光电反馈式静电悬浮与静电悬浮力测定

本文提出光电反馈式静电悬浮的新方法,简要讨论静电悬浮的原理、装置及其光电反馈控制过程.采用铝片和CD光盘作为悬浮体,测定了不同静电电压和不同悬浮间距时的静电悬浮力,揭示了它们之间的相互关系.结果显示这两种悬浮体均可获得足够的静电悬浮力,证明了静电悬浮的可行性.静电悬浮方法的显着特点是既适用于导电体与非导电体的悬浮,又适用于磁性体与非磁性体的悬浮,克服了传统磁悬浮技术仅适用于磁性体的局限性,可广泛应用于精密元器件的悬浮与非接触无损操作.     

光电反馈式静电悬浮及静电力机制研究

本文介绍了光电反馈式静电悬浮方法 ,给出了静电悬浮力的理论计算公式 ,讨论了静电力与电极电压、电极 -悬浮体间距、悬浮体材料等因素之间的关系。通过实验测定了静电力与上述因素之间的关系曲线 ,获得了理想的结果。理论分析与实验结果均表明 ,实现导体与常规非导体的静电悬浮是完全可行的     

光电反馈式静电悬浮的机制研究

本文主要讨论光电反馈式静电悬浮的理论问题。研究在静电场作用下导电悬浮体的静电感应机制和绝缘悬浮体的静电极化机理,推导出悬浮体表面的感应电荷或极化电荷的计算公式,以及作用于悬浮体上的静电悬浮力的计算公式,在理论上揭示了静电力与电极电压、电极面积、悬浮间距及悬浮体电学特性等因素之间的关系。结果表明,导电悬浮体表面的感应电荷量比绝缘悬浮体表面的极化电荷量多,因此前者所受的静电悬浮力比后者大,但两者均可实现静电悬浮,这些结论与实验结果完全符合。本文工作为实现静电悬浮的光电反馈控制提供了理论依据。     

光电反馈式静电悬浮的光电控制系统

本文给出了基于直流高压静电场的光电反馈式静电悬浮系统的实现方案,介绍其工作原理,主要讨论该悬浮操作的技术核心-光电控制系统,提出了光电控制系统中的单元技术:激光三角法测距和比例积分差动(PID)控制的实现方案.我们采用仅有一路伺服控制的光电控制系统进行实验,获得了绞好的结果.实现了悬浮体的开关式悬浮控制.证明了我们的光电控制系统是完全可行的.     

一维单轴式超声悬浮的实验研究

由声波发射端和反射端构成超声谐振系统,其发射端和反射端间形成超声驻波.在波节处声辐射压的合力可以悬浮微重力样品,称为单轴式超声悬浮;是一种有望成为具有应用价值的无容器处理技术.作者在参加物理第二课堂活动中,对此作了初步的实验研究,成功地悬浮起发泡材料等小物体以及蚂蚁等小动物,并观察研究了它们的悬浮姿态.     

静电纺丝法制备纳米纤维及其应用进展

静电纺丝技术是采用物理方法制备一维采用纳米纤维的有效方法,它在大规模制备有序的、复杂的一维纳米材料方面具有很强优势。除了制备一维纤维材料外,电纺丝技术还用于制备二维和三维多孔结构的材料。本文分为三部分,首先介绍了静电纺丝技术的原理和方法;然后综述了静电纺丝技术在制备一维材料方面的研究进展,最后列举了静电纺丝技术在生物工程领域的应用。     

中国物理学会1987年静电学术报告会在浙江省诸暨县举行

1987年5月4日,来自全国18个省市的专家、教授和工程技术人员共100多人云集浙江省诸暨县,参加中国物理学会静电专业委员会召开的第三次全国性学术交流会.大会共交流论文90余篇,内容涉及到静电起电机理,静电除尘、静电复印、静电生物效应、静电材料、静电测试等静电应用技术,防静电灾害等方面.会议第一次印发了《静电学术报告会论文集》,收集论文61篇,充分反映了我国静电界一年多来取得的丰硕成果. 会议还特邀日本静电学会会长增田闪一教授作了题为《日本在静电应用领域中最近的进展》的演讲,受到与会者的欢迎. 会议听取了静电专业委员会主任…     

悬浮熔炼液相淬火实验装置

本文讨论了悬浮熔炼液相淬火实验装置的原理.介绍了该装置的结构及主要工艺参数,并使用该装置制备了新的非晶态材料和微晶态超导材料.附表中列举了部分钢铁材料、铜基、铝基合金及部分过渡族金属合金超导材料的悬浮熔炼及液相淬火的工艺过程.     

中学物理静电演示实验研究

分析了中学物理教学法静电演示实验所存在的困难,建议从实验的材料和趣味性来提高静电演示实验教学效果,并介绍一些低成本高教育价值静电实验,以期望对中学物理教学法演示实验课程的开展有所帮助.     

电场下悬浮六方氮化硼摩擦特性的研究

六方氮化硼(hexagonal boron nitride, h-BN)因其良好的润滑性和绝缘性,在微纳机电系统中有巨大的应用潜力.本文通过基底刻蚀的工艺,在SiO_2/Si基底上制备了微孔阵列,然后将h-BN转移到微孔基底上形成悬浮结构,利用原子力显微镜研究电场对悬浮h-BN摩擦特性的影响.结果表明:悬浮状态的h-BN的表面摩擦力小于有基底支撑的h-BN的表面摩擦力,原因是更大的面内拉伸削弱了褶皱效应.电场作用下,针尖与h-BN之间的静电相互作用增强,悬浮h-BN表面的摩擦力随偏压的增大而增大,且正偏压的影响大于负偏压的影响.同时,在电场下针尖在悬浮h-BN表面的黏滑行为出现单步黏滑向多步黏滑的转变.此外,与有基底支撑的h-BN相比,悬浮状态的h-BN受电场的影响更大,这是由于针尖与基底界面距离的缩小以及基底氧化层的缺失导致静电力增强.本文提出了通过施加外电场来调节悬浮h-BN表面摩擦的方法,对研究二维材料摩擦特性提供了一定的理论指导.     

空间高频交变磁场对超导块材悬浮力影响研究

高温超导磁悬浮装置,如磁悬浮列车和磁悬浮轴承在高速运行时,空间磁场交变及不均匀性扰动会引发超导块材内部损耗并影响性能,传统均匀时变磁场实验研究及仿真模拟无法满足实际工程应用情况.本文通过设计不同永磁阵列得到不同波形,在高速系统驱动下得到不同交变频率下超导块材损耗特性,发现全波型损耗较半波型损耗高,并研究了不同磁场构型悬浮力衰减特性,可为高速超导磁浮应用提供实验依据.     

声悬浮研究新进展

建立了单轴式声悬浮的参数化模型和边界元算法，对单轴式声悬浮进行了优化设计，可以悬浮起密度高达18．9g/cm^3的金属钨。研究了声悬浮条件下非金属材料和低熔点金属的无容器处理。     

PHYSICAL CHARACTERISTICS OF ELECTROMAGNETIC LEVITATION PROCESSING

Electromagnetic levitation has developed from a pure physical phenomenon into a practical containerless processing technique in the fields of both applied physics and materials science. In order to obtain a better understanding of this processing technique, two typical levitation coils were designed and the physical characteristics in levitation droplets suspended in these two coils, such as electromangetic field, levitation force field, total levitation force, and power absorption, were analyzed numerically and calculated in this paper. It was found that the eddy current density, together with the magnetic flux density and levitation force density, increases rapidly with radius as it approaches sample surface. The maximum levitation force produced by coil A is larger than that of coil B, whereas the levitated sample can obtain less power absorption at the equilibrium position in the former coil than that in the latter one. Moreover, the calculated results also demonstrated that the levitation ability decreases as the atomic number increases. The larger the material's electrical resistivity, the easier the samples can obtain more power absorption.     

垂向磁场变化量对高温超导块材悬浮力特性的影响

高温超导体因其无源自稳定的特性,受到许多学者的重视,具有广阔的应用前景.目前针对高温超导块材悬浮性能的研究主要集中于由永磁体产生的低磁场环境.本文基于超导磁体平台提供的强磁场环境,通过改变高温超导块材不同的场冷高度,实验研究了高温超导块材悬浮力与垂向磁场变化量的关系.研究结果表明随着垂向磁场变化量的增加,高温超导块材的悬浮力增长趋缓,并最终出现悬浮力饱和的现象.本文还对比了YBCO 和Gd-BCO 两种不同材料超导块材的悬浮性能,结果发现GdBCO 的悬浮力在强磁场环境中表现出更大的潜力.这为高温超导磁浮在强磁场中的应用奠定了基础,通过更加合理地调节磁场的分布,可以更好地发挥高温超导块材的悬浮性能潜力     

Aerodynamic levitation and laser heating:

Aerodynamic levitation is an effective way to suspend samples which can be heated with CO₂ lasers. The advantages of this containerless technique are the simplicity and compactness of the device, making it possible to integrate it easily in different kinds of experiments. In addition, all types of materials can be used, including metals and oxides. The integration of aerodynamic levitation at synchrotron and neutron sources provides powerful tools to study the structure and dynamics of molten materials. We present here an overview of the existing techniques and of the developments made at the CEMHTI in Orléans, as well as a few examples of experimental results already obtained.     

面向超导钉扎磁浮的液氮液位检测方法研究现状

高温超导钉扎磁浮制式以悬浮导向一体化、自稳定、无需控制等优势得到了越来越多的关注.与其他磁浮制式不同,高温超导钉扎磁浮制式采用块状高温超导材料作为车载悬浮体,需要低温液体液氮作为悬浮单元的制冷剂,冷却方式为浴冷,因此实时监测液氮液面,保证液面平稳是未来超导钉扎磁浮车运行维护的首要需求.本文从车载高温超导YBaCuO块材所需的液氮环境及其配套的液氮容器功能和结构出发,结合我们近期的基于卡尔曼滤波(Kalman filtering,KF)滤波算法的铂电阻传感器液氮液位计研究工作,对6种低温液位检测方法的基础原理、特征及检测精度的对比分析,总结示出包括铂电阻阵列方式在内的3种适用于超导钉扎磁浮列车在线检测系统的液氮液位检测方法,用于推进我国2021年1月13日正式启用的高温超导钉扎高速磁浮工程化样车应用发展.     

高温超导块材悬浮力测试系统设计

报道高温超导块材悬浮力测试系统中自动控制与数据采集部分的设计与实现。该系统采用了比较先进的 PMAC2电机运动控制卡及功能强大的软件开发平台 L abwindows/ CVI,具有系统稳定性高、可靠性好、易于人机交互等特点 ,在实际应用过程中取到了很好的效果 ,为我国高温超导块材性能的研究及高温超导磁悬浮车的研究提供了一种十分先进的研究、测试手段     

辅助永磁体的引入方式对单畴GdBCO超导块材磁场分布及其磁悬浮力的影响

通过对永磁体辅助下单畴GdBCO超导体和方形永磁体在液氮温度、 零场冷、 轴对称情况下磁悬浮力的测量, 研究了三种不同组态中辅助永磁体的引入方式对单畴GdBCO超导块材磁场分布及其磁悬浮力的影响. 实验结果表明, 如果处在超导体上方的测量用方形永磁体N极向下, 则在轴对称情况下, 当方形辅助永磁体N极向上与超导体下表面贴在一起时, 超导体的最大磁悬浮力从没有引入辅助永磁体磁化的14.3 N增加到31.8 N, 提高到222%; 当方形辅助永磁体放置在超导体上表面、 N极垂直向上且场冷后去掉辅助永磁体时, 超导体的最大磁悬浮力从没有引入辅助永磁体磁化的14.3 N增加到21.6 N, 增加到151%; 当方形辅助永磁体放置在超导体上表面、 N极垂直向下且场冷后去掉方形辅助永磁体时, 超导体的最大磁悬浮力从没有引入辅助永磁体磁化的14.3 N减小到8.6 N, 减小为无辅助永磁体时的60%.这些结果说明, 只有通过科学合理地设计超导体和永磁体的组合方式, 才能获得较高的磁场强度, 有效地提高超导体的磁悬浮力特性, 该结果对促进超导体的应用具有重要的指导意义.     

Effective method to control the levitation force and levitation height in a superconducting maglev system

The influence of the width of the middle magnet in the permanent magnet guideways(PMGs) on the levitation force and the levitation height of single-domain yttrium barium copper oxide(YBCO) bulks has been investigated at 77 K under the zero field cooled(ZFC) state. It is found that the largest levitation force can be obtained in the system with the width of the middle magnet of the PMG equal to the size of the YBCO bulk when the gap between the YBCO bulk and PMG is small.Both larger levitation force and higher levitation height can be obtained in the system with the width of the middle magnet of the PMG larger than the size of the YBCO bulk. The stiffness of the levitation force between the PMG and the YBCO bulk is higher in the system with a smaller width of the middle magnet in the PMG. These results provide an effective way to control the levitation force and the levitation height for the superconducting maglev design and applications.     

超导体与磁体间的三维磁力及磁场测试装置研制

本文研制的三维磁力测试夹具和三维霍耳探头，可以实现：1）直接测量出磁体与磁体、磁体与超导体等之间的三维磁力随两者之间相对位置的变化规律；2）直接测量出任何磁体或组合磁体在空间的三维磁场分布；3）通过将三个三维霍尔探头或九个单独的霍尔探头分别按研究内容的需要固定在所要研究的空间区域，再改变磁体与磁体之间、或磁体与超导体等之间的相对位置，从而在测量出它们之间的相互作用力的同时，测量出由于它们之间因相对位置改变而引起的动态磁场分布变化；还可以得到磁体接近超导体时磁场进入超导体的动态变化规律等．该套测试装置，将工作效率提高到原来的300％以上．这对研究磁性材料的宏观磁性质具有非常重要的意义．