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PZT第一性原理计算及其铁电性能研究 【摘要】： 与传统的EEPROM和FLASH挥发性存储器相比,非挥发性铁电存储器(FeRAM)具有抗辐射、低功耗、快速读写操作、低操作电压等优异特性,从而更适合嵌入式应用的要求。本论文对应用于铁电随机存储器的关键组成部分——PZT铁电薄膜进行了第一性原理计算以及对PZT薄膜电容制备工艺和性能上进行了研究。 采用第一性原理的方法计算了PTO顺电相和铁电相,不同Zr/Ti比的PZT铁电相,和PZO顺电相、铁电相和反铁电相的电子结构。第一性原理对PTO、PZT与PZO不同相总能量的计算结果表明,在低温PTO、PZT处于铁电相,PZO处于反铁电相是由能量最小原理决定。PTO、PZT和PZO电子结构的计算结果表明,B位Ti3d,Zr4d与O2p电子存在强烈的杂化,并且Ti与O的杂化强度大于Zr与O的杂化强度,铁电相杂化强度大于顺电相杂化强度;A位Pb6s与O2p同样存在较强的杂化,这种杂化在铁电相时表现最强烈。从PZT能带的组成来看,在价带以下部分,主要由Pb原子电子能级组成;在价带底部主要由Ti,Zr原子与O原子的杂化能级组成,价带顶主要由O原子能级组成;在导带底主要由Ti与O的杂化能级组成。随着Ti原子比例增大,铁电相PZT中B位与O的杂化强度增大,说明铁电性增强,但是能隙变小,漏电流将变大。 根据PZT铁电材料的自身特性、工艺制备和理论计算结果,确定了掺Ta1%的PZT()是较为理想的嵌入式铁电存储器用材料。使用固相反应法制备了LSMO靶材、PbO靶材和Pb过量20%的纯钙钛矿结构的PTZT靶材。通过对TiO2,PbO和LSMO不同缓冲层制备的PTZT铁电薄膜结构、铁电性能和疲劳特性的分析指出,在高温溅射LSMO作为缓冲层的PTZT铁电薄膜是能够满足铁电随机存储器要求的。Pt/LSMO/PTZT/LSMO/Pt/TiO2 /SiO2/Si是一种优化的,适用于铁电存储器的铁电薄膜结构。从不同LSMO缓冲层厚度的PTZT铁电薄膜的性能分析指出LSMO缓冲层厚度在约20nm左右时,薄膜的铁电性能和疲劳特性最好。 通过对PTZT层的溅射气压、基片温度、后期退火工艺和溅射氧偏压对LSMO/PTZT/LSMO三明治薄膜结构铁电性能的分析指出,较优的制备PTZT薄膜电容的工艺条件是:溅射工作气压,基片温度200oC,溅射气氛为纯Ar气,退火温度为650度,退火时间为20分钟。 在Pt衬底上成功地制备了直径为75mm的LSMO/PTZT/LSMO铁电薄膜,测试了薄膜的表面和截面形貌以及薄膜铁电性能和介电常数。研究结果表明,薄膜表面致密、平整,厚度均匀(偏差在以内);最大电压12V测量的剩余极化平均值约为μC/cm2,矫顽场平均值为2V(偏差在以内),经109开关极化后,名义剩余极化强度平均值约为初始极化的90%(偏差在);薄膜的介电常数随频率的增加而减小,但1MHz后下降的趋势变得缓慢。 基于极化反转物理行为建立了关于铁电电容极化与外加电场的唯象物理模型。在此模型中,通过一些合理的近似假设,推得一微分方程,这一方程不但能很好地描述饱和与非饱和电滞回线以及回线间的转换,并能准确模拟各种条件下的极化情况。用此模型对实验数据和已报告的文献上的实验数据进行了模拟,结果具有很好的一致性。说明该模型对饱和电滞回线,以及非饱和、输入电压中途转向的电滞回线都能进行很好的仿真。 不好意思，这不算回答，但希望对你有用
铁电性: NVFRAM\FFET介电性:大容量电容\可调谐微波器件\PTC热敏元件电光效应:光开关\光波导\光显示器件声光效应:声光偏转器光折变效应:光调制器件\光信息存储器件非线性光学效应:光学倍频(BBO\LBO)器件\参量振荡\相共轭器件压电性:压电传感器\换能器\SAW\马达热释电效应:非致冷红外焦平面阵列一般认为，铁电体的研究始于1920年，当年法国人发现了罗息盐酒石酸钾钠，场·的特异的介电性能，导致了“铁电性”概念的出现。迄今铁电研究可大体分为四个阶段’。第一阶段是1920-1939年，在这一阶段中发现了两种铁电结构，即罗息盐和系列。第二阶段是1940-1958年，铁电维象理论开始建立，并趋于成熟。第三阶段是1959—1970年，这是铁电软模理论出现和基本完善的时期，称为软模阶段。第四阶段是80年代至今，主要研究各种非均匀系统。到目前为止，己发现的铁电晶体包括多晶体有一千多种。从物理学的角度来看，对铁电研究起了最重要作用的有三种理论，即德文希尔(Devonshire)等的热力学理论,Slater的模型理论,Cochran和Anderson的软模理论。铁电体的研究取得不少新的进展，其中最重要的有以下几个方面。1、第一性原理的计算。现代能带结构方法和高速计算机的反展使得对铁电性起因的研究变为可能。通过第一性原理的计算，对铁畴和等铁电体，得出了电子密度分布，软模位移和自发极化等重要结果，对阐明铁电性的微观机制有重要作用。2、尺寸效应的研究。随着铁电薄膜和铁电超微粉的发展，铁电尺寸效应成为一个迫切需要研究的实际问题。人们从理论上预言了自发极化、相变温度和介电极化率等随尺寸变化的规律，并计算了典型铁电体的铁电临界尺寸。这些结果不但对集成铁电器件和精细复合材料的设计有指导作用，而且是铁电理论在有限尺寸条件下的发展。3、铁电液晶和铁电聚合物的基础和应用研究。1975年MEYER发现，由手性分子组成的倾斜的层状相‘相液晶具有铁电性。在性能方面，铁电液晶在电光显示和非线性光学方面很有吸引力。电光显示基于极化反转，其响应速度比普通丝状液晶快几个数量级。非线性光学方面，其二次谐波发生效率已不低于常用的无机非线性光学晶体。聚合物的铁电性在年代末期得到确证。虽然的热电性和压电性早已被发现，但直到年代末才得到论证，并且人们发现了一些新的铁电聚合物。聚合物组分繁多，结构多样化，预期从中可发掘出更多的铁电体，从而扩展铁电体物理学的研究领域，并开发新的应用。4、集成铁电体的研究。铁电薄膜与半导体的集成称为集成铁电体，广泛开展了此类材料的研究。铁电存贮器的基本形式是铁电随机存取存贮器。早期以为主要研究对象，直至年实现了的商业化。与五六十年代相比，当前的材料和技术解决了几个重要问题。一是采用薄膜，极化反转电压易于降低，可以和标准的硅或电路集成；二是在提高电滞回线矩形度的同时，在电路设计上采取措施，防止误写误读；三是疲劳特性大有改善，已制出多次反转仍不显示任何疲劳的铁电薄膜。在存贮器上的重大应用己逐渐在铁电薄膜上实现。与此同时，铁电薄膜的应用也不局限于存储领域，还有铁电场效应晶体管、铁电动态随机存取存贮器等。除存贮器外，集成铁电体还可用于红外探测与成像器件，超声与声表面波器件以及光电子器件等。可以看出，集成薄膜器件的应用前景不可估量。在铁电物理学内，当前的研究方向主要有两个一是铁电体的低维特性，二是铁电体的调制结构。铁电体低维特性的研究是应对薄膜铁电元件的要求，只有在薄膜等低维系统中，尺寸效应才变得不可忽略脚一。极化在表面处的不均匀分布将产生退极化场，对整个系统的极化状态产生影响。表面区域内偶极相互作用与体内不同，将导致居里温度随膜厚而变化。薄膜中还不可避免地有界面效应，薄膜厚度变化时，矫顽场、电容率和自发极化都随之变化，需要探明其变化规律并加以解释。铁电超微粉的研究也逐渐升温。在这种三维尺寸都有限的系统中，块体材料的导致铁电相变的布里渊区中心振模可能无法维持，也许全部声子色散关系都要改变。库仑作用将随尺寸减小而减弱，当它不能平衡短程力的作用时，铁电有序将不能建立。
古典的瓦斯classical: adj. 1.(文艺等)古典的，传统的，权威的；古典文学 ...gas: GAS ＝ gasoline.例句与用法1. The regenerative characteristics , performance parameters and optimal theories of the encsson and stirling cycles using respectively a ferroelectric material , a ferromagnetic material , aclassical gas , a quantum gas and a spin system as the working substance are researched for different operating conditions本论文主要研究以铁电材料、铁磁材料、经典气体、量子气体和自旋系统等不同材料为工作物质的埃里克森循环和斯特林循环在各种不同条件下的回热特征、性能参数及优化理论。 同时也是一首很好听的歌Classical Gas表演者: Tommy Emmanuel 专辑类型: Import 介质: Audio CD 发行时间: 2007-10-09 唱片数: 1 条型码: 9399700005028
作者通过第一性原理计算发现通过对铁电材料的掺杂，可以产生极化结构到具有中心反演结构的结构相变，从而“软化”极化声子模。在临界电子浓度附近，伴随“软化”的极化声子模，电声子耦合强度增加，从而为产生常规超导创造有利条件。同时该工作显示“铁电金属”中的“弱耦合”机制在掺杂铁电材料中不一定有效。巡游电子和极化声子的“同源”性可以产生较强的电声子耦合。
电声子相互作用是固体中除了电子库伦相互作用外，最基本的相互作用。电声子相互作用可以显著改变金属中的输运与热力学性质，特别是它能产生有效的电子之间的吸引相互作用，从而在低温时产生超导。最近在实验上合成的聚氢材料在超高压强下产生了超过200K 的超导转变温度，说明电声子耦合机制也可以产生高温超导。一个自然的问题是:是否可以在常压下，显著地增强金属中的电声子耦合，从而提升声子超导的转变温度? 这样不仅样品的尺寸不会受到超高压强的限制，更有利于应用；更重要的是在常压下我们可以使用很多的探测手段(Meissner 效应的测量，中子散射，ARPES)增进我们对超导系统的理解和认知。
通常增加金属中的电声子耦合是通过“软化”一些声子模，即让声子的频率变小，因为电声子耦合常数反比于声子频率。然而具体选择哪些声子模进行软化，则强烈依赖于材料的具体细节。
在本工作中，作者通过第一性原理计算详细地研究了一类“近似极化金属”—掺杂的铁电材料（选择 BaTiO3作为代表性的电铁材料）。铁电材料本身具有自发的极化强度。通过掺杂可以将电子注入铁电材料，巡游电子会屏蔽长程库伦相互作用，从而减小极化强度。
图一：BaTiO3中由电子掺杂导致的结构相变
图一显示了 BaTiO3 随着注入电子浓度的增加，从菱面体到四方体，最后到立方体的晶体结构相变。特别是，从四方体到立方体的结构相变过程是一个二级相变，在相变过程中，极化声子首先是被注入电子“软化”（图二）,然后在电子浓度达到临界值后又被“硬化”，形成了一个“V 字型”的曲线。因为电声子耦合反比于声子频率，我们预期在临界电子浓度附近，跟极化声子相关的电声子耦合会增大，从而为产生常规超导创造一个有利条件。
图二：临界电子浓度附近的 BaTiO3的电子结构，声子结构和极化声子模。
图三：临界电子浓度附近的 BaTiO3的电声子谱，以及常规超导能隙和转变温度。
图三具体整理了关于掺杂 BaTiO3 在临界电子浓度附近的电声子耦合的性质。通过计算，作者发现，在临界电子浓度附近，电声子耦合作用有显著地增强，最大值约为 。通过 Eliashberg 方程估算，这么大的电声子耦合可以产生约 2 K 左右的常规超导。因为极化声子软化产生的“V 字型”的曲线，电声子耦合随电子浓度的变化呈现出一个“倒 V 字型”，而在临界电子浓度附近超导转变温度出现一个近似的“拱形”。作者进一步研究了在临界电子浓度附近，四方结构和立方结构中电声子耦合的细微差别。他们发现四方结构中的电声子耦合增强更为显著，这是因为除了极化声子（这是一个光学支），声学支对电声子耦合也有不小的贡献（图三）。
而在立方结构中，声学支对电声子耦合的贡献则可以忽略。为了更好地说明声学支在低对称性晶体结构中对电声子耦合的贡献，作者对掺杂 BaTiO3 施加应力，并发现对一个固定的电子浓度，应力会产生由立方体到四方体的结构相变，而其中四方结构的电声子耦合强度与超导转变温度均高于相同掺杂浓度下的立方结构（图四）。这一差别同样来源于声学支的贡献。
图四：应力对掺杂 BaTiO3中电声子耦合的影响
本工作中另一个想传达的要点是：Anderson 和 Blount 曾提出，在“铁电金属”材料中，铁电性与金属性之所以可以共存，是因为与极化结构相变相关的声子模与巡游电子间的耦合很弱，称为“弱耦合”机制。但本工作则显示：“弱耦合”机制是产生“铁电金属”的充分条件，但不是必须的。比如在电子掺杂的铁电材料 BaTiO3 中，与极化结构相变有关的声子与 Ti 和 O 离子的位移有关，但同时巡游电子占据 Ti-d 和 O-p 的杂化轨道。
这两者“同源”，因此掺杂 BaTiO3 中巡游电子和极化声子之间有较强的耦合，这也是通过软声子模调控电声子耦合的基础。本工作于 2021 年 4 月 19 日以“ A large modulation of electron-phonon coupling and an emergent superconducting dome in doped strong ferroelectrics ” 为 题 发 表 于 Nature Communications 。上海纽约大学(NYU Shanghai)的陈航晖教授为本文的通讯作者。上海纽约大学的学生马家骥为本文第一作者。其他作者包括上海纽约大学学生杨锐涵。本工作受到了来自国家自然科学基金和纽约大学研究挑战基金(NYU University Research Challenge Fund)的支持。
论文信息：
Ma, J., Yang, R. & Chen, H. A large modulation of electron-phonon coupling and an emergent superconducting dome in doped strong ferroelectrics. Nat Commun 12, 2314 (2021).
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麻省理工学院的物理学家和同事通过操纵只有几个原子层厚的超薄材料片，为过渡金属二硫属化物半导体 (TMDs) 设计了一种新特性。 麻省理工学院的团队表明，当两个单片 TMD（每片只有几个原子层厚）相互平行堆叠时，材料就会变成铁电体。在铁电材料中，正电荷和负电荷自发地流向不同的侧面或两极。在施加外部电场时，这些电荷会切换两侧，从而反转极化。在新材料中，所有这些都发生在室温下。 TMDs 已经因其电学和光学特性而广为人知。研究人员认为，这些特性与新赋予的铁电性之间的相互作用可能会导致各种有趣的应用。 Cecil 的 Pablo Jarillo-Herrero 说：“在很短的时间内，我们已经成功地大大扩展了二维铁电体这个小而不断增长的家族，这是纳米电子学和人工智能应用前沿的一种关键材料。”和 Ida Green 物理学教授和该工作的领导者，该工作在 Nature Nanotechnology 上进行了报道。 Jarillo-Herrero 还隶属于麻省理工学院的材料研究实验室。 除 Jarillo-Herrero 外，论文的作者还有 MIT 物理学研究生王希瑞； Kenji Yasuda 和 Yang Zhang，麻省理工学院博士后；哥伦比亚大学的刘松；日本国立材料科学研究所的 Kenji Watanabe 和 Takashi Taniguchi；哥伦比亚大学的詹姆斯·霍恩和麻省理工学院物理学副教授梁福。 （上图在麻省理工学院实验室是麻省理工学院博士后助理安田健二（ 左）和麻省理工学院物理学研究生王希瑞）。 超薄铁电体 去年，Jarillo-Herrero 和许多相同的同事表明，当两个原子薄的氮化硼 (BN) 片相互平行堆叠时，氮化硼变成铁电体。在目前的工作中，研究人员将相同的技术应用于 TMD。 由 BN 和 TMD 制成的超薄铁电体可能具有重要的应用，包括更密集的计算机内存存储。但它们很少见。随着 Nature Nanotechnology 报道的四种新型 TMD 铁电体的加入，它们都属于同一个半导体家族，“我们的室温超薄铁电体的数量几乎翻了一番，”Xirui Wang 说。此外，她指出，大多数铁电材料都是绝缘体。 “很少有铁电体是半导体。” “这不仅限于 BN 和 TMD，”Kenji Yasuda 说。 “我们希望我们的技术可用于为其他现有材料增加铁电性。例如，我们可以在磁性材料中添加铁电性吗？” 这项工作由美国能源部科学办公室、陆军研究办公室、戈登和贝蒂摩尔基金会、美国国家科学基金会、日本文部科学省 (MEXT) 资助，和日本学术振兴会。 参考 Wang，X.，Yasuda，K.，Zhang，Y.等人的“菱面体堆叠双层过渡金属二硫化物的界面铁电性”；纳特。纳米技术。 （2022 年）。
近日，由清华大学材料学院李千助理教授和美国阿贡国家实验室Haidan Wen博士等人组成的研究团队首次实验观测到铁电极化涡旋在亚太赫兹频段的多个集体晶格振荡模式，并发现一种具有大应变与电场调谐性的涡旋软模（vortexon）。该研究工作是近年来基础铁电物理学的一个重大突破，其发现的涡旋畴的动态性质在5G/6G微波介电、太赫兹光电子等新兴领域均有潜在应用前景，并在方法学层面上树立了材料超快结构动力学研究的新范式。
铁电材料的自发极化来源于晶胞内部正、负离子的相对反向位移，这些位移在不同晶胞间通常以平行方式排列。在特定的弹性、静电边界条件下（如在PbTiO3/SrTiO3铁电体/介电体超晶格中），离子极化位移会偏离平行排列而产生连续旋转状态，由此可形成新颖的极化拓扑结构，包括极化涡旋（polar vortex）、极化斯格明子（polar skyrmion）等。目前，人们对这些新颖极化拓扑结构的研究主要侧重于对其静态极化组态的观察分析，而对其动力学行为仍停留在推测阶段，还没有任何实验手段对这些推测进行证实，也尚不清楚形成的拓扑结构是否存在新的软模以及它们在超快时间尺度的动力学性质。
（a）涡旋动态响应理论频谱（b）涡旋软模的运动方式（c）实验示意图
针对上述问题，该研究通过硬X射线自由电子激光散射实验，并结合动力学相场模型与原子尺度模型两种模拟方法，对强场太赫兹脉冲激发下(PbTiO3)16/(SrTiO3)16超晶格薄膜中极化涡旋在百飞秒量级的时间分辨率下的超快动力学进行了研究。实验中，通过测量极化涡旋的X射线衍射强度随泵浦-探测延迟时间的变化曲线，分析得到了主要位于 THz（293K）附近和 THz两个频域的模式。二者在实空间分别对应于相邻涡旋从直线排列开始横向振动的模式和更复杂的、具有涡旋壁扭转与呼吸等特征的动力学模式。此外，该研究还揭示了涡旋集体动力学模式的频率和振幅的可调谐性，通过改变样品温度产生热应变，观察到了低频横向振动模式的频率显著变化，表现出典型的软模行为（即涡旋软模）。计算结果与实验结果在响应模式频率、激发选择性以及模拟X射线衍射信号等方面有着较好的吻合。
实验中（a）293 K下 THz模式（b） THz模式及（c）二者对应频谱的温度演化
4月15日，上述研究工作以“极化涡旋的亚太赫兹集体动力学”（Subterahertz collective dynamics of polar vortices）为题，以封面文章形式在线发表于《自然》（Nature）期刊。《自然》同期刊登了由法国皮卡第大学伊格尔·卢克扬恰克（Igor Luk’yanchuk）教授和瑞士Terra Quantum AG公司瓦列里·维勒克（Valerii M. Vinokur，2020年菲列兹·伦敦奖获得者）博士所作的评论文章《铁电涡旋动力学的发现》（Dynamics of ferroelectric vortices revealed），对该工作的基础科学价值及潜在应用背景给予了高度评价，称“该研究发现的振荡模式将有助于将太赫兹半导体器件缩小到纳米量级，并实现电场驱动的高速高密度数据处理”。
李千助理教授为本论文的第一作者，其在博士后期间合作完成了该工作的主要部分，其后在清华完成了部分相场模拟工作和论文投稿。工作得到国家自然科学基金基础科学中心项目的资助。
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电工电子技术论文
导语：我国制造工业的高速发展使得当今社会急需大量的技术人才，同时要求技术人才具备更高的实际操作技能。本文将论述探讨一下电子电拖电子技能实训在教学中的应用问题。以下是我整理电工电子技术论文的资料，欢迎阅读参考。
电子拖动与技能训练现在已经成为中等职业教育维修电工专业的学生必修的一门课程了。但是实际在教学中，理论教学与实习往往都是分开上课，实行的是“周倒制”。然而，现在技校里的学生普片存在着文化基础相对薄弱、学习积极性不高等特点，他们在面对新知识、新课程，时原本注意力就不容易集中，再实行“周倒制”的教学方式，就使得他们更难进入到学习状态中去了。
在电子拖动与技能训练的教学中，实验是一项非常重要的教学环节。实验课不仅能帮助学生巩固和加深理解上课所学的基础理论知识，更为重要的是能够训练到他们的实验操作技能，进而培养出他们敢于操作、善于操作的能力，有助于学生树立严谨的科学学风。
1、培养目标和定位
对电气类技术人才的职业教育目标，是要求我们培养出的学生应当具备优良的职业道德和素质;在业务水平上，应具有熟练专业的操作技能;当踏入社会，走上职业岗位后，应具备可以继续发展的个人能力。总体来说，在校的学习阶段，要求学生能够通过学校的学习而具备必要的“应用知识”而不是“专业知识”或“专业理论”。从从事的工作领域来看，培养的学生在进入职场后，主要从事的是电气设备的运行、生产、维修、技术服务、管理等等在第一线的工作。这就要求他们需要拥有很强的技术操作能力和对知识的应用能力，以此来解决在工作上遇到的实际问题。
2、传统教学的缺陷
老式的课程教学方式是，首先在教室进行理论课的学习，在完成了理论的教学之后，实际的操作训练在专门的实习场所进行。一套完整的知识体系因为这种教学模式被割裂成两部分，把原本学生就难以理解的理论知识变得更加的抽象难懂。等到学生参加实作训练时，早已经把原本就没能理解的理论知识忘光了，在实际操作中只能机械的模仿老师的教学，而不能真正学到知识和技能。
这些缺陷可以具体概括为如下几点。
(1)基础理论的学习对于学生来说很抽象，学生不能把这些书本知识与生产实践有机的结合起来。
(2)学习内容相当枯燥，很难激发起学生的自主学习兴趣，难以提高学生的学习积极性。学生对于理论知识的记忆与理解只是被动的在大脑中反复记忆，更不要说要求他们能够达到灵活应用。
(3)传统的教学方式，理论教学与实践教学不协调。实践教学的内容是依据现有的实训条件，这样就会造成实训教学内容与理论教学内容不同步，这样使得学习重点模糊不清，教学内容缺乏针对性。
(4)现在很多学校一味追求职业资格等级考试的通过率。这样势必会给学生造成实习课无聊、枯燥的感受。
3、教学内容应调动学生的学习积极性
为了改进现在的教学模式，我们应该加强现场教学，努力激发学生学习兴趣。电力拖动是一门理论与实践紧密结合的学科。在电力拖动的教学中教师要加强现场教学的内容，例如现场演示、采用实物教学等手段，要充分的利用学生的各种感知信息之间的互相协调配合的作用。举个例子说明一下，比如在讲解接触器这课时，在介绍结构和原理时，教师可以让每位学生直观的看到，触摸到接触器的外观，然后再进一步的对接触器的动作过程进行演示，这样能激发学生的求知欲，学生很想知道接触器的工作原理，可促使学生积极思维、主动掌握规律、理解原理，产生学习兴趣。
还可以通过设置问题，来激发学生对学习的兴趣。往往，在进行实验课题训练时，如果严格的要求学生完全按照规范布置元器件，合理而美观走线，时时都在提醒学生注重细节，都必须要一次性到位，云云，这样是不会得到好的效果的。反而，我们应该时常在强调要求得基础上有意在示范电路板某个电气接点的过程中上做些小“文章”，例如通过人为设置电气接点故障点，可促使学生积极思考，排除故障点，最终通过多次这样训练之后，学生能够在不经意之间掌握那些常用的排处故障的方法。
4、教学方式的改进
由上节的表述可见，老式的课程安排缺乏科学性，降低了学生的学习积极性，不能培养出学生的实际操作应用技能，与今后学生进入社会后实际生产技能要求距离相差太远。这就要求我们要改革传统的课程体系和教学模式，要以我们的人才培养目标的要求为依据来重新设置课程设计内容，重新整合教学资源，突出教学中能力本位的特点，逐步实现以学生为中心，以教学大纲和培养目标为中心，以实习车间、实验室为中心的教育教学模式。
为了达到上述目标，教师在教学中应该采用“实践-理论-再实践”的一体化教学模式。具体思路是:让学生在学习之初先亲自到实习场地去参观观摩，以增加学生对所要学习知识的感性认识。其次是理论的教学，就是在参观现场之后，再回到课堂，利用课堂时间对学生进行理论的教学，让学生由感性认识能够上升到理性认识的程度，即由实践上升到理论。最后再实践，也就是指，在学生完成了相应的理论课之后，再回到操作车间、实验室中去，让学生亲自动手实践上课学到的理论知识，以达到让学生的理论与实践真正结合在一起的目的。在教学过程中，应该实现将现场教学作为主要教学手段的教学方式，而课堂教学仅仅起辅助的作用。这样既能提高学生的实际操作技能，又能让学生学习到与这些操作技能相关的基础知识。
在这里要向大家介绍一下德国职业教育界根据新时期的企业对于技术应用型人才的要求而提出的“行为引导型教学法”。这个教育方法是以培养学生的关键能力为教学目的。教学以学生为中心，教师只是作为教学活动的一个引导者，作为学生学习的辅导者和主持人，在教学过程中让学生自主独立地完成设计、完成整个教学过程。
这是一个值得我们学习的教育方法，那么他们是如何实施行为引导型教学法的呢?从教学的管理来分析，第一是要在教学之前拟定学习的课程单元，根据课程的特点及要求，对学习的领域进行适当的划分，再在每个划分出的学习领域中分解出职业的主要行为，再选择相应的专业教师拟定专门的学习内容，最后将行为分解成若干个不同的学习单元，并注意在教学单元时突出学生的主体地位。第二步是实施教学阶段，根据各个不同的学习单元制定相应的课时计划、日计划、周计划等。值得注意的是，无论哪一门课程，其原则都必须包含“能力目标、任务训练、学生主体”三要素。
5、教师的教学要求及安排
在制定教学安排时应该把学习目标渗透到项目中。要根据教学大纲的要求，精心的选择和设计课程项目。课程项目尽量做到典型，知识覆盖面要全，要具有一定的挑战性，能够激发学生的兴趣，并应当能够实施。要选择合适的项目，首先要了解该课程主要应该掌握的职业岗位能力。对于电力拖动与技能训练这样的专业课，需要以下技能:电动机基本控制线路的电路图绘制、识读，安装及检修;常用低压电器的选用、检修及识别;简单电路的设计能力;机床控制线路的电路图绘制、识读，检修和安装;电工工具和常用仪表的.熟练使用;能够为线路列出材料、元器件明细，并能通过计算选出器件的型号规格;掌握能表达电路的相关信息的术语;熟悉与文明安全生产相关的规定，能够安全的进行操作，文明的生产;建立产品的质量意识，树立良好职业道德观念。
要教“课”，不要教“书”
电力拖动技能训练过程不光要做到按行为引导型教学方法的要求划分单元的内容，还应该要注意到教学的系统性、逻辑性、连贯性，其内容应该按照知识体系来设计，每个单元的课题都应该有相应的理论内容来支撑实训的项目。而课程的内容要根据职业岗位能力的要求来制定，要按照行为引导型教学法的思路，来实现教学的目标。必须做到以课程的目标为教学的基准，因此，教师在教学的过程中是采用参考课本而不是以课本为准来设计教学过程。
因材施教
教师要实现本课程的教学目标，在教学方法上，就必须要以实践操作技能作为教学的主线，突出训练为整个教学的重点，使教学过程能充分的体现以培养职业能力为中心的特点。要根据学生的个人素质为基准，以教材为范本，提炼出学生“看得见、听得懂、摸得着”的“知识点、技能点、兴趣点”，同时要设计和处理好基础理论知识的学习与实践技能训练之间的关系，多多利用实物、实习设备进行直观教学。
以学定教，教无定法
学习应该是一个由学生自己来建构自己的知识体系的过程。在教育过程中教师应该始终坚持以学生为主体的方针，通过对教学内容的整合、重组来引发出学生的积极的学习兴趣，使教育的内容能更好地为学生将来的就业、为学生未来的发展提供服务。让学生在实践过程中学习掌握相关的知识，这一点对技校的学生来说是至关重要的学习之路。但同时，虽然在教学过程认定教学原则是必须需要，但不能固守某种固定的教学模式和方法。只要学生有兴趣，能主动参与，在能力上有显着提高，就是一个好的教学模式。
参考文献
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从广义上讲，电气工程学科涵盖的主要内容是研究电磁现象的规律及应用有关的基础科学、技术科学及工程技术的综合。这包括电磁形式的能量、信息的产生、传输、控制、处理、测量及相关系统的运行、设备制造等多方面的内容。19世纪末，电工科学技术已形成电力和电信两大分支。进入20世纪以后，电工科学技术的发展更为迅速，应用电磁现象的技术门类日益增多，发展和形成了很多独立的学科，如无线电技术、电子技术、自动控制技术等。电工科学技术通常主要是指电力工程及其设备制造的科学技术。 电工科学技术所依据的基本原理大都是由物理学、数学等纯科学提出来的。依据基本原理，结合技术、工艺、经济等各方面的条件，研究可供应用的电工技术，制造出适应各种需要的电工产品，就是电工学科的主要领域。与电工技术直接有关的部门以形成强大的工业体系，有关的理论也有许多分支。电力工业与社会生产、公共生活、文化教育等各方面有着十分密切的关系，是现代社会的重要支柱。 电气工程一级学科下属5个二级学科，分别是电机与电器、电力系统及其自动化、高电压与绝缘技术、电力电子与电力传动和电工理论与新技术。电气工程学科涵盖的主要内容有：电机与拖动技术；发电厂一次、二次设备及主接线，电力网动态及稳定性，电力系统经济运行，电力系统实时控制，电能转换；高压电器，高电压测试技术，过电压防护；电力电子器件，电力电子装置，电力传动；电网络理论、电磁场理论及其应用，信号分析与处理，电力系统通信与网络，电力信息技术，计算机科学与工程等。 电气工程与自动化专业方向：电气工程与自动化专业范围主要包括电工基础理论、电气装备制造与应用、电力系统运行与控制三部分。电工理论是电气工程基础，主要包括电路理论和电磁场理论。这些理论是物理学中电学和磁学的发展和延伸。而电子技术、计算机硬件技术等是由电工理论不断发展诞生的，电工理论是它们的重要基础。电气装备制造主要包括发电机、电动机、变压器等电机设备的制造，也包括开关、用电设备等电器与电气设备的制造，还包括电力电子设备的制造、各种电气控制装置、电子控制装置的制造以及电工材料、电气绝缘等内容。电气装备的应用原则是指上述设备和装置的应用。电力系统主要指电力网络的运行和控制、电气自动化等内容。当然，制造和运行不可能截然分开，电气设备在制造时必须考虑其运行，如电力系统由各种电气设备组成，其良好的运行必然要依靠良好的设备。 电气工程与自动化专业人才的培养目标是：培养适应我国社会主义建设需要的德、智、体全面发展的，能从事与电气工程有关的系统运行、自动控制、电力电子技术、信息处理、试验分析、研制开发、经济管理以及电子与计算机技术应用等领域工作的宽口径复合型高级工程技术人才。电气工程与自动化专业学生主要学习电工技术、电子技术、电气控制、电力系统、计算机技术与应用等方面较宽领域的工程技术基础和一定的专业知识，具有解决电气控制技术问题及电力系统分析的基础能力。电气工程与自动化专业毕业生应获得以下几方面的知识和能力： （1） 掌握较扎实的数学、物理、化学等自然科学的基础知识，具有较wk_ad_begin({pid : 21});wk_ad_after(21, function(){$('.ad-hidden').hide();}, function(){$('.ad-hidden').show();}); - 2 - 好的人文社会科学、管理科学基础和外语综合能力。 （2） 系统地掌握电气工程与自动化专业领域必需的较宽技术基础理论知识，主要包括电工基础理论、电子技术、信息处理、控制理论、电力系统分析、计算机软硬件基本原理与应用等。 （3） 获得较好的电气工程与自动化专业工程实践训练，具有较熟练的计算机应用能力；具有电气工程与自动化专业领域内1~2个专业方向知识与技能，了解电气工程与自动化专业学科前沿的发展趋势。 （4） 具有较强的工作适应能力，具有一定的科学研究、科技开发和组织管理的实际工作能力。 学生主要掌握电工理论、电子学、控制理论、电气工程基础、高电压技术、电力系统运行与控制、信息与通信技术以及计算机应用等方面较宽广的工程技术基础和一定的专业知识，掌握一定人文社会和经济管理知识。要求学生具备优秀电气工程技术分析、系统运行与控制技术的基本能力，具有较强的创新意识。教学培养计划：一、思想素质，文化素质，身心素质主干课程：马克思主义哲学原理、毛泽东思想、邓小平理论、中国近代史纲要、思想道德修养和法律基础、体育、军事、英语。公共选修：人文、社科、中华文明与外国文化、跨学科选修等，二、专业素质：基础科学：高等数学、工程数学、物理实验、企业管理、工程管理、工程力学、工程制图。技术科学：电气工程与自动化概论、电路、电磁场、模拟电子技术、数字电子技术、电机学、计算机软硬件技术。工程技术：信号与系统、电力电子技术、电气工程基础、专业方向选修课。工程实践：课程实验、金工实习、电工实训、程程设计、生产实习、毕业实习、毕业设计。 大学学习的特点：一、教学进度快；二、教学形式多；三、教学内容系统性强；四、教与学关系相对松散；五、学生拥有更多的自由时间。大学的学习：一、知识学习；二、技能学习。但也随之有一部分的因素影响着学习；一、智力因数；二、意向因素。因此要有好的学习方法；一、确立目标，激发动机；二、调控心里、优化心境；三、科学用脑、提高效率；四、及时复习、增强记忆；五、科学运筹、巧用时间。 对自己进行分析： 古语云：知彼知己，方能百战百胜。所以说要想在社会竞争中取得胜利，知己必为第一步。进而，要制定最有利的职业规划方案就必须先对自己进行解剖，分析自己的长处和缺陷，再听取一下老师、家长、朋友、同学的意见，得出一个较为客观、完整的“我”这样才能制定出最合理的职业规划方案。 我对自己要求很苛刻，一旦做出选择，就会不顾一切的去做。我外表看起来虽然热情开朗，但内心对他人的情感十分在意。我的人际交往能力很不错，因为作为团学的成员每天都要接触很多的人。我相信自己在处理人际关系的时候能把握很好的分寸。我非常善良，有同情心，善解人意。我重视与他人有深度、真实的关系，希望参与有助于自己及他人的进步和内在发展的工作，欣赏并愿意与那些能够理解你价值的人相处。我有独创性、有个性，好奇心强，思路开阔，有容忍力。我乐于探索事物的可能性，致力于自己的梦想和远见。我很喜欢探索自己和他人的个性。一旦全身心地投入一项工作时，我往往全神贯注，全力以赴。我对人、事和思想信仰负责，一般能够忠实履行自己的义务。但是，对于意义不大的日常工作，我做起来时觉得单调乏味，缺乏干劲。我有时非常固执，经常局限- 3 - 在自己的想法里，对外界的客观具体事物没有兴趣，甚至忙的不知道周围发生了什么事情。有时又很偏激，沉浸于梦想。当意识到自己的理想与现实之间的差距，就容易灰心丧气。 我喜欢设计和绘画，对于电脑软件的应用兴趣浓厚，每天有空闲时间我喜欢到图书馆看书或者是在寝室里看电脑一些软件的教学视频。这让我在电脑应用方面比其他同学有优势。绘画则是我的爱好之一，我一直觉得绘画培养了自己沉稳做事的能力。因为在电脑软件和美术方面自己有特长，所以帮助学院的各种晚会设计邀请函、宣传单和海报。在自己半年的团学经历中自己也收获了很多的知识和技能。 我想去过平静的生活，有时也想着一举成名，获得所有人的欣赏与祝福，当然生活并非一帆风顺，也无平静可言，有的只是心灵追求的安宁之地。所以我们要为之而努力，即使在我们走完一生，回头发现其实你追求的东西就在过去的某个角落，因为人只有有所经历才会理解自己，理解自己走过的路。我会去追寻初衷，做好自己，坚持原则，帮助他人，完善自己。 专业规划与四年的学习计划 电气工程及其自动化专业中最具有优势和特色的专业方向,为国家级一类特色专业的重要组成部分,主要培养从事高压电气设备设计、制造和运行维护等方面的高级工程技术人才.该专业方向依托电气工程一级博士学位授权学科和博士后科研流动站,覆盖了高电压与绝缘技术和电介质工程2个二级博士、硕士学位授权学科,电力系统,为国家级重点学科.同时,该专业方向设置高电压绝缘技术和电气绝缘与电缆两个专业模块. 大一:脚踏实地学好基础课程,特别是英语和计算机.在大规划下要做小计划,坚持每天记英语单词、练习口语,并从大一开始就坚定不移地学下去.根据自己的实际情况考虑是否修读双学位或辅修第二专业,并尽早做好资料准备.大一的学习任务相对轻松,可适当参加社团活动,担当一定的职务,提高自己的组织能力和交流技巧,为毕业求职面试练好兵. 大二:在这一年里,既要稳抓基础,又要做好由基础课向专业课过渡的准备,并要把一些重要的高年级课程逐一浏览,以便向大三平稳过渡.这一年,手中应握有一两张有分量的英语和计算机认证书了,并适当选读其它专业的课程,使自己知识多元化.可参加有益的社会实践,如下乡、义工活动,也可尝试到与自己专业相关的单位兼职,多体验不同层次的生活,培养自己的吃苦精神和社会责任感. 大三:主动加深专业课程的学习,并把大四的课程尽量挤入大三这一学期,以便大四有相对宽松的时间求职或考研.大三是到了快要把自己抛向社会的时候,因而要多向大四的师兄师姐打听求职信息、面试技巧和职场需求情况,请教写求职信、个人简历的经验,并在假期开始为自己心目中的职业进行实践. 大四:电气工程专业职业规划目标既已锁定,该出手时就出手了.求职的,编写好个人求职材料,进军招聘活动,多到求职网站和论坛转一转.现在是冲刺期,落足功夫,争取把目标拿下.在大学生职业规划课程职业规划从大一...如何确定个人职.同学们为自己的前途忙得晕头转向的时候,毕业论文这一关可马虎不得,这是对大学四年学习的一个检验,要对自己负责。 结束语： 计划固然重要，但更重要的是亲自去实践，并获得成果。人们常说：“计划总比不上变化快”这主要是因为现实多是未知变化的。因此常常需看其具体实施和取得的实效。定出目标计划随时都可能受到各方面的因素的影响。所以，在遇到突发因素，不良影响时，要保持清醒冷静的头脑，不仅要及时面对，- 4 - 分析所遇到的问题，更应快速果断的拿出应对措施，争取及时作出更好。相信如此时将来的工作和目标有所偏差，也不至于相距太远。还存在一点就是，不能随便更改自己的计划，要坚持自己的目标，用于面对挫折。
人类社会文明的进步,急迫需要社会工业化程度的加速。社会工业化发展的动力和加速度只能依赖电气工程自动化技术的迅速发展和进步。下面是我为大家整理的电气工程及其自动化论文，供大家参考。
摘 要：电气工程及其自动化专业是多学科相互交融的专业。电气工程(Electrical Engineering简称 EE) 是现代科技领域中的核心学科之一，更是当今高新技术领域中不可或缺的关键学科。从某种意义上讲，电气工程的发达程度代表着国家的科技进步水平。
关键词：电气工程及其自动化 专业 简介 发展
正是因为电气工程的发展，才有今天庞大的电力工业，人类才不可逆转地进入伟大的电气化时代。人类发展到任何时候也离不开能源，而能源是人类永恒的研究对象，而电能是利用最为方便的能源形式，以电能为研究对象的电气工程及其自动化专业有着十分强大的生命力。
一、专业内容介绍
电气工程及其自动化涉及电力电子技术、计算机技术、电机电器技术信息与网络控制技术、机电一体化技术等诸多领域，是一门综合性较强的学科。电气工程及其自动化的专业范围主要包括电工基础理论、电气装备制造和应用、电力系统运行和控制三个部分。电气工程及其自动化专业的基础性也决定了它具有很强的学科交叉和融合能力。
培养要求：该专业培养能够从事与电气工程有关的系统运行、自动控制、电力电子技术、信息处理、试验分析、研制开发、经济管理以及电子与计算机技术应用等领域的“高素质、强能力、应用型”高级工程技术人才。学生主要学习电工技术、电子技术、信息控制、计算机技术等方面较宽广的工程技术基础和一定的专业知识。本专业主要特点是强弱电结合、电工技术与电子技术相结合、软件与硬件结合、元件与系统结合，学生受到电工电子、信息控制及计算机技术方面的基本训练，具有解决电气工程技术分析与控制技术问题的基本能力。
主干学科：电气工程、计算机科学与技术、控制科学与工程。
主要课程：电路原理、电子技术基础、电机学、电力电子技术、电力拖动与控制、计算机技术(语言、软件基础、硬件基础、单片机等)、信号与系统、控制理论等。
电气工程一般分为电力系统和应用电子(也就是电力电子)。
二、专业发展前景
电气工程学科涉及工业、农业、交通运输、国防及人民生活等各领域，与电子科学与技术、计算机科学与技术、控制科学与工程、信息与通信工程、环境科学与工程、生物医学等学科交叉渗透，拓宽了电气工程学科的内涵与外延。随着科技的发展，电气工程的学科结构、研究领域、技术领域发生了很大变化。电气工程愈来愈多地应用信息技术、计算机技术、通信技术、电力电子技术和自动化技术，电气工程及其自动化专业内涵也发展演变为强电和弱电结合、电工技术和电子技术结合、软件和硬件结合、元件和系统结合。例如“电气工程”和“电子技术”以及“控制科学”交叉融合产生了“电力电子技术”; “电气工程”与“材料科学”的交叉融合产生了“超导电工技术”和“纳米电工技术”; “ 电气工程”与“机械工程”及“计算机学科” 的交叉融合产生了“机电一体化”新学科，已形成了以“机械”为主体、电气工程和计算机控制为技术核心、“机械+电气+计算机”的有机融合，“机电一体化”技术实际上就是电气自动化技术高度发展的一个阶段的必然产物，它是电气自动化领域中机械技术与电子技术有机结合的一种高新技术，也可以说隶属于“电气工程及其自动化”的专业范畴。随着科学技术的高速发展，电力成为国民经济中重要的生产资料及人民生活中必不可少的生活资料。当今，电气化水平的提高使得各种经济活动都离不开电(用油的交通工具除外)，我国电能占终端能源消费的比重已接近20%，高于世界平均水平。我国的电气化水平也决定了电力数据具有大范围的覆盖性。有专家表示，电力工业的发展方向是智能电力系统，或者是坚强智能电网或者是智能电网。智能电力系统是实现电力工业发展价值特征的最有效途径，也是现代电力工业的发展方向，发展智能电力系统能够确保更安全、更经济、更绿色、更和谐，同时智能电力系统是一个广义的坚强智能电网，能够有效地解除未来发展的挑战。
三、专业应用与就业方向
电气工程及其自动化的几个方向：
电力系统、电气技术、应用电子技术、高电压与绝缘技术、电机电器及其控制
1.电力系统方向
电力系统专业方向是电气工程及其自动化专业中最具有优势和特色的专业方向，为国家级一类特色专业的重要组成部分，主要培养从事高压电器设备设计、制造和运行维护等方面的高级工程技术人才。该专业方向依托电气工程一级博士学位授权学科和博士后科研流动站，覆盖了高电压与绝缘技术和电介质工程2个二级博士、硕士学位授权学科，电力系统为国家级重点学科。同时，该专业方向设置高电压绝缘技术和电气绝缘与电缆两个专业模块。
就业方向：可在电力设备制造行业从事高电压设备的设计、开发、生产和管理等工作，可在电力系统从事高压设备的运行维护方面的技术工作和管理工作，就业于电业局、供电局、发电厂，也可在科研院所从事教学和科研工作。
2.电气技术方向
电气技术是电气工程及其自动化专业的一个方向。该专业是重点专业，具有电气工程一级学位博士学位授予权，电气工程领域拥有博士后流动站，在高电压与绝缘技术、电机与电气和电力电子与电力信息处理学科具有工学硕士授予权。
就业方向：电气技术方向主要培养电气测量与控制技术方面的高级电气工程技术人才，从事电参量和磁参信息获取与处理技术研究工作，以及电气技术自动化控制领域的装置与系统的设计开发与应用研究工作。学位获得后，可在电气工程技术领域的企业、承担理论研究、技术开发、运行管理等技术工作，也可以在研究机构和高等学校从事研究与教学工作。
3.电机与电气方向
电机与电气学科在一体化电机的理论与技术方面，主要研究了步进电机、无刷直流电机、感应同步器等。在电机的电力电子驱动技术方面，研究了电动车、电机驱动系统的结构与控制策略，变频电源谐波抑制技术。在高环境、高可靠电机与电器方面，研究了高环境电器可靠性理论与技术航天电器的理论与技术、卫星姿控用飞轮的可靠性设计。在新型电磁机构的理论与应用方面，研究了特种电机、磁性流体密封、旋转轴的在线平衡、电磁成型技术。其中在步进电机和无刷直流电机等特种电机及航天电器方面具有较大的影响。
就业方向：可在电力、电子、通信、机械、交通、建筑等行业从事电子领域的研究、设计、开发、运行及管理等工作，也可以在研究机构和高等学校从事研究与教学工作。
4.应用电子技术方向
应用电子技术方向是电气工程及其自动化专业的一个特色专业方向，特点是电气与电子兼备，电力电子与信息电子相融。培养从事电气工程、电子技术、电力电子技术、自动控制、信号变换与处理等方面工作的宽口径、复合型高级工程技术人才。
就业方向：可在电力、电子、通信、机械、交通、建筑等行业从事应用电子技术领域的研究、设计、开发、运行及管理等工作，也可以在研究机构和高等学校从事研究与教学工作。
四、结束语
总之，随着我国经济的飞速发展，计算机科学与技术也在不断进步，通过计算机软硬件控制，实现电气化已成为现实。计算机模拟操作，更为现实电力系统运行状况提供了方便快捷的监视和判断功能。PC和 网络技术 已经在工商管理中得到普及。在电气自动化领域，基于PC的人机界面普遍被采用，并以其直观性、灵活性和易于集成等特点备受用户青睐。选择了电气工程及其自动化专业，就应该立志成为一位优秀的电气工程人才，让我国的电力工业不落后于国际先进水平，推动社会主义现代工业化进程。
摘 要：自动化技术在电气工程实践工作中的科学应用意义重大，能够为电力系统的安全、稳定运行提供坚实的保障基础，能够提高电网系统供电的稳定性，保证电网系统的供电质量，减少停电、断电等对社会生产、居民生活的影响。因此，作为新时期背景下的电气施工人员，在电气工程的过程中，应致力于自身专业技术水平的提升，且始终坚持实事求是的原则，结合工程实际，合理应用现代化的自动化技术，从而有效控制、监督、调节和管理整个电力系统的实际运行状态，确保电网运行的安全性，同时推动自动化技术在电力工程的广泛和深度应用，更好地发挥其积极作用，减少设备故障问题的发生，降低安全施工的发生概率，保证电网设备及电力工作人员的生命财产安全。
关键词：电气工程;自动化技术;应用;分析
自动化技术的科学应用，大大促进了电气工程的发展，因此加强电气工程中自动化技术的应用分析具有重要的现实意义。因而作为新时期背景下的电气施工人员，必须在电气工程中加强自动化技术的应用，着力提高电气工程的自动化水平，以此确保电气工程质量的有效提升。基于此，笔者结合自身工作实践，作出以下几点探究性的分析。
1 自动化技术在现代电气工程中的主要应用形式分析
电力调度自动化技术在电气工程中的应用分析
从应用角度上讲，在电力系统工程中，保证整个电网系统供、发电的安全性、经济性、优质性的基础前提实现整个电网调度的自动化。此外，电网调度自动化对电气工程的生产自动化、现代化管理也起着重要的支持作用。而目前，电力调度自动化技术在电气工程中的实践应用主要有调度主站系统、运动装置系统。根据该配置结构，电力调度自动化技术的在电气工程中的应用能够实现以下功能。
稳定、持续地监控电网系统的正常运行状态与相关动作
电力调度员在对电网的实际运行状态(比如周波指标、潮流指标、负荷指标、电压指标等)进行监控管理的同时，也可以让各电力设备在电力系统运行状态下的具体运行情况和相关工作指标(包括用电指标、用水指标等)全部得到完善、可靠的反映。而电力调度自动化技术的应用，不但可以保证上述的各项监控指标的取值满足规范要求，还可以保证电气工程的终端用户在电能、汽能及水等方面资源的需求得到满足。
保证电网系统开展调度工作的经济性、可靠性
电力调度自动化技术在电气工程的应用，可以在实现对电网运行系统的安全监督控制前提下，有效控制并合理降低电网运行过程中各种各样的能源损耗问题，同时满足现代化电气工程运行过程中的多发电、多供电等要求，确保电网调度运行的经济性和可靠性。
科学分析并有效处理电网运行状态下所发生的安全事故
实践表明，在电网运行过程中发生的运行事故或异常性运行问题，其发生的原因都十分复杂，而且大多数的运行安全事故的表现状态都是顺发行，因此，如果在实践过程中，不能科学判断并恰当处理这类电网运行事故，则会严重威胁到电力运行系统覆盖范围内的运行操作人员的生命安全与用电设备的安全。那么，从这个角度上讲，实现电力工程工作与电力调度自动化化技术的有效结合，为科学分析电网系统在不同运行状态下的运行安全性提供有利的保障，同时，还能提供对应的有效事故处理方式和电网监控策略，从而最大化地避免发生电网运行安全事故，对实现整个电网的安全运行具有重要的作用。
电气工程中发电厂自动化技术的运用分析
从目前的技术条件支持来讲，发电自动化技术的主要构成包括有动力机械自动控制、自动电压控制系统、自动发电量控制系统三方面。尤其在我国，根据发电厂的不同运行方式，一般都把国内现阶段的发电厂划分为以下两种类型：火电厂自动系统以及水电厂自动系统。但应重点注意的是，不管该发电方式是以水电为主，还是以火电为主，或者属于其他类型的发电方式，其在发电厂的自动化系统和技术运用时，都表现出不少的相似之处。具体可以分为两个方面：
电气工程中关于水电厂自动化技术的应用分析
在目前的技术条件下，为确保整个电气工程应用质量的稳定、可靠、充分发挥，往往要求水电厂自动化技术在实际应用时必须具备含有水轮发电机组系统、水轮机装置、调速器装置等在内的模块。鉴于自动化系统不同运行模式之间的差异性，水电厂自动化系统主要分为梯级综合自动化模式、单机模式、全长自动化模式、公用设备模式等类型。从实际应用方向讲，在电气工程中结合应用水电厂自动化系统及其对应技术的方式，能够显著提升水电厂在正常应用状态下的合法经济性，增加水电厂的经济效益，并为供电质量提供了坚实的保障作用。
电气工程中关于火电厂自动化技术的应用分析
火电厂自动化技术在电气工程的应用同样具有明显的综合性特征。火电厂自动化技术的主要构成包括有机炉主控系统、发电机自动控制系统、汽轮机控制系统、锅炉控制系统等方面，通过计算机的实时监视和有效数据的全面共享方式，科学保障了电气工程应用的可靠性。而从实际应用角度看，火电厂自动化技术不仅具有信息与数据综合处理功能，而且还具有自动保护运行设备功能、自动检测运行状态功能、综合管理功能、运行控制功能等。
2 电气工程中自动化技术的发展方向分析
管控一体化技术的应用
从理论角度上讲，电气工程中的管控一体化技术是指重点针对电气工程的不同通讯环节，通过自动化技术的科学应用，充分发挥相关信息数据的整合性、集成性优势。而集成控制系统在和信息管理系统进行彼此融合的过程中，能够用一种集成的综合方式把处于正常应用状态下的电气工程所应用的信息控制网络完整表现出来。
状态检修技术的应用
从应用视角上讲，电力工程中的状态检修技术可以定位为：通过设备资产管理系统在电气工程中的应用方式，重点发挥其在故障诊断、状态监视方向的综合功能，并提供状态检修设备在正常运行时的状态信息和数据，并有机结合该部分数据有效预测电气工程对应设备的实际运行状态、潜在的安全隐患或故障因素。根据这种方式，还可以实现由传统的故障检修模式向状态检修新模式的转变。从电气工程的实践应用角度讲，状态检修技术在电气工程实践工作过程中的科学应用，不仅可以有效提高其对应的电气设备的安全性、稳定性，而且有效克服了传统的定期故障检修模式存在的遗漏性问题和缺陷，为电力系统的安全运行提供了有力的保障。
3 结束语
综上所述，随着科学技术的进步发展，我国在自动化技术方面也取得了较好的成绩，尤其在电气工程中，自动化技术的应用日益广泛。基于此，本文的主要研究对象为电气工程，主要分析了电气工程中的电力调度自动化技术、发电厂自动化技术的应用，并提出了自动化技术在电气工程中应用发展方向，旨在加强与同行的沟通交流，提高电气工程中自动化技术的应用水平，促进我国电气事业的快速发展。
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本人从智网上找的 有PDF格式 这是从上面转下来的 统磁体以单原子或离子为构件,三维磁有序化主要来自通过化学键传递的磁相互作用,其制备采用冶金学或其一、引 言他物理方法;而分子磁体以分子或离子为构件,在临界 作为一种新型的软材料,分子基材料(molecule2based温度以下的三维磁有序化主要来源于分子间的相互作materials)在近年来材料科学的研究中已成为化学家、物用,其制备采用常规的有机或无机化学合成方法.由于理学家以及生物学家非常重视的新兴科学领域[1].分子在分子磁体中没有伸展的离子键、共价键和金属键,因基材料的定义是,通过分子或带电分子组合出主要具有而很容易溶于常规的有机溶剂,从而很容易得到配合物分子框架结构的有用物质.顾名思义,分子基磁性材料的单晶,有利于进行磁性与晶体结构的相关性研究,有(molecule2based magnetic materials) ,通称分子磁性材料,利于对磁性机制的理论研究.作为磁性材料,分子铁磁是具有磁学物理特征的分子基材料.当然,分子磁性材体具有体积小、相对密度轻、结构多样化、易于复合加工料是涉及化学、物理、材料和生命科学等诸多学科的新成型等优点,有可能作为制作航天器、微波吸收隐身、电兴交叉研究领域.主要研究具有磁性、磁性与光学或电磁屏蔽和信息存储的材料.导等物理性能相结合分子体系的设计、合成.我们认为, 分子磁性研究始于理论探索.早在 1963 年McCo2分子磁性材料是在结构上以超分子化学为主要特点的、nnel[2]就提出有机化合物可能存在铁磁性,并提出了分在微观上以分子磁交换为主要性质的、具有宏观磁学特子间铁磁偶合的机制.1967 年,他又提出了涉及从激发征并可能应用的一类物质.态到基态电子转移的分子离子之间产生稳定铁磁偶合 分子铁磁体是具有铁磁性质的分子化合物,它在临的方法[3].同年,Wickman[4]在贝尔实验室合成了第一个界温度(Tc)下具有自发磁化等特点.分子磁体有别于传分子铁磁体.之后,科学家们相继报道了一些类铁磁性统的不易溶解的金属、金属合金或金属氧化物磁体.传质的磁性化合物,但直到1986年前,这些合成的磁性化·15 ·? 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 专题综述Ziran Zazhi 合物没有表现出硬铁磁所具有的磁滞特征.1986 年,材料理论的精确预言和计算是相当困难的,而且,分子Miller等人[5]将二茂铁衍生物[Fe(Cp3)2](Cp3为五甲基磁性材料中包含的原子和分子基团更多,空间结构的基环戊二稀)与四氰基乙烯自由基(TCNE)经电荷转移合对称性更复杂,局部的磁交换的途径也体现出多样性,成了第一个分子铁磁体[Fe(Cp3)2]+[TCNE] ,其转换温使得目前的研究还处于实验经验的积累和定性的解释度 T上.尽管如此,科学家们对分子磁交换的机制进行了大c= K.与此同时,Kahn 等人[6]报道了具有铁磁性的MnCu(pbaOH)·(H量的研究,提出了许多近似理论模型,并基于这些模型2O)3分子化合物.从此,分子磁体的研究引起了人们的广泛关注,分子基磁性材料也应和大量的实验数据,在磁性与结构的关系研究中取得了运而生.一定的进展.对于一些对称性较高的体系,根据自旋相 开始,由于分子间的磁相互作用较弱,分子磁体的互作用的 Hamilton可由量子力学求出磁化率的解析形转换温度式T,然后根据实验数据计算出磁偶合系数 J 值,探索随c通常远远低于室温,难于达到应用的要求.结构的变化关系.对于对称性较差及组成较为复杂的体但是,第一个室温分子磁体V(TCNE)2·xCH2Cl2在1991系,自旋 Hamilton 的解析解很难求出.此时可用 Monte年由Manriquez[7]报道出后,虽然是一个不稳定的电荷转Carlo方法对物理过程进行模拟,求出磁偶合系数 J[10].移钒配合物,但近年来,分子磁性的研究已取得了令人 根据产生磁性的具体类型,磁交换机制主要通过以鼓舞的进展,Verdauger[8,9]报道了 Tc高达340 K的稳定下途径来实现:类普鲁士蓝的分子铁磁体. (1) 磁轨道正交 根据 Kahn等人的分子轨道理论,顺磁离子A与B之间的磁相互作用(J)由两部分贡献组二、分子磁性中的物理基础成,即铁磁贡献和反铁磁贡献,J = JF+ JAF.当A中未成对电子所占据的磁轨道与B中未成对电子所占据的磁 分子磁体的磁性来源于分子中具有未成对电子离轨道互相重叠时,它们之间的相互作用为反铁磁偶合,子之间的偶合,这些偶合相互作用既来自分子内,也可重叠积分越大,反铁磁偶合越强;当A与B中未成对电来自于分子间.分子内的自旋- 自旋相互作用往往通过子所占据的磁轨道正交时,它们之间的相互作用为铁磁“化学桥”来实现磁超相互作用.所以,分子磁性材料兼偶合.如图(1)中(a)、(b)所示.如果铁磁偶合与反铁磁偶具磁偶极- 偶极相互作用和超相互作用,故该类材料的合同时存在,通常反铁磁偶合强于铁磁偶合,因此只有磁性比常规的无机磁性材料表现出更丰富多彩的磁学当 JAF为零时,A与B间才为铁磁偶合.如在CsNiⅡ[CrⅢ性质.(CN)6]·2H2O[9]中,CrⅢ的磁轨道具有t2g对称性,而NiⅡ 根据铁磁体理论,要使材料产生铁磁性,首先体系的磁轨道具有e的原子或离子必须是顺磁性的g对称性,二者互为正交轨道,因而呈现,其次它们间的相互作用铁磁性偶合( T是铁磁性的.对于分子磁性材料,一个分子内往往包含c=90 K).当磁轨道正交时,铁磁偶合的一个或多个顺磁中心,即自旋载体,按照 Heisenberg 理大小依赖于轨道间的距离.论,两个自旋载体之间的磁交换作用可用以下等效Ham2 (2) 异金属反铁磁偶合 对于两个具有不同自旋的ilton算符来表示:顺磁金属离子,SA≠SB若A与B间存在磁相互作用,有^H两种情况:当A与B 间的磁相互作用为短程铁磁偶合ex= - 2J^S1^S2(1)其中时,总自旋 SJ 为交换积分,表示两个自旋载体间磁相互作用的T= SA+ SB;当A与B间的磁相互作用为反类型和大小. J 为正值时为铁磁性偶合,自旋平行的状态铁磁偶合时,总自旋 Sr=| SA- SB| (如图1中(c) (d)所为基态;J 为负值时为反铁磁性偶合,自旋反平行为基示).顺磁离子A和B间的磁相互作用大多为反铁磁偶态.如对分子磁性材料:A- X- B 体系(A,B 为顺磁中合.当为反铁磁偶合时,若 Sr= SB,则 Sr=0;若 SA与心,X为化学桥) ,X作为超交换的媒介使A和B发生磁SB不相等,则有净自旋,当在转换温度以下,净自旋有性偶合,设 SA= SB=1P2,则当反铁磁偶合时,分子基态序排列,使体系呈现亚铁磁性.因此,利用异金属之间反用单重态和三重态的能量差来表示:J = E铁磁偶合是构建高自旋分子的另一条有效途径.如CsMnS- ET. 磁相互作用研究的目的在于了解磁交换的机理,寻[Cr(CN)6] ,Mn2+的自旋为 SA=5P2,而Cr3+的自旋为 SB找磁性与结构之间的关系,并反过来指导分子磁性材料=3P2,二者之间产生反铁磁偶合,净自旋 ST= SA- SB的设计和合成.和通常的磁性材料一样,对分子基磁性=1P2,在低于转换温度( Tc=90 K)时,配合物表现为亚1·6 ·? 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 自 然 杂 志 24卷1期专题综述铁磁性[11].以分为下面几类:1. 有机自由基分子磁体 化合物中不含任何带磁性的金属离子,大多由 C,H,O,N四种有机元素组成的磁体材料.其自旋载体为有机自由基,如氮氧自由基.McConnel 早在1963 年就提出有机化合物内存在铁磁偶合的机制[2].制备方法采用有机合成方法.由于它们具有有机材料特殊的物理、化学图性能,因而是更具应用前景的分子铁磁材料.但直到今1 相同自旋之间的偶合:(a) 铁磁偶合;(b) 反铁磁偶合; 不同自旋之间的偶合:(c) 铁磁偶合;(d) 亚铁磁偶合日,纯有机分子磁体的转换温度仍极低,和有机超导材料一样,在小于50 K的低温区.日本科学家在这方面的 (3) 电荷转移 对给体- 受体电荷转移类配合物,工作做得很好.目前,得到广泛研究并进行了结构标定如[FeCp32]+[TCNE]-,基态时,[FeCp32]+的自旋为1P2,的有机铁磁体主要有氮氧自由基及其衍生物[14]、C60[TCNE]-的自旋也为1P2.在这样一个系统中,由于电荷(TDAE)(TDAE为四(二甲胺基) - 1,2- 亚乙基)[15]等.转移,形成激发三重态.在[FeCp32]+与[TCNE]-交替排列形成的链中,阳离子与前后两个[TCNE]-等距离,它2. 金属- 有机自由基分子磁体的e2g电子可向前后两个[TCNE]转移,形成 S =1的激发 化合物中含有带磁性的过渡金属或稀土金属离子,态.基态激发态混合后,降低了体系能量,使自旋取向沿同时也含有机自由基的基团,故有两种以上的自旋载体着一条链形成.如果每个链的取向都是平行的,且链间存在,并发生相互作用,由这种金属或金属配合物与自和链内[FeCp32]+与[TCNE]-位置相当,那么e2g电子可由基两种自旋载体组装的化合物,也可以构建分子铁磁以在链间传递,从而进一步稳定了体系,导致了相邻链体.其中有些是有机金属与自由基形成的电荷 转移盐的自旋平行取向,产生宏观的铁磁性现象[12].体系. (4) 有机自由基与多自由基 自从1991 年日本京 美国的Miller和Epstein教授在这个体系中作出了卓都大学的 Takahashi 等[13]成功地合成了基于 C、H、O、N越的贡献,首先他们发现了[M(Cp32][TCNZ](Z=Q或四种元素组成的有机铁磁体,使人们认识到含有氮氧自E,TCNE为四氰基乙烯,TCNQ为四氰代对苯醌二甲烷,M由基的有机化合物也是制备分子铁磁体的一条有效途(C3p)2为环戊二烯金属衍生物)[12]. 如,[Fe(Cp3)2]径.氮氧自由基与金属配合物形成的磁偶合体系已成为[TCNZ]为一变磁体(它有一反铁磁基态,但在临界外场分子铁磁体研究领域的一个重要方面.为1500Oe时,转变为具有高磁矩的类铁磁态) ,它由[Fe(Cp3)2]+阳离子与[TCNQ]-阴离子交替排列形成平行三、分子基磁性材料的分子设计和目的一维链,每一个离子均有一未成对的电子自旋[16].磁 前热点研究体系有序要求在整体上的自旋偶合,因此,直径较小的[TC2NE]-将比[TCNQ]-有较大的电子密度,预期将有利于 分子磁体的设计与合成实质上是一个在化学反应自旋偶合.实际情况证明了这一点,[Fe(Cp3中分子自组装的过程.选择合适的高自旋载体(砖头) ,2)]+[TC2NE]-由阳离子与阴离子交替排列构成一维链,在 K这可以是金属离子或具有自旋不为零的有机自由基,通以下表现为磁有序过非磁性的有机配体等桥梁基团作为构筑元件(石灰),在 T=2 K时,其矫顽力为1 000Oe,,超过了传统磁存储材料的值[17]以一定的方式无限长地联接起来.为了提高磁有序温度,,如通过脱溶剂法处理、改变抗衡离子或改变配体等途径他们又开创了M[TCNE],形成分子内部间x·yS(M=V,Mn,Fe,Ni,Co;S为的强相互作用和单元间弱相互作用的超分子结构.通过溶剂分子) 另外一类电荷转换盐分子磁体的研究工调控无限分子P分子单元(或链、层)间磁相互作用的类型作[18].并发现第一个室温以上的分子磁体V[TCNE]x·和大小,组装成低维或三维铁磁体.但就目前来说,除选yCH2Cl2,其 Tc高达400 K.值得一提的是,在常温下它显择合适的高自旋载体和桥联配体外,控制分子在晶格中示出矫顽力超过无机磁体,薄膜材料也在积极的研究堆砌方式也十分重要.中,已接近应用.遗憾的是,这类化合物的结构至今仍是 按照自旋载体和产生的磁性不同,分子磁性材料可不清楚.近年来,Miller等对[MnⅢTPP]+[TCNE]-(H2TPP·17 ·? 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 专题综述Ziran Zazhi 为中心四苯卟啉)类分子磁体也进行了广泛的研究.有物在低温下,能够被光激发而发生从铁磁体到顺磁体的关的综述论文可参考文献[12]和[19].可逆转跃迁,是非常有实际应用的特性. Mn( Ⅱ) - 氮氧自由基链状配合物Mn(hfac)2(NIT2 草酸根桥联的双核或异双核金属配位物分子磁体Me)[20](hfac是六氟乙酰丙酮,NITMe 为2- 甲基- 4,4,一直吸引着人们的注意.具有D3对称性的[MⅢ(ox)3]3-5,5- 四甲基咪唑啉- 1- 氧基- 3- 氧化物自由基,Tc是一个非常有用的建造单元.它在3个不同的方向上都=7. 8 K) 及 Cu ( Ⅱ) 自由基配合物 [Cu (hfac)2]有“钩子”,能轻而易举地把别的金属离子拉进来而形成(NIT[21]多维的金属离子交替排列,从而成为二维或三维分子磁pPy)2(NITpPy为2- (2’吡啶 - 4,4,5,5- 四甲基咪唑啉- 1- 氧基- 3- 氧化物)是另一类的金属- 有体.如A[MⅡMⅢCr(ox)3](A =N(n - C4H9)+4、N( n -机自由基分子磁体.近年来,这类分子铁磁体的研究进C6H5)+4等) ,当MⅢ=Cr( Ⅲ) ,MⅡ为Mn(Ⅱ) ,Cu( Ⅱ) ,Co展很大,已由单自由基- 金属配合物扩展到多自由基-(Ⅱ) ,Fe( Ⅱ)和Ni( Ⅱ)时,其 Tc分别为6,7,10,12,14金属配合物.由于多自由基较单自由基有更多的自旋中K[26];当MⅢ=Fe( Ⅲ) ,MⅡ为Fe(Ⅱ) ,Ni(Ⅱ) ,Co( Ⅱ)时,心和配位方式,并且与金属配位更易形成多维结构的优Tc=30～50 K[27].点,多自由基—金属配位物的研究已成为分子磁体研究 草胺酸根合铜[Cu(opba)]2-、[Cu(pba)]2-及[Cu的热点之一[22].(pbaOH)]2-含有未配位基团,可作为形成多核配合物的前体.此前体具有两个桥基,易与Mn2+、Fe2+等阳离子3.金属配合物的分子磁体形成异双金属链而构成一维链状配合物,链内通过铁磁 金属配合物分子磁体是目前研究得最广泛、最深入或反铁磁偶合得到铁磁链或亚铁磁链,链间的铁磁或反的一类分子磁体,其自旋载体为过渡金属.在其构建单铁磁偶合导致材料的宏观磁性表现为铁磁或反铁磁性.元中,可以形成单核、双核及多核配合物.由这些高自旋这类分子磁体转变温度低,如由双草酰胺桥联的锰铜配的配位物进行适当的分子组装,可以形成一维、二维及合物MnCu(pbaOH)(H2O)3,Tc= K[28].三维分子磁体,可以形成链状或层状结构.根据桥联配 除此之外,近十年来化学家们对由三叠氮(N3)配体位体的不同,这类分子磁体主要包括草胺酸类、草酰胺桥联的多维化合物产生了极大的兴趣,这是因为三叠氮类、草酸根类、二肟类、氰根类等几种类型.配体主要以两种方式连接金属离子,见图2,分别对应反 报告的第一个这种类型的分子磁体是中间自旋 S =铁磁偶合和铁磁偶合,便于对分子磁性的设计.单独由3P2的FeⅢ(S2CNEt2)2Cl[4],在温度为 K以下表现为三叠氮配体桥联或混入其他有机桥联配体,可构成一磁有序,但无磁滞现象.接着便是基于双金属的低温铁维,二维和三维的配位聚合物,形成独特的磁学性质并磁有序材料[CrⅢ(NH3)6]3+[FeⅢCl6]3-( Tc= K和在一定温度下构成分子磁体[29].这方面,我国的南京大亚铁磁有序材料[CrⅢ(NH3)6]3+[CrⅢ(CN)6]3-( Tc=2.学和南开大学也做出了很好的工作[30,31].85 K) ,它们同样不具有磁滞现象[23,24]. 近年来,由法国科学家Verdaguer发现普鲁士蓝类配合物所表现出的较高的转换温度,大的矫顽力,使得普鲁士蓝类磁性配合物越来越吸引人们的注意[25].普鲁士蓝类分子磁体是基于构筑元件M(CN)k-6与简单金属离子通过氰根桥联的类双金属配合物,双金属离子均处于八面体配位环境,并通过氰桥连接成三维网络.其组成形式为 Mk[M’(CN)6]l·nH2O 或 AMk[M’(CN)6]l·nH2O(M和M’为不同的顺磁性,化合物为铁磁体,如图2 三叠氮配体和金属离子以及对应的磁交换Cu3[Cr(CN)6]2·15H2O( Tc= 66 K) 、Cu3[Fe(CN)6]2·12H4. 单分子磁体(Single2Molecular Magnets)2O(Tc=14 K) 、Ni3[Cr(CN)6]2·14H2O( Tc=23 K)均为铁磁体.若两个金属离子磁轨道重叠,它们之间的磁 以上情况都是分子被连接成聚合物后产生非常强偶合为反铁磁性,化合物为反铁磁体或亚铁磁体,如的分子间相互作用.从另一个角度,若分子间相互作用(Net4)[V(CN)6]·2H2O( Tc=230 K) 、CrⅡ3[CrⅢ很小可忽略,则分子被隔离成一个个独立的磁分子.当(CN)6]2·10H2O( Tc=240 K)[25].有价值的是,这类化合分子内含有多个自旋离子中心并发生磁偶合时,则总分1·8 ·? 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 自 然 杂 志 24卷1期专题综述子的磁矩决定于磁偶合后的最低能态,这时就可能出现域.如在本文中提到的:转换温度超过室温的分子基铁基态为自旋数较高的稳定态,在磁场的作用下产生准连磁和亚铁磁体材料的发现;具有高自旋的多核配合物在续的激发态能级.所以整个分子的磁矩在外场下,沿外低温下表现出磁性的单分子磁体的发现;在室温以上具场的方向偏转时需要克服一个较大的势垒,这种势垒来有大的磁滞现象的自旋交叉配合物的发现;分子基磁体自零场分裂的磁各向异性.有时也称这种现象为自旋阻的光磁、热磁效应;以及分子基磁体的 GMR、CMR效应挫(spinfrustration)[32].这种依赖于外磁场的双稳态(bist2等.所有这些成果都预示着分子磁性材料光明的未来.ability)被看作是新一代信息材料应用的基础.目前所发 相比于传统的磁性材料,由于广泛的化学选择性,现的单分子磁体主要包括Mn12和Mn14离子簇、Fe8离子可以从分子级别上对分子磁性材料进行修饰和改良;作簇和 V为磁性材料4离子簇等三类,如基态为 S = 10 的 Mn12O12,分子铁磁体具有体积小、相对密度小、能耗(O[33]小及结构的多样化等优点,其制备的方法大多为常规的2CMe)16(H2O)4.有意义的是,当这种单分子体积大到一定值时,可被认为是一种尺寸单一的可磁化的纳化学方法,便于做成各种形态的产品,所体现的性质有米材料,具有不可估量的应用前景.些是传统的磁性材料不可替代的.已发现这类新物质可能成为各类高科技材料,特别是新一代的信息存储5. 自旋交叉配合物材料. 众所周知 当然,当配合物分子内的自旋离子中心减少到,作为一种新生的材料,有很多方面仍需要进仅一个时一步研究和改进,这也是我国科学家在基础研究和应用,分子间的相互作用又很小,配合物显示出独立离子的特性科学走向世界前列的良机.可以预见,在未来的发展中,,为近似理想的顺磁性.具有3d4- 3d7电子配置的过渡金属配合物分子基磁性材料将可能在:①高,在八面体配位结构下,电子Tc温度的分子磁体;②在五个d电子轨道上的排布,可能会受到配位场e提高材料的物理稳定性;③透明的绝缘磁体;④易变、易g和t2g加工的分子磁体轨道之间的能隙Δ大小的影响;⑤和其他物理性能结合的复合磁性材,当Δ平均电子对能p相料近时;⑥超硬和超软磁体; ⑦液体磁体等方面着重探索和,化合物的自旋态可能由于某些外界条件的微扰,得到发展可呈现高自旋态与低自旋态的交叉转变[34].(.最典型的是2000年8月29日收到)一些Fe(Ⅱ)配合物,发生高自旋态5T1 Alivisatos A. P. ,Barbara P. F. ,Castleman A. W. ,et. al. Adv. Ma22(S =2,顺磁性)与ters. ,1998;10:1297低自旋态1A1(S =0,抗磁性)的转变,伴随自旋相变,化2 McConnel . J. Chem. Phys. ,1963;39:1910合物可能有结构甚至和颜色的变化.有一些的转变温度3 McConnel . Proc. . Welch Found. Chem. ;11:144还在常温区,如[Fe(Htrz)4 Wickman . ,Trozzolo . ,Williams . ,et. al. Phys. Rev. ,3- 3x(NH2trz)3x](ClO4)2·H2O1967;155:563(trz=1,2,4 三唑类) ,在常温下从紫色(低自旋)随温度5 Miller . ,Calabrese . ,Epstein . ,et. al. J. Chem. Soc. ,上升转为白色(高自旋).成为另一种新的可利用的双稳Chem. Commun,1986;10266 Pei Y. ,Verdauger M. ,Kahn O. ,et al. J. Am. Chem. Soc. ,1986;态现象[35].1984年,Decurtins等人首次观察到光诱导自108:7428旋交叉效应[36],并随后在低温下利用光对自旋态的激发7 . ,Yee . ,Mclean . ,et al. Science,1991;252:和调控进行了深入研究,期望能用作纳秒级的快速光开14158 FerlayS. ,Mallsah T. ,Ouahes R. ,et al. Nature,1995;378:701关和存储器[34].我国在自旋交叉研究方面也取得了可喜9 Mallah T. ,Thiebaut S. ,VerdaguerM. ,et al. Science,1993;262:1554的成绩[37],如发现温度回滞宽度近55 K的自旋交叉化10 Zhong . ,You X. Z. ,Chen T. Y. Annual Sci Rept—suppl of J of合物[Fe(dpp)Nanjing Univ. ,, Nov19942(NCS)2]py(dpp =二吡嗪(3,2,2-,3-)邻11 Griebler . ,Babel . ,NaturforschB. Anorg. Chem. ,1982;37B菲罗啉,py=吡啶)[38],而且首次发现在快速冷却下仍保(7) :832持高自旋亚稳态,实现了不通过光诱导也能得到低温下12 . ,. Chem. Int. Ed. ,1994;33:38513 Takahashi M. ,Turek P. ,NakazawaM. ,et al. PhysLett,1991;67:746的双稳态[39].14 Chiarelli R. ,. ,Rassat A. ,et al. Nature,1993;363:14715 Allemand . ,Khemani . ,Koch A. ,et al. Science,1991;254:301四、展 望16 . ,. ,Reiff . ,et al. J. Phys. Chem. ,1987;91:4344 分子基磁性材料作为一种新型的材料,近十年来,17 . ,. ,. ,et. al. J. Am. Chem. Soc. ,1987;109:769在化学家和物理学家的努力下,在很多方面已经取得了18 Zhou P. ,. ,. ;181:71突破性的进展,迅速发展成为一门材料学科的前沿领19 . Inorg. Chem. ,2000;39:4392估计效果很不好 如果想要的话，留个邮箱，给你发过去
近期，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心磁学国家重点实验室M08组龙有文研究员团队和武汉大学物理科学与技术学院的何军教授团队合作，对不同厚度的Cr2Te3样品进行了研究，发现其 T C随着材料厚度的降低而逐渐升高，直到厚度低于二维极限（~10 nm）时， T C由块体的160 K急剧上升至室温附近（约280 K），并通过理论计算揭示了这一反常现象的机理。 一直以来，根据Mermin-Wagner理论，由于热扰动的影响，长程的铁磁有序很难在二维材料中形成。但是，近期一系列二维层状材料，比如Cr2Ge2Te6，CrI3以及VSe2等的长程铁磁性被发现，掀起了层状材料（层与层之间由范德瓦尔斯键连接）磁性研究的热潮。然而到目前为止，对于非层状铁磁材料（原子之间由非范德瓦尔斯键连接）不断变薄直至1个元胞左右厚度的磁性演化却缺乏相关的研究。为 探索 二维非层状材料的铁磁行为，研究团队生长出了不同厚度的Cr2Te3，并对其结构、电输运、磁性以及反常霍尔效应等进行了详细表征。研究表明，当厚度大于12 nm时，材料展示了与块体类似的铁磁行为，其 T C仅随厚度降低略有升高。然而，当厚度降低至6个元胞厚度时（约 nm）， T C急剧上升至室温附件，可高达280 K，展示了与其他铁磁材料 T C随厚度变化截然相反的规律。进一步通过理论计算，团队发现Cr2Te3铁磁居里温度随厚度的反常变化可能源于材料表面原子的重构，使得表面原子间距离变短，铁磁相互作用增强，该结论进一步获得了X光衍射结果的佐证。本工作率先发现了铁磁居里温度随厚度降低而急剧升高的反常现象，为深入研究二维材料特别是非层状二维材料的新奇物理性质提供了范例。 相关研究结果发表在近期的Nano. Lett. 上（20,3130,2020）。该工作获得了 科技 部（2018YFE0103200，2018YFA0305700），国家自然科学基金委（11934017，51772324，11921004，11574378），中国科学院（QYZDB-SSW-SLH013，GJHZ1773）等项目的支持。 文章链接： 图1：Cr 2 Te 3 具有三方晶体结构。 图2：二维Cr 2 Te 3 具有铁磁性，在280 K和180 K附近出现两个磁转变。 图3：不同厚度Cr 2 Te 3 铁磁居里温度 Tc 随厚度的变化关系，低于二维极限（~10 nm）时， Tc 急剧上升到室温附件（约280 K）。 图4：理论计算和XRD测试表明二维Cr 2 Te 3 表面原子可能会重构，使得表面原子间距离变短，从而导致 Tc 急剧升高。 ↓ 点击标题即可查看 ↓ 1. 为什么不倒翁小姐姐能摇一晚上不倒？ 2. 如果在家考，作弊就很容易吗？ 3. 「我给你 37 美元，求求你把这桶油搬走吧」 4. 老师隔离后用射击 游戏 上网课，真不怕学生看完更想玩 游戏 ？ 5. 被五步蛇咬，走几步才最安全？ 6. 我们从不你，除非……你不懂物理 7. 为什么菜油倒海上能救命？这道题美国学霸国父也不会做 8. 为什么有 32 个关卡的超级马里奥兄弟只要 64KB？ 9. 十大物理效应，一次看个够！ 10. 方程 E = mc² 中，m 的能量从何而来？
图1. CrN/ C r₂O₃ 超晶格界面结构和电子态表征
界面磁性 是一个具有代表性的过渡金属氧化物低维结构的界面物性，对于理解界面自旋轨道耦合的物理机制和构筑低维自旋电子器件非常重要。 氧化物异质界面的多自由度耦合不仅可以影响界面两侧氧化物的本征磁性，还可以在界面诱发出新的磁基态 。 例如，研究者们在两个反铁磁性氧化物界面观测到铁磁性【Science 280, 5366 (1998)】、在完全抗磁的铜基超导体与锰氧化物界面反铁磁序【Nat. , 244 (2006)】、在反铁磁性氧化物和顺磁性氧化物界面观测到磁交换偏置【Nat. Mater. 11, 195 (2012)】和反常霍尔效应【Nat. Commun. 7, 12727 (2016)】等。近二十年来，在 全氧化物异质界面 观测到的出乎意料的新奇磁性现象极大地丰富了氧化物异质结的物理图像。与此同时，过渡金属氮化物是与过渡金属氧化物媲美的一族具有 关联量子效应 和 丰富物理特性 的材料体系。通常，制备单晶氮化物需要苛刻的高压和高温的极端条件，同时这些氮化物的化学计量比极难准确控制。因此，到目前为止，将氧化物与氮化物外延生长构成异质界面未见报道，其界面的物理特性亟待研究。在这类新型异质界面中， 两种阴离子（氧和氮）都将与过渡金属离子发生轨道杂化构成界面结构，它们都将提供共存的库伦排斥和原子内/间的交换相互作用 。 同时，由于不同离子之间的价态、离子半径、轨道电子数目等本征特性不同，这种新型界面将有可能产生有别于本征过渡金属氮化物和氧化物母体的新奇物性，有望进一步丰富低维关联电子材料的物理图像，扩展这类量子界面的多功能性。
图2. 利用超导量子干涉仪和X射线光电子能谱表征CrN /Cr₂O₃超晶 格宏观磁性
氮化铬（CrN）块体是一类反铁磁金属性材料，具有简单立方晶格（Fm3m）【详见2020年103期： 反铁磁金属氮化铬超薄膜的电子态相变研究 】，而氧化铬（ Cr ₂ O ₃ ）块材具有反铁磁绝缘体特性，是典型的六方晶格 六方晶格 。两种材料。 两种材料本征的对称性、电负性、阴离子和晶格常数均有很大差别， 能否形成高质量的量子界面以及界面是否具有与本征材料不同的新颖物性 是本项目研究的重点 。最近，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心的郭尔佳特聘研究员指导博士研究生金桥，与金奎娟研究员、谷林研究员、朱涛研究员、刘刚钦特聘研究员以及中国科学院宁波材料技术与工程研究所的杨洪新研究员、南方 科技 大学的王善民教授和中国科学技术大学的闫文盛研究员/李倩研究员紧密合作， 利用脉冲激光沉积技术制备了高结晶质量、准确化学配比、单原胞层精度的反铁磁氮化铬（CrN）/反铁磁氧化铬（ Cr ₂ O ₃ ）超晶格 （以下简称超晶格）。利用扫描透射电镜和电子能量损失谱，他们观察到氮和氧离子在各自超薄膜中均匀分布，同时界面处的阴离子化学混杂小于4埃， 具有单原胞层量级的平整界面 。实验上，他们首先利用超导量子干涉仪测量不同周期的超晶格，发现随着厚度增加，饱和磁化强度减小和矫顽场增加。在室温下，两原胞层周期的超晶格表现出典型的 铁磁性特征 ， 居里温度约为325K ，超过了两种母体材料的反铁磁聂耳温度。研究团队进一步通过X射线磁圆二色谱、氮空位色心磁力仪等实验技术确认了这种新颖的超晶格界面具有 室温铁磁性 。他们利用中国散裂中子源和美国橡树岭国家实验室的散裂中子源的极化中子反射谱仪将不同周期超晶格中的磁矩和化学组分随薄膜厚度的分布关系精确表征，进一步给出了该界面具有铁磁性的确凿证据。研究团队根据界面原子结构开展了系统的第一性原理计算，结果表明铁磁性是该界面结构的最稳定基态，能隙和磁矩的随厚度的变化均与实验观测一致 。 研究团队认为通过界面处不同阴离子与铬离子的轨道耦合改变交换耦合强度，产生的自旋排列长程序，打破了本征两种母体材料的反铁磁序。本工作的意义在于 首次在单原胞层尺度精准构筑了不同于全氧化物界面的氮化物/氧化物新型量子界面，利用人工界面耦合在两个反铁磁材料界面观测到室温铁磁性 ，这种方法为研究低维量子异质结中的量子序和发现新物态提供了新思路。
图3. 氮空位色心和极化中子反射技术进一步确认超晶格中存在确凿净磁矩。
本研究的相关内容以“Room-temperature ferromagnetism at an oxide/nitride interface”为题发表在Physical Review Letters上。
图4. 超晶格的能带结构、原子磁矩和能隙随周期的变化关系
本研究成果的共同第一作者为中国科学院物理研究所的博士生金桥和张庆华副研究员以及中国科学院宁波材料技术与工程研究所的博士生王智文。中国科学院物理研究所的郭尔佳特聘研究员和金奎娟研究员以及中国科学院宁波材料技术与工程研究所的杨洪新研究员为文章的共同通讯作者。本工作得到了中国科学院高能物理研究所的王嘉鸥研究员、上海大学的尹鑫茂教授、新加坡国立大学的Chi Sin Tang和Andrew T. S. Wee教授在同步辐射光源测量方面以及美国西北太平洋可再生能源国家实验室的王乐博士和Scott A. Chambers教授在X射线光电子能谱方面以及郑州大学郭海中教授、法国国家科学院的Sujit Das博士在宏观物性表征方面的支持。
该工作得到了 科技 部重点研发计划“量子调控与量子信息”专项（2020YFA0309100和2019YFA0308500）、国家自然科学基金委、北京市 科技 新星计划、北京市自然科学基金、中国科学院各类专项经费等项目的支持。
相关工作链接：
★ ★ dfq0730(金币+2,VIP+0):资源不少，可以分享一下吗？也省得老是发邮件的 1-4 13:48高吸水性树脂（英文名为Super Absorbent Resin， 简写为SAR），或者称为高吸水性聚合物（英文名为Super Absorbent Polymer，简写为SAP），是一种含有羧基等强亲水性基团并具有一定交联度的水溶胀型高分子聚合物。与传统吸水材料如海绵、纤维素、硅胶相比，它不溶于水，也不溶于有机溶剂，却又有着奇特的吸水性能和保水能力，同时又具备高分子材料的优点。高吸水性树脂的吸水量高，可达到自重的千倍以上，而且保水性强，即使在受热、加压条件下也不易失水，对光、热、酸碱的稳定性好，还具有良好的生物降解性能。 高吸水性树脂的开发与研究只有几十年的历史。是一种典型的功能高分子材料，具有一般高分子化合物的基本特性。它能够吸收并保持自身质量数百倍乃至数千倍的水分或都数十倍的盐水，并且能够保水贮水，即使加压也很难把水分离出来。这是由于其分子结构上带有大量具有很强亲水性的化学基团，而这些化学基团又可形成各种相应的复杂结构，从而赋予该材料良好的高吸水和高保水特性。 高吸水性树脂与水有很强的亲和力使它在个人卫生用品方面得到广泛应用，并在农业、土木建筑、保鲜材料、改造环境等方面的应用也显示出广阔的前景。如婴儿纸尿片、老年失禁纸尿片布、妇女用卫生巾等，广大发展中国家在这方面的需求不断增长，各国纷纷扩大生产，增加研究和开发力度。高吸水性树脂作为通讯电缆的防水剂、湿度调节剂、凝胶转动装置、活体酶载体、人造雪等方面也得到了大量的研究和应用。高吸水性树脂在农艺园林方面的应用也已表现出令人鼓舞的前景，它有利于节水灌溉、降低植物死亡率、提高土壤保肥保水能力、提高作物发芽率等。高吸水树脂在沙漠治理方面的应用更是具有无可估量的社会效益。由此可见进一步开发高吸水性树脂仍然有很重大的意义。 1.国外状况 高吸水树脂的研究开发始于20世纪60年代后期。1966年美国农业部北方研究所Fan-ta等进行了淀粉接枝丙烯腈的研究，从此开始了高吸水树脂的发展。Fanta等在论文中提出：淀粉衍生物的吸水性树脂具有优越的吸水能力，吸水后形成的膨润凝胶体保水性很强，即使加压也不与水分离，甚至还具有吸湿放湿性，这些材料的吸水性能都超过以往的高分子材料。该树脂最初在Henkel Corporation工业化成功，其商品名为SGP(Starch Graft Polymer)。1971年Grain Processing公司以硝酸铈盐作引发剂，采用丙烯腈接枝在淀粉或纤维素上的方法合成出高吸水树脂。在这一时期，美国Hercules、National Starch、General MillsChemical，日本住友化学、花王石碱、三洋化成工业等公司相继成功开发出了高吸水树脂，德国、法国等世界各国对高吸水树脂的制备、性能和应用等领域也进行了广泛的研究，并取得大量成果。其中成效最大的是美国和日本。此后，国外对SAP的研制、生产和应用便以惊人的速度发展起来。1978年日本实现了SAP工业化生产。 高吸水树脂的生产与消费增长很快，1980年，世界高吸水性树脂生产能力约为5 kt/a，1990年增加到207 kt/a，1999年猛增到1292 kt/a。目前，世界SAP的最大生产商是日本触媒化学公司，其次是Deggusa/Huels集团的Stockhausen公司，第三位是美国Amcol公司的全资子公司Chemdal公司，这3家公司合计能力约占世界总能力的％。欧洲高吸水性树脂的主要生产厂家有法国Atofina公司和SNF Floerger公司，比利时的BASF公司和Nippon Shokubai公司，德国BASF公司、Stockhausen公司和Dow化学公司、英国Industrial Zeolite公司等。 美国是世界上最大的高吸水性树脂消费国，消费量约为280 kt，约占世界总消费量的％。欧洲高吸水性树脂的消费量约为200 kt，约占总消费量的％；日本高吸水性树脂的消费量约为80 kt，约占世界总消费量的％；其他地区的消费量约占％。根据预测，2005年世界高吸水性树脂的消费量将达到1000～1100kt，消费量年均增长速度为％～％。 随着其产品多样化及性能的提高，高吸水树脂的应用领域也必将不断扩大。1973年美国UCC公司开始将高吸水树脂应用于农业方面，接着又扩展到农林园艺的土壤保水、苗木培育及输送、育种方面。接着日本、法国等也展开了吸水性树脂的应用研究。现在，高吸水树脂已经广泛应用于农林园艺、医疗卫生、建筑材料、石油工业、食品行业、日用品行业、人工智能材料等各个领域。 2 国内状况 国内高吸水性树脂的研究工作起步较晚，始于20世纪80年代初，与国外相比，我国高吸水性树脂的研究开发与应用相对比较缓慢，2004年我国高吸水性树脂的生产能力也只在30kt/a左右，生产企业近30家，但规模都不大，生产能力在1kt以上的仅7家。 国内有三十多家单位在从事高吸水性树脂的研究。例如上海大学、吉林石油化工研究所、中国科学院化学所、中国科学院兰州化学物理研究所、广州化学所、天津大学、北京化工大学、广东工业大学化工研究所等，这些单位的工作大都着重于水性树脂的合成研究。在应用方面，吉林、黑龙江、新疆、河南等省把高吸水性树脂应用于农业生产中取得了较为可喜的成就。目前，国内高吸水剂的研究工作绝大部分仍处于实验室阶段，有的已转入中试阶段，但工业化的很少，主要还是依靠进口。 目前，在我国高吸水性树脂大部分为进口产品，进口价为－万元/t。国内高吸水性树脂生产成本在－万元/t，售价为－万元/t。预计到 2010年国内高吸水性树脂的需求量将达到100kt。 在我国吸水树脂的消费主要以卫生用品应用为主。在今后我国吸水树脂应用方面卫生材料仍是主流，其需求量还将不断增大。由于我国水资源十分贫乏，水土流失严重，荒漠化土地日趋扩展;并且我国正处于工业化、城市化的加速发展阶段，城市草坪业和花卉业将有巨大的发展空间。吸水树脂作为土壤改良剂，保水保肥剂，种子及苗木移植涂覆剂在农业、林业、园林绿化、改造沙漠等方面将起着重要的作用，有关专家认为，再经过七八年的努力作为保水剂的吸水树脂有可能成为继化肥、农药、地膜之后最受广大农民欢迎的农用化学品之一，其市场前景十分广阔。高吸水性树脂是一种发展迅速的新材料，在我国极具市场潜力。随着人们对SAP研究的深入，具有耐盐、保水、保肥等多功能SAP的研究已经取得了巨大的进展，但是我国SAP的生产及应用均落后于发达国家，迫切需要快速发展。我国地大物博，土壤沙漠化严重， SAP在农业上的应用具有巨大的潜力，加强对具有抗旱保墒，且具有缓释肥功能的绿色环保型SAP的研究，建立以多功能新型SAP为中心的完整化学抗旱、节水、保水技术体系，并开展大面积的示范推广也是今后研究的重点。此外，目前应用于工业化生产的SAP大多是丙烯酸盐类，原料成本高，不利于大范围应用。加强对非金属矿物/保水复合材料的研究，同时研究简化生产工艺，减少聚合后半成品水分含量从而减少产成品干燥时间和干燥能耗，对于降低SAP成本，扩大SAP应用范围具有重要意义。另外，应该尽快利用原料和市场需求两个优势，引进国外先进技术，并依托国内科研力量进行开发，建设经济规模工业化装置，以便迅速占领这一高增长的市场。
仅供参考；《功能高分子材料》课程是高分子材料、复合材料、材料化学和应用化学专业的核心主干课程，它是建立在高分子化学和高分子物理基础上，并与其它多种学科如物理学、生物学、医学、分离科学等交叉的综合性课程。由于涉及领域非常广泛，如涵盖了吸附分离功能高分子材料、反应型功能高分子材料、电功能高分子材料、光功能高分子材料、高分子功能膜材料、生物医用功能高分子材料、液晶高分子材料、环境敏感高分子材料等，该门课程教学质量的优劣对学生能否深入了解功能性高分子的设计、表征和应用非常重要。考虑到《功能高分子材料》课程一般是在大三的下学期或大四的上学期开设，这时学生面临着考研复习和找工作等问题，很难静下心来进行深入的学习。因此，采用传统的教学方式难以达到满意的教学效果。针对这些问题，结合我校高分子材料专业教学的实际情况，笔者对《功能高分子材料》课程的教学从教材选定、教学内容和教学方式方面进行了探索。下面，笔者就自己的点滴体会进行论述。1教材的选定和内容的精讲自高分子学科在我国诞生以来，功能高分子材料的发展非常迅速，目前为止国内所见的教材已有十多种。由于功能高分子材料发展非常迅速，为了获取最新的知识，不能选择那些出版年月较老的教材。另外，还要保证教材编写的质量。经过对不同教材的比较,结合我校实际,最终选用了赵文元和王亦军编著的由化学工业出版社于2008年出版的教材。该教材是在1996年版的基础上，加入了许多新的功能高分子方面的研究内容，并结合实际对一部分内容进行了一定的删改。经过对该教材一段时间的试用，我们发现效果较好。另外，针对课时有限而授课内容多的矛盾，应突出教学重点，选择最热门和重要的部分进行精讲，其它部分略讲或者学生自学。2多媒体教学与传统教学方式相结合多媒体教学是指运用计算机并借助于预先制作的教学课件来开展教学活动的过程。与传统教学方法相比，它具有课堂容量大、图文并茂、形象生动、易于突出教学重点和难点等优点。近几年来，越来越多的课程开始实行多媒体教学。功能高分子材料方面新概念多，涉及领域广，借助多媒体技术，不仅可向学生直观地展示有关功能高分子设计实例，而且可插入适当的生产生活实例，使抽象枯燥的功能高分子材料课程更加具体生动。同时，要注意的是多媒体教学效果的好坏，在很大程度上取决于教学课件的水平。因此，老师应努力提高教学课件的制作水平。另外，我们也注意到，多媒体教学的上课进度明显要快于传统的板书教学。这样，对于某些特别重要的理论公式的学习和推导，通过多媒体教学难以使学生在较短的时间内完全理解，这时就应该采用传统的板书教学方式。因此，我们应采取多媒体教学与传统教学相结合的教学方式，根据教学内容进行相应的调整，既保证学生对课程感兴趣，又能让学生真正深入的理解功能高分子材料的知识。3联系生活实际，引出所要讲述的功能高分子材料以生活中的实际例子或新闻报道中的最新科技进展为例子，引出将要介绍的功能高分子材料。这样既能让学生意识到功能高分子材料的重要性，提高学习的积极性，又能让学生了解到最新的研究成果，提高对科学研究的兴趣。如从全球都非常关注的环保问题出发，引出废水和废气处理方面的功能高分子材料，介绍这些功能高分子材料的设计思路和原理，让学生从理论和实际相结合的角度深入理解所学的功能高分子知识。同时，还可以提出一些生活中材料的不足，让学生发挥主观能动性，提出解决这些材料不足之处的方法或设计新的功能高分子材料的想法。这样，学生的学习兴趣会大大的提高，教学效果也会明显得到改善。4利用网络资源，紧跟最新研究进展，实时补充新的教学内容功能高分子材料是一门发展非常迅速的学科，每隔一段时间都有新的研究成果诞生，我们应根据情况实时的补充那些热门和重要的研究成果到教学内容中，让学生了解到最新的功能高分子知识，提高学生对功能高分子材料的兴趣。互联网上资源丰富，内容更新快，是老师补充教学内容的最佳途径。目前，利用网络资源作为课堂教学的辅助手段，是学生喜闻乐见的形式。老师可以制作一个功能高分子的网页，提供最新研究成果的链接，方便学生浏览。同时，还可以鼓励学生在网上搜索最新的研究成果，再在课堂上以口头报告的形式传达给同学。这样，既能让学生对功能高分子材料进行全面的了解，又能让学生主动的参与教学，达到较好的教学效果。5互动式教学，学生做“学术报告”课堂教学是教学的关键性环节，如何启发学生积极思考，调动学生的学习积极性，是老师们一直在探索的问题。针对功能高分子材料涵盖领域多，可以从热门的领域中选择几个作为报告题目，然后让学生分成若干个小组，共同完成查找资料和组织讲稿的工作。最后，从各小组中选出一人作为代表上台做“学术报告”，每个小组之间互相提问。
在世界范围内, 高分子材料的制品属於最年轻的材料.它不仅遍及各个工业领域, 而且已进入所有的家庭, 其产量已有超过金属材料的趋势, 将是 21 世纪最活跃的材料支柱. 高分子材料是有机化合物, 有机化合物是碳元素的化合物.除碳原子外, 其他元素主要是氢、氧在世界范围内, 高分子材料的制品属於最年轻的材料.它不仅遍及各个工业领域, 而且已进入所有的家庭, 其产量已有超过金属材料的趋势, 将是 21 世纪最活跃的材料支柱.高分子材料是有机化合物, 有机化合物是碳元素的化合物.除碳原子外, 其他元素主要是氢、氧、氮等.碳原子与碳原子之间, 碳原子与其他元素的原子之间, 能形成稳定的结构.碳原子是四价, 每个一价的价键可以和一个氢原子键连接, 所以可形成为数众多的、具有不同结构的有机化合物.有机化合物的总数已接近千万种, 远远超过其他元素的化合物的总和, 而且新的有机化合物还不断地被合成出来.这样, 由於不同的特殊结构的形成, 使有机化合物具有很独特的功能.高分子中可以把某些有机物结构(又称为功能团)替换, 以改变高分子的特性.高分子具有巨大的分子量, 达到至少1 万以上, 或几百万至千万以上, 所以, 人们将其称为高分子、大分子或高聚物.高分子材料包括三大合成材料, 即塑料、合成纤维和合成橡胶(未加工之前称为树脂).面向21 世纪的高科技迅猛发展, 带动了社会经济和其他产业的飞跃, 高分子已明确地承担起历史的重任, 向高性能化、多功能化、生物化三个方向发展.21 世纪的材料将是一个光辉灿烂的高分子王国.现有的高分子材料已具有很高的强度和韧性, 足以和金属材料相媲美, 我们日用的家用器械、家具、洗衣机、冰箱、电视机、交通工具、住宅等, 大部分的金属构造已被高分子材料所代替.工业、农业、交通以及高科技的发展, 要求高分子材料具有更高的强度、硬度、韧性、耐温、耐磨、耐油、耐折等特性, 这些都是高分子材料要解决的重大问题.从理论上推算, 高分子材料的强度还有很大的潜力.在提高高分子的性能方面, 最重要的还是制成复合材料第一代复合材料是玻璃钢, 是以玻璃纤维和合成树脂为粘合剂制成.它具有重量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀、导热系数低、易於加工等优良性能, 用於火箭、导弹、船只和汽车躯体及电视天线之中.其后, 人们把玻璃纤维换成碳纤维, 其重量更轻, 强度比钢要高3~5 倍, 这就是第二代的复合材料.如果改用芳纶纤维, 其强度更高, 为钢丝的5 倍.高性能的高分子材料的开拓和创新尚有极大的潜力.科学家预测, 21 世纪初, 每年必须比目前多生产1500~2000 万吨纤维材料才能满足需要, 所以必须生产大量的合成纤维材料, 而且要具有更轻型、耐火、阻燃、防臭、吸水、杀菌等特性.有许多新型纤维, 如轻型空腔纤维、泡沫纤维、各种截面形状的纤维、多组份纤维材料等纷纷被研制出来, 人们可指望会有耐静电、耐脏、耐油, 甚至不会沾灰的纤维材料问世.这些纤维材料将用於宇航天线、宇航反射器、心脏瓣膜和人体大动脉.高分子功能材料, 在高分子王国里是一片百花争艳的盛景.由於高分子的功能团能够替代, 所以只要采用极为简便的方法, 就可以制造各种各样的高分子功能材料.常用的吸水性材料, 如棉花、海绵, 其吸水能力只有本身重量的20 倍, 在挤压时, 已吸收的大部分水将被挤出来.而用淀粉和丙烯腈制成的高分子吸水材料, 它不仅能吸收自身重量数百倍到上千倍的水, 而且受到挤压也不会挤出水来.人们可以期望, 将高吸水性的高分子材料制成能将化学能转变成机械能的装置, 以及具有类似於肌肉的功能或制造测量仪器.在微电子工业的光刻集成块工艺, 常用的光刻胶(又称光致抗蚀材料), 就是能使高分子相连接一种功能团, 光照射时会起化学反应, 使其溶解度降低或提高.应用这种光刻胶制备集成块, 可以使集成块的线宽达到 到 微米(1p毫米), 只有用其他工艺制成的集成块的线宽的1/10 到1/100, 是适合於21 世纪的电子计算机的主要元件mm微细元件的开关.光刻胶并能用於各种精细加工, 如半导体元件, EP 刷线路板, 金属板膜或表面的精细加工、玻璃、陶瓷的精细刻蚀、精密机械零件加工等.高分子功能材料应用在信息工程方面, 已经生产了光电导摄影材料、光信息记录材料、光mm能转换材料, 并都已进入实用阶段.像"当代摩西神树"的离子交换树脂的高分子功能材料也发展很快, 许多高分子离子交换膜、高分子反渗透膜、高分子气体分离膜、高分子透过蒸气膜等都在化学工艺的筛分、沉淀、过滤、蒸馏、结晶、萃取、吸附等过程中获得应 用, 而且分离结果优於其他方法, 可节约大量能量.日本的制盐工业早已用离子交换膜去代替盐田和电解食盐工艺.利用反渗透膜对有机化工、酿造工业的三废进行处理, 可回收胺、酯、醇、醚、酮、酚等重要有机化合物.气体分离膜对不同气体的透过率和选择性不同, 可以利用这一性质从混合气体中选择分离某种气体, 如从空气中富集氧, 从合成氨中回收氢, 从天然气中收集氦, 还可以制备一种水下呼吸器(人工鳃), 它是直接从海水中提取氧的潜水装置, 人类可望能长期生活在海水中, 进入海龙王的宫殿, 分享海龙王海底宁静的幸福生活的梦想可变成现实.还有各种信息转换膜、反应控制膜、能量输送膜等正在研制阶段.一种富有吸引力的生物膜也正在研究之中.生 物膜具有奇特的性能, 不仅能主动起能量、信息、物质的传递作用, 还能参加光合作用及有机物质的生命合成等生命活动.这就是21 世纪的高科技的一颗明珠, 摘取这颗明珠需要有极大的勇气和百折不挠的精神.高分子功能材料的另一极为重要的发展就是用於催促化学反应, 这类高分子功能材料被称为高分子催化剂.早在本世纪40 年代, 人们已经使用一种叫交联磺化聚苯乙烯的离子交换树脂作催化剂, 用於化学反应的各个过程, 如水解、缩合、聚合等.尔后, 这类高分子功能材料发展很快, 高分子金属络合物催化剂接着问世, 它能够在化学反应中加速捕捉金属离子, 实现金属化合物的迅速分离, 在工业生产和工业分析上是一种十分重要的方法.还有高分子金属催化剂, 是促进化合物中金属离子迅速完成化学反应的材料, 它已获得了成功的应用.自然界存在一种最有效的催化剂, 称为酶.这一类高分子材料像酶一样有很强的催化作用, 称为人工合成酶.酶是由氨基酸组成的蛋白质高分子化合物, 它是生物体内各种生物化学反应的高效催化剂, 是性能最优异的天然的高分子功能材料.现在, 各种人工合成酶已经研制成功并逐步投入应用, 其种类越来越多, 科学家根据酶的作用原理试图模仿应用於化学工业的催化剂, 在化学工业上进行一场革命.它可以制作进行化工生产, 可以充分利用再生的生物资源, 以摆脱传统的以石油系列为主要原料的合成工艺, 而且还可用酶的催化原理, 避开传统的合成工艺中的高温, 高压的条件, 在各种物质混合的状态下, 有选择地使特定物质发生化学反应, 使反应物能够不加分离地连续反应至生产出最终产物.这样, 生物反应器将会改变化工企业高塔林立的传统面貌, 不仅能节约能源, 改善工作环境, 同进还可以广开化工资源, 消灭废水、废气和废料(又称三废), 使建立无污染的理想化学工业成为可能.例如天门冬酰胺酶制成的中性树脂的前景就非常光明.高分子材料在医学和生命科学上的应用已有很长的历史, 但是依靠着高科技的进步, 近期来这个领域的发展令人惊讶, 人工心脏瓣膜、人工肺、人工肾、人工血管、人造血液、人工皮肤、人工骨骼、人工关节, 从研制迅速成功到不断完善, 并且已付诸使用.高分子材料制作的手术器械、医护用品已不计其数.高分子材料生物化的最大特色就是控制人的健康和生命, 利用不带药剂性的高分子与其他药剂合成的高分子药剂, 可大大改善治疗效果, 这一类药剂人体易於吸收, 毒性和副作用小.如引起恶心、全身不适等不良反应的抗癌药, 把它们高分子化, 其效果就大大改善, 像抗癌药芳庚酚酮和甲基丙烯酸结合为高分子, 其效果更佳.另一类高分子药物, 本身就有很高的药效, 如合成的聚乙烯吡咯烷酮, 就可以作为血浆的代用品.商品化的聚醚与聚氨酯合成的高分子药物与血浆蛋白质中的白蛋白的亲和力特别高, 相处很融洽, 是一种解决人体血凝的医用高分子材料.纵观上述, 高分子已经成为21 世纪材料科学中强有力的支柱, 高分子材料的发展在21 世纪将会取得更大的成就
高分子材料的制品属於最年轻的材料.它不仅遍及各个工业领域，另外，（材料科学）里面的资料，让你找找自己的灵感