磁性（精选十篇）
磁性 篇1
活性碳的特性与前驱体的特性和活化过程有关,常见的可碳化材料有木材、橄榄石和聚合物等,对活性碳的活化方式常见的有化学法和物理法,其中KOH是化学活化法中常使用的一种有效的活化剂。在众多的可碳化材料中,聚合物微球具有规则的形状,碳化后可形成形状规整的碳球,同时对树脂的碳化也实现了树脂的重复再利用[7,8,9,10]。在树脂的碳化方面,对聚苯乙烯基树脂的碳化研究较多,但对磁性的大孔树脂进行碳化的研究较少。
因此,本实验以磁性的聚苯乙烯基大孔树脂为前驱体,通过KOH活化法在800℃活化条件下制备了形状规则的磁性碳球。并用磁性碳球样品对水溶液中的Hg2+进行吸附,根据吸附量优化氢氧化钾投入量,从而得到对Hg2+吸附效果最好的磁性碳球。利用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、X射线粉末衍射(XRD)、振动样品磁强计(VSM)和比表面积测定仪(BET)对最终得到的磁性碳球样品进行表征。
1 实验
1.1 磁性碳球的制备
首先,将一定量的磁性聚苯乙烯基大孔树脂(记为磁性PS-DCDA,实验室自制)放入瓷舟,在通有氮气气流的气氛管式炉中600℃保温碳化1h;接着,分别称取等量的上述碳球于6只50mL的烧杯中,再按KOH与碳球质量比为0∶1、0.5∶1、1∶1、2∶1、3∶1和4∶1分别称取不同量的KOH加入上述烧杯中;然后在烧杯中加入5g蒸馏水,搅拌混合均匀,室温浸泡8h后将烧杯中的水分沥干,在干燥箱中110℃干燥24h;再将这6个样品同时转移到6个瓷舟中,在通氮气气流的气氛管式炉中800℃保温活化30min,冷却至室温后,用蒸馏水洗涤样品至滤液为中性,再在干燥箱中110℃干燥24h后,收集样品待用。
1.2 对水溶液中的Hg2+的吸附
首先,量取20mL、200mg/L的Hg2+(HgCl2配制的水溶液)水溶液于6只100mL锥形瓶中,然后将0.05g不同活化比的磁性碳球样品分别加入上述锥形瓶中。于恒温振荡器中在25℃、120r/min下恒温振荡吸附15h后,利用紫外/可见分光光度计在波长为610nm处检测吸附后水溶液中残余的汞离子浓度。磁性碳球对水溶液中Hg2+的吸附量可以根据式(1)计算:
式中:C0和C分别表示水溶液中Hg2+的初始质量浓度和吸附后的质量浓度(mg/L),Q表示磁性碳球对Hg2+的吸附量(mg/g),V是Hg2+水溶液的体积,m是磁性碳球的质量(g)。
1.3 测试仪器
扫描电子显微镜(SEM),美国FEI公司,Quanta 450型。傅里叶红外光谱仪(FTIR),美国Nicolet公司,Nexus 870型。X射线粉末衍射仪(XRD),日本理学公司,D/MAX2400型。振动样品磁强计(VSM),美国Lake Shore公司,Lake Shore 7304型。物理吸附仪,Micromeritics ASAP 2010型。恒温振荡器,上海一恒科学仪器有限公司,HZQ-211C型。紫外可见分光光度计,美国Perkin Elmer公司,Lambda35型,检测样品时,吸收波长为610nm。
2 结果与讨论
2.1 优化活化比
根据吸附量优化碳球和氢氧化钾活化比,结果如图1所示。从图1中可以看出,用氢氧化钾活化后,磁性碳球的吸附量有所提高,且在氢氧化钾和碳的质量比为1∶1时,吸附量达到最大,吸附效果最佳,从而选定KOH和磁性碳球质量比为1∶1来活化碳球,并用此样品进行表征分析。
2.2 磁性碳球的结构和磁性能
图2是磁性碳球的数码照片(a)和SEM照片((b)、(c))。从图2中可以看出,碳化后磁性碳球为均匀的黑色球状颗粒,且碳化后碳球的表面有大量的孔洞存在。
图3为磁性碳球和磁性PS-DCDA的红外光谱图。从图3中可以看出,和磁性PS-DCDA相比,碳化后磁性碳球在3425cm-1处仍存在一个强而宽的吸收峰,这归因于O-H的伸缩振动;位于2925cm-1处的N-H伸缩振动吸收峰仍存在;2171cm-1处的C≡N的伸缩振动几乎消失;原1643.29cm-1和1560.36cm-1处N-C≡N的伸缩振动双峰变单峰,且峰的强度都减弱,这是因为在碳化过程中损失了大量的亚氨基和氰基等。
图4是磁性碳球和纯Fe3O4的XRD谱图。从图4中可以看出,与纯Fe3O4相比,磁性碳球样品也出现了(220)、(311)、(400)、(422)、(511)和(440)晶面衍射峰,其位置大约在2θ=30.1°、35.48°、43.14°、53.56°、57.28°和62.86°。这说明磁性碳球样品中存在立方晶型的Fe3O4。
图5是磁性碳球和磁性PS-DCDA的磁化曲线。由图5可见,磁性碳球样品的磁化曲线呈微弱的磁滞回线,这表明样品在室温下具有超顺磁性的特点。从图5中还可以看出,磁性碳球样品的饱和磁化强度(1.82emu/g)远远大于磁性PS-DCDA(0.63emu/g),这是因为磁性树脂碳化后,包覆在磁性Fe3O4颗粒周围的聚合物被碳化,从而使磁性碳球的饱和磁化强度增大。从图5中插入的数码照片可以看出,当有一个外磁场作用时,磁性碳球样品快速地转移到外加磁场的一侧,这说明磁性碳球的饱和磁化强度足以应用到吸附后吸附剂的固液相分离中。
图6是磁性碳球BJH脱附分支的孔径分布曲线和氮气吸附-脱附等温线。如图6所示,磁性碳球展现了典型的Ⅳ型曲线,在相对压力P/P0=0.2附近开始出现迟滞现象,对应着4nm附近有一个很窄的孔径分布,还在8nm附近有一个较窄的孔径分布。经计算,磁性碳球样品的BET比表面积SBET达254m2/g,BJH脱附总孔体积达0.09cm3/g,BJH脱附平均孔径为8.69nm。
3 结论
(1)所制备的磁性碳球为形状规整、均匀的黑色微球颗粒,碳化过程中磁性树脂失去了大量的亚氨基和氰基,从而产生了大量有利于吸附的孔洞结构。(2)碳化后磁性碳球的饱和磁化强度提高,这使磁性碳球在吸附后能更快速地实现固液分离。另外磁性碳球还具有较大的比表面积。
摘要：以磁性PS-DCDA树脂为前驱体,通过KOH活化法以不同KOH、磁性碳球质量比制备了磁性树脂基的磁性碳球,然后用其对水溶液中的Hg2+进行吸附,根据吸附量优化活化比,最后用SEM、FTIR、XRD、VSM和BET对吸附效果最好的磁性碳球样品进行了表征。结果表明,用KOH对磁性碳球进行活化,当KOH、磁性碳球的质量比为1∶1时,制得的磁性碳球对Hg2+的吸附效果最好。碳化后碳球样品表面存在大量的孔洞,比表面积达到了254m2/g,磁饱和强度达到1.82emu/g,在外加磁场下磁性碳球能快速地和液相分离。
磁铁有磁性教案 篇2
温溪四小——邹静
教学目标：（1）知识与技能
A．知道磁铁能吸引铁制的物体，这种性质叫磁性。B．知道磁铁隔着一些物体也能吸铁。（2）过程与方法
A．用实验方法研究磁铁能吸引什么，不能吸引什么。B．学会用磁铁识别物体是不是铁制品的方法。（3）情感、态度与价值观
A．培养认真实验的好习惯。
B．体会获取证据，用证据来检验推测的重要性。
教学准备：
1．条形磁铁和被测试物品：铜线、铁钉、回形针、铝片、玻璃片、木片或木块、纸片、先皮筋、棉线、夹子等物品
2．铁盒、铝盒、茶叶筒、圆珠笔。
3．几种不同材质的硬币，如一元的钢币，5角的铜币，1角的铝币。教学重点：通过实验，认识到磁铁具有吸引铁制品的性质。教学难点：知道并理解用磁铁可以辨别出不易辨认的铁制品。教学过程：
（一）趣味导入，感知磁铁有磁性
同学们，我现在要给大家表演一个魔术，请看这是什么词？（科学）注意看，我要变了……你们看到了什么？（学生一定会说：学科。）
它们为什么会变了呢？
秘密就在这儿（给同学们展示磁铁），因为后面有磁铁在起作用。这节课我们就来探究《磁铁有磁性》。
（二）动手操作，培养学生合作探究能力 探究一：磁铁能吸引什么？
1．启发学生提出问题：磁铁能吸引什么？
2．同桌交流：生活中，你看过磁铁能吸引什么？你猜一猜磁铁还能吸引什么？ 3．进行实验探究：
（1）让学生明确此项实验的目的在于探究磁铁能吸引什么物体。
（2）引导学生逐一认识待测试的木质材料，纤维材料、铜质材料、铝质材料、玻璃制品、铁制品。
（3）小组分实验进行操作、记录，总结、汇报等任务。
4．归纳目前为止我们知道磁铁只能吸引铁质的物品，我们把磁铁的这种性质较磁性（板书）
探究二：磁铁能隔着物体吸铁吗？
1、师：同学们，刚上课的时候老师表演魔术时，磁铁隔着塑料板怎么还会吸引铁制物品呢？那么隔着其他材料也能吸引铁制物品吗？
2、请六位同学逐一上台分别用纸、布、塑料片、铝片、橡胶皮、薄木片等物品隔开铁和磁铁。（发现磁铁隔着较厚的非铁制品不能吸铁，隔着较薄的非铁制品能吸铁，从而真正理解“磁铁隔着一些物体也能吸铁。”）
探究三：利用磁铁识别铁制品。
教材原来把“利用磁铁识别铁制品”这一环节安排在“磁铁能隔物吸铁”之前，但我打算调换此环节的教学顺序。教材提供的一些材料——硬币，其成分显然比铁这一单一成分复杂得多，1元硬币的材料主要是铁和镍，而铁和镍都能被磁铁吸引；5角的硬币则有两种，一种成分为铜，而另一种则是铁的镀铜。
1、教师做演示实验。
①我先用条形磁铁吸引一元硬币，学生会发现一元硬币能被磁铁吸引，进而明白，一元硬币是铁制品。
②当我用磁铁分别靠近两枚不同的五角硬币时，学生会发现一枚能被吸，另一枚则不能被吸引学生们顿时会明白，能被吸的五角硬币一定是铁制品，不能被吸的则为铜。
2、讨论：为什么一个能吸，一个不能吸。利用课件说明两种五角硬币的不同成分这一知识-老版五角硬币为铜制品，而新版五角为铁的镀铜制品。
3、师：老师想去买一辆自行车，市场上有铁制车架的自行车和铝制车架的自行车，铝制的比铁制的要好，但是外观上很难区别，你们有没有什么办法帮老师区别一下？
生:老师可以带一块磁铁吸得住的是铁做的吸不住的是铝做的。
（三）小结拓展，鼓励课外运用。
1、本节课有什么收获？通过什么方式获得这些知识的？有了收获你高兴吗？ 板书设计：
磁铁有磁性
1、磁铁能吸引铁制的物品，我们把这种性质叫磁性。
2、磁铁隔着一些物体也能吸铁。
盲人磁性插座 篇3
1.当今使用的插头，前端的铜片是暴露在外面的，未成年人、目疾者在将插头插入插座前，手指有时不小心会碰上插头前端的铜片，在插头插入插座的过程中，很有可能造成触电事故。
2.由于插头前端的铜片是外露在外的，插头上的铜片必须对准插座上的孔才能插入，对眼疾者、视力减退老人及盲人来说，将插头插入插座是一件很困难的事，常常会采用一种看起来非常“有效”的导向方法—盲人摸盲文的方法，用一个手指“领航”，摸到了插座上的插孔后，另一只手将插头插进插孔。当插头上的铜片与插孔中的铜片接触，“领航”的手指还没离开插座时，触电事故就可能发生了。
3.当今的插头、插座之间的连接方式大多数都是依靠插座内的铜片的弹性卡住插头上的铜片，使用久了造成插头触点松动，电阻变大，发热引起拉弧或插头脱落等现象会造成停电或其他的事故。
本人发明一种“盲人磁性插座”，可以解决上述三点问题。运用磁场间力的作用（同磁极相互排斥，异磁极相互吸引）在插座孔内二侧向上放置二块磁力极强的小磁铁，向上分别是N、S极；插头二侧放置二块极强磁铁，向下的分别是S、N极。 实验结果表明插头每次都能准确插入插孔内，效果十分理想。而且电器上的火线、零线还能正确的定位接入（如下图所示）。
本产品一个创新点是：插头和插座分离时，插头前端的铜片不外露。在插头上装一个滑套，材料选用绝缘体塑料或有机塑料，能自由地滑动。插头体内有空腔，腔内装有与原来相似的插头，插头体上部有挡片，挡片卡在凹槽内，电源线与铜片相连。不使用时插头前端的铜片可以缩进插头的空腔里。
盲人磁性插座的结构及主要部件包括：1.插座 2.插孔 3.强力磁铁 4.插头 5.铜片 6.强力磁铁 7.空腔 8.铜片连接座9.凹槽10.挡片11.电源线（如下图所示）。
盲人磁性插座的工作原理是：使用时，当插头靠近插座，異极性插头与插座相吸，然后将连接座按下，铜片即插入插孔内。
盲人磁性插座，实用新型，具有四大优点：盲人使用时，非常方便、安全，正常人使用更是得心应手；该插座由于结构科学，插头与插座不易脱落，导电性能好；插头插入插座时，插头能正确地分辨出插座上中的火线、零线，提高了安全性能；制作工艺简单、寿命长，造价低。
磁性 篇4
对于磁性纳米环的研究, 科学家主要集中在对不同材料纳米环的制备和对不同纳米环或纳米环阵列的磁动力研究。2001年J.A.C.Bland小组研究了磁晶各向异性对比较窄的Co环形成涡旋态的作用[3];2001年他们又从实验上对表面有缺陷的纳米环的磁动力进行研究[4];2006年V.Metlushko小组研究了不对称的纳米环对涡旋态特性的影响[5];2009年Cong Feng等研究了不同形状碳纳米环的结构和能量问题[6];2009年C.Somaschini等研究了多环同心纳米环的制备, 同时研究了不同环的磁动力[7];2010年Zhang Wen等研究了纳米环磁性翻转过程的相图, 发现翻转机制与纳米环空间相对尺寸 (厚度、环宽度、半径等) 密切相关[8]。以上研究主要是通过理论上模拟不同纳米环的磁化性质来研究其涡旋态特性。随着纳米环制备技术水平的不断提高, 制备纳米环已经不再困难, 但由于磁性纳米环本身的复杂性, 对磁性纳米环的研究仍有许多需要探索的领域。本实验制备了坡莫合金 (Ni75Fe25) 纳米环, 测定了其磁化性质, 并且与理论模拟做了相应的对比研究。
1 NiFe纳米环样品的制备
本研究采用聚苯乙烯微球 (PS球) 模板法制备NiFe纳米环。聚苯乙烯微球模板法是一种效率很高而且操作简便的制备纳米环的方法, 可以在基片上制备高密度分布的纳米环结构。
1.1 NiFe材料沉积时间测定
在制备纳米环之前, 为了确定磁控溅射镀膜中NiFe材料的沉积厚度, 需要测定其沉积速率。为此使用X射线衍射仪对NiFe薄膜进行物相分析, 然后通过扫描电镜测量薄膜的厚度, 从而计算得到NiFe在磁控溅射镀膜过程中的沉积速率。
采用XRD对沉积时间t为2000s的NiFe薄膜样品进行分析, 实验所用X光波长为0.154056nm, 测量角范围为10~90°, 步长为0.02°。图1为NiFe薄膜样品的XRD衍射图谱, 图谱中的2个衍射峰分别在44.5°、52.5°, 对照PDF#88-1715得到对应的FeNi3 (111) 面和 (200) 面。
利用扫描电子显微镜 (SEM) 观察NiFe薄膜样品的断面, 测量NiFe薄膜的厚度, 扫描电镜照片见图2。图2中NiFe薄膜比较平整, 说明该环境下沉积的NiFe薄膜质量很好。由图2可知, 膜厚为495nm, 而溅射的时间是2000s, 则沉积速率v=d/t=495nm/2000s≈0.247nm·s-1。
由于PS球的直径为200nm, 所制备的纳米环高度要小于100nm, 所以NiFe薄膜厚度小于100nm, 那么在同样的磁控溅射环境, 最大的沉积时间为:tmax=dmax/v=100nm/ (0.247nm·s-1) ≈405s。
1.2 NiFe纳米环的制备
NiFe纳米环的制备流程为:通过直接滴加法将PS球溶液滴加到硅片上, 置于干燥箱中干燥成膜, 制成PS球模板;然后使用磁控溅射镀膜仪在PS球模板上镀一层厚度为100nm的NiFe薄膜;再用氩离子束刻蚀模板, 刻蚀方向垂直于模板表面, 只有被PS球遮住的NiFe薄膜没有被刻蚀掉, 这样就形成了NiFe纳米环结构;最后用甲苯清洗掉PS微球。以NiFe合金靶作为磁控溅射靶材, 制备得到单层的NiFe纳米环。
2 NiFe纳米环基片的表面形貌研究
利用SEM研究了NiFe纳米环基片的表面形貌, SEM照片如图3所示, 其中, (a) 和 (b) 分别为单个NiFe纳米环的表面形貌和NiFe纳米环的局部分布情况。图3 (a) 显示出单个纳米环, 其外径、内径、厚度分别约为300nm、200nm、50nm, 呈倒立的帽子形态和明显的环状。图3 (b) 显示出NiFe纳米环在基片上呈单分散无规则分布, 可以计算出在1cm2面积内约有107个纳米环, 说明PS球模板法制备的NiFe纳米环结构分散性好, 但是分布无规则且不够密集。
纳米环在基片上的理想分布是点阵分布 (分布均匀, 排列规则, 无团聚现象) , 因此要制备理想分布的纳米环, 需要改进PS球模板制备方法。NiFe纳米环样品分布不够密集, 主要原因是PS球溶液浓度低, 导致在干燥成膜后基片上的PS球分布稀疏, 单位面积上的PS球少;NiFe纳米环样品分布无规则, 主要原因是PS球溶液滴加方法不够完善, 致使干燥成膜后PS微球的分布无规则。适当增加PS球溶液浓度, 并改进溶液滴加方法, 得到纳米环点阵分布是可行的。
3 NiFe纳米环的磁性研究
3.1 NiFe纳米环样品的磁性研究
采用振动磁强计 (VSM) 分别测量了NiFe连续薄膜和NiFe纳米环的磁化曲线, 结果见图4。比较NiFe薄膜和NiFe纳米环的磁化曲线可知:NiFe纳米环的磁滞回线有明显的磁化转变点, 对应铁磁性纳米环的特殊翻转过程。磁化状态的转变过程有两种:涡旋态形成过程 (V过程) 和双畴态旋转过程 (O过程) [9]。当纳米环的尺寸在微米以下时, 磁化反转过程实际上是V过程和O过程的叠加, 二者是同时存在的, 通过分析磁滞回线可以估计各自在磁化过程中占有的比例。NiFe纳米环在磁滞回线循环过程中大约有30%的环经历了V过程。
3.2 OOMMF理论模拟NiFe纳米环磁化翻转过程
采用Object oriented micro magnetic framework (OOM-MF) 软件研究了NiFe纳米环磁化翻转的V过程, NiFe纳米环的各项参数为:交换作用系数A=1.0×10-6 erg/cm, 饱和磁矩Ms=800emu/cm3, 磁晶各向异性常数K1=1.0×103erg/cm3 (1emu=10-3 A·m2, 1erg=10-7 J) 。NiFe纳米环磁化翻转过程的微磁模拟结果见图5, 可见V过程为:双畴态→涡旋态→反向双畴态→涡旋态→双畴态。
在纳米环平面加一个平行于x轴且强度大于饱和场的外场H时, 就会出现a状态, 即双畴态 (Onion state) , “head”部分的磁化方向都指向x轴正向;当外场减小, 直至0Oe, 显示以下过程:b (1) 显示双畴态开始向涡旋态翻转, “head”部分的磁化方向慢慢翻转, 导致上半圆的畴壁逐渐长大, b (2) 中显示了上半圆畴壁已经长大到一定程度;当外场反向增大到一定程度时, 上半圆已经完全被下半圆“吞噬”, 就形成了c图的涡旋态 (Vortex state) , 此时纳米环的磁化强度接近零值;继续反向增大外场, 涡旋态开始向反向双畴态 (Reversal onion state) 翻转, d图显示了下半圆的磁化方向的翻转过程;当反向增大外场到饱和值时, 涡旋态翻转直到形成e图所示的反向双畴态, 可以看到“head”部分磁化方向都是指向x轴负向;达到反向磁化饱和后, 减小外场到0Oe, 然后继续正向增大外场, 可以依次看到下面几个自旋组态图所示的磁化状态, 其中f (1) 、f (2) 表示由反向双畴态向涡旋态翻转的过程, g表示涡旋态, h (1) 、h (2) 表示由涡旋态向双畴态翻转的过程, i与a是同一状态, 都表示双畴态, 说明经过以上几个磁化翻转过程, 双畴态又回到了原来的状态。
本研究成功模拟出NiFe纳米环磁化翻转过程中的V过程。实验所得的磁化曲线是V过程和O过程磁化曲线的拟合, 在VSM所测量的NiFe纳米环磁化曲线的磁化翻转的过程中, V过程占30%的比例, O过程占70%的比例。
4 结论
测定了射频磁控溅射过程中NiFe合金的沉积速率, 为0.247nm·s-1。用X射线衍射仪分析了连续NiFe薄膜的物相特征, 为FeNi3结构, 衍射峰 (111) 面强度远远大于 (200) 面, 说明NiFe薄膜在磁控溅射生长时择优取向为 (111) 晶面。通过离子束刻蚀PS球模板上的NiFe薄膜得到了NiFe的纳米环, 同时用SEM观察, 可以看到纳米环的分布为单分散分布, 虽然与理想的纳米环点阵结构相比其分布不够规则和密集, 但是通过改善PS球模板的制备方法, 制备出规则的纳米环点阵结构是可行的。使用VSM测定了纳米环的磁化曲线, 可观察到NiFe纳米环磁化过程中的两个稳定状态, 即涡旋态和双畴态, NiFe纳米环在磁滞回线循环过程中大约有30%的环经历了涡旋态形成过程。通过OOM-MF微磁模拟软件模拟NiFe纳米环的磁化翻转过程中的V过程, 观察到了不同磁化状态下的自旋组态。
参考文献
[1] Zhu J P, Zheng Youfeng, Gary A.Ultrahigh density vertical magnetoresistive random accessmemory[J].J Appl Phys, 2000, 87 (9) :6668
[2] Zhu F Q, Chern G W, Tchernyshyov O, et al.Magnetic bistability and controllable reversal of asymmetric ferromagnetic nanorings[J].Phys Rev Lett, 2006, 96 (2) :027205
[3] Lopez-Diaz L, Rothman J, Klaui M, et al.Vortex formation in magnetic narrow tings:The role of magneto-crystalline anisotropy[J].J Appl Phys, 2001, 89 (11) :7579
[4] Klaui M, Rothman J, Lopez-Diaz L, et al.Vortex circulation control in mesoscopic ring magnets[J].Appl Phys Lett, 2001, 78 (21) :3268
[5] Subramani A, Geerpuram D, Baskaran V, et al.Precise control of the vortex chirality in magnetic nanorings with deliberately introduced asymmetry[J].Physica C, 2006, 437-438:293
[6] Feng C, Liew K M.Energetics and structures of carbon nanorings[J].Carbon, 2009, 47 (7) :1664
[7] Somaschini C, Bietti S, Koguchi N, et al.Fabrucation of multiple concentric nanoring structures[J].Nano Lett, 2009, 9 (10) :3419
[8] Zhang Wen, Haas S.Phase diagram of magnetization reversal processes in nanorings[J].Phys Rev B, 2010, 81 (6) :064433
《磁铁有磁性》教学反思 篇5
一、为学生营造了一个轻松、愉快的课堂氛围。
考虑到三年级的学生特别要注重培养学习兴趣。我首先通过一个游戏调动他们的好奇心，再拿出他们平时玩的磁铁问他们想不想玩?如果你有一块磁铁你会怎样玩?从而达到引导学生自己提出想探究的问题，即本课要体现的科学概念上，而且整节课从头到尾都没有出现“实验”二字，由“游戏”贯穿始终，让学生能轻松、愉快地学习。
二、给学生充分的信任，引导学生自己动手动脑收集事实、整理事实，并用自己的话去描述事实。
1、收集事实。首先让学生自己说用一块磁铁可以怎样玩游戏，并让学生观察提供的材料，尤其是几种金属，为后面的整理作铺垫。然后让学生选择自己喜欢的一种或两种玩法放手去玩，同时将游戏结果记录下来。
2、整理事实。同学们填写完记录单后，小组成员之间对收集到的事实进行整理。如第一种玩法后，学生们将被磁铁吸引的物体和不能被磁铁吸引的物体分开放，发现被磁铁吸引的都是铁质的，不能被磁铁吸引的都不是铁质的，得出磁铁能吸引铁质物体这一事实;而再第二种玩法结束后，学生通过将游戏后磁铁隔着物体吸引的物体进行整理，得出隔着一些薄的物体能吸铁质的物体，而隔着厚的物体不能吸铁的事实。
DIY磁性剪纸店 篇6
郑师傅是一位剪纸爱好者，他的剪纸栩栩如生。可是，由于现在一般家庭为了避免玻璃或门窗在粘贴剪纸时被胶水等弄花，所以很多人只能舍弃。这让郑师傅的生意一直经营得不见起色。一次偶然的机会，郑师傅发现了磁性剪纸这一专利产品。经过缜密的市场调查和紧张的筹备，去年末，郑师傅将磁性剪纸摆在了铺面的显眼位置。
磁性剪纸背面有磁性，可吸附到平滑物体表面，如冰箱、防盗门、汽车等铁制物品上。往玻璃等光滑表面粘只需喷少许水即可，干了也不会掉。此外，它还弥补了传统剪纸薄而立体感不强的缺点，比较适合节日里家庭及婚庆装饰之用。
[经营秘诀]
1.丰富产品系列。郑师傅的店里除了磁性剪纸外，还在不断地拓展新的品种，如真人肖像磁性剪纸设计、磁贴画、立体剪纸、剪纸拼图等多种新产品。据介绍，玩具行业是磁性剪纸重点开发的行业，包括12生肖、海洋动物、脸谱等20多个系列。在节庆用品、婚庆用品和生日礼品方面，磁性剪纸立体感强、高雅，最能体现喜庆气氛。
2.增强与顾客之间的互动。郑师傅告诉记者，小店既是一个剪纸艺术的展厅，也是一个培养更多磁性剪纸爱好者的小学校。“我们有专业的磁性剪纸工具和磁性材料提供，顾客可以来店里玩，也可以带回家制作。”记者了解到，磁性剪纸初级培训班常年开班，针对各大剪纸爱好者进行培训，每月一期，周末开班，共10课时。
[利润估算]
单以专业设计真人照片磁性剪纸一项计算，一幅作品卖30元（带30厘米×30厘米相框），一天销售5幅，一个月有近5000元的营业额。加上其他很多DIY产品，如旅游纪念品，广告促销礼品，节庆婚庆用品等的销售收入，除去房租、人工、水电等费用，年收入4万元并不太难。
如果能够跟学校、社区、少年宫等一起开展磁性剪纸的普及培训，相信取得的收入会更丰厚。记者了解到，剪纸作品的价位基本上是：12生肖小的15元/套，大的10元/个，福字15~20元不等。据郑师傅介绍，像红楼梦和醉八仙这类精品由专业技术人员历时一个多月纯手工制作而成，所以价格也相对较高，一般在2000元左右。
[投资规模] 3万元左右可启动。
纳米磁性液体的制备技术 篇7
关键词：纳米磁性液体,制备技术,表面活性剂
纳米磁性液体同时具有磁性和流动性,因而具有许多独特的性能,而且磁性液体中的纳米超微磁性粒子使其具有稳定性,所以磁性液体有很大的应用潜能,这就需要我们首先研究制备性能优良的磁性液体。
1 纳米磁性液体的简介
1.1 纳米磁性液体的概念
纳米磁性液体又称磁流体、铁磁性流体或磁性胶体,纳米磁性液体是由10nm以下的纳米级的磁性固体微粒如Fe3O4、MeFe2O4、Fe、Co、Ni、FeCo或NiFe合金等,通过表面活性剂高度地均匀地分散、悬浮在基液中,与其混合而形成的一种固液相混的稳定的胶状液体材料,具有液态载体的流动性、润滑性以及密封性。磁性液体中的磁性微粒非常小,以致在基液中呈现混乱的布朗运动。这种热运动足以抵消重力的沉降作用以及削弱粒子间电磁的相互凝聚作用,在重力和电磁场的作用下能够稳定存在,而不产生沉淀和凝聚[1]。
1.2 纳米磁性液体的构成
磁性液体由基载液、磁性微粒和表面活性剂3种成分构成,如图1所示,它是由纳米级的铁磁性或亚铁磁性微粒高度弥散在液态载液中而构成的一种高稳定性的粘性胶体溶液。
为了得到稳定的磁性液体,强磁性微粒必须足够小;表面活性剂是具有两亲性结构的有机物,包覆在磁性粒子表面防止其团聚,其一端为活性基团如羧基、硫酸根、磷酸根、羟基等;另一端是长链的有机分子,使磁性粒子具有亲水或亲油性,它伸入到基液中,当基液与官能团的外端具有相似结构时,它们就能很好地相互溶解;基液是磁性微粒存在的介质,应该满足低蒸发速率、低粘度、高化学稳定性和耐高温、抗辐射等特性,它的性质决定着磁性纳米粒子的用途,如在医学上,具有生物活性的水基磁性液体可用于靶向药物、核磁共振造影剂和磁热疗法治肿瘤等方面,而油溶性磁性液体可用于对熔点和粘度要求都很高的真空密封[1]。
1.3 纳米磁性液体的性能
纳米磁性液体的磁性微粒和基液浑成一体,从而使磁性液体既有液体的流动性,又有通常所说的磁性,把磁性与液体的流动性两者统一在一种材料中,从而使磁性液体显现出许多独特的性质,常见的有力学、磁学、光学、催化和声学特性等,如磁性液体的力学特性表现其一是磁性液体向磁场大的方向流动,如图2所示。
磁性液体的另一个力学特性是磁性液体流速与磁感应强度成反比,当磁性液体从一个非铁性的管中流过时,如果在管外加以如图3所示的磁场,那么液体的流速就会随着磁感应强度的增大而减小。但如果液体是水,则它在磁场中的速度则不会显著减小。
纳米磁性液体的特性不同于常规的磁性材料,是因为其与磁相关的特征物理长度恰好处于纳米量级,如磁单畴尺寸、超顺磁性临界尺寸、交换作用长度,以及电子平均自由路程等大致处于l~100ttm量级,所以纳米磁性液体有特殊性能,如磁性能和稳定性等[2]。
2 纳米磁性液体的制备
制备磁性微粒的方法很多,有机械研磨法、阴离子交换树脂法、氢还原法、火花电蚀法、紫外线分解法、有机金属热分解法和真空蒸发法等。北京交通大学磁性液体实验室有比较完善的设备,经过多年的不懈努力,到目前为止,研制出了多种磁性液体,通过在实际中的大量应用,证明其性能非常可靠,它们分别为水基、碳氢化合物基、二酯基等纳米磁性液体。
2.1 制备基本原理
已有的磁性液体制备技术中开发时间较早、制备技术较成熟、应用范围较广的是化学共沉淀法,它是以FeCl2、FeCl3(或FeSO4)为原料,以NaOH(或NH3·H2O)为沉淀剂,制备出10nm左右的磁性Fe3O4粒子,此方法具有操作简便、成本低、设备要求低等优点,因此在实际中应用比较广泛。
共沉淀法制备Fe3O4是将按一定比例混合的Fe3+和Fe2+在溶液中跟OH-结合,生成具有铁磁性的Fe3O4微粒:
实际中可用氯化铁和氯化亚铁在氢氧化钠水溶液(氨水)中反应得到Fe3O4固体粒子:
如此形成的Fe3O4超微粒子吸着油酸离子水洗脱水,分散于二甲苯等溶媒中,即可生产磁性液体,过程如图4[3]。
利用此种方法制备Fe3O4磁性液体的工艺过程中,磁性粒子的纯度、稳定性和表面活性剂的控制问题是技术关键。
2.2 制备关键技术
(1)纯度的控制
在配制溶液阶段,二价铁和三价铁是以离子形式存在的,因为二价铁离子在酸性条件下的稳定性较好,所以应在配制铁盐溶液时先滴入少量盐酸使溶液呈酸性。另外,为了更好地保证二价铁离子的稳定,配制的溶液中应尽量不含有氧气,因此配制溶液所使用的蒸馏水要先经过煮沸,以驱除溶解于水中的少量氧气。
在化学反应阶段,生成Fe3O4反应的中间产物Fe(OH)2的还原性很强,容易被氧化成Fe(OH)3,溶液中的OH-浓度越大,越容易被氧化,因此为防止Fe(OH)2被氧化,溶液中碱的浓度不宜太大。另外反应时要控制反应系统温度在一定范围内,因为温度过低不利于反应进行;而温度过高,Fe(OH)2会快速地被氧化成Fe(OH)3,也影响反应的进行。
在包覆分散阶段,生成磁性固体Fe3O4颗粒后,将其用合适的表面活性剂在适当的条件下包覆,并分散到相应的基液中去,就能得到磁性液体。但是要注意控制包覆和分散的温度,如果温度过低则包覆和分散不能进行,如果温度过高则Fe3O4会被氧化,都不能得到磁性液体[3]。
(2)稳定性的控制
由于纳米级的磁性微粒有巨大的比表面能以及磁性微粒之间的相吸力,使得磁性微粒存在永久性的聚集作用。因此,重要的是要防止磁性微粒团聚,并保持其长期稳定分散。影响磁性液体稳定性的因素很多,外部因素主要有重力场和外界磁场,内部因素主要有磁性微粒、表面活性剂和基液的物理化学性质及它们之间的相互作用。磁性微粒之间的相互作用是最主要的内部因素,将对磁液的稳定性产生很大的影响。磁性微粒之间的相互作用包括吸引作用和排斥作用两个方面,分别用吸引势能和排斥势能来衡量,它们的相对大小决定了磁性液体能否稳定分散。通过表面活性剂对磁性微粒表面进行包覆以及控制磁性微粒浓度,保持颗粒之间间隔足够大,可以大大降低吸引势能。此外,表面活性剂在磁性微粒表面的吸附还可以极大地降低磁性微粒的比表面能,减少团聚的可能性,选择适当的表面活性剂,使其在颗粒表面形成永久牢固的吸附层,发挥静电稳定作用和空间位阻稳定作用,将有利于产生排斥,有利于促进磁性液体的稳定性[4]。
(3)表面活性剂的控制
根据磁性液体的稳定性理论,直接将固体粒子置于基础液中并不能制备出稳定的磁性液体,此时必须加入表面活性剂,表面活性剂一般都是既有极性基又有非极性基。表面活性剂的极性基能够稳定地吸附于固体表面,而表面活性剂的非极性基则与固体粒子和基础液的性质有关。磁性微粒能否均匀地分散在某种基液中并构成长期稳定的磁性液体,选择合适的表面活性剂是决定性因素。表面活性剂通常具有以下作用,如防止磁性颗粒的氧化,克服范德瓦尔斯力所造成的颗粒凝聚,削弱静磁吸引力,改变磁性颗粒表面的性质,使颗粒和基液浑成一体等[5]。
表面活性剂的种类直接关系到与磁性微粒和基液的相容性,因而影响磁性液体的悬浮性和稳定性。根据磁性液体的形成原理,一种类型的基液,则必须用与其性质相适应的表面活性剂包覆磁性微粒,才能构成稳定的磁性胶态悬浮体。若用特殊性能的介质作为基液时,也要求表面活性剂有与其相适应的特性。不同的表面活性剂适用于不同的基液,它不仅与磁性微粒和基液有关,而且与制备工艺也有关。不同基液的磁性液体要选择不同的表面活性剂,有时甚至需要两种以上的表面活性剂。表面活性剂总的选择原则是:活性剂的一端要能化学吸附在磁性微粒表面,形成溶剂化膜;而另一端要与基液有较高的亲合性,使其能在基液中自由伸展摆动;同时还要求表面活性剂分子有一定的链长,以克服微粒间的范德瓦尔斯吸引力[6]。当磁性微粒和基液的极性相反时,表面活性剂分子在颗粒表面形成单分子吸附层如图5所示;而当磁性微粒与基液极性相同时,表面活性剂分子在颗粒表面形成双分子吸附层如图6所示。Fe3O4粒子是极性粒子,不同的表面活性剂与纳米磁性Fe3O4粒子的亲和性不同,在水溶液中的溶解性也不同,从而造成磁性微粒包覆情况的差异,将直接影响磁性液体的性能。
表面活性剂的用量要合适,当表面活性剂的用量过少时,就会包覆不完全,磁性颗粒就容易氧化、聚沉,颗粒表面就不能形成完整的单分子吸附层,因而就不能形成完整的表面活性剂球状弹性外壳,颗粒在吸附有表面活性剂的一侧或表面活性剂较多的一侧容易发生粘连、絮凝,则不能形成稳定的磁性液体;相反,当表面活性剂用量过多时,在磁性颗粒周围就会缠绕交错,过厚的表面活性剂包覆层之间就会发生粘连、引起絮凝,同样也不能形成稳定的磁性液体;而只有当表面活性剂的用量正好为颗粒表面单分子吸附层用量时,由于表面活性剂的定向作用,形成相同极性表面活性剂球状外壳,此时球状外壳之间相互排斥,使包覆后的纳米磁性颗粒稳定地悬浮在基液中,才能形成稳定的磁性液体。表面活性剂的用量除与表面活性剂种类、磁性粒子大小和性质、基液性质以及制备工艺有关外,还与操作和超声波分散作用等情况有关,例如,对于颗粒先洗涤后包覆的过程,过多的表面活性剂将影响磁液的稳定性,此时应严格控制表面活性剂的加入量;而对于先包覆后洗涤的过程,表面活性剂的用量则应适当增加,这是因为稍过量的表面活性剂有利于加速包覆,包覆完成后多余的表面活性剂可在洗涤过程中洗去[7]。
表面活性剂加入的时机要合适,表面活性剂可以在OH-滴定之前提前与铁盐溶液预混合,也可以与OH-同时滴加,或者在滴加OH-至反应溶液出现棕色混浊时再滴加,还可以在反应结束后滴加,甚至在洗涤操作后滴加,同时包覆的过程中要不断地进行搅拌。表面活性剂在反应结束前滴加,可以将生成的磁性微粒及时包覆,且包覆时间长,有利于形成均匀牢固的包覆,但同时也会包覆和夹带存在于溶液中的其它粒子和杂质,造成洗涤时间长,Fe3O4粒子损失大;若在清洗之后加入,则溶液中离子强度低,粒子表面比较干净,有利于表面活性剂的快速吸附,但同时易造成不均匀吸附,使得磁液的长期稳定性变差。另外,滴加时机还与表面活性剂、磁性粒子、基液三者相互间的作用有关,因此要根据具体情况,通过实验进行反复试验而定[7]。总之,表面活性剂对于制备性能良好的纳米磁性液体至关重要,所以要对表面活性剂进行认真的分析、选择和控制。
3 结论
通过研究用化学共沉淀法制备纳米Fe3O4磁性液体,得出磁性粒子的纯度、稳定性和表面活性剂的控制问题是制备磁性液体的技术关键,尤其表面活性剂的选择和控制是制备性能优良的纳米磁性液体的决定性因素,有待于我们进一步地深入研究和探讨。
参考文献
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有序磁性纳米结构材料的研究 篇8
有序磁性纳米结构是以纳米尺度的磁性物质结构单元为基础, 按一定的规律构筑或营造的一种新的体系, 这些基本结构单元主要包括磁性的纳米微粒、纳米管、纳米线、纳米棒、纳米丝等。磁性纳米材料虽然具有很多独特的性质, 但无序的排列并不能在宏观上体现这些性质;而有序的磁性纳米结构, 在宏观聚集体中以有序的几何构型, 使宏观的磁性效应能够得到很好的控制和修饰。从实际应用讲, 有序磁性纳米结构也是制作磁性随机存取存储器、高密度磁记录介质、磁开关和微机械传感器等微小型器件的基础, 因此有序磁性纳米结构的制备技术成为发展磁性纳米器件的关键。
二、有序磁性纳米结构制备技术研究现状
1. 平板印刷术
平板印刷术是制备有序磁性结构传统的方法。它是在外层掩膜的基础上利用不同的光源辐照适当的光刻胶而形成二维或三维的图案, 再利用湿法或干法刻蚀术或者后续的沉积技术等一系列手段来实现图案的转移过程。辐照光源的波长决定了平板印刷术的分辨率, 因此要得到不同特征尺寸和几何形状的图案结构, 可以通过使用具有不同波长的光源, 比如紫外可见光、电子束、离子束和X射线等。目前用于制备磁性有序纳米结构的印刷术中较常见的主要有:电子束印刷术、X射线印刷术、干涉或全息印刷术等以及基于原子力显微镜和扫描隧道显微镜一些印刷术, 比如浸笔纳米印刷术等。
2. 自组装法
自组装是生命最本质的内容之一, 如人体体内的蛋白质、核酸等复杂的超分子系统正是通过自组装而形成的。在化学合成方法中, 自组装法是一种获得磁性有序纳米结构的最有效的方法。所谓自组装, 是指原子在底物上或溶液中自发地排列成有序的空间结构。自组装过程是不需要人为干涉介入, 而溶液中的原子、分子、分子团和组件自动排列成有序的一维、二维甚至三维空间结构的过程, 其主要原理是通过分子间力的协同作用和空间互补, 如静电吸引、氢键、疏水性缔合等来形成一定结构的体系。自组装过程的关键是界面分子识别, 它是两个自组装的分子通过一种界面驱动力来产生特定结合的过程, 这种驱动力可以通过加入额外连接分子的方式实现, 比如表面活性剂。其驱动力包括氢键、配位键、堆积效应、范德华力、静电力和长程作用等。根据合成原理的不同, 自组装法可以分为蒸发溶剂组装法、模板诱导组装法和外界磁场诱导自组装法。
在蒸发溶剂组装法中, 形成有序结构的驱动力主要是范德华力, 因此蒸发溶剂组装法的关键点为:两个结合单元、界面层分子 (表面活性剂) , 以及组装过程中的驱动力过大造成的粒子团聚问题, 因此粒子间的排斥力和不可逆聚合力应该在一定的范围之内, 但是磁性纳米结构材料往往由于自身磁性偶极子的相互作用而产生不可控的团聚, 很难通过化学合成的方法获得稳定的有序纳米磁性结构材料。
模板自组装合成的原理很简单, 设想存在一个一定尺寸 (纳米) 的孔, 让材料的成核和生长就在该孔里发生, 则在反应完毕后, 孔的大小和形状就决定了产物的尺寸和结构, 这些孔就可以理解为模板合成法中的模板。具有纳米孔道阵列的多孔氧化铝、介孔分子筛和多孔Si O2等是应用最广泛的模板, 常用来制备磁性纳米线或棒的有序阵列结构。模板法来制备有序磁性纳米结构材料可以有效的排除磁性材料自身的磁相互作用引起的团聚等现象;一些人造或天然的高分子材料, 如聚苯乙烯、蛋白质和DNA等也也被用来作为制备磁性有序纳米结构的模板。模板合成技术可以同时解决颗粒尺寸、形状控制和分散稳定性问题, 因此利用和设计模板就显得尤为重要。
通常可以通过调节外界温度、气氛、压力等来控制磁性纳米粒子的合成及组装特性, 但是为了更好的人为操纵纳米粒子的自组装行为, 磁场同样也应该可以用于操纵纳米材料的组装行为并构建有序的磁性纳米结构。磁场诱导自组装法就是在合成过程中, 外加磁场对合成过程中磁性粒子的运动和组装特性进行人为干预。磁场诱导合成有序磁性纳米结构的研究在国际上还较少, 国内熊等在这方面开展了一些工作, 其面临的主要问题是磁性纳米粒子的稳定性和粒子之间的不可逆团聚, 通过在其表面包覆“惰性”材料来形成所谓的壳层结构, 这些壳层材料的存在不仅可以解决磁性纳米粒子的稳定性问题以及不可逆团聚问题, 而且可以一定程度地调节磁性纳米粒子间的相互作用, 在结构和性质调节都有突破。
利用平板印刷术来制备有序磁性纳米结构已经得到现代化生产的应用, 但是设备昂贵、工艺流程复杂以及分辨率较低等因素制约了其发展, 而利用各种自组装技术来制备得到有序磁性纳米结构材料正逐渐受到研究人员的关注, 但由于磁性纳米粒子本身磁相互作用容易破坏结构的有序性, 因此自组装技术还停留在研究阶段, 预期未来可以广泛地采纳到有序磁性纳米结构材料的组装现代化应用上去。
有序的磁性纳米结构不仅具有很重要的基础研究价值, 同时也是制作磁存储器等微小型器件的基础。因此探索获得有序磁性纳米结构的新方法, 揭示有序磁性纳米材料的微观作用机制对进一步器件的应用有着重要的意义。
参考文献
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[2]J.Z.Zhang, Z.L.Wang, J.Liu, S.W.Chen, etc.Self-Assembly, Kluwer Academic Publishers, 2004
并联电池用磁性元件优化设计 篇9
1. 变换器设计关键点分析
变换器的设计关键为磁芯的选择、导线线径的选型、原副边匝数、铜损与铁损核算、变换器绕线方式等几个方面。本文着重从这几点对变换器进行优化设计。
(1) 磁芯的选择。
为了更好地降低磁滞损耗, 目前主流的磁性材料主要选用PC40材料的磁芯。然后针对变换功率的大小、拓扑结构的不同选择不同的磁芯型号。
为了实现高效的电能转换, 关键要选择一个合适的磁芯, 在磁芯输送功率PT时, 合适的AP值 (AP=AW*Ae成为磁芯面积乘积) 可将铜损和铁损引起的温升限制在额定温升以内。
AP值的取值为:
PT为变压器的视在功率, 实际应用中, P0为输出功率;
BW为工作磁通密度;
fs为开关工作频率;
K0为窗口面积利用系数, 一般取值为0.4;
Kf为波形系数, 有效值与平均值纸币为正弦波时为4.44, 为方波时为4;
Kj为电流密度比例系数, 可根据允许的温升参考磁芯数据表查表得到;
X为磁芯结构常数, 可根据磁芯查表得到。
通过式 (1) 可得知, 一旦确定了变换器的输出功率, 可快速计算出所需磁芯的AP值, 进而确定磁芯的型号和大小。
(2) 磁芯电感量的确定。
为了实现能量在变换器中的有效传递, 满足变换器能量传递速度的需要, 必须确定变换器的电感量来确认能量的传递能力。
并联电池模块拓扑设计主要采用移相全桥技术, 变换器传递的最大输出功率满足:
IPm ax:原边峰值电流, 由式 (2) 与式 (3) 联立方程组得出;
Uin m in:原边最小输入电压, 预设条件;
Dm ax:最大占空比, 预设条件;
η:变换器转换效率, 预设条件;
L:变换器原边电感量, 由式 (2) 与式 (3) 联立方程组得出。
根据预设的变换器最大能量传递功率, 据以上二式, 可很快计算出变换器原边电感量、原边电流峰值。
(3) 变换器匝数比及其匝数的选择。
根据法拉第电磁感应定律, 在变换器副边, 变换器匝数满足:
得到变换器原边匝数后, 需确认变换器的原副边匝数比就可确定副边匝数。全桥变换器满足:
Vinmin:变换器原边最小输入电压;
Dmax:变换器预设的最大占空比;
η:变换器预设的能量传递效率;
Voutmax:变换器最高输出电压。
同时, 变换器的原副边匝数比满足:
结合 (4) (5) (6) 三式, 可得出变换器的原边与副边匝数。
(4) 绕线线径的选择。
变换器绕线线径的选择主要受开关频率、导线温升和窗口利用率的影响。因为电流在导线中传导时具有趋肤效应, 故不同频率下的电流穿透深度不一致, 脉冲电流的穿透深度满足:
d:电流穿透深度;
fs:导线内部电流的工作频率。
在设计变压器绕组时, 需根据上式首先确定电流的穿透深度, 再根据变换器需要的电流和电流密度确认使用单线绕还是采用多股并绕的方式绕指变压器, 恰当的选定导线的线径可最优化利用磁芯窗口面积, 降低变换器成本, 提高变换器效率。
2. 转换效率分析
当变换器功率确定以后, 变换器的磁芯也就确定了下来, 间接地确定了变换器的铁损。这就需要在设计变换器的时候, 要优化设计绕线长度和绕线线径, 尽力做到铜损和铁损相等, 使总损耗最小。
(1) 变换器铁损与铜损的核算。
变换器不能实现能量的无损传递, 其损失主要集中在绕线的损失 (亦称铜损) 和磁芯中由于磁芯磁通变化引起的损失 (亦称铁损) 。
其中铜损核算满足:
L为绕线长度, 可利用绕线环绕磁芯的等效长度估算;
ρ为导线单位长度电阻率, 可根据绕线材料查表得到;
I为导线中的等效电流大小, 在原边可按照输入功率的有效值计算得到。
其中铁损的核算满足:
Wt Fe为变换器磁芯的质量。
变换器的损耗主要由铁损和铜损两部分决定。其总损耗满足:
故想让损耗最小, 则最好选择铁损与铜损尽量接近的一点进行设计。
(2) 变换器绕线方式与加工工艺的选择。
变换器以上参数设计完成后, 整个变换器的设计基本完成。如要实现变换器的高效能量传递, 变换器的绕制方式尤其重要。如何在变换器绕线时尽量减少漏感, 增大变换器散热成为设计工程师主要关注的问题。
为很好地解决这个问题, 变换器绕制方式如图1所示。
这样的绕线方式可以很好地避免漏感的发生, 同时实现了变换器原副边的高压隔离, 有效地利用了变换器的窗口面积。针对副边电流较大的特点, 在变换器副边选用了0.15mm厚的铜箔绕制, 有效地提高了窗口利用率, 实现了变换器的优化设计。
4.总结
变换器的设计分为计算设计与核对计算两部分进行。在按照上述计算方式计算得到变压器参数以后, 按照图1的导线绕制方式绕制导线, 就可得到一个性能优良的变换器。除了本文的设计、计算以外, 还需要核对的内容包括实际的匝数比、实际的变换器转换效率、实际的铜损和实际的铁损等核心参数。
参考文献
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用于霍尔元件中的磁性组件 篇10
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