构研究现状_潘永信
1998年2月地 球 物 理 学 进 展第13卷 第1期
磁组构研究现状
潘永信 朱日祥
(中国科学院地球物理研究所,北京 100101)
摘 要 磁组构技术作为一种快速、经济和无损性方法测量岩石组构方法,已被广泛用于地质和古今环境研究.随着测试仪器和磁学理论的不断完善,除磁化率各向异性(AMS)测量外,近几年非磁滞剩磁各向异性(AAR)和等温剩磁的各向异性(AIR)的研究较多.同时随着扫描电镜等非磁方法研究和岩石磁性参数测量相结合,人们认识到磁性矿物组成对磁各向异性的重要控制作用.岩石应变磁组构测量在过去几年得到较大发展.岩浆岩的研究主要集中于凝灰岩古代火山口位置推断.沉积岩磁组构研究已显示出其在古今环境研究中的前景.磁组构在石油井下岩芯定向和古水流方向判别等方面的应用亦得到较快发展.
关键词 磁组构,岩石应变,岩石磁学,沉积环境,岩芯定向
1 引言
岩石中磁性矿物定向分布排列的特点称为磁组构.自从五十年代Graham(1954)将磁组构技术作为一种无损伤性测量岩石组构方法以来,已被广泛用于地质和古今环境研究,其快速、准确、经济和适用性强是其它方法无法替代的 1 .磁化率各向异性(Anisotropy of Magnetic Susceptibility,AM S)技术具有下列优点:1)适用于各种松散沉积物和固结岩石;2)高灵敏度:可以揭示以往视为各向同性岩石的组构,如弱变形岩石;
3)对岩石组构和变形尺度半定量或定量分析;4)快速、经济和无损测量.
近几年除磁化率各向异性(AM S)测量得到更广泛应用之外,对非磁滞剩磁各向异性(AAR)和等温剩磁的各向异性(AIR)的研究受到了重视 2 .非磁滞剩磁和等温剩磁各向异性依赖于岩石中岩石中载磁矿物颗粒性质,与天然剩磁(NRM)的磁组构有关.同时随着扫描电镜等非磁滞剩磁研究和岩石磁性参数测量相结合,人们认识到磁性矿物(顺磁性和铁磁性)组成对磁各向异性的重要控制作用.岩石磁学在磁组构研究中起着越来越重要的作用 3,4 .
岩石应变磁组构测量在过去几年得到很大发展 5 .通过磁组构测量结果与局部构造应力的关系,可定量分析主要构造事件,如褶皱、断裂和造山运动中的应变.岩浆岩磁组构研究主要集中于凝灰岩古代火山口位置推断.针对沉积岩磁组构的研究较少.磁组构在石油井下岩芯定向和古水流方向判别等方面的应用亦得到较快发展,显示出巨大应用前
本文1997年4月10日收到,由国家杰出青年基金资助.
景.
2 研究方法和仪器
Ellw ood 等人发现导电的抗磁性和顺磁性物质,如铜、黑云母和粘土,在50-5000Hz 范围内具有强的频率依赖性,而铁磁性物质不具备这种频率依赖性.据此我们可以区分抗磁性和顺磁性的物质AMS 张量和铁磁性物质的AMS 张量 6 .Lienert 用Monte Carlo 误差模拟对AMS 数据分析显示,H ex t/Jelinek 统计是估计特征矢量分布误差的好方法 7 .这种统计方法的建立是基于多元统计分析,可以对分布于AMS 椭球三轴(AMS 特征矢量)平均值附近的置信椭圆大小和方向进行统计.象Fisher (1953)统计天然剩磁那样,Hext/Jelinet 方法可以进行不同AM S 数据间及磁组构数据组间的相互比较.
T homas 等人把一级梯度仪与SQU ID 环相连来精确测量垂向磁感应强度(Bz),这种仪器可精确测量不足1mm 的薄片剩磁和磁化率,它是确定火山碎屑流动ARM 成因的有效方法 8 .这种高精度成像技术可能对剩磁各向异性和NRM 研究也很重要.高灵敏度的旋转卡帕桥(KLY-3s)已由捷克AGICO 公司生产投入市场.该仪器AM S 测量精度高达1.2 10-8(SI),可由计算机控制和数据处理,自动调零和调程,测量速度高(每个样品仅需2分钟),可与CS-3温度炉连接测量低场磁化率随温度变化,是AM S 测量目前最理想的仪器.
3 岩石磁学与磁组构
Johns 等人研究了前寒武纪含磁铁矿岩石 9 ,Jackson 和Borradaile 研究了寒武纪Welsh 含赤铁矿板岩 10 ,他们运用岩石磁学、应变分析和显微镜等方法分析了矿物对AMS 的控制作用.在Thomson 组顺磁性绿泥石和铁磁性磁铁矿混合物变化使磁各向异性和体磁化率之间或为正相关或为副相关.在Welsh 板岩中,受多期生成的赤铁矿影响AMS,尽管有很高的岩石应力,岩石磁组构却很弱.
Lu 和McCabe 研究阿帕拉契盆地南部灰岩时,利用非磁滞剩磁各向异性(AAR)和等温剩磁各向异性(AIR)识别出粗粒磁铁矿组构记录了岩石变形前组构,而细粒磁铁矿组构记录了阿勒格尼(次生)组构 11 .Sun 等人研究认为重磁化碳酸盐岩仅具有弱的磁组构 12 .Sierra 等人研究表明褶皱后生成磁铁矿记录了褶皱期构造方向 13 .Seaman 等人研究了新墨西哥东南部凝灰岩和Bloodgood 峡谷,重点探讨了磁性矿物转变对磁组构的影响 14
.他们发现原生磁铁矿、黑云母和其它含铁矿物向次生赤铁矿的转变,削弱了AM S 流线理.同弱改造凝灰岩比较,强改造的凝灰岩的体磁化率下降,同一测点上AM S 分散程度增加.在研究Bloodgood 峡谷时,他们使用Fry 的 中心-中心 (centre-to-cen -tre)应力分析法估计流线理,所得出的结果与AMS 得出的流线理吻合良好.磁组构分析可帮助判断岩石中磁性矿物的化学变化.Pick 和T aux e 利用AIR 测量证 53 第13卷 第1期潘永信等:磁组构研究现状
明,次生磁铁矿沉淀时的磁场控制着所生成颗粒的易磁化方向定向.他们观测到,最大AIR 轴取向趋于外场的方向,随外场强度加大AIR 各向异性增强 15 .这些结果显示出剩磁各向异性测量有助于识别化学剩磁(CRM )等次生磁化.H irt 和Gehring 研究一种富铁岩时发现,当加热到250 以上时,原菱铁矿记载的的反向AMS,就被由铁蛇纹石次生的磁铁矿AMS 所掩盖 16 .
Rochette 指出,矿物成分会影响AMS 的方向 4 ,含赤铁矿、磁黄铁矿、多畴磁铁矿岩石和由层状硅酸盐组成的岩石多为正磁组构,而含铁碳酸盐、电气石、堇青石、针铁矿和单畴磁铁矿岩石中可见负磁组构.含细粒磁铁矿的灰岩可能会出现莫名其妙的AM S,很可能与粒度变化有关.当岩石磁化率载体不止一种矿物类型时,很难定量说明各向异性比率是应变作用还是成分不同引起的.可能需要借助于高场磁化率或剩磁各向异性测量.AMS 构造意义有时会也受到各种剩磁的影响.对样品可适当进行热退磁或交变退磁预处理.
4 磁组构和岩石变形
通过野外变形岩石,特别是应变梯度场中岩石磁组构测量和实验室变形模拟变形过程中磁性矿物的数学模型研究,大大促进了磁组构在岩石应变研究方面进展.需要结合详细的岩石磁学、岩组分析、变形实验和数学模型等手段认识不同对磁组构意义.定量分析磁组构在变形过程中的变化发展特征,通过岩石磁组构与局部应变的关系分析,建立特定岩石的地区磁应变尺度,最终分析主要构造事件,如褶皱、断裂和造山运动等.
Hirt 通过去玻璃化碎屑的Rf/f 分析和AM S 强度测量进行应变对比,研究了加拿大Sudburg 盆地的区域应力模式 17 .揭示出该盆地的初始露头为圆形,可能为陨石撞击成因性.Housen 等人研究了Parry Sound 剪切带应变梯度 18 ,从相对未变形的准斜长岩到高度变形的超糜棱岩带中,主要磁性矿物(磁铁矿)在岩石变形过程中发生了塑性变形而不是刚性旋转.AMS 组构可用来确定岩石简单剪应力的量值.Richter 等人研究了瑞士阿尔卑斯山中段红层的应变 19 .利用X 射线极成象测量仪(X ray pole figure goniometry)测量应力,并记录了变质加深(变形页岩-闪岩相片岩)和变形增强对AMS 的影响.他们发现,变形作用增强比变质作用加深对磁组构的影响更大.H ousen 和Van der Pluijm 为重建小范围应力梯度场中岩石磁组构的发育过程,研究了宾西法尼亚一个页岩到板岩序列的剩磁各向异性 20 .他们利用非磁滞剩磁各向异性(AAR)测量,发现磁铁矿记录磁组构在页岩中平行层面,在板岩中与节理面平行.
Borradaile 等人通过一系列变形实验,分析岩石变形作用对含磁铁矿砂岩和灰岩的剩磁及磁组构的影响 21,22 ,发现随变形作用加强磁矫顽力增加,可能是磁性颗粒破裂造成的.另外,使用干、湿两种人工合成的含磁铁矿灰质砂岩进行变形实验,揭示出体应变通过颗粒再定向控制剩磁的再定向和AMS 组构的发育,变形中AAR 组构的发育和矫顽力变化是由碎屑间粒内应力引起的.Borradaile 和Jackson 通过把干的粒状岩石加压到相当于 54 地 球 物 理 学 进 展1998年
8公里埋深压力,来揭示变形对矫顽力和岩石中磁颗粒分布的影响 23 .实验分别使用粒度不同两种磁铁矿,结果发现粒内应力对粗粒、低矫顽力磁颗粒有退磁作用.这可能意味着在低地温梯度地区,NRM 的低矫顽力组分可能会在快速埋藏过程中被自然退磁.Richter 等人也曾研究了纯剪应力对磁组构发育的影响作用 24 ,使用的是含磁铁矿和不含磁铁矿两种粘土水扩散溶液.他们发现对不含磁铁矿样品,其最终磁组构强度受控于样品中粘土矿物、顺磁矿物含量和初始组构,而不是受控于应力.对含磁铁矿的粘土扩散液,磁组构的主要载体是磁铁矿,但是磁铁矿的含量不影响发育磁组构的强度.Johns 和Jack -son s 所做的变形实验也显示,在顺磁性矿物和铁磁性混合时铁磁性矿物控制磁组构,但铁磁性矿物颗粒形态(单个颗粒各向异性)对最终磁组构有很大影响 25 .
压实作用会造成沉积岩中天然剩磁倾角浅化,磁组构可以帮助这一问题.Jackson 等人开创性地用沉积物或沉积岩的非磁滞剩磁各向异性(AAR)识别和校正天然剩磁倾角浅化 3 .通过亚微粒针状和等轴状磁铁矿颗粒在非磁性高岭石介质中再沉积实验,他们得出了AAR 强度和NRM 倾角浅化程度二者之间的关系.Collombat 等人用类似方法研究了大西洋近代沉积物,发现非磁AAR 和倾角浅化之间存在强的对应关系 26
.他们认为AAR 可用来识别和校正倾角浅化.Jackson 等认为在埋藏压实过程中随沉积物体积减小,沉积物中磁颗粒分布将有规律选择定向.为检验这一假设,Kodama 和Sun 做了一系列压实实验 27 ,逐步测量各个压实阶段剩磁和磁组构.压实对象包括含针状磁铁矿和高岭石粘土的天然和人工材料.他们发现,在早期压实阶段,他们得出的测量结果和Jackson 模型有差异.认为在早期粘土组发育时磁颗粒随机性造成了磁组构和体积缩小之间不确定关系.要想确定沉积物组构和体积缩小间的特定关系,他们建议应对于每一种岩石或沉积物类型分别进行压实实验.为更好地在显微尺度上认识倾角浅化控制因素,Sun 和Kodama 详细地研究了实验室压实的磁铁矿-粘土合成物和天然海洋沉积物的磁组构(AAR)和非磁组构(X 射线极图象角度仪,扫描电镜) 28 .通过扫描电镜他们发现磁颗粒附着于粘土颗粒.他们又通过比较不同压实阶段AAR 、X 射线角度仪数据和SEM 结果,发现在粘土组构发育早期磁颗粒排列是随机的.后期磁组构发育和粘土组构发育非常相似,一旦粘土组构建立,磁颗粒就依附于粘土颗粒或加入到粘土畴中,结果磁组构跟粘土颗粒定向方式一样有规律发育.5 岩浆流动、沉积作用和磁组构
近来对岩浆流动形成磁组构显微机制取得了新认识.H argraves 等人指出浆岩磁组构不是由各向异性颗粒选择定向产生的,而是由相互作用各向同性磁颗粒的各向异性分布(anisotropic distribution)造成的 29 ,岩浆岩中典型磁颗粒为等轴状或骸晶状,往往不显示形态各向异性,它们不能够产生所观测到的强的磁各向异性.岩浆冷凝后期磁颗粒生长受到已结晶硅酸盐颗粒框架限制,磁颗粒各向异性分布又得到了加强.并用实验支持了他们的模式.Stephenson 提出了一些简单理论模型支持Hargraves 等人的模型 30 .此外,
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Staudigel 等人通过岩浆Troodos 蛇绿岩套中席状岩墙的AMS 研究,提出了洋壳扩张中心侵位的新看法 31 .AM S 测量结果显示出岩墙中存在明显的侧向流动.而不是早期洋壳侵位模型所认为的岩浆仅有垂向流动.
对于喷出流动组构研究集中于灰降凝灰岩,主要是恢复已被剥蚀古火山源区位置 32,33
.越来越多的证据都显示,磁组构流动叠瓦是确定岩浆流动方向的有用标志.AMS 椭球最大轴方向可代表凝灰物质流动方向.MacDonald 等人探讨了用AMS 测量确定火山复合体中熔岩流动方向的可行性 34 .
利用沉积物或沉积岩磁组构测量可以帮助认识现代环境体系特征.Ellw ood 对采集于南大西洋阿根廷盆地一个巨型波痕不同部位的箱状和活塞样进行了AM S 测量 35 ,他发现在波痕迎水坡AMS 为扁长状或球状,指示侵蚀作用;在背水坡AM S 为扁圆状,指示沉积作用过程.从垂向上磁性质变化看,历史上该盆地曾发生过一次大的底水流变化.AMS 组构测量也可用于重建古代沉积环境体系.Schieber 和Ellw ood 利用AM S 测量研究了蒙塔拿州中元古New land 组沉积古地理 36 ,据磁组构数据得出的水流模式,同其它非磁古水流标志得出的水流模式相吻合.最大磁化率轴叠瓦也可反映古水流方向.古水流模式说明盆地早期较长时期内水流是稳定的,盆地范围比现存边界要大得多.上部水流模式和下部水流模式的显著改变,说明盆地曾发生过一次大的配置变化.孙继敏等通过对沙漠 黄土边界带红石峡剖面黄土 古土壤磁组构测量,初步尝试重建古风向 37 .AM S 的古水流模式研究不仅具有环境理论意义,而且具有较高的应用价值.如在钻井岩芯原始方位复原后,磁组构可用来帮助判断河道砂体的延伸方位 38,39 ,为确定新井(开发井或注水井)位置提供重要参考资料.此方面研究有待于积极开发利用.
参 考 文 献
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58 地 球 物 理 学 进 展1998年
THE RECENT PROGRESS IN MAGNETIC FABRICS
Pan Yongx in Zhu Rixiang
(Institute of geophysics CAS,Beijing 100101)
Abstract
As a quick,cheap and non-destructive w ay of measuring rock fabrics,magnetic fabric measurements have become increasing ly important means in geoscience and environmental sc-i ences today.With the improvement in laboratory equipment and rock magnetism,besides con -ventional measurements on anisotropy of magnetic susceptibility (AM S),many investigations emphasize anisotropy of anhysterestic remanence (AAR)and anisotropy of isothermal rema -nence (AIR).It is proved that magnetic mineral composition has an important control on the magnetic fabric.A big progress of magnetic fabric has been made in studies of rock deformation,location of ancient volcanic sources,and depositional environments.Also the magneitc fabric study shows a g reat potential application in oil exploration,such as core reorientation and pale -ocurrent study in ancient sedimentary basins.
Key words M agnetic fabric,Rock deformation,Rock magnetism,
Depositional environment,Core reorientation
59 第13卷 第1期潘永信等:磁组构研究现状
铣刀片的应力场分析
铣刀片的应力场分析 作者：董丽华袁哲俊李振加严复钢 1．引言 铣削属断续切削，切削过程中刀片受力非常复杂，力的大小和方向随时变化，刀片的失效形式主要为冲击破损。因此，采用有限元法对铣刀片应力场进行分析，以寻求减少刀片破损的刀具最佳几何角度，对于铣刀片槽型的开发具有指导意义。 2．面铣切削加工坐标系统的建立 面铣切削加工坐标系统由刀体坐标系和刀片坐标系组成，如图1所示。 图1面铣切削加工坐标系统 在刀体坐标系中，Y轴为铣刀轴线，X轴在基面内过刀尖与Y轴相交。在刀片坐标系中，y1轴通过主切削刃，x1轴通过副切削刃，刀片前刀面在x1o1y1平面内。铣刀半径为R=OO1，铣刀前角为γ0，刃倾角为λs，主偏角为K，法向前角为γn。 面铣刀无论具有何种几何角度，都可看作是由刀体坐标系经过一次平移和三次旋转而成，可用矩阵表示为 其中A11=cosγn sinηr+sinγn sinλs cosηr
A12=cosγn cosηr-sinγn sinλs sinηr A13=sinγn cosλs A21=-cosλs cosηr A22=cosλs sinηr A23=sinλs A31=-sinγn sinηr+cosγn sinλs cosηr A32=-sinγn cosηr-cosγn sinλs sinηr A33=cosγn cosλs tgγn=tgγ0cosλs 3．切入冲击力方向的确定 铣削与车削的不同之处在于铣削为断续切削，存在着切入、切出过程，铣刀的破损主要是由机械冲击力引起的。因此，首先要确定铣刀切入瞬间冲击力的作用方向。铣削时，铣刀高速旋转，工件缓慢进给，若忽略进给运动(因进给运动速度仅为铣刀运动速度的约1/4)，铣刀切入冲击力的方向应该在刀具相对工件运动的切线方向上。如图2所示。 图2 切入冲击力的方向 由图1可知，切入冲击力方向为Z轴方向，力F分解到刀片坐标系中为 式中A13、A23、A33取值见式(1)，代入具体参数得
氧化物稀磁半导体的研究进展 陈俊鹏
氧化物稀磁半导体的研究进展陈俊鹏 发表时间：2018-07-23T16:40:36.157Z 来源：《知识-力量》2018年8月上作者：陈俊鹏王宏玲张博[导读] 氧化物稀磁半导体材料是制备电子自旋器件的主要材料，在自旋电子学相关领域中具有非常广阔的应用前景。本文分析了氧化物稀磁半导体的磁性研究及进展。 （中芯国际集成电路制造（天津）有限公司，天津 300385） 摘要：氧化物稀磁半导体材料是制备电子自旋器件的主要材料，在自旋电子学相关领域中具有非常广阔的应用前景。本文分析了氧化物稀磁半导体的磁性研究及进展。 关键词：氧化物；稀磁半导体；磁性 在各种类型的半导体材料中，氧化物半导体材料因具有宽带隙的特点，所以能实现n型载流子重掺杂，有利于强铁磁交换耦合在局域自旋之间进行，是实现高居里温度最有希望的宿主化合物之一。 一、稀磁半导体研究发展过程 新的研究热潮开始于20世纪80年代，由于材料样品的生长质量问题,早期的研究主要集中在光学性质方面。经过多年研究,人们逐渐弄清稀磁半导体磁光性质的物理机制，由于Ⅱ-Ⅵ族稀磁半导体的磁学性质主要有局域磁矩之间的反铁磁超交换相互作用决定,因此随着温度和磁离子浓度的变化而呈现出顺磁、自旋玻璃和反铁磁的行为，部分Ⅱ-Ⅵ族稀磁半导体出现铁磁性,但其居里温度很低,使这些奇特的磁光性质在室温下都消失。InMnAs和GaMnAs铁磁半导体的出现又使沉寂的稀磁半导体领域重新活跃起来,它不但重新激活了人们对磁性半导体材料的研究兴趣,而且带动了一门新兴的学科领域--半导体自旋电子学的发展。 二、氧化物稀磁半导体的磁性 1、3d过渡金属掺杂氧化物稀磁半导体。以ZnO半导体为例，研究5% 3d过渡金属掺杂的ZnO薄膜中，除Cr以外的其它3d过渡金属掺杂的薄膜均显示室温铁磁性，但掺杂元素不同，薄膜的ms差别较大。这可能是由于各种3d过渡金属离子的3d轨道上电子数和排布不相同，在高自旋态下相应的净自旋数目不一致，从而使它们的ms各有差异。另外，即使掺杂同一种过渡金属，若掺杂的浓度不同，单位过渡金属离子的ms也不相同。如在ZnO:Co薄膜中，随着Co掺杂浓度的增大，薄膜的ms逐渐减小，这是因Co离子随机分布在ZnO晶格中占据着Zn离子的位置，掺杂浓度越高，Co离子就有更多机率占据相邻的Zn离子位置，从而使部分Co离子形成Co-Co反铁磁耦合，对ms没有贡献，导致薄膜ms减小。 此外，有的薄膜显示铁磁性，有的显示反铁磁性，还有的显示自旋玻璃态、顺磁性等。对那些显示铁磁性的样品，其磁矩值也各不相同，最大值和最小值之间甚至差几个数量级，这其中的原因表面看来是与所采用的制备方法和制备条件等有关，但其实还是由薄膜本身微观结构的差异所决定。例如，3d过渡金属在氧化物半导体中的固溶度一般很小，很难保障过渡金属均匀取代半导体中阳离子形成本征稀磁半导体，因此，所获得的样品有可能是稀磁半导体相和过渡金属或它们氧化物团簇等杂质相的共存。即使真正获得原子尺度均匀取代的本征稀磁半导体，但如此“稀”的仅百分之几过渡金属掺杂氧化物的半导体，其产生的宏观磁性也挑战了人们对传统磁学的认识。 2、共掺氧化物稀磁半导体。典型的共掺是在选择一种3d过渡金属的同时，再选择一种主族元素掺杂在氧化物半导体中。3d过渡金属元素进入体系占据氧化物中阳离子位置，由于它们存在未占满的3d轨道，能给体系提供自旋；主族元素则可能占据氧化物中的阳离子或阴离子的位置，形成施主或受主，使体系呈p型或n型导电，从而通过改变主族元素的掺杂浓度，调控体系的载流子浓度，进而不同程度地调控氧化物半导体的磁性。 人们常选择主族元素N、P等替代ZnO中的O离子，Li、Na等替代ZnO中的Zn离子，从而希望把过渡金属掺杂的ZnO调制成p型半导体。例如，人们在沉积ZnMnO过程中通入N2以实现Mn、N共掺，从而改善薄膜的铁磁性。由于N和P同属第五主族，所以Mn、P共掺也被人们所研究，溅射态的Mn、P共掺ZnO薄膜显示室温铁磁性，而且呈p型导电，随着在室温空气中放置时间的推移，薄膜的磁性逐渐减小、直至消失，而且薄膜不再呈p型导电，而是表现为高阻态，因此说明高空穴浓度对薄膜铁磁性的产生非常重要。人们还对Co、Li共掺ZnO薄膜进行了研究，选择Li作为共掺元素也是因Li+取代Zn2+(LiZn)可在体系中引入空穴，进而影响薄膜的铁磁性。 人们也通过选择一些合适的主族元素与过渡金属共掺在ZnO和In2O3半导体中引入额外电子，从而使之成为n型半导体。例如，选择Al、Ga等III族元素与过渡金属共掺可在ZnO体系中引入额外电子。通过精确控制Al的浓度和氧气压使ZnMnO和ZnCoO的室温磁矩值分别达4.36μB/Mn和1.69μB/Co。另外，选择具有还原作用的H来共掺也能使ZnCoO表现为n型导电，从而改善薄膜的铁磁性。此外，采用Sn与过渡金属共掺In2O3，可使体系自由电子浓度高达1022cm-3，所以人们通常用Sn、Mn共掺及Sn、Fe共掺等来调控In2O3薄膜的电输运性质和磁性。 在此需注意一种非补偿性p-n共掺，例如在Mn、Al共掺的ZnO体系中，尽管Mn2+和Zn2+都是+2价，但许多研究表明：在过渡金属掺杂的宽禁带半导体中，Mn2+离子间的交换相互作用不同于其他过渡金属离子的交换作用，其他过渡金属的d态位于带隙内，而Mn的d态位于价带内，这使Mn掺杂ZnO的载流子浓度要比其他过渡金属小。通常，Mn掺杂的ZnO比纯ZnO的载流子浓度要小约1个数量级。此时Mn既充当受主又提供自旋，Al3+为施主。Mn、Al共掺时，每个Al3+提供一个自由电子，每个Mn2+的补偿作用不足以抵消一个电子，这就是非补偿性p-n共掺法。它有两大优点：一是非补偿性p-n对中的受主和施主离子之间存在库仑相互作用，可降低整个体系能量，阻止过渡金属离子的团聚和化合；二是非补偿性p-n对有净电荷，可通过调节p-n对的浓度来同时调控载流子浓度和磁性离子浓度，从而调控掺杂氧化物半导体的带隙宽度、输运性质和磁性。 除选择一种3d过渡金属和一种主族元素共掺外，也有人同时选择两种3d过渡金属共掺的。不论在ZnO还是In2O3体系中，人们选择的3d 共掺元素是Cu，如Co、Cu共掺ZnO和Fe、Cu共掺ZnO等。这主要是考虑到Cu易变价，既能提供净自旋，还是一种空穴掺杂剂，而且与Cu相关的第二相都不显示铁磁性。人们从实验上也发现，Cu与其他3d过渡金属的共掺对氧化物稀磁半导体铁磁性的产生和改善有一定的作用。 人们通过各种共掺技术一方面希望改变载流子的类别和浓度来调控磁性，进一步理解磁性来源；另一方面希望制备出均相的本征稀磁半导体。由此可见，在ZnO、In2O3的研究中所采用的非补偿性p-n共掺方法既可降低体系能量、实现均匀替代掺杂，还可调控载流子浓度和磁性，因此是实现磁性和输运性质可调控的本征稀磁半导体的一种很有效的方法。
磁性材料基本特性的研究
实验报告 姓名：什么情况班级：F10 学号：51 实验成绩： 同组姓名：实验日期：2011- 指导老师：助教批阅日期： 磁性材料基本特性的研究 【实验目的】 1．了解磁性材料的磁滞回线和磁化曲线概念，加深对铁磁材料的主要物理量矫顽磁力、剩磁和磁导率的理解； 2．利用示波器观察并测量磁化曲线与磁滞回线； 3．测定所给定的铁磁材料的居里温度． 【实验原理】 1．磁化性质 一切可被磁化的物质叫作磁介质。磁介质的磁化规律可用磁感应强度B、磁化强度M、磁场强度H来描述，它们满足一定的关系 μr的不同一般可分为三类，顺磁质、抗磁质、铁磁质。 对非铁磁性的各向同性的磁介质，H和B之间满足线性关系，B =μH，而铁磁性介质的m 、B 与H 之间有着复杂的非线性关系。一般情况下，铁磁质内部存在自发的磁化强度，当温度越低自发磁化强度越大。如图一所示。 图一B~ H曲线图二μ~ T曲线 它反映了铁磁质的共同磁化特点：在刚开始时随着H的增加，B缓慢的增加，此时μ较小；而后便随H的增加B急剧增大，μ也迅速增加；最后随H增加，B趋向于饱和，而此时的μ值在到达最大值后又急剧减小。图一表明了磁导率μ是磁场H的函数。B-H曲线表示铁磁材料从没有磁性开始磁化，B随H的增加而增加，称为磁化曲线。从图二中可看到，磁导率μ还是温度的函数，当温度升高到某个值时，铁磁质由铁磁状态转变成顺磁状态，在曲线上变化率最大的点所对应的温度就是居里温度T C。 2．磁滞性质 铁磁材料除了具有高的磁导率外，另一重要的特性是磁滞现象．当铁磁材料磁化时，磁
感应强度B不仅与当时的磁场强度H有关，而且与 磁化的历史有关，如图3所示．曲线OA表示铁磁材 料从没有磁性开始磁化，B随H的增加而增加，称 为磁化曲线．当H值到达某一个值H S时，B值几乎 不再增加，磁化趋于饱和．如使得H减少，B将不 再沿着原路返回，而是沿另一条曲线AC'A'下降，当 H从-H S增加时，B将沿着A'CA曲线到达A形成一 闭合曲线．其中当H = 0时，|B| = Br，Br称为剩余 磁感应强度．要使得Br为零，就必须加一反向磁场， 当反向磁场强度增加到H = -H C时，磁感应强度B为零，达到退磁，HC称为矫顽力．各种铁磁材料有不同的磁滞回线，主要区别在于矫顽力的大小，矫顽力大的称为硬磁材料，矫顽力小的称为软磁材料． 3．用交流电桥测量居里温度 铁磁材料的居里温度可用任何一种交流电桥测量。本实验采用如图所示的RL交流电桥， 图三RL交流电桥 在电桥中输入电源由信号发生器提供，在实验中应适当选择不同的输出频率ω为信号发生器的角频率。选择合适的电子元件相匹配，在未放入铁氧体时，可直接使电桥平衡，但当其中一个电感放入铁氧体后，电感大小发生了变化，引起电桥不平衡。但随着温度的上升到某一个值时，铁氧体的铁磁性转变为顺磁性，CD两点间的电位差发生突变并趋于零，电桥又趋向于平衡，这个突变的点对应的温度就是居里温度。实验中可通过桥路电压与温度的关系曲线，求其曲线突变处的温度，并分析研究在升温与降温时的速率对实验结果的影响。4．用示波器测量动态磁化曲线和磁滞回线
纳米磁性材料的制备和研究进展综述教案资料
纳米磁性材料的制备和研究进展综述 一．前言 纳米材料又称纳米结构材料 ,是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围内的材料 (1-100 nm) ,或由它们作为基本单元构成的材料 ,是尺寸介于原子、分子与宏观物体之间的介观体系。磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场H 作用下，必有相应的磁化强度M 或磁感应强度B，它们随磁场强度H 的变化曲线称为磁化曲线（M～H或B～H曲线）。因此 ,纳米磁性材料的特殊磁性可以说是属于纳米磁性。 司马迁《史记》记载黄帝作战所用的指南针是人类首次对磁性材料的应用。而今纳米磁性材料广泛应用于生物学，磁流体力学，原子核磁学，机体物理学，磁化学，
天文学，磁波电子学等方面。随着雷达、微波通信、电子对抗和环保等军用、民用科学技术的,微波吸收材料的应用日趋广泛 ,磁性纳米吸波材料的研究受到人们的关注。纳米磁性材料也对人们的生产与生活带来诸多的利益。 本次综述，主要针对磁性纳米材料的制备方法和研究进展两个问题进行阐述。首先，介绍磁性纳米材料的发展历史，可以追溯到黄帝时期。其次，介绍磁性纳米材料的分类。------再次，重点介绍磁性纳米材料是怎么制备的。其制备方法一般分为三大类：1.由上到下，即由大到小，将块材破碎成纳米粒子，或将大面积刻蚀成纳米图形等。2.由下到上，即由小到大，将原子，分子按需要生长成纳米颗粒，纳米丝，纳米膜或纳米粒子复合物 3. 气相法、液相法、固相法等。第四、介绍磁性纳米材来噢的现状和发展前景。最后，将全文主题扼要总结，并且找出研究的优缺点和差距，提出自己的见解。 二、主题 1、纳米磁性材料的发展史 磁性材料是应用广泛、品类繁多、与时俱进的一类功能材料，磁性是物质的基本属性之一。人们对物质磁性的认识源远流长，早在公元前四世纪,人们就发现了天然的磁石(磁铁矿Fe3O4),，据传说，那是黄帝大战蚩尤于涿鹿，迷雾漫天，伸手不见五指，黄帝利用磁石指南的特性，制备了能指示方向的原始型的指南器，遂大获全胜．古代取其名为慈石，所谓“慈石吸铁，母子相恋”十分形象地表征磁性物体间的互作用。人们对物质磁性的研究具有悠久的历史,是在十七世纪末期和十八世纪前半叶开始发展起来的。1788年,库仑(Coulomb)把他的二点电荷之间的相互作用力规律推广到二磁极之间的相互作用上。1820年,丹麦物理学家奥斯特(Oersted)发现了电流的磁效应;同年法国物理学家安培(Ampere)提出了分子电流假说,认为物质磁性起源于分子电流。
国际核聚变研究开发的现状和发展趋势_希物
中国核工业 ＺＨＯＮＧＧＵＯＨＥＧＯＮＧＹＥ中国核工业 ＺＨＯＮＧＧＵＯ ＨＥ ＧＯＮＧＹＥ ２００６年?第１２期?总第７６期 国际磁约束核聚变研究始于上世纪５０年代。国际上将核聚变研究的发展分为六个阶段，即：原理性研究阶段、规模实验阶段、点火装置实验阶段（氘氚燃烧实验）、反应堆工程物理实验阶段、示范反应堆阶段、商用化反应堆阶段。总体上看，国际磁约束核聚变界正处在点火装置和氘氚燃烧实验阶段，并逐步向反应堆工程实验阶段过渡。 上世纪９０年代，国际磁约束核聚变研究取得了突破性的进展，获得了聚变反应堆级的等离子体参数，初步进行的氘－氚反应实验，得到１６兆瓦的聚变功率。可以说，磁约束核聚变的科学可行性已得到证 实，有可能考虑建造“聚变能实验堆”，创造研究大规模核聚变的条件已经成熟。国际聚变研究在完成科学可行性验证后已于１９９６年正式定位为核聚变能源开发，其显著标志是国际原子能机构（ＩＡＥＡ）等离子体物理和受控核聚变研究国际会议于１９９６年正式更名为国际聚变能源大会。 近十年来，各国在托卡马克装置上的核聚变研究不断取得令人鼓舞的进展。１９９１年１１月９日，欧共体的ＪＥＴ托卡马克装置成功地实现了核聚变史上第一次氘－氚运行实验，在氘氚６比１的混合燃料（８６％氘，１４％氚）中，等离子体温度达到３ 亿摄氏度，核聚变反应持续了２秒钟，产生了１×１０１８个聚变中子，获得的聚变输出功率为０．１７万千瓦，能量增益因子Ｑ值达０．１１～０．１２。虽然高峰聚变功率输出时间仅有２秒，但这是人类历史上第一次用可控方式获得的聚变能，意义十分重大。这一突破性的进展极大地促进了国际托卡马克实验堆计划的开展。 １９９３年１２月９日和１０日，美国在ＴＦＴＲ装置上使用氘、氚各 ５０％的混合燃料，使温度达到３亿～４亿摄氏度，两次实验释放的聚变能分别为０．３万千瓦和０．５６万千瓦，大约为ＪＥＴ输出功率的２倍和４ 国际核聚变研究开发的现状和发展趋势 本期专题———关注中国核聚变研究 ◎撰文?希物 特斯拉、等离子体存在时间２９６０毫秒。 我国聚变研究的中心目标是在可能的条件下促使核聚变能尽早在中国实现。因此，参加国际热核聚变实验堆（ＩＴＥＲ）计划应该也只能是我国整体聚变能研发计划中的一个重要组成部分。国家将在参加ＩＴＥＲ计划的同时支持与之配套或与之互补 的一系列重要研究工作，如托卡马克等离子体物理的基础研究、聚变堆第一壁等关键部件所需材料的开发、示范聚变堆的设计及必要技术或关键部件的研制等。参加ＩＴＥＲ计划将是我国聚变能研究的一个重大机遇。 尽管就规模和水平来说，我国核聚变能的研究和美、欧、日 等发达国家还有不小的差距，但是我们有自己的特点，也在技术和人才等方面为参加ＩＴＥＲ计划作了相当的准备。这使得我们有能力完成约定的ＩＴＥＲ部件制造任务，为ＩＴＥＲ计划作出相应的贡献，并有可能在合作过程中全面掌握聚变实验堆的技术，达到我国参加ＩＴＥＲ计划总的目的。 １５
磁性材料研究进展
磁性材料 引言 磁性材料作为重要的基础功能材料，已广泛用于信息、能源、交通运输、工业、农业及人们日常生活的各个领域，对社会进步和经济发展起着至关重要的推动作用。人们习惯按矫顽力的高低，对磁性材料进行分类：矫顽力大于1000A／m则称为硬磁材料，当硬磁材料受到外磁场磁化后，去掉外磁场仍能保留较高的剩磁，因此又称之为永磁材料或恒磁材料；矫顽力小于lOOA／m则称为软磁材料；矫顽力100A／m ZnO基稀磁半导体材料的研究进展集半导电性和磁性于一体的磁性半导体，可以同时利用电子的电荷和自旋，兼备常规半导体电子学和磁电子学的优越性，被认为是2l世纪最重要的电子学材料．在自旋电子领域展现出非常广阔的应用前景，引起了人们对其研究的浓厚兴趣．在非磁半导体材料中掺杂磁性元素，将有可能使其变成磁性的．因而，从材料的磁性角度出发，半导体材料可以划分为非磁半导体(nonmagnetic semiconductor)、稀磁半导体 (diluted magnetic semiconductor)和磁半导体(magnetic semiconductor)三种类型(图1)． 稀磁半导体在没有外场作用时与非磁半导体具有相同的性质；反之，则具有一定的磁性．DMS的禁带宽度和晶格常数随掺杂的磁性材料离子浓度和种类不同而变化，通过能带剪裁工程可使这些材料应用于各种器件．氧化物DMS掺杂元素主要有过渡族元素(TM)、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等以及稀土元素(RE)等，过渡族元素和稀土元素具有很强的局域自旋磁矩，这些元素掺入到半导体材料中，替代半导体材料部分阳离子的位置形成稀磁半导体．在外加电场或者磁场的影响下，材料中的载流子行为发生改变，从而产生了一般半导体材料所没有的一些新物理现象．如巨法拉第效应、巨塞曼分裂、反常霍尔效应、大的激子分裂、超晶格量子阱以及磁致绝缘体--金属转变等．可以开发全新的、更微型化的半导体自旋电子器件，如自旋场效应晶体管(Spin—FET)、自旋发光二极管(Spin—LED)，同时还可以将目前分立的信息存储、处理、显示集成为一体，对微电子器件产生革命性的影响． 1 DMS发展概述 DMS的研究可以上溯到上个世纪60年代，当时所研究的磁性半导体材料大多是天然的矿石，如硫族铕化物在半导体尖晶石中可以产生周期性的磁元素阵列．但这类磁半导体的晶体结构和Si、GaAs等半导体材料有极大的不同．其晶体生长极为困难，很小的晶体通常要花费数周的准备和实施时间．同时，居里 磁性材料的研究现状与应用 磁性材料是功能材料的重要分支，利用磁性材料制成的磁性元器件具有转换、传递、处理信息、存储能量、节约能源等功能，广泛地应用于能源、电信、自动控制、通讯、家用电器、生物、医疗卫生、轻工、选矿、物理探矿、军工等领域,尤其在信息技术领域已成为不可缺少的组成部分。 磁性材料大体上分为两类：其一为铁磁有序的金属磁性材料；其二绝大多数为亚铁磁有序、具有半导体导电性质的非金属磁性材料。磁性材料的发展过程大致可分为三个阶段：50年代以前主要研究金属磁性材料；50到80年代为铁氧体的黄金时代，除电力工业外，各领域中铁氧体占绝对优势；90年代以来，纳米磁性材料崛起。磁性材料由3d过渡族金属与合金的研究扩展到3d-(4f,4d,5d,5f)合金与化合物的研究与应用。同时，磁性功能材料也得到了显著的进展。 一、磁性的描述 磁及磁现象的根源是电流，或者说磁及磁现象的微观机制是电荷的运动形成原子磁矩造成的，而且，所有的物质都是磁性体，只是由于构成物质的原子结构不同，而显示出的磁学性能不同。有铁磁性、亚铁磁性、反铁磁性、顺磁性、抗磁性以及无磁性等。描述材料的磁性的物理量有磁化强度M、磁化率χ、磁感应强度B、磁导率μ。 根据物质磁化率的符号和大小，可以把物质的磁性大致分为五类：抗磁体、顺磁体、铁磁体、亚铁磁体和反铁磁体。影响材料性质的有磁化强度随温度的变化。即在不同温度下，磁化强度不同的性质。铁磁材料的自发磁化在居里温度Tc处发生相变，Tc以下为铁磁性，而Tc以上铁磁性消失。同样亚铁磁性材料也具有类似的特性。另外一个必须注意的因素便是磁各向异性，即磁学特性随材料的晶体学方向不同而不同的性质，典型特征便是在不同方向施加磁场会测得不同的磁滞回线。 磁性材料的基本特征可以分为两大类： (1)完全由物质本身(成分组分比)决定的特性。主要有饱和磁化强度Ms和磁感应强度Bs; (2)由物质决定,但随其晶体组织结构变化的特性。主要有磁导率、矫顽力Hc和矩形比Br/Bs，以及磁各向异性。 由此，利用和开发磁性材料就需要有分析技术和加工工艺两个方面的进展。从历史上而言，按材料加工技术进展区分，大体可有以下几个阶段： (1)熔炼铸造技术，获得铁及其合金等软磁和永磁材料。 (2)粉末冶金，开发绝缘性磁性材料、陶瓷材料和稀土永磁材料。 (3)真空镀膜，开发了镀膜磁性材料及非晶磁性材料，制成磁纪录介质及微磁学器件。 (4)单原子层控制技术，制备了定向晶体学取向型、巨磁电阻多层膜、人工超晶格等有特殊用途的磁性材料。 而磁性材料的开发和利用，也就是采取以上这几种技术工艺方法来加强所需要的性能，抑制不利于所需性能的因素。 二、软磁材料和永磁材料 软磁材料，也是高磁导率材料，是应用中占比例最大的传统磁性材料，多用于磁芯。是指由较低的外部磁场强度就可获得很大的磁化强度及高密度磁通量的材料，对这种材料的基本要求是： (1)初始磁导率μi和最大磁导率μm要高，以提高功能效率； (2)剩余磁通密度Br要低，饱和磁感应强度Ms要高,以节省资源并迅速响应外磁场； (3)矫顽力Hc要小，以提高高频性能； (4)铁损要低以提高功能效率； 国内磁性材料业状况和前景 1中国磁体产业的发展历程 目前，全球的经济已进入了一个信息时代，作为一种功能材料，磁性 材料所占的地位越来越重要。当前主要的商品磁体共有4类：20世纪 30年代开发的铝-镍-钴永磁（AlNiCo）；50年代初期开发的铁氧体磁体；60年代末开发的钐-钴磁体（Sm-Co），包括第一代稀土永磁－SmCo5和第二代稀土永磁－Sm2Co17；80年代初开发的稀土永磁钕铁硼（Nd-Fe-B）。而稀土永磁，特别是钕铁硼是磁性材料里最重要的一部分，在永磁材料中发展最快，平均以每年10％的速度增长。中国磁体 产业在中国的出现远较西方发达国家晚，起始期是1969年到1987年 之间。因为当时的稀土永磁钐钴磁体的高成本、国内市场的需求量少，所以到八十年代初还没有形成自己的磁体工业。1987～1996的十年是 中国磁体产业开始发展的第一阶段，其特点是起点低：因为投资小， 设备简陋，生产设备基本完全是国产的，经营理念落后，仍局限于小 生产的模式。 1997～2002的五年是中国磁体产业发展的第二阶段，其特点是起点远高于前一阶段：投资强度大，引进一部分国外的先进技术设备，能够 按先进的工艺路线组织生产，产品质量一般属中低档。2003年起，中 国磁体产业的发展将进入第三阶段。企业建立的特点将是“三高”， 即高起点、高投入、高回报：1）产品瞄准特定用途所需的高档磁体； 投资规模巨大，引进整条先进生产线；2）按现代化管理的理念，组织 集约式分段联营的大生产：磁体生产分为两段—母合金/粉料的生产和 磁体制备，投资显著降低，效益则大为提升；3）按资本运作的规律运营，从而保证磁体产业较高的回报率。特别是有可能从国外引进最先 进的或采用国产先进生产线，生产高档的磁体产品。 进入21世纪，发达国家的磁体生产因为成本过高，已难以为继，世 界磁性材料行业纷纷向中国或第三世界地区转移，中国作为首选的国家。世界一些著名的磁性材料制造企业看好中国，如日本的TDK、FDK、 国家磁约束核聚变能发展研究专项 项目申请书 项目名称： 申报单位： 项目负责人： 申报日期： 1 中华人民共和国科学技术部制 2 项目摘要（1,000字左右） 简述开展项目研究的重要性和必要性、拟解决的关键问题、主要研究内容和目标、课题设置。 申请书正文（不超过30,000字） 一、立项依据 开展项目研究的重要性和必要性。 二、国内外研究现状和发展趋势 国际最新研究进展和发展趋势，国内研究现状和水平，相关研究工作取得突破的可能性等。 三、拟解决的关键科学技术问题和主要研究内容 详细阐述围绕国家磁约束核聚变能发展研究专项任务所要解决的科学技术问题。主要研究内容要围绕关键问题，系统、有机地形成一个整体来详细阐述，重点要突出，避免分散或拼盘现象。 四、阶段性目标和总体目标 详细阐述项目的总体目标和阶段性目标，要有具体、可考核的考核指标。 3 五、总体研究方案 结合主要研究内容阐述学术思路、技术途径及其创新性，与国内外同类研究相比的特色和取得突破的可行性分析等。 六、课题设置 围绕项目所要解决的关键问题、研究重点和预期目标合理设置课题。说明课题设置的思路、各课题间的有机联系以及与项目预期目标的关系；详细、具体叙述各课题的名称、主要研究内容和目标、承担单位、课题负责人及主要学术骨干和经费比例等。 七、现有工作基础和条件 1. 项目承担单位在所申报项目相关研究方面的工作基础和取得的主要研究成果。 2. 项目实施所具备的工作条件，包括实验平台和大型仪器设备等，国家实验室、国家重点实验室和重大科学工程等重要研究基地在项目中所起的作用等。 3. 项目申报单位近五年承担的与所申报项目直接相关的国家科技计划重大、重点项目的完成情况，与所申报项目的关联和 4 地质构造应力场分析方法与原则 发表时间：2019-01-04T10:34:05.383Z 来源：《基层建设》2018年第34期作者：郭建锐[导读] 摘要：构造应力场是地球动力学重要组成部分，是地壳动力学的主体部分，其研究对于构造分析研究、地震分析预报、工程抗震等领域都有着十分重要的理论和实践意义。 赤峰市利拓矿业有限公司内蒙古赤峰市 024000摘要：构造应力场是地球动力学重要组成部分，是地壳动力学的主体部分，其研究对于构造分析研究、地震分析预报、工程抗震等领域都有着十分重要的理论和实践意义。本次研究针对地质构造应力场的测量方法水力压裂法、井壁崩落法、磁组构法进行分析，并对地质构造应场力分析原则进行阐述，继而进一步丰富构造应力场的理论。 关键词：地质构造；构造应场力；应场力引言：构造应力场就是在一个空间范围内构造应力的分布。构造应力场是作用在地壳某一地区内部的和由于这一地区某种变形的构造单元的发育而出现的应力总和。应力场是一种物理场，它和其他物理场，如重力场、电滋场、位势场等一样，也是物质存在的一种形式。场不是空间，而是在空间范围内某个物理量的按势分布。随着时间的变化，场内各点的强度和方向也将发生变化。构造应力场是地球动力学重要组成部分，是地壳动力学的主体部分，其研究对于构造分析研究、地震分析预报、工程抗震等领域都有着十分重要的理论和实践意义。 1.地质构造应力场概述 构造应力场概念是由我国地质学家李四光率先提出的。1947年李四光提出用构造形迹反推构造应力场，并研究各种不同力学性质的构造形迹与应力方向、应力作用方式之间的相互关系。1940年格佐夫斯基也提出研究构造应力场，并把用赤平投影求主应力轴方向的方法引进构造应力场的研究。1950年一1996年国内外地质工作者结合地震地质的研究工作开展了构造应力测量，经多年努力，通过野外与室内实测证实了构造应力的存在，并探索、研究了行之有效的构造应力测量技术方法，完善了构造应力测量的理论基础，建立了可靠的测量技术方法和数据处理系统。万天丰（1999）、武红岭（1999，2003）等将矿场构造应力场研究的方法延伸到盆地构造研究领域，取得了人量的研究认识和资料，极大地丰富了构造应力场研究理论，也为盆地构造应力场研究积累了丰富的地质认识和方法。1970年构造应力场的研究有长足进展，逐渐深入到地质学的多个领域。1980年以后，构造应力场问题越来越受到国内外地质学界的重视，研究内容多涉及板块、大陆，大洋地区的构造应力场。1990年以来，全球大陆与海洋科学钻探计划开始研究现今构造应力和古应力状态和岩石圈动力学问题。 2.地质构造应力场分析方法 构造应力场研究的主要内容是在确定各地的点应力状态（应力方向和应力大小）的基础上，研究在一定区域范围内各个构造活动时期的构造应力分布特征。古应力测量可通过构造形迹分析法、古地磁法、节理测量法来确定古构造应力作用方向，利用声发射法。晶格位错法等可确定古地应力值的大小（导致地层变形时的最大水平古应力）。现今应力测量可利用震源机制解法、水力压裂法、井壁崩落法等来确定现今构造应力最大主应力方向，利用声发射法、经验公式法可确定现今地应力大小。 2.1.1水力压裂法 水力压裂测量地应力的方法首先在美国发展起来，1977年B.Haimson在井深5.1Km处进行了水力压裂地应力测量。我国学者葛洪魁（1998）、康红普（2014）均在研究中采用水力压裂测量法进行验证。水力压裂（Hydraulic fracturing）地应力测量是通过在井眼周围地层中诱发人工裂缝来获取地应力的一种方法，测试精度受多种因素的影响，如测试层位筛选、施工仪器设备、施工方案的选择以及测试数据的分析等。 2.1.2井壁崩落法 井壁崩落椭圆法的理论依据为崩落椭圆是由地壳内的构造应力场形成的，所以二者之间存在确定的关系。它的基本原理是，由于地壳内存在水平差应力，致使钻井壁形成应力集中，在垂直于最大水平主应力（压应力为正）方向的井壁端切向应力最大，当该处切向应力达到或超过岩石的破裂极限强度时，即发生破裂，从而形成井壁崩落椭圆。1970年加拿大Bell在研究阿尔伯达油田四臂井径测量的地层倾角测井资料后，发现井眼扩大方向与区域内的最小水平主应力方向平行，Gough等也发现了这种现象。1985年，Zoboek使用井下电视观测证实了Boll的发现，并与B.Haimson等人对井眼崩落机制进行研究，说明了井壁崩落法是测量水平主应力方向的可行方法。shulnberger测井公司研究应用测井资料解释地层压力问题，并用于解释石油工程中的地层破裂压力、地层坍塌压力及油层出砂等问题。这种用测井资料解释地应力剖面的方法，己经能够解决石油工程中的许多问题。 2.1.3磁组构测量法 磁组构是指磁性颗粒或晶格的定向排列或组合，其实质是岩石磁化率各向异性。岩石磁化率各向异性是指岩石的磁化强度随方向的变化性质，包括感应磁化率各向异性与剩余磁化率各向异性。GrahamJ.w（1954）提出，儿乎所有岩石都可以观测到磁各向异性。研究表明，岩石的磁化率一般表现为磁化率数量椭球的形状和方向。椭球可以反映岩石内部铁磁性颗粒长轴的主要分布方向，与沉积搬运和充填方式、岩浆岩流动构造、变质岩类型和变质程度、页理、线理、褶皱轴方向等存在一定对应关系，是地史时期定向应力和温度作用的结果，是岩组分析和有限应变测量的重要手段之一。 3.地质构造应力场分析原则 3.1时间局限性原则 一般认为根据不同构造形变的切错和叠加等关系可以确定构造应力场的分期，即相对活动次序。可以根据组成构造形变的最新地层时代和角度不整合面之上的最老上覆地层的时代，来确定构造应力场作用的大致时间。如果有地层或侵入体同位素年代的资料时，构造应力作用的时间可以确定得更准确些。即使如此，构造应力作用的时间还是不可能确定得十分精确。 如果已知组成某一构造形变的最新地层年代和侵蚀了构造形变的不整合面之上的最老上覆地层的年代，构造形变肯定是在不整合形成期间发生的；但两个沉积地层的年代之间，发生了许多变化：老地层沉积之后要下沉、硬结成岩；受构造应力作用后造成构造形变；隆起遭受剥蚀；地壳重新下降，接受新的沉积。可以看出在整个不整合的形成过程中造成构造形变的构造应力作用只局限在一个较短的时间内。如果再考虑到同位素年代的不精确性（由于采样、测试方法等原因），要准确测定构造应力作用的时间实际上目前还难以实现。 3.2空间动态性原则 关于磁性材料的发展研究综述 关键词：磁性材料、钕铁硼永磁材料、纳米磁性材料、磁电共存、应用及前景 摘要：磁性材料，是古老而用途十分广泛的功能材料，与信息化、自动化、机电一体化、国防、国民经济的方方面面紧密相关。人们对钕铁硼永磁材料的研究和优化，是磁性材料进一步发展，并逐渐深入到纳米磁性材料的研发和研究…… 关于磁性材料的研究发展综述 一、磁性材料简介 实验表明，任何物质在外磁场中都能够或多或少地被磁化，只是磁化的程度不同。根据物质在外磁场中表现出的特性，物质可分为五类：顺磁性物质，抗磁性物质，铁磁性物质，亚磁性物质，反磁性物质。根据分子电流假说，物质在磁场中应该表现出大体相似的特性，但在此告诉我们物质在外磁场中的特性差别很大．这反映了分子电流假说的局限性。实际上，各种物质的微观结构是有差异的，这种物质结构的差异性是物质磁性差异的原因。我们把顺磁性物质和抗磁性物质称为弱磁性物质，把铁磁性物质称为强磁性物质。通常所说的磁性材料是指强磁性物质。磁性材料按磁化后去磁的难易可分为软磁性材料和硬磁性材料。磁化后容易去掉磁性的物质叫软磁性材料，不容易去磁的物质叫硬磁性材料。一般来讲软磁性材料剩磁较小，硬磁性材料剩磁较大。 二、磁性材料分类 磁性是物质的一种基本属性。实验表明，任何物质在外磁场中都能够或多或少地被磁化，只是磁化的程度不同。物质按照其内部结构及其在外磁场中的性状可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性物质。铁磁性和亚铁磁性物质为强磁性物质，抗磁性和顺磁性物质为弱磁性物质。磁性材料按性质分为金 属和非金属两类，前者主要有电工钢、镍基合金和稀土合金等，后者主要是铁氧体材料。按使用又分为软磁材料、硬磁材料和功能磁性材料。功能磁性材料主要有磁致伸缩材料、磁记录材料、磁电阻材料、磁泡材料、磁光材料，旋磁材料以及磁性薄膜材料等，反映磁性材料基本磁性能的有磁化曲线、磁滞回线和磁损耗等。 1、软磁材料软磁材料亦称高磁导率材料、磁芯材料，对磁场反应敏感，易于 磁化。大体上可分为四类：①合金薄带或薄片：FeNi(Mo)、FeSi、FeAl等。 ②非晶态合金薄带：Fe基、Co基、FeNi基或FeNiCo基等配以适当的Si、 B、P和其他掺杂元素,又称磁性玻璃。。磁介质（铁粉芯）:FeNi(Mo)、FeSiAl、 羰基铁和铁氧体等粉料，经电绝缘介质包覆和粘合后按要求压制成形。④铁氧体：包括尖晶石型──M O·Fe2O3 (M代表NiZn、MnZn、MgZn、Li1/2Fe1/2Zn、CaZn等),磁铅石型──Ba3Me2Fe24O41(Me代表Co、Ni、Mg、Zn、Cu及其复合组分)。 2、硬磁材料硬磁材料，又称永磁材料，不易被磁化，一旦磁化，则磁性不易消 失。目前使用的永磁材料答题分为四类：①阿尔尼科磁铁：其构成元素Al、Ni、Co（其余为Fe），是强磁性相α1在非磁性相α2中以微晶析出而呈现高矫顽力的材料，对其进行适当处理，可增大磁积能。②铁氧体永磁材料：以Fe2O3为主要成分的复合氧化物，并加入钡的碳酸盐。③稀土类钴系磁铁：含有稀土金属的钴系合金，具有非常强的单轴磁性各向异性。④钕铁硼系稀土永磁合金：该合金采用粉末冶金方法制造，是由④Nd2Fe14B、 Nd2Fe7B6和富Nd相（Nd-Fe，Nd-Fe-O）三相构成，其磁积能是目前永磁材料中的最高纪录。 三、磁性材料的应用 由于磁体具有磁性，所以在功能材料中备受重视。磁体能够进行电能转换（变压器）、机械能转换（磁铁、磁致伸缩振子）和信息储存（磁带）等。 磁粉芯是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成的一种软磁材料。由于铁磁 /prep7 et,1,55 !设置耐火材料属性 !导热系数 mptemp,1,20,100,200,300,400,500 mptemp,7,600,800,1000,1200,1400,1600 mptemp,13,1800 mpdata,kxx,1,1,1.28,1.3207,1.3614,1.4021,1.442,1.4835 mpdata,kxx,1,7,1.5242,1.6056,1.687,1.7684,1.8498,1.9312 mpdata,kxx,1,13,2.0126 mptemp,1,20,100,200,300,400,500 mptemp,7,600,800,1000,1200,1400,1600 mptemp,13,1800 !比热容 mpdata,c,1,1,842,866,895,924,954,983 mpdata,c,1,7,1012,1071,1130,1188,1247,1305 mpdata,c,1,13,1364 !密度，弹性模量，泊松比，膨胀系数 MPTEMP,1,20 MPDATA,DENS,1,,3300 MPDATA,ALPX,1,,0.0000106 MPDATA,EX,1,,200000000000 MPDATA,PRXY,1,,0.3 !钢材材料属性 MP,KXX,2,60.5 MP,c,2,470 MP,DENS,2,7850 MP,ALPX,2,0.000012 MP,EX,2,200000000000 MP,PRXY,2,0.3 RECTNG,0,1,0,1, RECTNG,1,2,0,2, RECTNG,2,3,0,2, AADD,1,2 aglue,all 氧化物稀磁半导体的研究进展 发表时间：2018-07-23T16:40:52.030Z 来源：《知识-力量》2018年8月上作者：高旭东张博 [导读] 稀磁半导体是一种能同时利用电子的电荷和自旋属性，并兼具铁磁性能和半导体性能的自旋电子学材料。本文论述了氧化物稀磁半导体的研究进展。 （中芯国际集成电路制造（天津）有限公司，天津 300385） 摘要：稀磁半导体是一种能同时利用电子的电荷和自旋属性，并兼具铁磁性能和半导体性能的自旋电子学材料。本文论述了氧化物稀磁半导体的研究进展。 关键词：稀磁半导体；ZnO；磁学性质；光学性质 在各种类型的半导体材料中，氧化物半导体材料因为具有宽带隙的特点，所以能够实现n型载流子重掺杂，有利于强铁磁交换耦合在局域自旋之间进行，是实现高居里温度的最有希望的宿主化合物之一。而氧化物半导体材料被过渡族金属掺杂后成为极具潜力的自旋电子材料之一。 一、氧化物稀磁半导体制备条件对磁性的影响 氧化物稀磁半导体的制备工艺参数对材料性能有着重要的影响，制备方法的选取、不同基底和过渡层的选取、制备过程中基底温度和氧分压的微小变化等因素都可能影响到材料的最终性能。制备温度越低，越不利于掺杂物的充分反应，易出现杂质，尤其是对于块状样品，制备温度会影响到掺杂物在整个样品中的均匀性；而过高的沉积或烧结温度又会使掺杂物有团聚的倾向，容易形成反铁磁耦合，从而降低饱和磁化强度。 氧化物稀磁半导体样品制备过程中氧分压的大小，以及随后进行的样品退火处理都会对氧化物稀磁半导体的磁性产生影响。氧化物稀磁半导体磁性的起源与氧空位的存在有很大关系。增加氧空位的方法有2种：①退火，包括真空退火和在H2气氛中退火，但在完全为H2的气氛中退火并不安全。②改变制备过程中氧分压的大小。在高真空中退火的Cr-ZnO，分别在空气中退火和真空中退火的Fe-TiO2，在Ar(95％)/H2(5％)气氛中退火的Fe-ZnO，通过改变制备过程中氧分压的Mn-ZnO，以及在高真空或Ar(95％)/H2(5％)气氛中退火的Cu-TiO2等都说明，不论以何种方式增加氧空位后，磁性都呈现一个从无到有或从弱到强的趋势。不管是退火还是控制制备过程中的氧分压，都有一个共同的特点，即随着氧空位的增加(真空退火或氢气气氛中退火，或减少制备过程中的氧气含量)磁性呈现增强的趋势。 二、Mn掺杂ZnO薄膜的研究进展 1、Mn掺杂ZnO薄膜的微结构。本文做了Mn掺杂ZnO薄膜结构研究的实验。实验采用脉冲激光沉积法(PLD)制备Zn1-χMnχO薄膜，以SiO2基片作衬底。并对所获得的薄膜晶体结构、薄膜的表面形貌和薄膜的成分进行分析。得到如下结论：有(103)和(002)两个衍射峰存在。但(002)衍射峰很弱，(103)衍射峰最强，和ZnO薄膜的衍射峰位置相同。说明Mn2+的掺杂并没有改变ZnO薄膜的结构。另外，锰离子的半径大于锌离子的半径,Mn2+的离子半径为O.80。A，Mn2+的离子半径为O.72。A，说明ZnO薄膜中的Mn离子有可能是以替位原子的形式存在。 由此可得出：Zn1-χMnχO薄膜为单相多晶薄膜，具有(103)峰择优取向；Mn离子有可能是以替位原子的形式存在，无MnO相偏析；薄膜的成分与靶材基本一致，实现了同组分沉积。同时，做了Mn掺杂浓度对ZnO纳米薄膜结构影响的实验。实验制备了浓度为0.1mol/Lr的Zn1-χMnχO胶体。用A、B、C、D，E分别代表x=0、0.03、0.05、O.1、O.15的薄膜样品。结论如下：从试验可得出样品的谱线都有6个衍射峰，和ZnO的(100)、(002)、(101)、(102)、(110)和(103)六个衍射峰的位置相对应，且无明显的择优取向，说明样品和ZnO一样为六角纤锌矿结构；另外，样品的衍射峰随着Mn含量的提高逐渐向小角度方向移动，显示样品的晶格常数变大，表明半径较大的Mn2+离子已经替代Zn2+离子，进入了ZnO格位；再有样品中出现了Mn304的(011)、(320)和(201)衍射峰，但较弱，说明有部分Mn形成了锰的氧化物。 此外，还进一步测量了样品的电子顺磁共振谱(EPR)，来确定锰在样品中的价态。典型的交换耦合的锰离子在EPR中，会显示无六线劈裂结构较宽的信号；计算得到的朗德因子g=2.0036，相关报道中锰掺杂的ZnO单晶材料中与晶体内部替位锰对应的g=2.0016，两者较接近，因此EPR信号应由薄膜中替位的锰离子引起。 2、Mn掺杂ZnO薄膜的光学性质。图1是掺Mn的ZnO纳米颗粒的紫外及可见光吸收光谱。图中显示ZnO纳米颗粒的表观光学带隙为3.88 eV，对应的波长为320 nm；与纯的ZnO比较(禁带宽度3.2 eV，对应波长为388 nm)有明显的“蓝移”现象；图中还显示与ZnO表观光学带隙明显不同的地方是在波长为270 nm位置有一个很陡峭的吸收边，对应于Zn的带隙能为4.60 eV，在278 nm处出现激子峰。 图1 掺Mn ZnO纳米颗粒的紫外及可见光吸收光谱 同时，做了Mn掺杂ZnO薄膜的光学性能研究的实验。实验采用脉冲激光沉积法(PLD)制备Zn1-χMnχO薄膜，以SiO2基片作衬底。并对所获得薄膜的光吸收性能用紫外-可见分光光度计(UV-VIS)作了测量分析。其结论为：显示薄膜对光的吸收随着薄膜中Mn掺杂量的增加出现了明显的蓝移现象；同时薄膜对紫外强吸收区的光吸收能力，随着薄膜中Mn掺杂量的增加而增加；可能是因为锰离子的掺杂使得在价带顶或导带底形成了一些分能级，ZnO薄膜和Zn1-χMnχO薄膜的吸收光谱相比较，掺杂锰离子的ZnO薄膜的吸收边变得平缓。 3、Mn掺杂ZnO薄膜的磁学性质 1）样品为六方纤锌矿结构。样品的晶格常数略大于ZnO晶体材料的晶格常数，表明半径较大的锰离子已经替代了锌离子进入了ZnO晶格。 2）锰掺杂后的ZnO与纯的ZnO材料相比，其吸收带边出现明显的蓝移，表明锰离子替代锌离子使ZnO的禁带宽度变宽。ZnO基稀磁半导体材料的研究进展
磁性材料的研究现状与应用
国内磁性材料业状况和前景
国家磁约束核聚变能发展研究专项
地质构造应力场分析方法与原则
关于磁性材料的发展研究综述
温度应力场分析
氧化物稀磁半导体的研究进展