磁化率随温度变化的新研究初步进展-王华沛[1]
磁化率的测定(实验报告) zh

磁化率的测定武汉大学化学与分子科学学院 化学基地班专业摘要:本实验对磁介质在磁场中的磁化现象进行了探讨,通过逐渐增加样品管内样品高度及改变励磁电流强度探究磁化率测定的最佳样品高度和最佳磁场强度。
并通过对一些物质的磁化率的测定,求出未成对电子数并判断络合物中央离子的电子结构和成键类型。
此外,加强了对古埃法测定磁化率原理和技术的理解及熟练了磁天平的使用。
关键词:磁化率 古埃法 未成对电子前言: 磁化率是各种物质都普遍具有的属性。
考察组成物质的分子未成对电子的情况。
如果分子中的电子都是成对电子,则这些电子对的轨道磁矩对外加磁场表现出“抗磁性”或“反磁性”,该物质的磁化率将是一个负值,其数量级约10-5~10-6emu 。
但是如果分子中还存在非成对电子,那么这些非成对电子产生的磁矩会转向外磁场方向,并且这种效应比产生“抗磁性”的楞次定律效应强很多,完全掩盖了成对电子的“抗磁性”而表现出“顺磁性”,其磁化率是正值,数量级约10-2~10-5emu 。
原子核的自旋磁矩也会产生顺磁效应,不过核顺磁磁化率只有约10-10emu ,一般不予考虑。
上述的顺磁性和抗磁性均为弱磁性,其相应的磁化率都远小于1;还有一种“铁磁性”,其磁化率远大于1——被称为强磁性。
弱磁性和强磁性还有一个显著区别是:弱磁性物质的磁化率基本上不随磁场强度而变化,强磁性物质的磁化率却随磁场强度而剧烈变化。
[1]可见,测量磁化率可以区分物质的磁性类型,还可以检测外界条件改变时磁性的转变;测定顺磁性物质的磁化率,有助于计算出每个分子中的非成对电子数,从而推测出该物质分子的配位场电子结构。
前面的实验中我们不经检验直接就使样品高度为7cm,励磁电流为3A ,这次实验我们就要通过逐渐增加样品管内样品高度及改变电流强度探究磁化率测定的最佳样品高度和最佳磁场强度。
1.理论准备与实验操作1.1仪器与试剂古埃磁天平(包括磁场元件,电光天平,励磁电源等) 软质玻璃样品管1支装样品工具(研钵、角匙)一套 (NH 4)2SO 4·FeSO 4·6H 2O (分析纯) K 4Fe(CN)6·3H 2O (分析纯)1.2实验原理 [1] [2]物质的磁性可以用磁导率μ或者磁化率χ表示。
温度对Zn(II)-TiO2体系吸附可逆性的影响

[Article]物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao )Acta Phys.⁃Chim.Sin .,2007,23(6):807-812June Received:December 14,2006;Revised:January 19,2007;Published on Web:April 27,2007.∗Corresponding author.Email:gpan@;Tel:+8610⁃62849686.国家自然科学基金(20073060)和中国科学院优秀“百人计划”资助项目ⒸEditorial office of Acta Physico ⁃Chimica Sinica温度对Zn(II)⁃TiO 2体系吸附可逆性的影响李薇潘纲∗陈灏张美一何广智李晋杨玉环(中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室,北京100085)摘要:用延展X 射线吸收精细结构光谱(EXAFS)研究了不同温度对Zn(II)⁃锐钛矿型TiO 2吸附产物微观构型和吸附可逆性的影响机制.宏观的吸附⁃解吸实验表明,不同温度下的吸附等温线可以用Langmuir 模型进行较好的描述(R 2≥0.990).随温度升高,吸附等温线显著升高,Zn(II)在TiO 2表面的饱和吸附量由5℃时的0.125mmol ·g -1增至40℃时的0.446mmol ·g -1;而体系的不可逆性明显减弱,解吸滞后角θ由32.85°减至8.64°.求得体系反应的热力学参数ΔH 、ΔS 分别为24.55kJ ·mol -1和159.13J ·mol -1·K -1.EXAFS 结果表明,Zn(II)主要是通过共用水合Zn(II)离子及TiO 2表面上的O 原子结合到TiO 2表面上,其平均Zn ⁃O 原子间距为R Zn ⁃O =(0.199±0.001)nm.第二配位层(Zn ⁃Ti 层)的EXAFS 图谱分析结果表明,存在两个典型的Zn ⁃Ti 原子间距,即R 1=(0.325±0.001)nm (边⁃边结合的强吸附)和R 2=(0.369±0.001)nm(角⁃角结合的弱吸附).随温度升高,强吸附比例(CN 1)基本不变而弱吸附比例(CN 2)增加,两者比值(CN 1/CN 2)逐渐减小.该比值的变化从微观角度解释了宏观实验中温度升高,不可逆性减弱的吸附现象.关键词:EXAFS;微观构型;温度;吸附⁃解吸;吸附可逆性;Zn(II);锐钛矿型TiO 2中图分类号:O642Temperature Effects on Adsorption ⁃Desorption Irreversibility ofZn(II)onto AnataseLI WeiPAN Gang ∗CHEN Hao ZHANG Mei ⁃Yi HE Guang ⁃ZhiLI Jin YANG Yu ⁃Huan(State Key Laboratory of Environmental Aquatic Chemistry,Research Center for Eco ⁃Environmental Sciences,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100085,P.R.China )Abstract :Microscopic structures and mechanism of Zn(II)adsorbed onto anatase at different temperatures were studied using extended X ⁃ray absorption fine structure (EXAFS)spectroscopy.Macroscopic adsorption ⁃desorption experiments indicated that adsorption isotherms and adsorption reversibility increased substantially with increasing temperature.When temperature increased from 5℃to 40℃,the adsorption capacity increased from 0.125mmol ·g -1to 0.446mmol ·g -1,while the desorption hysteresis angle (θ)decreased from 32.85°to 8.64°.The thermodynamic parameters ΔH and ΔS of the reaction were evaluated as 24.55kJ ·mol -1and 159.13J ·mol -1·K -1,respectively.EXAFS spectra results showed that Zn(II)was adsorbed onto the solid surface in the form of octahedral hydrous Zn(II)ions,which were linked to TiO 2surface by sharing O atoms,with an average bond length R Zn ⁃O =(0.199±0.001)nm.EXAFS analysis of the second Zn ⁃Ti coordination sphere resulted in two Zn ⁃Ti atomic distances of (0.325±0.001)nm and (0.369±0.001)nm,corresponding to edge ⁃sharing linkage (stronger adsorption site)and corner ⁃sharing linkage (weaker adsorption site),respectively.The number of stronger adsorption sites (CN 1)remained relatively stable while the number of weaker adsorption sites (CN 2)increased remarkably as the temperature increased,making the proportion of two adsorption modes (CN 1/CN 2)drop from 0.690to 0.543.These results revealed that the increased adsorption capacity and reversibility at higher temperature were due to the increase in CN 2and the decrease in CN 1/CN 2.This result implies that,in a given environment (soils or rivers),the bioavailability of zinc is higher at high temperature than that at low temperature.807Acta Phys.鄄Chim.Sin.,2007Vol.23Key Words :EXAFS;Microscopic structures;Temperature;Adsorption ⁃desorption;Adsorptionreversibility;Zn(II);Anatase图1锐钛型TiO 2X 射线衍射图谱Fig.1XRD pattern of anatase TiO 2目前,污染物在颗粒物表面的吸附可逆性问题已成为环境研究领域的一个热点.污染物在颗粒物表面吸附⁃解吸的可逆程度直接决定着其在水环境中的浓度、生物可利用性与毒性.已有大量文献报道了pH [1-3]、离子强度[4,5]、金属阳离子浓度[6,7]、吸附剂浓度及表面特征[8-11]、反应时间[12,13]等对金属离子在颗粒物表面的吸附可逆性的影响.然而,温度对吸附可逆性的影响却鲜见报道[14-16].众所周知,温度是环境的一个重要变量,不但季节的变化可以导致上下40℃左右的温度波动,湖泊、海洋等天然水体的水深变化同样会引起温度的很大差异[17].环境中的温度变化可以通过影响重金属在颗粒物表面的吸附⁃解吸过程而影响其在水体中的浓度、迁移和转化.因此,研究固⁃液界面吸附⁃解吸的宏观温度效应及微观机理,对于解释和预测环境中重金属污染物的污染行为具有重要意义.几十年来,由于固⁃液界面体系的复杂性,其吸附可逆性的研究主要停留在宏观的动力学和热力学水平上[18-20].1998年,Pan 等人[21]提出的亚稳平衡态吸附(MEA)理论,为固⁃液界面科学向分子水平发展提供了理论依据.它指出,对于理想的可逆吸附过程,吸附态分子在固体表面以平衡态存在;而对于不可逆吸附过程,吸附态分子是以不同的亚稳平衡态结合于固体表面,具有较大的亚稳平衡态效应.而反应过程和可逆性可以直接影响实际反应终态的微观结构,这一行为是传统热力学所不能解释因而无法预测的.近几年,随着EXAFS(延展X 射线精细结构吸收光谱)技术在吸附产物的微观构型研究中的广泛应用[22-25],MEA 理论亦得到多方验证.作者的前期研究表明,金属吸附在固体表面的微观构型与可逆性密切相关[26-29].但是,一直以来,人们尚未认识到温度对吸附可逆性的宏观影响,也未见相应的微观机理研究.本文将EXAFS 技术与宏观的吸附⁃解吸实验相结合,以水溶液中Zn(II)⁃TiO 2吸附体系为研究对象,对吸附可逆性的宏观温度效应及微观机理进行了研究.这对解释和认识金属污染物的吸附本质及从分子水平发展环境界面科学具有重要意义.1实验部分1.1TiO 2的表征本实验所用的吸附剂TiO 2由北京化学试剂公司提供.经XRD 鉴定(图1),该吸附剂为纯的锐钛矿,对其进行粒度分析(Mastersizer 2000,英国马尔文公司),所得体积平均粒径D [4,3]为0.979μm.BET 比表面法测得该TiO 2颗粒物的比表面为201.3m 2·g -1.1.2吸附鄄解吸实验参照文献[30]的方法,根据吸附pH 曲线,选取pH=6.30,浓度0.1mol ·L -1NaNO 3的支持电解质,颗粒物浓度1.0g ·L -1,在温度分别为5、20、40℃下测定Zn(II)在TiO 2的吸附等温线.在50mL 聚丙烯塑料离心管中,依次加入TiO 2悬浊液,0.1mol ·L -1NaNO 3溶液和Zn(II)溶液,总体积为30mL,得到固体颗粒物浓度为1.0g ·L -1,一系列Zn(II)初始浓度不同的悬浊液.在设定温度下振荡24h,用0.1mol ·L -1NaOH 或0.1mol ·L -1HNO 3多次调节pH 到6.30±0.02.然后,离心20min (4500r ·min -1),用0.22μm 滤膜过滤,取滤液,用伏安极谱仪(Metrohm,797型)测定反应终了时Zn(II)的平衡浓度,由总初始浓度与平衡浓度之差计算吸附量得到吸附等温线.离心之后的固体选取具有相近平衡浓度、不同吸附量的三个样品S 5、S 20、S 40用于EXAFS 测定(实验条件见表1).解吸实验:将离心之后的吸附样品除去大部分上清液,留10mL,加入20mL 0.1mol ·L -1NaNO 3溶液.振荡均匀后,用0.1mol ·L -1NaOH 或0.1mol ·L -1HNO 3调节体系pH 值到6.30±0.02(与吸附反应条件一致),在设定温度下恒温振荡24h.其他操作条件同吸附实验.每一点的解吸实验如上述操作重复两次,从而得到解吸等温线上的三个实验点.808No.6李薇等:温度对Zn(II)⁃TiO 2体系吸附可逆性的影响1.3EXAFS 样品的制备及EXAFS 数据的采集将用于EXAFS 实验的吸附样品装入有机玻璃小槽中,用胶带将小槽固定在EXAFS 测定器上测定.对于液体参照物(如Zn(II)溶液),用微量进样器将液体注入一个有机玻璃容器中;对于固体参照物(如ZnO),将研磨之后的固体粉末均匀地涂于胶带上,折叠之后用于EXAFS 测定.EXAFS 实验测定在日本光子工厂高能加速器研究机构的BL ⁃12C 实验站进行.因该实验站的光束线具有电子流强大、能量高、分辨率高、探测信号强等优点.储存环电子能量为2.5GeV,平均电流强度为300mA,平面双晶Si(111)为单色器,前电离室为有效长度5cm 的充氩电离室.由于吸附样品中Zn 含量较低,故采用荧光模式测定,探测器用19元SSD 探测器,每元通路都经过调试只允许Zn 信号通过,因此,测定过程中不需滤波片.参照样品ZnO 固体和Zn(II)水样采用透射模式测定.所有样品采集的均是Zn 原子的K 吸收边(9659eV)EXAFS 谱,能量扫描范围在9159-10759eV.2结果与讨论2.1宏观吸附⁃解吸实验及吸附热力学在pH 为6.30±0.02,0.1mol ·L -1的NaNO 3介质中,5、20、40℃下的吸附⁃解吸等温线见图2.由图2可以看出,Zn(II)在TiO 2表面的吸附具有明显的温度效应和解吸滞后现象.随温度升高,吸附等温线明显升高,而解吸滞后逐渐减弱.不同温度下的吸附等温线可以用Langmuir 吸附模型[31]进行较好的拟合(拟合参数见表2).Langmiur 吸附模型:q eq =q max K L C eq 1+K L C eq (1)式中,q eq (mmol ·g -1)为反应终了时Zn(II)在TiO 2表面的吸附量,C eq (mmol ·L -1)为反应终了时溶液中的Zn(II)浓度,K L (L ·mmol -1)为Langmuir 型等温式的拟合常数,q max (mmol ·g -1)为拟合所得的饱和吸附量.吸附反应的不可逆性可以用解吸滞后角(θ)进行定性描述,其大小可以根据文献[27]计算求出(见表2).由表2可以看出,随温度由5℃升高至40℃,Zn(II)在TiO 2表面的饱和吸附量q max 由0.125mmol ·g -1增加至0.446mmol ·g -1;而解吸滞后角由32.85°减小至8.64°.这初步说明该体系的吸附反应为吸热过程,温度升高有利于吸附反应的进行;同时,体系的吸附⁃解吸不可逆性随温度升高明显减弱.针对不同温度下的吸附等温线,参照Khan 和Singh 的方法[32],将ln(q eq /C eq )对q eq 作图(见图3),线性拟合后的截距即为不同温度下的吸附热力学平衡常数K 的自然对数值ln K ;然后,由Van ′t Hoff 方程(2)6.306.306.300.1890.3140.393S 5S 20S 40C 0(mmol ·L )Zn ⁃TiO 2adsorption datapH Sample 0.0930.2130.290q eq(mmol ·g )0.0900.0920.092C eq(mmol ·L )1.01.01.0C P (g ·L )表1Zn ⁃TiO 2的EXAFS 样品吸附实验条件Table 1The adsorption conditions of EXAFS samplesEXAFS samples are indicated by S T ,where T represents different temperatures (℃).C P :concentration of particles;C 0:initialconcentration;C eq :equlibrium concentration;q eq :equilibriumadsorption图2不同温度下Zn(II)⁃TiO 2吸附⁃解吸等温线Fig.2Adsorption ⁃desorption isotherms of Zn(II)ontoTiO 2at different temperaturesSolid curves represent Langmiur ⁃type adsorption isotherms,while dotted curves represent desorption isotherms.T /℃Langmuir ⁃type parameters θ/(°)Thermodynamic parametersR 2q max /(mmol ·g -1)K L /(L ·mmol -1)R 10-3K ΔG /(kJ ·mol -1)ΔS /(J ·mol -1·K -1)ΔH /(kJ ·mol -1)50.9900.12531.7132.850.958 4.76-19.58200.9950.30723.7321.350.9959.36-22.28159.1324.55400.9920.44618.118.640.98515.71-25.04表2Zn(II)在TiO 2表面吸附的热力学参数Table 2Thermodynamic parameters of the Zn adsorption ontoTiO 2at different temperatures809Acta Phys.鄄Chim.Sin.,2007Vol.23和(3)可以求得反应的吉布斯自由能(ΔG )、熵变(ΔS )和焓变(ΔH )(结果见表2).ΔG =-RT ln K (2)ln K =ΔS R -ΔHRT(3)结果表明,体系吸附反应的ΔH 为24.55kJ ·mol -1,表明体系的吸附过程为化学吸附,且是吸热反应,与吸附等温线得出的结论一致.三个温度下的ΔG <0,表明体系的吸附反应是自发的,且温度越高,自发程度越大.ΔS >0,吸附过程是熵驱动过程.在固液吸附体系中,同时存在溶质的吸附和溶剂的解吸.溶质分子吸附在吸附剂上,自由度减小,是一熵减小过程,而溶剂分子的解吸是一熵增大的过程.吸附过程的熵变是两者的总和.对于Zn(II)在TiO 2表面的吸附,Zn(II)是以Zn(H 2O)2+6水合离子及其四配位的水解产物Zn(OH)2或Zn(OH)2-4混合形式结合在TiO 2表面,每个Zn(II)的吸附会对应着多个H +或OH -的释放[33].由于H +或OH -的释放引起的熵增加的速度大于熵减小的速度,致使总和ΔS >0.因此,Zn(II)在TiO 2表面的吸附是一个熵增大过程.2.2EXAFS 结果经Cordt3U 、FMT 程序处理后的EXAFS 数据采用Winxas 3.1软件进行分析处理.扣除背景后的EXAFS 数据通过Fourier 变换得到径向分布函数.然后,在波矢κ范围22-108nm -1,采用Bessel 窗函数分别对第一、第二配位层进行Fourier 反变换,每个配位层的Fourier 滤波分别采用曲线拟合法进行拟合处理得到每个配位层中配位原子的种类、数目(CN)、配位原子与中心原子间距(R )、Debye ⁃Waller 因子(σ2)等结构参数.吸附样品及参照物Zn(II)(aq)和ZnO 固体的归一化的κ3权重的EXAFS 图谱和没有相位修正的Fourier transformation (FT)图分别见图4、图5.从样品的FT 图可以看出,样品的第一个峰主要在0.16nm 附近,第二个峰在0.28nm 附近.用曲线拟合法分别对这两个峰进行分析,得到第一层、第二层的拟合结果如配位数、原子间距等(见表3),实验与拟合图谱见图6、图7.距离中心原子Zn 最近一层为O 原子,表明第一配位层为Zn ⁃O 层.Zn(II)(aq)的Zn ⁃O 原子间距为0.207nm,配位数为6.30;ZnO 固体的Zn ⁃O 原子间距为0.195nm,配位数为4.04.样品Zn ⁃O 的平均原子间距R =(0.199±0.001)nm,配位数4.5左右.随着温度的升高,Zn ⁃O 原子间距和配位数无明显变化.第二配位层存在两个Zn ⁃Ti 原子间距,即R 1=(0.325±0.001)nm 和R 2=(0.369±0.001)nm.2.3Zn 在TiO 2上吸附的微观构型与可逆性的关系最常见的Zn(II)配位构型为六配位的八面体构型和四配位的四面体构型[34,35],典型的八面体构型Zn ⁃O 间平均距离为0.210nm [35,36],四面体构型的Zn ⁃O 间距为0.195nm [34-36].可以依据样品的Zn ⁃O原子间图3不同温度下Zn(II)⁃TiO 2的ln(q eq /C eq )对q eq 图Fig.3Plots of ln(q eq /C eq )v s q eq for the Zn(II)adsorption onto TiO 2at 5,20,40℃图4归一化、扣除背景后κ3权重的EXAFS 图谱Fig.4Normalized,background ⁃subtracted andκ3⁃weighted EXAFSspectra图5傅立叶变换后的半径分布函数Fig.5Radial distribution functions obtained byFourier transformation (FT)810No.6李薇等:温度对Zn(II)⁃TiO 2体系吸附可逆性的影响距和配位数判断Zn(II)的构型,因此本研究中的参照物Zn(II)(aq)是以六配位的Zn(H 2O)2+6水合离子形式存在,6个水分子围绕在Zn 周围形成八面体构型;ZnO(s)则是以四配位的四面体形式存在,中心原子Zn 被4个O 原子围绕,与文献值相吻合[37,38].Zn(II)等金属水合离子与金属氧化物发生吸附时以共用边⁃边和角⁃角的两种方式结合最常见[39,40],对应的原子间距R 边⁃边<R 角⁃角.Zn ⁃TiO 2吸附样品Zn ⁃O 平均键长(0.199nm)介于Zn(H 2O)2+6水合离子(0.207nm)与固体ZnO(0.195nm)之间,这表明吸附样品的配位构型介于四配位与六配位之间,Zn(II)是以六配位的Zn(H 2O)2+6及其四配位的水解产物Zn(OH)2或Zn(OH)2-4混合形式结合在TiO 2表面.EXAFS 结果分析进一步表明第二配位层分别在0.325和0.369nm 左右出现两个Zn ⁃Ti 配位层,它们分别对应着边⁃边和角⁃角两种结合方式.Zn ⁃Ti 原子间距较短的边⁃边结合方式对应着较强的固⁃液界面作用力(强吸附),吸附较不可逆;而原子间距较长的角⁃角结合方式则对应着较弱的固⁃液界面作用力(弱吸附),吸附较为可逆.Zn(II)在TiO 2表面上的两种不同的结合方式所具有的能量状态是不一样的.对于吸附等温线上平衡浓度相近、吸附量不同的三个样品(S 5、S 20、S 40),其EXAFS 图谱结果表明,随温度升高、吸附量增大,边⁃边结合的强吸附比例CN 1基本不变,而角⁃角结合的弱吸附比例CN 2增加,从而导致所对应的强吸附位与弱吸附位之比CN 1/CN 2从0.690降至0.543.由于以边⁃边结合和角⁃角结合的吸附态Zn(II)的能量状态是不一样的,而且两种结合方式的比例是随着温度的变化而变化的.因此,高温下吸附态Zn(II)更多的以弱吸附位结合,具有较高而不稳的能量状态,易于解吸;而低温下主要以强吸附位结合,对应着较低而稳定的能量状态,较不易解吸.所以,高温下吸附态Zn(II)的吸附可逆性比低温时强.这一发现预示着高温下(如夏季)某一环境(河流、土壤)中锌的生物可给性比低温下(如冬季)要高.这可为研究污染物在环境中的毒性/生物可给性机理提供一个新的视角.3结论在pH 6.30、0.1mol ·L -1NaNO 3介质中,Zn (II)在TiO 2表面的吸附⁃解吸具有明显的温度效应.随温度升高,Zn(II)的吸附量显著增大;而不可逆性明显减弱.Zn(II)主要是通过共用水合Zn(II)及TiO 2表面上的O 原子结合到TiO 2固体表面上,配位构型介于四配位和六配位之间,其平均Zn ⁃O 原子间距为Reference Zn ⁃O shell Sample Zn ⁃O shell First Zn ⁃Ti shell Second Zn ⁃Ti shell R /nm R /nm R 1/nm R 2/nm CN 2Zn 2+0.207S 50.1990.3260.370 1.640.690ZnO0.195S 200.1990.3240.368 1.800.634S 400.1980.3250.3692.150.543CN 6.304.04CN 4.504.464.49CN 11.131.141.17CN 1/CN 2表3Zn ⁃TiO 2吸附样品第一配位层(Zn ⁃O 层)、第二配位层(Zn ⁃Ti 层)EXAFS 结果Table 3EXAFS results of the first Zn ⁃O coordination sphere and the second Zn ⁃Ti coordinationsphere图6第一配位层(Zn ⁃O)滤波后的EXAFS 谱(线)及拟合结果(点)Fig.6EXAFS spectra (solid line)and fit results(dashed line)for Zn ⁃Oshell 图7第二配位层(Zn ⁃Ti)滤波后的EXAFS 谱(线)及拟合结果(点)Fig.7EXAFS spectra (solid line)and fit results(dashed line)for Zn ⁃Ti shell811Acta Phys.⁃Chim.Sin.,2007Vol.23(0.199±0.001)nm.Zn(II)在TiO2表面存在两种结合方式,即吸附力较强的边⁃边结合与吸附力较弱的角⁃角结合,分别对应的平均Zn⁃Ti原子间距为0.325和0.369nm.平衡浓度相近的吸附态Zn(II)在不同温度下所占据的吸附位不同.低温下主要以强吸附位结合,较不易解吸;而高温下则更多的以弱吸附位结合,易于解吸.所以,高温下Zn(II)在TiO2表面的吸附可逆性比低温时强.Zn(II)在TiO2表面的吸附可逆性随温度变化的规律预示着高温下环境中锌的毒性/生物可给性比低温下要高.这将为污染物在环境中的毒性/生物可给性的机理研究提供一个新的方向.致谢:感谢日本光子工厂XAFS实验站的NOMURA教授、中国科学院高能物理研究所同步辐射实验室的谢亚宁教授在日本光子工厂BL⁃12C实验站的支持和帮助!References1Gerth,J.;Brummer,G.W.;Tiller,K.G.Zeitsc.Pflanzener.Boden., 1993,156:1232Davis,A.P.;Upadhyaya,M.Water Res.,1996,30:18943Ghulam,M.;Balwant,S.;Rai S.K.Chemosphere,2004,57:1325 4Boekhold,A.E.;Temminghoff,E.J.M.;van der Zee,S.E.A.T.M.J.Soil Sci.,1993,44:855Jia,C.X.;Pan,G.;Chen,H.Acta Sci.Circum.,2006,26(10):1611 [贾成霞,潘纲,陈灏.环境科学学报,2006,26(10):1611] 6Li,J.;Chen,H.;Pan,G.;Gao,M.Y.Acta Sci.Circum.,2006,26(10):1606[李晋,陈灏,潘纲,高美缓.环境科学学报,2006,26(10):1606]7Christensen,T.H.Water Air Soil Pollut.,1984,21b:1158Pan,G.;Liss,P.S.;Krom,M.D.Colloids and Surfaces A,1999,151:1279Naidu,R.;Bolan,N.S.;Kookana,R.S.;Tiller,K.G.Eur.J.SoilSci.,1994,45:41910Naidu,R.;Kookana,R.S.;Sumner,M.E.;Harter,R.D.;Tiller,K.G.J.Environ.Qual.,1997,26:60211Hettiarachchi,G.M.;Ryan,J.A.;Chaney,R.L.;La Fleur,C.M.J.Environ.Qual.,2003,32:168412Gray,C.W.;McLaren,R.G.;Roberts,A.H.C.;Condron,L.M.Aust.J.Soil Res.,1998,36:19913Glover II,L.J.;Eick,M.J.;Brady,P.V.Soil Sci.Soc.Am.J., 2002,66:79714Mustafa,G.;Kookana,R.S.;Singh,B.Chemosphere,2006,64(5): 85615Johnson,B.B.Environ.Sci.Technol.,1990,24:11216Brady,P.V.;Cygan,R.T.;Nagy,K.L.J.Colloid Interface Sci.,1996,183:35617Zhu,D.W.;Shi,L.;Liu,W.D.Pedosphere,1999,9(3):24318Bruemmer,G.W.;Gerth,J.;Tiller,K.G.J.Soil Sci.,1988,39:37 19Ford,R.G.;Bertsch,P.M.;Farley,K.J.Environ.Sci.Technol., 1997,31:202820Gray,C.W.;McLaren,R.G.;Roberts,A.H.C.;Condron,L.M.Eur.J.Soil Sci.,1999,50:12721Pan,G.;Liss,P.S.J.Colloid Interface Sci.,1998,201:7122Randall,S.R.;Sherman,D.M.;Ragnarsdottir,K.V.;Collins,C.R.Geochim.Cosmochim.Acta,1999,63(19-20):297123Matocha,C.J.;Elzinga,E.J.;Sparks,D.L.Environ.Sci.Technol., 2001,35:296724Elzinga,E.J.;Reeder,R.J.Geochim.Cosmochim.Acta,2002,66(22):394325Zhu,M.Q.;Pan,G.;Li,X.L.;Liu,T.;Yang,Y.H.Acta Phys.⁃Chim.Sin.,2005,21(10):1169[朱孟强,潘纲,李贤良,刘涛,杨玉环.物理化学学报,2005,21(10):1169]26Li,X.L.;Pan,G.;Qin,Y.W.;Hu,T.D.;Xie,Y.N.;Chen,H.;Du, Y.H.High Energy Phys.Nuc.Phys.,2003,27:2327Pan,G.;Qin,Y.W.;Li,X.L.;Hu,T.D.;Wu,Z.Y.;Xie,Y.N.J.Colloid Interface Sci.,2004,271:2828Li,X.L.;Pan,G.;Qin,Y.W.;Hu,T.D.;Wu,Z.Y.;Xie,Y.N.J.Colloid Interface Sci.,2004,271:3529Pan,G.;Li,X.L.;Qin,Y.W.;Chen,H.;Jia,C.X.;Chang,G.H.;Yang,Y.H.Abstracts of Papers of the American Chemical Society, 2004,228:64030Pan,G.;Liss,P.S.J.Colloid Interface Sci.,1998,201:7731Lyubchik,S.I.;Lyubchik,A.I.;Galushko,O.L.;Tikhonova,L.P.;Vital,J.;Fonseca,I.M.;Lyubchik,S.B.J.Colloids and SurfacesA:Physicochem.Eng.Aspects,2004,242:15132Khan,A.A.;Singh,R.P.Colloids Surf.A:Physicochem.Eng.Aspects,1987,24:3333Zhu,M.Q.;Pan,G.;Liu,T.;Li,X.L.;Yang,Y.H.;Li,W.;Li,J.;Hu,T.D.;Wu,Z.Y.;Xie,Y.N.Acta Phys.⁃Chim.Sin.,2005,21(12): 1378[朱孟强,潘纲,刘涛,李贤良,杨玉环,李薇,李晋,胡天斗,吴自玉,谢亚宁.物理化学学报,2005,21(12):1378] 34Zhu,M.;Pan,G.J.Phys.Chem.A,2005,109:764835Pavlov,M.;Siegbahn,P.E.M.;Sandstrom,M.J.Phys.Chem.A, 1998,102:21936Trainor,T.P.;Brown,Jr.G.E.;Parks,G.A.J.Colloid Interface Sci.,2000,231:35937Mokili,B.;Charreire,Y.;Cortes,R.;Lincot,D.Thin Solid Films, 1996,288:2138Munoz,P.A.;Diaz,S.;Perez,P.J.;Martín⁃Zamora,M.E.;Martínez,J.M.;Pappalardo,R.R.;Marcos,E.S.Physica B:Condensed Matter,1995,208&209:39539Bochatay,L.;Persson,P.J.Colloid Interface Sci.,2000,229:593 40Manceau,A.;Schlegel,M.L.;Musso,M.;Sole,V.A.;Gauthier,C.;Petit,P.E.;Trolard,F.Geochim Cosmochi Acta,2000,64(21):3643812。
磁化率对大地电磁响应的影响及其提取方法

磁化率对大地电磁响应的影响及其提取方法王珺璐;王萌;李荡;李建华;林品荣【摘要】In electromagnetic theory, conductivity and permeability are two important petrophysical parameters. The electromagnetic signal will inevitably be affected by the magnetic properties of the media in MT detection where magnetism is strong.The authors made the numerical simulation of the electromagnetic finite element method with magnetic susceptibility by introducing the magnetic suscepti-bility parameter into the two-dimensional MT forward theory.Prism model was established for calculation and analysis of the influence of the magnetic susceptibility parameters on the electric field,magnetic field,MT apparent resistivity and phase parameters.The numerical simulation results show that the high magnetic medium results in increasing the electric field,reducing the magnetic field,increasing the apparent resistivity,and complex changes of phase and,with the increase of the magnetic substance or the increase of the magnetization rate,the effect gradually becomes larger.The inversion results of geoelectric model with high magnetic middle layer are good.The results obtained by the authors provide a theoretical basis for the MT work in the high magnetic area and also have a certain significance for conducting the mineral prospecting in "the second space".%在电磁探测理论中,电导率和磁导率是两个重要的岩石物性参数. 在磁性较强的地区进行大地电磁探测工作时,电磁场信号必然受到介质磁性的影响. 将磁化率参数引入到二维大地电磁正演理论中,实现了含磁化率的大地电磁有限单元法数值模拟. 建立棱柱体模型计算并分析了磁化率参数对大地电磁的电场、磁场、视电阻率及相位等参数的影响. 数值模拟结果表明:高磁性介质导致电场升高,磁场降低,视电阻率增大,相位复杂变化,且随着磁性物质的增多或磁化率的增大,这种影响逐渐变大. 引入电导率、磁化率光滑约束与磁化率对数约束,采用改进的特别快速模拟退火法实现了电阻率、磁化率参数一维同时反演. 对K型、H型中间层高磁地电模型进行反演试算,反演结果良好. 该研究为在高磁性地区开展大地电磁工作提供了基础,对实现"第二找矿空间"内的矿产勘探,具有一定的意义.【期刊名称】《物探与化探》【年(卷),期】2015(039)006【总页数】7页(P1292-1298)【关键词】磁化率;电阻率;大地电磁;有限单元法;模拟退火法【作者】王珺璐;王萌;李荡;李建华;林品荣【作者单位】中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所,河北廊坊 065000;中国国土资源航空物探遥感中心,北京 100083;中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所,河北廊坊 065000;中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所,河北廊坊 065000;中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所,河北廊坊 065000【正文语种】中文【中图分类】P631天然场电磁法具有不受高阻层屏蔽、勘探深度大、费用低、施工方便等特点,并广泛应用于基础地质调查、能源矿产勘查、水文工程环境等地质勘查工作[1-5]。
磁化率的测定实验报告记录(华南师范大学物化实验)

磁化率的测定实验报告记录(华南师范大学物化实验)————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:磁化率的测定一、实验目的(1)掌握古埃磁天平测定物质磁化率的实验原理和技术。
(2)通过对一些配位化合物磁化率的测定,计算中心离子的不成对电子数,并判断d电子的排布情况和配位体场的强弱。
二、实验原理2.1物质的磁性物质在磁场中被磁化,在外磁场强度H的作用下,产生附加磁场。
该物质内部的磁感应强度B为:B=H+4πI=H+4πκH (1)式中,I称为体积磁化强度,物理意义是单位体积的磁矩。
式中κ=I/H称为物质的体积磁化率。
I和κ分别除以物质的密度ρ可以得到σ和χ,σ=I/ρ称为克磁化强度;χ=κ/ρ称为克磁化率或比磁化率。
χm=κM/ρ称为摩尔磁化率(M是物质的摩尔质量)。
这些数据都可以从实验测得,是宏观磁性质。
在顺磁、反磁性研究中常用到χ和χm,铁磁性研究中常用到I、σ。
不少文献中按宏观磁性质,把物质分成反磁性物质。
顺磁性物质和铁磁性物质以及亚铁磁性物质、反铁磁性物质积累。
其中,顺磁性物质χm>0而反磁性物质的χm<0。
2.1古埃法测定磁化率古埃法是一种简便的测量方法,主要用在顺磁测量。
简单的装置包括磁场和测力装置两部分。
调节电流大小,磁头间距离大小,可以控制磁场强度大小。
测力装置可以用分析天平。
为了测量不同温度的数据,要使用变温、恒温和测温装置。
样品放在一个长圆柱形玻璃管内,悬挂在磁场中,样品管下端在磁极中央处,另一端则在磁场强度为零处。
样品在磁场中受到一个作用力。
dF=κHAdH (2)式中,A表示圆柱玻璃管的截面积。
样品在空气中称量,必须考虑空气修正,即dF=(κ-κ0HAdH)(3)κ0表示空气的体积磁化率,整个样品的受力是积分问题:(4)因H0H,且忽略κ0,则(5)式中,F可以通过样品在有磁场和无磁场的两次称量的质量差来求出。
物化实验_实验报告_磁化率

华南师范大学实验报告课程名称:结构实验实验项目:磁化率的测定一、实验题目:磁化率的测定二、实验目的1. 掌握古埃(Gouy)磁天平测定磁化率的原理和方法。
2. 通过对一些配位化合物磁化率的测定,计算中心离子的不成对电子数,并判断d电子的排布情况和配位体场的强弱。
三、实验原理1、摩尔磁化率和分子磁矩:物质在外磁场作用下,由于电子等带电体的运动,会被磁化而感应出一个附加磁场。
物质被磁化的程度用磁化率χ表示,它与附加磁场强度和外磁场强度的比值有关:Hˊ=4πχH0 (1)χ为无因次量,称为物质的体积磁化率,简称磁化率,表示单位体积内磁场强度的变化,反映了物质被磁化的难易程度。
化学上常用摩尔磁化率χm表示磁化程度,它与χ的关系为χm = χM/ρ(2)式中M、ρ分别为物质的摩尔质量与密度。
χm的单位为m 3m ol−1。
物质在外磁场作用下的磁化现象有三种:第一种,物质的原子、离子或分子中没有自旋未成对的电子,即它的分子磁矩µm= 0。
当它受到外磁场作用时,内部会产生感应的“分子电流”,相应产生一种与外磁场方向相反的感应磁矩。
如同线圈在磁场中产生感生电流,这一电流的附加磁场方向与外磁场相反。
这种物质称为反磁性物质,如Hg、Cu、Bi等。
它的称为反磁磁化率,用表示,且<0。
第二种,物质的原子、离子或分子中存在自旋未成对的电子,它的电子角动量总和不等于零,分子磁矩µm≠ 0。
这些杂乱取向的分子磁矩在受到外磁场作用时,其方向总是趋向于与外磁场同方向,这种物质称为顺磁性物质,如Mn、Cr、Pt等,表现出的顺磁磁化率用表示。
但它在外磁场作用下也会产生反向的感应磁矩,因此它的χm是顺磁磁化率与反磁磁化率之和。
因|χ顺|>>|χ反|,所以对于顺磁性物质,可以认为χm =χ顺,其值大于零,即χm>0。
第三种,物质被磁化的强度随着外磁场强度的增加而剧烈增强,而且在外磁场消失后其磁性并不消失。
磁化率随温度变化的新研究初步进展-王华沛[1]
![磁化率随温度变化的新研究初步进展-王华沛[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/2e6b218483d049649b665879.png)
2 采样及实验仪器与实验方法 本研究工作所需的实验是在中国科学院地址与地球物理研究所古地磁实验室完成的。所
使用的仪器是由捷克AGICO公司生产的KLY-3s旋转卡帕桥及其CS-3(L)温度控制系统。仪器 系统需装入颗粒或者粉末状的样品约 300mg,其使用频率为 875Hz,温度范围 20 oC—700 oC, 误差小于 2 oC。其测量磁化率之灵敏度高达 2.5×10-8 SI,最大量程 0.1 SI,具有自动置零和 自动调节量程的功能,误差小于 0.1%,可以在空气和氩气环境下连续自动测量不同温度下 样品的磁化率。样品的加热速率可以用图表figure 1 来描述,可见系统控温非常稳定,使得 样品升温和降温的过程都非常的均匀。
磁化率

2、依磁性情况可以分为:强磁性矿物和反 铁磁性或不完全反铁磁性矿物两类。强磁 性矿物包括磁铁矿、磁赤铁矿和钛磁铁矿; 反铁磁性或不完全反铁磁性矿物包括赤铁 矿、钛铁矿和磁黄铁矿。
3、来源:一是,风成堆积物本身携带的; 二是,在成壤过程中产生的。
二、磁化率可以作为环境变迁的替代指标的原 因
(二)成壤作用与铁磁性矿物的关系 在温湿的气候条件下,成壤作用较强,铁
3、频率磁化率(双频磁化率)不完全等同 于磁化率
二、磁化率可以作为环境变迁的替代 指标的原因
磁化率:是指在低频弱磁场中,样品的磁 化强度与磁场强度之比,是反映样品中铁 磁性矿物含量的指标。
二、磁化率可以作为环境变迁的替代指标的原 因
(一)铁磁性矿物简介
1、铁磁性矿物大多为铁的氧化物或硫化物
为什么磁化率可以作为环境变迁 的替代指标
一、关于磁化率的几点认识
二、磁化率可以作为环境变迁的替代指标 的原因
三、相关问题的解释
一、关于磁化率的几点认识
1、磁化率的变化趋势反映环境变化的过程 Nhomakorabea磁化率增加
气候变得温暖湿润
磁化率降低
气候变得寒冷干燥
2、在北方干旱半干旱地区,磁化率可用来 反映环境变化;而在南方温暖潮湿地区, 磁化率是不能用来反映环境变化的。
三、相关问题的解释
(二)频率磁化率与磁化率的区别。 1、在黄土形成古土壤的过程中,有许多超
顺磁粒级(<0.03um)的铁磁性矿物形成。 频率磁化率:反映样品中超顺磁磁颗粒
(<0.03um)含量的多少 。
新疆尼勒克黄土岩石磁学特征及变化机制研究

新疆尼勒克黄土岩石磁学特征及变化机制研究王涛①刘秀铭①②吕镔①马明明③赵国永④陈家胜⑤①福建师范大学地理科学学院,福州350007②Department of Environment and Geography, Macquarie University, Sydney NSW 2109, Australia③中国科学院南京地理与湖泊研究所,湖泊与环境国家重点实验室,南京210008④信阳师范学院城市与环境科学学院,信阳464000⑤兰州大学西部环境教育部重点实验室,西部环境与气候变化研究院,兰州730000摘要:新疆黄土与黄土高原黄土相比,无论在其物源还是后期成土环境方面都存在较大差别,因此二者的磁学特征有所不同。
本文选取伊犁尼勒克地区的一个黄土古土壤剖面进行了系统的岩石磁学及粒度研究。
实验结果表明尼勒克剖面中磁性矿物具有以下特征:1)以亚铁磁性矿物磁铁矿和磁赤铁矿为主,并含有一定量的反铁磁性矿物赤铁矿和针铁矿;2)各黄土层成壤作用弱,磁性矿物以原始风成输入的MD、PSD颗粒为主。
S1古土壤层成壤作用强,以SD颗粒为主。
S0土壤层既包含SD颗粒,又有粗颗粒。
各地层均不含SP颗粒;3)S1古土壤层原始铁磁性矿物输入量略低于黄土高原地区,其它各地层均高于黄土高原地区,但受成土作用及其它因素影响,亚铁磁性矿物总含量低于黄土高原黄土古土壤层。
S1古土壤层成壤作用强,在新疆地区较为少见,但其磁化率却低于各黄土层,说明尼勒克黄土古土壤磁化率变化机制与黄土高原地区不同。
首先,间冰期西风风力较弱,古土壤层原始风成输入铁磁性矿物的含量较黄土层低,冰期则相反;其次,间歇性流水作用使成土作用形成的SP颗粒遭到破坏;最后,温暖的间冰期化学风化强烈,加之流水作用为土壤提供了充足的水分,促使较多赤铁矿生成,其中部分是由细粒磁铁矿/磁赤铁矿转化而来,使S1古土壤层赤铁矿的相对含量升高。
主题词:黄土古土壤岩石磁学磁化率成壤作用1引言黄土与深海沉积物、极地冰芯被称为记录古气候变化的三大载体[1-3],其中黄土磁化率作为古气候变化的代用指标在东亚夏季风演化、古降水量重建、干旱区环境演变、青藏高原隆升等诸多领域得1到广泛应用[4-6]。
流变相反应法合成Zn1-xCoxO室温稀磁半导体

Z O 晶格 。采 用超 导量 子干 涉磁 强仪 在 3 0 存 在 明显 的磁 饱 和 现 象 和磁 样 0K
滞 回线 , 明具 有 室温 下铁 磁 性 , 表 其磁性 来源 可 以 用束
缚磁极 化 子( MP ) 型 解释 。 B s模
关键词 : 稀磁 半 导体 : o掺 杂 Z O; 变 相 反 应 ; C n 流 铁
磁 性
中图分 类号 : TB 3 ; B 1 3 1 T 3
文 献标 识码 : A
文章编 号 :0 19 3 ( 0 0 0 —2 50 1 0 —7 1 2 1 ) 20 8 - 3
2 实 验
料 。DMS 能 将磁 性 的效 能 和 半 导 体 的功 能相 结 合 , s
在 自旋 电子 器件 领 域 具 有 广 泛 的 应 用 , 为 新 材 料研 成
恒 温反 应 8 , h 自然冷 却 , 转入 烧 杯 后 用无 水 乙醇 洗涤 ,
究 的热 点_ 。Z O是 一种 常见 的宽禁 带 化 合物 半 导 1 叫] n
2 1 材料 的制 备 .
1 引 言
稀 磁 半 导 体 ( i td ma n t e c n u tr , dl e g ei smio d cos u c
分别称 取 比例 量 的 Z O( n AR) C Ac 、 o z・4 O Hz
( ) HCO( AR 和 AR) 入 玛 瑙 研 钵 , 合 均 匀 , 温 放 混 室
溶胶一 凝胶 法制 备 的 C Z O 薄 膜 在 Z o: n n蒸 气 中处 理 后具有 室 温铁磁 性 , 处 理 前 为 顺 磁 ; 但 Xu等 用 共 沉 淀法合 成 具 有 明 显 室 温 铁 磁 性 的 Z o 0 纳 米 粉 n一 C
岱海湖泊沉积物频率磁化率对历史时期环境变化的反映

3 国家自然科学基金(49672132)和中国科学院湖沼专项联合资助。
收稿日期:1997208218,收到修改稿日期:1998206225岱海湖泊沉积物频率磁化率对历史时期环境变化的反映3张振克 吴瑞金 王苏民(中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊沉积与环境开放研究实验室 南京 210008)摘 要 在探讨封闭湖泊沉积物频率磁化率的环境意义的基础上,根据岱海DH 32孔湖泊沉积物磁化率的测量结果,结合粒度、孢粉、历史资料和硅藻分析结果,对岱海历史时期的环境变化进行了探讨。
研究认为:历史时期内陆封闭湖泊沉积物频率磁化率高值段指示气候偏湿阶段;低值段指示气候干旱阶段;DH 32孔湖泊沉积物频率磁化率反映的近300年来岱海气候变化可划分七个阶段,并与粒度、孢粉、硅藻和历史资料的分析结果基本一致。
湖泊沉积物频率磁化率是恢复历史时期环境变化的重要环境指标之一。
关键词 岱海 湖泊沉积物 频率磁化率 环境变化分 类 中图法 K 928143岱海位于内蒙古高原的南缘,是典型的内陆封闭湖泊。
湖泊面积134km 2,属微咸水湖泊[1]。
磁性测量是湖泊沉积环境研究的新技术,国内学者对滇池、太湖、呼伦湖等湖泊沉积物的磁性特征及其反映的区域古气候古环境变迁进行了较深入的研究[2~4],磁性测量具有快速简便、经济易行、对样品无破坏等特点,目前已成为环境演变研究的重要测试手段之一[5,7~9]。
本文在湖泊沉积物磁化率测量的基础上,结合孢粉、粒度和硅藻分析资料,并历史气候记载进行比较,对湖泊沉积物频率磁化率反映的岱海历史时期环境变化进行探讨。
1 原理:封闭湖泊沉积物频率磁化率的环境意义频率磁化率ςf d (frequency dependen t su scep tib ility )亦称磁化率频率系数,可用公式表示为ςf d =(ςlf -ςhf )ςlf ×100% 频率磁化率是通过分别对沉积物样品进行高频(ςhf )和低频(ςlf )磁化率测量后计算得出。
磁化率对大地电磁响应的影响及其提取方法

TE 模式还是 TM 模式, 低 阻 异 常 体 还 是 高 阻 异 常 体,磁化率导致电场升高,磁场降低。
电导率;当介质磁导率不为真空磁导率时,采用 μ =
μ0(1+κ)进行计算。 等价的变分问题为
∫ ìï
ï
F[u] =
Ω
éëêê
1 2
τ( ∇u) 2
-
1 2
λu2 ùûúú
dΩ
+
ïï í ï
∫ 1 τku2dΓ
CD 2
ï îïï
u | AB = δF[u] =
1 0。
求解变分问题,对区域 Ω 采用矩形网格单元进
含铁磁性矿物岩石的 μr 大于真空磁导率。 其 中,黄 铁 矿 μr 一 般 为 1. 0015, 赤 铁 矿 μr 一 般 为 1.05,钛铁 矿 μr 一 般 为 1. 55, 磁 黄 铁 矿 μr 一 般 为 2.55,磁铁矿 μr 可以达到 5[19] 。
因此,无论是磁性较强的岩浆岩、变质岩,还是 含铁磁性矿物的矿石,其磁导率明显大于真空磁导 率。 在磁性较强的地区进行电磁探测工作时,若不 考虑介 质 的 磁 性, 其 电 阻 率 等 测 量 结 果 必 然 存 在 误差。
300 Hz 附近增大约 8°,在 10 Hz 附近减小约 4°;TE 模式下电场最大增加约 8%,磁场衰减较复杂,最大
6期
王珺璐等:磁化率对大地电磁响应的影响及其提取方法
·1295·
约 10%,视电阻率最大增加约 25%,相位在 400 Hz 附近增大约 7°,在 70 Hz 附近减小约 2°。 对于高阻 体( 图 4) ,TM 模式下电场最大增加约 9%,磁场衰 减不明显,视电阻率最大增加约 20%,相位在 500 Hz 附近增大约 6°,在 30 Hz 附近减小约 3°;TE 模式下 电场最大增加约 6%,磁场衰减最大约 9%,视电阻 率最大增加约 25%,相位在 500 Hz 附近增大约 8,在 10 Hz 附近减小约 1°。 综合分析可以看出:无论是
黄土高原表土磁化率与气候要素的定量关系研究

( 北京 1 0 0 0 2 9 ;② 中国科学院研究生院, 北京 1 0 0 0 4 9 ) ① 中国科学院地质与地球物理研究所新生代地质与环境重点实验室,
摘要 黄土高原地区已建立多个表土低频磁化率 - 气 候 转 换 函 数, 为 黄 土 古 气 候 定 量 重 建 提 供 了 关 键 方 法。 但 是表土磁化率变化的气候控制因素的系统 研 究 尚 未 开 展;同 时, 低 频 磁 化 率 部 分 受 到 沉 积 作 用 的 影 响, 需要寻找 气候意义更明确的指标。我们系统采集了黄土高原及周边地区的表土样品, 运用 相 关、 回 归 和 因 子 分 析 等 方 法, 研 究了不同气候要素及其季节变化对表土磁化率和频率磁化率的控制作用。结果显 示, 湿度是控制黄土高原表土磁 化率的主要因素, 温度的影响相对较小;降水的季节分配也有影响, 月降水变率较小的地区磁化率较高。在此基础 年 均 降 水 量 的 转 换 函 数, 为黄土古气候定量估 上, 选择反映成壤磁性颗粒组分的频率磁化率, 建立了频率 磁 化 率 - 算提供了新的途径。 主题词 磁化率 气候控制因素 转换函数 表土 黄土高原 中图分类号 P 3 1 8 . 4 1 ,P 9 4 1 . 7 4 文献标识码 A
的定量重建结果比 较 可 靠, 但是由于黄土中生物记 录存在保存或来源 等 方 面 的 问 题, 理化指标的定量 化研究仍然不容忽视。在我国第四纪黄土各类理化 特征的研究中, 环境 磁 学 是 开 展 古 气 候 定 量 重 建 尝 试最多的学科之一
[ 1 , 9~1 2 ]
。
基于大量现代表土性质测量, 建立各种代用指标 与气候参数之间的转换函数是定量重建古气候的重 要方法之一 究
[ 3 4 , 3 5 ]
湿润气候条件下温度对土壤磁化率影响的再认识

湿润气候条件下温度对土壤磁化率影响的再认识
随着我国经济的不断发展,也引起了各行各业对湿润气候条件下温度对土壤磁化率影响的重视。
这项工作被广泛应用,取得了较好的成果。
近年来,研究者们继续探索并深入探讨湿润气候条件下温度对土壤磁化率影响,作出了系统性的认识。
从物理地理学的角度来看,气候条件对土壤磁化率有着重要的影响,湿润气候条件下的温度变化会使土壤磁化率发生明显的变化。
根据物理地理学的实证研究,江淮流域土壤磁化率随着季节温度变化而变化,而且比均匀气候情况下的温度变化更大。
这是由于湿润环境感温灵敏,气温变化引起的气候环境变化会导致土壤磁化率发生明显的变化。
另外,湿润气候条件下,温度变化会使土壤磁化率受到沉积物的影响。
沉积物中如有含有高磁性物质,在低温情况下,土壤磁化率会受到沉积物的影响减小;而在高温情况下,土壤磁化率会受到沉积物的影响倍增。
因此,在湿润气候条件下,温度变化也会影响土壤磁化率。
最后,针对湿润气候条件下的温度对土壤磁化率影响,研究者采用了大量的实证研究,以解释其磁化特性变化,例如进行室内野外实践研究,以及采用微结构分析、应力变形碳化实验等。
综上所述,以上实证研究与实验有助于我们对湿润气候条件下温度对土壤磁化率影响的再认识。
等温磁化率

等温磁化率
等温磁化率是磁化率的一种,表示物质在等温条件下(即温度不变)被磁化的难易程度。
它通常用于描述物质的磁性性质,并可用于研究物质的微观结构和磁学性质。
等温磁化率的定义是:在等温条件下,单位磁场强度引起的磁化强度变化与无磁场时磁化强度的比值。
在实验中,通常会测量一系列不同磁场强度下的磁化率,从而得到物质的等温磁化曲线。
等温磁化率的大小取决于物质的种类、粒度、结晶度、磁场强度以及温度等因素。
对于某些材料,等温磁化率可能非常高,表明它们在等温条件下容易被磁化;而对于其他材料,等温磁化率可能非常低,表明它们在等温条件下较难被磁化。
在实际应用中,等温磁化率可以用于研究物质的磁学性质、物理性质和化学性质。
例如,通过测量等温磁化率可以研究物质的铁磁性、反铁磁性或顺磁性,并可用于研究物质的晶体结构和化学键结构等。
此外,等温磁化率还可以用于材料科学、物理学和化学等领域中的研究和应用。
温度对磁流变液流变性能的影响研究

温度对磁流变液流变性能的影响研究陈飞;田祖织;王建【摘要】To ensure the reliable application of magnetorheological fluid,the experimental method was used to analyze the influence of temperature on performance of magnetorheological fluid.The thermal sedimentation stability,thermal magnetization,thermal apparent viscosity,thermal expand behavior and thermal yield stress are all analyzed.The results indicate that the temperature has certain effect on the performance of magnetorheo-logical fluid.When the temperature was 120 ℃,comparing with the room temperature,the sedimentation ratio increases by 11%;within the temperature of 100 ℃,the variation of thermal magnetization wassmall,while the temperature was 300 ℃,the thermal magnetization decreases by 16%;The influence rule of temperature on apparent viscosityof magnetorheological fluid was relationship with the viscosity-temperature properties of based fluid;the thermal expand ratio of magnetorheological fluid was very high,when the temperature was220 ℃,the thermal expand ratio can rea ch to 18%;The shear yield stress decreases with the increase of tem-perature,when the temperature was220 ℃,comparing with the room temperature,the yield stress decreases by 1 5%.%为了保证磁流变液的可靠应用,采用实验方法,系统研究了温度对磁流变液流变性能的影响,分析了磁流变液的热沉降稳定性、热磁化强度、热表观粘度、热膨胀性以及热屈服应力,研究表明,温度对磁流变液流变特性均存在一定影响,在120℃时,其稳定沉降率较室温增加11%;在100℃以内,热磁化强度变化较小,而在300℃时热磁化强度降低16%;其表观粘度变化规律与基载液的粘温特性密切相关;在220℃时磁流变液热膨胀率达到18%,热膨胀率较高;温度升高,其剪切屈服应力变化显著,220℃时较室温剪切屈服应力降低了15%。
不同温度下磁场对PEMFC的工作性能影响

不同温度下磁场对PEMFC的工作性能影响吴懋亮;王恩泽;何涛;潘广德;陈军【摘要】在质子交换膜燃料电池(PEMFC)阳极侧垂直加载410 mT磁场,考察不同气体温度下磁场对PEMFC工作性能的影响.结果发现:PEMFC在加载磁场后的工作性能优于不加载磁场的电池性能,当工作温度为45℃时,磁场提升PEMFC功率密度最大,达到14.4%.当PEMFC阳极侧和阴极侧采用不同温度条件时,加载磁场后PEMFC的工作性能提升幅度有很大不同,不加磁场时,氢气侧65℃、氧气侧45℃时的极化曲线斜率比氢气侧45℃、氧气侧65℃时的大很多,但加载磁场后,两者之间的斜率差缩小,表明磁场对电池内部氧气传质影响大于对氢气的影响.%The effects of magnetic field on the performance of PEMFC under difference temperatures were studied by setting 410 mT magnetic field perpendicular to the anode side.The results show that the performance of PEMFC under magnetic field becomes better than that without the magnetic field.When temperature is set at 45 ℃,the improvement percentage obtains the largest value to 14.3%.When PEMFC respectively sets different temperatures on the anode and cathode side,the performance improvement exhibits different features.The slope of a polarization curve of the hydrogen side at 65 ℃ and the oxygen side at 45 ℃ is much larger than that of the hydrogen side at 45 ℃ and the oxygen side 65 ℃.But after loaded magnetic field,the slope difference reduces that means that magnetic field affects greater on oxygen transfer in the fuel cell than hydrogen movement.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2017(041)007【总页数】3页(P996-997,1063)【关键词】质子交换膜燃料电池;磁场;工作性能;温度【作者】吴懋亮;王恩泽;何涛;潘广德;陈军【作者单位】上海电力学院能源与机械工程学院,上海200090;上海电力学院能源与机械工程学院,上海200090;上海电力学院能源与机械工程学院,上海200090;上海电力学院能源与机械工程学院,上海200090;上海电力学院能源与机械工程学院,上海200090【正文语种】中文【中图分类】TM911.4氢能作为一种清洁能源,具有密度低、热值高等一系列优点,是未来能源领域重点发展的新能源。
磁化率温度曲线

磁化率温度曲线什么是磁化率?磁化率是描述物质磁性强度的物理量,它反映了物质在外加磁场下的磁化程度。
一般来说,磁化率越大,表示物质对外加磁场的响应越强,即具有较高的磁性。
磁化率与温度的关系在不同温度下,物质的磁化率可能会发生变化。
这种变化可以通过绘制磁化率-温度曲线来展示。
磁化率-温度曲线可以帮助我们了解物质在不同温度下的磁性特性。
理论基础根据统计力学理论,我们可以通过考虑自旋和轨道角动量等因素来解释物质的磁性行为。
在低温下,自旋取向有序排列,形成长程有序的铁磁态或反铁磁态;而在高温下,自旋取向无序排列,形成无序排列的顺磁态。
短程有序与长程有序对于一些特殊材料,在低温下可能会出现不同于铁磁态或反铁磁态的磁性行为。
这种行为被称为短程有序。
在短程有序的材料中,自旋取向呈现出周期性的有序排列,但没有长程的磁性相互作用。
磁化率温度曲线类型根据不同材料的磁性特性,磁化率温度曲线可以分为以下几种类型:1.铁磁体:在低温下,铁磁体具有较高的自发磁化强度,即具有正的饱和磁化强度。
随着温度升高,铁磁体的自发磁化逐渐减小,并在临界温度处消失。
2.反铁磁体:在低温下,反铁磁体具有负的饱和磁化强度。
当温度升高时,反铁磁体会经历一个相变点,在此点上自发磁化消失。
3.顺磁体:顺磁体在任何温度下都不具备自发磁化。
当外加一个磁场时,顺磁体会对其产生响应,并表现出正的顺应性。
实验方法测量物质的磁化率温度曲线需要使用一些特殊的实验装置,如超导量子干涉仪(SQUID)等。
这些装置可以在不同温度下测量物质的磁化强度,并绘制出磁化率-温度曲线。
应用领域磁化率温度曲线在材料科学和物理学中具有广泛的应用。
通过分析不同材料的磁性特性,我们可以了解其在不同温度下的行为,并设计出具有特定磁性的新材料。
磁化率温度曲线还可以用于分析储存介质、传感器、电子器件等领域。
根据不同应用需求,我们可以选择合适的材料,并通过调控其磁性来满足实际需求。
总结磁化率温度曲线是描述物质在不同温度下磁性变化的重要工具。
磁化率温度曲线

磁化率温度曲线磁化率温度曲线是研究物质磁性的重要工具,它描述了物质在不同温度下的磁化行为。
本文将从以下几个方面介绍磁化率温度曲线:定义、测量方法、常见曲线形态、影响因素和应用。
一、定义磁化率是物质在外加磁场下的磁化程度与外加磁场强度之比,通常用χ表示。
根据物质的不同性质,磁化率可以分为多种类型,如顺磁性、抗磁性和铁磁性等。
二、测量方法测量物质的磁化率需要借助实验手段。
一般来说,可以通过交流或直流电桥等装置进行测量。
其中,直流电桥法是最常用的方法之一。
该方法利用了物质在外加恒定直流磁场下产生的感应电动势与外加电桥中感应电动势之间的关系来计算出样品的χ值。
三、常见曲线形态根据不同材料的特性和结构,其χ-T曲线呈现出不同形态。
以下是几种典型情况:1. 顺磁性材料的χ-T曲线呈现出单调递增的趋势,即随着温度升高,磁化率也会逐渐增大。
这是因为随着温度升高,顺磁性材料内部的自旋热运动会变得更加剧烈,从而使得其在外加磁场下的磁化程度也随之增大。
2. 抗磁性材料的χ-T曲线呈现出单调递减的趋势,即随着温度升高,磁化率也会逐渐减小。
这是因为抗磁性材料内部的自旋排列结构对外加磁场有抵抗作用,在较低温度下这种抵抗作用比较强,在外加磁场下产生的负向自旋效应占主导地位;而当温度升高时,自旋排列结构被打乱,该材料对外加磁场产生的负向自旋效应就会减弱。
3. 铁磁性材料的χ-T曲线呈现出类似于顺磁性材料的单调递增趋势。
但与顺磁性不同的是,在一定温度范围内,铁磁性材料的磁化率会达到一个峰值,这是因为在该温度下,铁磁性材料内部的自旋排列结构得到了最佳匹配,从而使得其对外加磁场的响应最大。
四、影响因素物质的磁化率受多种因素的影响,以下是几个常见的影响因素:1. 温度:如前所述,温度是影响物质磁化率的重要因素之一。
不同类型的材料在不同温度下呈现出不同的χ-T曲线形态。
2. 外加磁场强度:外加磁场强度越大,则物质在该外加磁场下的磁化程度也越大。
快淬钕铁硼磁粉磁性能与温度关系的研究

1 引言纳米复合永磁材料由于具有优异的磁性能和很好的实用前景越来越受到人们的关注[1]。
其中的粘结钕铁硼磁体由于具有体积小,磁性能强等特点已经在工农业生产、高精尖电子、军工航天等行业得到越来越广泛的应用[2]。
但困扰其生产企业的一个难题就是粘结钕铁硼磁体用的快淬钕铁硼磁粉的磁性能对温度变化较敏感,虽然国标当中有相关温度系数,但使用中存在很大误差。
本文就是尝试找到其原因。
2 材料与方法2.1检测装置及实验样品检测装置为绵阳国家高新区双极电子有限公司生产的磁化特性自动检测仪A M T -4型,样品为同一批X C N 1309A 磁粉制备的圆柱形磁体,其制作工艺为磁粉中加入2.5%粘结剂混匀后在150℃下烘干15min后经过压机成型,再经过150℃固化1h。
其ф10×10mm,密度为6g/cm 3。
2.2实验方法在日常检测时,每次都用同样方法制备2个X C N 1309样品,用A M T -4检测其退磁曲线并记录当时温度,取平均值作为当日XCN1309A样品磁性能数据。
此数据一直记录至今,取其中2007~2008年数据作为研究对象,得出各个季节温度条件下Hcj折线图(Br类同)。
见图1。
明显看出Hcj都在气温较高的夏季出现波谷,而在气温较低的冬①作者简介:李世贵(1979-),男,四川绵阳人,工程师,硕士,主要从事稀土永磁材料的研究及生产工作。
图1 老工艺 Hcj折线图季出现波峰,具有明显的对称性。
定义温度每变化(升高或者降低)1℃时,磁性能(Hcj )变化的百分数:磁极化强度矫顽力温度系数β(Hcj ),(%/℃))T )(T (T H )(T H )(T H 121cj 1cj 2cj通过2007~2008年检测数据整理得出的β在0~-0.4%较大范围内波动,与典型值(β=-0.4%)[3]相差较远,分析其除了人员、设备误差之外应该还和制样工艺有较大联系。
通过对数据分析整理得出,在此种工艺下温度系数在14~20℃区间内波动极大,无规律性;在20~29℃区间内相对稳快淬钕铁硼磁粉磁性能与温度关系的研究①李世贵 李兆波 王永强(西南应用磁学研究所 四川绵阳 621000)摘 要:研究温度变化对快淬钕铁硼磁粉磁性能的影响。
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A27
160
120
80
40
0
0 200 400 600 800
T (oC)
figure 4.5 figure 4: 1. E5, 282 mg; 2. E31, 263 mg; 3. D70, 266 mg; 4. B27, 312 mg; 5. A27, 255 mg
4
从上面的 figure 4 可以明显的看出洛川黄土和古土壤在 k-T 曲线上表现出来的磁学相 似性。由于存在这种相似性,我们可以通过对某一个样品的深入详细的分析,来推知其他深 度和年龄的样品的磁学性质。 以下就是样品 A27 被深入分析的图像直观输出结果:
本实验在不同的深度,按较典型的黄土和古土壤共取了五块样品来研究其磁学性质:
Name
Depth(m) Susc (SI) sus/mass (10-5 SI/g )
age(ka) 描述
E5
0.20
1.63E-03 14.17
4.80 古土壤
E31
1.00
6.19E-04 6.13
15.17 黄土
D70
6
基本信息,以及加热升温过程中的特征量:
sample depth (m) age (ka)
E5
0.20
4.80
E31
1.00
15.17
D70
4.45
38.13
B27
7.15
59.50
A27
9.35
104.25
冷却降温过程中的特征量:
mass (mg) 282 263 266 312 255
2 采样及实验仪器与实验方法 本研究工作所需的实验是在中国科学院地址与地球物理研究所古地磁实验室完成的。所
使用的仪器是由捷克AGICO公司生产的KLY-3s旋转卡帕桥及其CS-3(L)温度控制系统。仪器 系统需装入颗粒或者粉末状的样品约 300mg,其使用频率为 875Hz,温度范围 20 oC—700 oC, 误差小于 2 oC。其测量磁化率之灵敏度高达 2.5×10-8 SI,最大量程 0.1 SI,具有自动置零和 自动调节量程的功能,误差小于 0.1%,可以在空气和氩气环境下连续自动测量不同温度下 样品的磁化率。样品的加热速率可以用图表figure 1 来描述,可见系统控温非常稳定,使得 样品升温和降温的过程都非常的均匀。
关键字 黄土 岩石磁学 磁化率 温度
1 现在研究的概况 在弱磁场中,磁性矿物的磁化强度和磁化率随温度的升高而急剧升高,到接近居里温度
时,磁化强度和磁化率急剧下降,直到磁性消失为止,这种现象叫 Hopkinson 效应。(Hopkinson, 1889), Hopingson 效应实质上是一种粒度-热磁效应,因为它只对某一特定的、相对较 窄的粒度范围内的磁铁矿颗粒反应灵敏(Collinson, 1983; Dunlop and Ozdemir, 1997; Van Velzen and Dekkers, 1999),尤其是对高矫顽力的单畴和假单畴的此行矿物颗粒。单畴和假单 畴的磁性矿物颗粒磁化率低,当温度升高至居里点附近,它们表现出超顺磁的特性 (Deng et al., 2001) 。大量的岩石磁学研究表明,中国黄土-古土壤中的主要磁性矿物是磁铁矿,其 中磁铁矿的存在形式是以假单畴为主,而集中于一个很窄的力度范围内。(朱日祥等,1994; Florindo et al., 1999)。这就是接下来我们所讨论问题的前提条件。
王华沛1, 2
1: 北京大学地球与空间科学学院理论与应用地球物理研究所. 北京 100871; 2: 中国科学院地质与地球物理研究所. 北京 100029. 通讯联系人 王华沛 E-mail: wanghuapei@
摘要 本文对中国最典型的洛川黄土及古土壤的磁学性质进行了一些方面的研究。通过对不 同深度土壤取样的磁化率统计及特征深度取样的磁化率随温度变化及其过程的分析,得到了 一些关于土壤中所含磁性矿物的成分、粒级以及磁学特性的定性结果。更主要的是发现了在 特征点深度取样的k-t 曲线中,降温部分在 560 oC 时,普遍存在一不明显小峰这一实验事 实。在综合考虑前面学者观点的基础之上,通过对这一小峰和Hopkinson峰的比较分析提出 了对k-t 曲线可行的新解释方法,并提出了验证此模型的可能实验方法。
A27 K-T Curve
160
PC1
120
Ktot (10-6)
80
40
0 0
200
400
T (oC)
figure 5.1
PH1
PH2 PC2
600
800
dk/dT - T curve
1
0.5
dk/dT (10-6 SI/ oC)
0
-0.5
PD2
-1
PD3
-1.5
PD1
-2
0
200
400
600
800
1
Temperature - time
800
Temperature (oC)
600
400
200
0 0
2000
4000
6000
time (s)
figuer 1
8000
10000
采样者在位于中国陕西省洛川县(lat. 35.4o N, long. 109.5 o E)的黄土剖面,从地表层, 向下连续取样,到表层下 10 m。
0 200 400 600 800
T (oC)
figure 3.3
A27r7Air K-T Curve
250
A27r8Air K-T Curve
250
Ktot (10-6) Ktot (10-6) Ktot (10-6)
200
200
A27r6Ar K-T Curve
160
150
150
120
100
100
T (oC)
figure 5.2
figure 5: 1. A27,255mg,在初始条件下氩气环境中加热到 700 oC并冷却到室温的曲线 2. 对 5.1 中的曲线做对温度求导运算的结果
5
5 试验数据的分析 从 figure 3 中看出,所选黄土-古土壤样品在升温变化和降温变化时,其磁化率会发生
0
200 160 120
200 400 600 800
T (oC)
figure 4.2
B27
Ktot (10-6)
Ktot (10-6)
80
80
40
40
0
0
0 200 400 600 800
T (oC)
figure 4.3
0 200 400 600 800
T (oC)
figure 4.4
Ktot (10-6)
4.45
1.08E-03 10.36
38.13 古土壤
B27
7.15
5.07E-04 4.69
59.50 黄土
A27
9.35
2.78E-03 21.35
104.25 古土壤
样品位置及其体磁化率分布图:
sus/mass - depth
24
20
sus/mass (10-5SI/g)
16
12
8
4
0 E5 E31
中国洛川黄土及古土壤之 磁化率随温度变化的 新研究初步进展
王华沛1, 2 指导教师: 朱日祥2 院士
潘永信2 研究员
1: 北京大学地球与空间科学学院理论与应用地球物理研究所. 北京 100871; 2: 中国科学院地质与地球物理研究所. 北京 100029.
0
中国洛川黄土及古土壤之磁化率随温度变化的 新研究初步进展
以上试验所得出的结论是:在分析样品的热磁性质时,初始加热的 k-t 曲线,尤其是初 次升温的曲线中所含的矿物磁信息最为丰富,但也不应该轻视其降温曲线的分析和忽视多次 反复加热所能够提供的辅助分析信息。尤其是对一些微小变化的把握,还能带来规律性很强 的新发现。
下面就对A27 初始加热的k-t 曲线进行一些新颖的分析。尤其是对其降温曲线,对它进 行一些处理就可以得到甚至比升温曲线更加有趣的信息。如图figure 5.1 就是A27 的初始加 热曲线,figure 5.2 是对figure 5.1 进行微分运算的结果。其中,粗线为加热升温时随温度变 化曲线;细线为降温时的变化曲线。可以看到,在figure 5.1 中,升温曲线提供了较多的信 息,而降温曲线信息较少。但是,在figure 5.2 中可以看到升温曲线表现一般,而降温曲线 却提供了惊人多的信息,但不幸的是,这种信息在前人的分析讨论中往往是被忽略的。现在, 在对k-t 曲线进行了微分运算后,其中所含的信息被才表现出来。从降温微分曲线中,可以 明显的看到,在 510 oC左右,存在一个极小值的谷,在 575 oC左右又有一个此小值的小谷。 更有趣的是,在这两个谷之间,曲线并不是单调变化的,而在 560 oC左右很存在一个较高的 小峰值。降温微分曲线在 500-580 oC中这种一波三折的变化,说明样品中磁性矿物再次温 度区间还存在着复杂的变化。为了验证这种变化的性质是否具有在所有深度样品都存在。以 上选取的不同深度的 5 块样品都被用来做同样的分析,并得出图中所标出的特征点的温度及 磁化率,用来分析比较。 统计数据见如下的表格:
0
D70
B27
A27
4
8
12
depth (m)
figure 2
2
3 所得到的数据,图表,结果 不同黄土及古土壤的样品被放到仪器中,经过多次实验,被从不同的加热方法处理,得
到了各种 k-T 的曲线。 取A27 样品 117mg,在氩气及空气环境下反复加热到 700 oC并冷却到室温,得到:
Ktot (10-6) Ktot (10-6) Ktot (10-6)