harbin institute of technology 纳米技术实验报告
课程名称：纳米技术院系：航天学院微电子科
学与技术系班级： 21系设计者：王
立刚学号： 14s121034 指导教师：
哈尔滨工业大学
实验二：接触角测量实验
一、实验目的
1、在研究纳米材料时，表面润湿特性是纳米材料的重要性质，通过本实验了解润湿接触
角概念和测量原理；
2、采用高倍显微镜观测实验材料（316不锈钢，吊兰叶片，氮化硼纳米管膜）的表面微
观结构；
3、掌握用接触角测量仪测量纳米材料的接触角。
二、实验仪器、样品
jc2000c1 接触角测量仪，包括接触角测量仪主机平台，蠕动加样泵，ccd摄像头等几部分。计算
机ccd及数据处理软件，烧杯，超纯水，移液器，316不锈钢片，吊兰叶片，氮化硼纳米管
膜。
三、实验原理
所谓接触角是指在固体材料水平表面上滴一液滴，形成的固、液、气三相交界点处，气
—液界面和固—液界面两切线把液相夹在其中时所成的角θ（contact angle），如图1所示。
图1 接触角
润湿（wetting）的热力学定义是，若固体与液体接触后体系（固体和液体）的自由能g
降低，称为润湿。接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度，θ在0~180°之间，θ
＝90°可作为润湿与不润湿的界限，当θ<90°时为可润湿，材料是亲水性的；当θ>90°
时为不润湿，材料是疏水性的。
本实验使用液滴量角法，拟合分析法。量角法是将固体表面上的液滴投影到屏幕上，然
后直接测量切线与相界面的夹角，即直接测量接触角的大小。拟合分析法是选中液滴两侧的
底部，两侧的中部，和顶部五个点拟合出液滴的形貌，然后进行接触角的测量。
本实验使用的样品有三种材料，316不锈钢，吊兰叶片，氮化硼纳米管膜。316不锈钢具
有标准的不锈钢润湿特性，呈亲水性；吊兰叶片为自然界中具有特殊表面润湿效应的生物体；
氮化硼纳米管膜为仿生疏水膜。
四、实验步骤
1、接触角测量
将实验样品摆在测试台上，转动蠕动泵旋钮在样品表面加一滴水样，开机运行
jc2000-usb.exe，进入接触角测量界面，按“冻结图像”后，“保存图片”。分别测：3个实
验样品的接触角。 2、实验处理
按“量角法”，进入量角法主界面，按“开始”，选中需要计算的图形文件。先定量角器
的精度，然后，测量尺通过向上、下、左、右及旋转，至测量尺与液滴边缘相切，再下移测
量尺到液滴顶端，再将旋转测量尺，使其与液滴左端相交，即得到接触角的数值。也可以使
测量尺与液滴右端相交，此时用180°减去测量值即为接触角。
五、实验结果
1、316不锈钢片
图2 316不锈钢片上水滴形貌
图3 量角法测量玻璃接触角
图4 5点拟合分析法测量玻璃接触角
量角法：94.5°
5点拟合分析法：96°
由此可见玻璃表面为疏水表面。 2、芦荟叶片
图5 吊兰叶片上水滴形貌
图6 量角法测量吊兰叶片接触角
图7 5点拟合分析法测量吊兰叶片接触角篇三：纳米磁性液体1 纳米磁性液体
秦飞
（大连大学机械工程学院机英091）
摘要：纳米磁性液体是纳米铁磁性微粒在表面活性剂的包覆下, 稳定地分散在载液中而
形成的一种胶体体系, 同时具有磁性和流动性, 因此具有许多独特的磁学、流动力学,光学和
声学特性, 在工业领域得到广泛的应用。文章概述了纳米磁性液体的组成、特性、应用以及
当前研究进展和应用前景。
关键词：纳米磁性液体特性发展应用
一、纳米磁性液体简介
纳米磁性液体是纳米铁磁性微粒在表面活性剂的包覆下, 稳定地分散在液体中而形成的
一种胶体体系, 同时既具有固体磁性材料的磁性, 又有液体的流动性。因此具有许多独特的
磁学, 流动力学, 光学和声学特性。即使处在重力, 离心力, 磁力作用下也不会分离。磁性
液体中的纳米级磁性颗粒比单畴临界尺寸还要小, 因此它能自发达到饱和。同时由于粒子内
部的磁矩在热运动的影响下任意取向, 粒子呈超顺磁状态, 因此磁性液体也呈超顺磁状态。
一旦有外磁场的作用, 分子磁矩立刻定向排列, 对外显示磁性。经测定, 磁性液体在外磁场
的作用下, 它的“比重”会随外磁场的变化而变化。变化幅度可以从每立方厘米不足1 g 到
大于20 g。20 世纪60 年代, 美国首先把磁性液体材料用于宇航服密封材料, 随后日本也对
磁性液体的特殊性能进行广泛的探索和研究, 并把它用于科学试验和工业装置中。目前, 日、
俄、美、西欧诸国均可大量生产性能稳定的磁性液体。我国起步较晚,但先后已有20 余家单
位从事磁性液体的研制和开发应用, 与国外相比存在一定差距。
二、纳米磁性液体由来
纳米磁性液体是1965 年美国宇航局为解决太空人宇航服头盔转动密封问题由
s.s.pappel 研究成功的。纳米磁性液体是一种新型的复合材料也是一种新型的功能材料,它
具有独特的性质,开拓了新的应用领域, 许多过去无法解决的问题, 由于纳米磁性液体的出
现便迎刃而解, 因此在航空航天、化工环保、仪器仪表、医疗卫生、印刷制造、等领域获得
了广泛应用。磁性液体的发展按纳米级被利用的时间顺序及特性可以分成三个阶段。60 年代
初,第一代铁磁性液体问世。80 年代第二代金属性磁性液体出现。进入90 年代日本研制出
第三代氮化铁磁性液体。第一代铁氧体磁性液体问世解决了纳米磁性液体材料的有无问题,
第二代金属磁性液体的出现把磁性能提的更高, 第三代氮化铁磁性液体既具有良好的抗腐蚀
性能具有较高的磁性能。
三、纳米磁性液体应用
1.纳米磁性液体在航空航天潜艇中的应用
1965 年美国宇航局( nasa) 的papell 着手于宇宙空间用的宇航服可动部位的密封和火
箭用的液体燃料在失重情况下如何从燃料罐往发动机内输运的研究, 发明了磁性液体, 并取
得了专利。另外还有火箭和飞行器用的加速计也都运用了磁性液体。螺旋桨是潜艇噪声中最
主要的噪声源。各国潜艇设计者千方百计改变螺旋桨的结构设计, 来延缓和控制螺旋桨在高
速推进时产生的空化噪声, 但收效甚微。美苏两国在60 年代就着手磁性液体推进器的研究工作。美国在70 年代末
研究出大功率磁性液体推进器, 并安装在能供给大电流的攻击型潜艇上, 就此美国宣称在潜
艇推进器及潜艇的隐蔽性方面具有优势。原苏联大约在80 年代初将研制的磁性液体推进器
安装在div 级核潜艇上。另外, 用磁性液体和光滑的弹性胶层组成仿生的降阻降噪覆盖层包
覆在潜艇表面, 可使边界层中流体内的扰动衰减, 它能延缓和抑制湍流的产生, 使潜艇周围
的海水保持层流运动。当舰尾安装磁性液体推进器, 整个舰表面覆盖仿生阻尼器时, 在舰首
部位分开的海水则在舰尾部会合, 使整个舰的边界层厚度可达1m, 它能大大降低推进阻力,
且使水动力噪声大为减弱, 使潜艇航达到超安静级水平。
2.纳米磁性液体在光学领域中的应用
当外加磁场的大小超过某个临界值时, 磁流体中磁性颗粒会发生团簇, 进而磁流体的折
射率会发生变化。且变化的大小和外加磁场的大小有关, 据此可以利用磁流体来制作可调谐
光子器件。陈险峰等2005年已制成了可调谐磁流体光栅和可调谐磁流体调制器。目前, 一些
研究者已经利用磁流体在实验室制作出了一些光子器件, 例如: 光开关、光调制器、粗波分
复用器等,但性能还有待提高和完善, 如响应时间等。
3.纳米磁性液体在生物医学领域中的应用
近年来纳米磁性液体在生物医学领域中的应用受到人们广泛的关注, 它们包括磁性液体
细胞内热疗、磁靶向给药系统、磁性粒子- 单克隆抗体核磁共振显像对比剂、生物磁分离等。
张东生等在“磁流体在肿瘤学治疗领域的应用进展”一文中主要介绍了磁性载药微球的磁靶
向给药、磁流体局部热疗和磁控血管内磁性微球栓剂的研究进展。许剑等较为详细地介绍了
德国、日本等国家几个著名的磁靶向药物传输系统研究小组的研究工作进展。秦润华等则对
高分子磁性微球在磁分离、磁靶向药物、固定化酶、免疫分析和生物合成等生物医学领域的
应用进行了综述。赵强等则从纳米材料的制备、检测和应用等角度对纳米磁性颗粒在磁靶向
药物、基因治疗等方面的研究进展进行了综述。
4.纳米磁性液体在工业的应用
（1）密封技术
利用磁性液体既是流体又是磁性材料的特点,可以把它吸附在永久磁铁或电磁铁的缝隙
中, 使两个相对运动的物体得到密封。利用多级密封就能达到很高的耐压或真空度, 真空度
可达到10- 8 torr( 1toor= 133. 322 pa) 。这种密封的润滑性很好, 适用于高速旋转部件
的密封, 而且发热少、寿命长、维护简便。
（2）润滑技术
通常润滑剂易损耗、易污染环境。磁性液体中的磁性颗粒尺寸仅为10 单位, 因此, 不
会损坏轴承, 而基液亦可用润滑油, 只要采用合适的磁场就可以将磁性润滑油约束在所需的
部位。
5.纳米磁性液体在环境保护中的应用
20多年来国内外对高梯度磁分离技术的研究已取得水、燃煤脱硫等方面, 与传统分离技
术相比, 它具有巨大的优越性, 能解决过去难于想象的事。比如微细颗粒、弱磁性甚至非磁
性颗粒的分离。由于以羟类作分散剂的磁流体可与油而不与水混合, 在磁流体中加入油水混
合液时, 其中油被磁流体吸附并停留在磁场区。因此可利用磁流体进行油水分离。大型油轮
失事造成海面严重污染的事故时有发生, 利用此原理可以回收泄露在海面上的油及乳胶。
四、纳米磁性液体发展趋势
与此同时,一些公司也加快了新的利用纳米磁性液体的设备和产品的开发。美国设计的一
种纳米磁性液体洗衣机,机器内的磁性调节器能有效减少洗衣时的噪音和震动,而且可以节省
电力。同时,在汽车安全带和安全气囊中加入纳米磁性液体,由于纳米磁性液体能快速灵活地
吸收巨大力量, 汽车制造商可以根据乘客的体形和体重用纳米磁性液体准确调整安全带的拉
力。
此外, 纳米磁性液体还在许多领域有着广泛的应用前景, 如无声快速的磁印刷、磁性液
体发电机、声纳系统、磁性药物、细胞磁性分离、磁性液体人工发热器、磁性液体涡轮发电、
磁性液体刹车、热传导、医疗中的造影剂、磁性液体变频器、植物增长剂等等,今后还可开拓
出更多的用途。
五、结语
纳米磁性液体是一种新型的多功能材料, 自从其问世以来就立即成为人们研究的热点,
并取得了一系列的成果。但目前所做的大部分工作都是经验性的, 缺乏理论的指导, 如纳米
磁性微粒的获得、表面活性剂的选择、各组成成分对纳米磁性液体性能的影响、磁性液体各
种现象与性能的微观机理、磁性液体的生物相容性等方面的理论研究还有待深入。如何制备
出饱和磁化强度更高、物理和化学稳定性更好或可在特定环境下工作的磁性液体, 开拓磁性
液体的应用领域, 应是磁性液体研究及其进一步产业化所要解决的重点。同时, 需要加大宣
传力度,扩大研究人员的队伍, 尽快使纳米磁性液体技术在我国得到广泛应用。
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磁性纳米液体
摘要：磁性纳米液体作为一种新兴的材料正越来越广泛应用于人们生产生活的各个领域。
本文从介绍什么是磁性纳米液体开始，接着详细叙述了磁性纳米液体的六个典型性能和三种
典型的制备技术和六个比较常见的应用，接着阐述了磁性纳米液体的发展历程和现状，最后
对磁性纳米液体的未来发展做出了展望。文章详略得当，完整地展示出了磁性纳米液体这一
新兴材料。
磁性纳米材料是当今世界材料领域的研究热点之一，是具有广泛应用前景的一类功能材
料。磁性纳米材料的特性不同于常规的磁性材料，其原因是与磁性相关的特征物理长度也处
于纳米量级，如单磁畴尺寸、超顺磁性临界尺寸、磁交换作用长度等大致处于1—100nm量级。
相对于大尺寸颗粒的磁性材料来说，纳米磁性液体具有较高的矫顽力，若进一步降低到临界
尺寸一下，则会使矫顽力降低到零，呈现出超顺磁性。正是由于磁性纳米材料具备块体磁性
材料不具有的许多磁学特性，它的出现给物理、化学和生物等许多学科带来了新的活力和挑
战，是各国竞相研究和开发的重要领域，并不断给人们带来新技术和新产品。
一、磁性纳米液体的概念
所谓磁性纳米液体，又称磁流体或铁磁流体，是由纳米级（100nm以下）的强磁性微粒
高度弥散于某种液体之中所形成的稳定的胶体体系。它的主要特点是在磁场作用下可以被磁
化、运动，同时又具有液体的流动性。由于颗粒粒径非常小，以至于在液体中呈现出混乱的
布朗运动这种热运动足以抵消重力的沉降作用和削弱粒子间的电磁凝聚作用，在重力和磁场
力的作用下，始终稳定地分散在液体中，不会凝聚也不会沉淀。
在静磁场作用下，磁性颗粒将沿着外磁场方向形成一定有序排列的团链簇，使得液体变
为各向异性的介质。当光波、声波在其中传播时，会产生光的法拉第旋转、双折射效应、二
向色性以及超声波传播速度与衰减的各向异性。其介电性质亦会呈现各向异性。
二、磁性纳米材料的基本性能及产生机理
1、磁特性
胶态磁性液体中的磁性粒子属于亚畴粒子，但仍能够自发磁化到饱和状态。当粒子表面
吸附一层表面活性剂时，就成为一个稳定地具有磁性的胶态粒子。在没有外磁场的作用下，
磁性粒子作无规则的热运动，微粒的磁矩无规则分布，因而整个磁性液体系统的总磁矩为零，
并不表现出对磁性物体的吸引能力。当存在外加磁场时，磁性液体显示出磁感应特性，图1
为磁性液体的磁化曲线。由图可看出，磁化强度随外磁场的增加而近似线性地迅速提高，外
加磁场一消失，磁性液体立即退磁，几乎没有磁滞现象。与固体材料相比，磁性液体的磁化
曲线为对称的s形，表现为超顺磁性。[1] 图1 磁性液体的磁化曲线
利用磁性液体在磁场中的磁特性可以做成很多显示磁性的模型，如图2的乌龟“爬坡”
模型，这是磁性纳米材料微粒带动磁性液体整体向磁力大的方向运动的结果。
图2 乌龟“爬坡”
2、悬浮特性
磁性液体纳米颗粒的分布与磁场梯度有关。当磁场梯度等于零时，呈随即均匀分布；磁
场梯度不等于零时，呈梯度分布；磁场梯度大的液层，磁性微粒聚集的多；磁场梯度小的液
层，磁性微粒聚集的也少。
3、表面特性
磁性液体的表面在磁场力的作用下会产生特殊的变形，发生有趣的界面现象。如图3所
示。在玻璃容器中盛入磁性液体，并沿着垂直于液体界面的方向施加磁场，由于磁场产生的
静磁场能有使界面扩张的作用，从而使表面张力减小。如果上述扩张作用大于液体的表面张
力，则表面将变得不稳定，并可产生针状突起。随着磁场的增强，这种针状突起现象也随之
增大。[2] 图3 界面不稳定现象
4、黏度特性
在没有施加外场时，磁性液体的黏度可用爱因斯坦公式计算：
5 ) ?为黏度 ?为微粒的体积百分比 ???0(1?2.?
上式使用于低浓度液体。
除流体动力学相互作用外，，还存在影响粒子相对运动的粒子间磁的相互作用磁性液体的
黏度必然会由这种相互作用的程度来决定。在稳定地磁性液体中，粒子-粒子间的相互作用可
以忽略，不存在磁相互作用，黏度与流体动力学粒子浓度?的关系必然和非磁性粒子悬浮液的
关系式相应。最近的研究表明，在没有磁场时，磁性液体黏度与
2浓度的关系可用vand公式???0exp[(2.5??2.7?)/(1?0.609?)]描述。[3] 磁性液体的黏度受密度、温度、、磁场、饱和磁化强度的影响较大，其关系如图4所示（只
代表大致的趋势，不是实际的关系图）
图4 其中1代表黏度与密度的关系，2代表黏度与饱和磁化强度
的关系，3代表黏度与温度的关系，4代表黏度与磁场的关系
5、声学特性
声波在液体中传播时会由于能量的耗散而衰减。对铁磁性液体而言，声波在其中传播时，
传播速度和衰减程度都与外加磁场有很大关系，并且呈现各相异性，此外还与基液的黏度、
温度、固体磁性粒子粒径大小及体积份额有关。
5、光学特性
磁性液体大多为暗褐色、黑色，不透明，若制成只有几微米厚的磁性液体膜，则光线可
以通过。无外加磁场时，其光学特性为各向同性；在外加磁场的作用下，磁性粒子定向排列，
而使磁性液体成为各向异性介质。会产生光的双折射效应和二色性现象程度也不同。对高浓
度磁性液体（?s?0.1），寻常光和非寻常光的折射率之差可达
5?10?3，二向色性的量达4?10，说明这些磁性液体在外场中表现出明显的光单轴?3 晶体的性质
另外，磁性纳米液体由于尺寸小，会表现出宽频带强吸收、蓝移（吸收带移向短波方向）
现象，主要是由可见光的反射率低及强吸收等所致。[4]
三、磁性纳米液体的制备工艺
磁性液体按照组成纳米磁性颗粒的种类不同可分为铁酸盐系、金属系和氮化铁系三类，
一般根据不同颗粒类型选择适宜的制备工艺。主要工艺有化学共沉淀法、热分解法、水热法、
溶胶-凝胶法等等。下面简要介绍一下这些方法。
a) 化学共沉淀法
化学共沉淀法是指在金属盐溶液中加入碱性沉淀剂（如氨水），使金属离
子在反应过程中一起从溶液中沉淀出来。此法制备的颗粒很容易达到纳米尺
寸，且产品纯度高，烧结活性好，原料适应性强，被广泛用于制备氧化铁，如fe3o4。
利用化学共沉淀法制备fe3o4纳米粒的反应式为：
fe2??2fe3??8oh????fe3o4?4h2o 将fe2?和fe3?按一定比例混合后，以过量氨水或氢氧化钠等溶液为沉淀剂合成fe3o4
颗粒。由此制得得fe3o4纳米粒纯度很高。
b) 热解法
热解法制备磁性纳米粒是最近几年才发展起来的，这种方法制备的纳米粒不仅粒径均一，
而且晶形完善，因此逐渐被用来制备各种金属及其合金纳米粒和氧化物物纳米粒等。
c) 水热法[5]
水热法是指在特制的密闭反应器中，以水为介质，通过加热创造一个高温高压的反应环
境，使难溶或不溶的物质溶解并且重结晶，再经过分离和热处理得到产物的一种方法。
水热法具有反应温度较低、产品纯度高等特点，是一种具有工业化实用前景的高质量制
备方法。
根据经典的晶体生长理论，水热反应的晶体生长包括以下几个步骤：（1）营养料在水热
介质里溶解，以离子、分子团的形式进入溶液（溶解阶段）；（2）由于体系中存在十分有效的
热对流以及溶解区和生长区之间的浓度差，这些离子、分子或离子团被输运到生长区（输运
阶段）；（3）离子、分子或离子团在生长界面上的吸附、分解与脱附；（4）吸附物质在界面上
的运动；（5）结晶。
水热条件下生长的晶体晶面发育完整，晶体形貌与生长条件密切相关，同种晶体在不同
的水热生长条件下可能有不同的结晶形貌。
目前，水热法制备磁性纳米粒尚处于研究阶段。此法制备的纳米粒性能优异，有利于产
品质量的提高，具有很好地工业化背景。
d) 溶胶－凝胶法
溶胶－凝胶法就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混
合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓
慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。
凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。
运用该法制备磁性纳米粒的具体步骤为：
（1）溶剂化能电离的前驱体-金属阳离子m z?z?将吸引水分子形成溶剂单元m(h2o)n，为保持它的配位数而有强烈地释放h的趋势：
m(h2o)n???m(h2o)n?1?hz?z?1??
（2）水解反应非电离式分子前驱体，如金属醇盐m(or)n与水反应：篇五：纳米氧化
锌实验报告
实验3 氧化锌纳米阵列的制备
【摘要】水热法是合成氧化锌纳米阵列的基本方法之一，通过本实验进一步研究氧化锌
纳米线的制备工艺，学会氧化锌纳米线透射率的测量方法，并掌握半导体材料禁带宽度的基
本计算方法。
【关键字】水热法纳米线禁带宽度
0.引言
氧化锌（zno）是一种具有纤锌矿结构的ⅱ－ⅵ族化合物半导体，由于其具有优异的光电
性质而有很大的使用价值和研究价值，如它对可见光的高透过率,能用作透明导电涂层;具有
光电效应,能用于紫外激光器件和太阳能电池等 [1]。为了获得或改善其某一方面的性质，利
用各种方法掺杂或制备具有特定形貌的氧化锌纳米材料成为近年来研究的热点。而水热法制
备zno纳米材料，以其设备简单、原料廉价、条件易控、适合大面积生长等优点而被广泛采
纳。本实验主要是采用水热法合成氧化锌纳米线，并测量纳米线的透射率，通过计算得出制
备的氧化锌禁带宽度为3.34ev，与理论值基本吻合。
1. 实验目的
1.了解水热合成氧化锌纳米线的原理以及基本操作方法；
2.独立制备出氧化锌纳米线；
3.掌握纳米线透射率的表征方法和半导体禁带宽度的计算方法；
4. 掌握实验数据处理方法，并能利用origin绘图软件对实验数据进行处理和分析。
2.实验仪器设备和材料清单
1.水浴锅、紫外可见分光光度计、量筒、样品瓶、ph试纸、
2.试剂：硝酸锌、乙醇胺、正丁醇、高锰酸钾、氨水、酒精、稀硝酸
3.实验原理
3.1纳米氧化锌概述[2]
氧化锌（zno）：直接宽禁带半导体材料，室温下禁带宽度为 3.37 ev ，激子束缚能为
60mev。纳米氧化锌具有非迁移性、压电性、荧光性、吸收和散射紫外线能力等特殊能力， zno
一维材料的阵列能够加快光生电子、空穴的分离,使电子具有良好的运输性,所以纳米棒、纳
米线阵列的制备备受关注。
氧化锌(zno)在自然界有两种晶体结构，即纤
锌矿结构和闪锌矿结构。其中稳定相是纤锌矿结构
（如左图），属六方晶系，为极性晶体。
制备zno一维材料阵列的方法主要有气相沉
积法、溅射法或外延法等,这些技术需要昂贵的仪器、
苛刻的实验条件,而溶液法则具有设备简单、条件温
和等优点。
3.2水热法概述
水热法又称为热液法,是指在特制的密闭反应器(高压釜)中,采用水溶液作为反应体系,
通过对反应体系加热,产生一个高温高压的环境,加速离子反应和促进水解反应, 在水溶液或蒸
气流体中制备氧化物,再经过分离和热处理得到氧化物纳米粒子,可使一些在常温常压下
反应速率很慢的热力学反应在水热条件下实现反应快速化。
3.3反应机制
在硝酸锌和乙醇胺的溶液中,硝酸锌电离提供zn2+,电离方程如下: zn(no3)2?zn2??2no3?
zn2+易和h+离子反应，生产沉淀析出：
zn2??2oh??zn(oh)2(s) 为了防止氧氧化锌沉淀的析出，可以通过减少溶液中游离zn2+的浓度，即将作为络合剂
的氨水加入到硝酸锌溶液中,它与硝酸锌反应的方程如下: ??nh3?h2o?zn(no3)2?zn(oh)2?nh4?no3 在滴入氨水的过程中,将可以看到白色zn(0h)2沉淀的生成,随着氨水加入量的增大,白
色zn(oh)2沉淀逐渐溶解：
nh3?h2o?zn(oh)2?zn(nh3)2(oh)2?h2o 当加入了足够的氨水之后,沉淀完全溶解,形成均匀透明的溶液，总的反应方程为: ??nh3?h2o?zn(no3)2?zn(nh3)2(oh)2?nh4?no3?h2o 在含有大量氨锌络合物的溶液中,在一定的反应条件下,氨锌络合物能通过反应生成氧化
锌:
zn(nh3)2(oh)2?zno?nh3?h2o 在溶液中，反应部分是发生在衬底表面的,他们能与衬底之间形成比较强的结合力,从而
形成在衬底表面的生长,但大部分反应是在溶液中进行,形成了沉淀。
3.4成核与生长机制
均质成核
均质成核的前提条件是溶液中有晶种的形成。初期晶种的形成可以通过离散离子或原子
之间的结合来的得以实现。当溶液中的晶种浓度不高时,晶种可以通过吸附溶液中的游离粒子
(大多是离子),逐渐的生长;如果溶液中的晶种浓度比较高,也可以通过晶种之间的结合逐渐
生长。
异质成核
在氧化锌的制备中,另外一种成核过程是异质成核。异质成核过程主要是在衬底表面进行
的，包含两步,第一步是衬底表面超临界晶核的形成:首先,游离在溶液中的粒子(通常是离子)
被吸附到衬底的表面,逐渐形成具有一定半径的晶种。然后,衬底之上的晶种通过互相吸引,
或者吸引溶液中的游离离子并与之结合,半径不断增大,形成晶核,通常这个晶核的半径比临
界半径要小一些,称之为超临界晶核;第二步是超临界晶核的生长:超临界晶核并未达到临界
晶核的半径,是一种不稳定的状态,它通过吸收溶液中的游离粒子或亚临界晶核不断长大,达
到临界半径之后完成异质成核过程。
3.5水热法制备纳米氧化锌的影响因素[3]
溶液中氧化锌的形成可以分为两个过程,即晶核的形成及晶体的生长。这两个过程与溶液
中存在的离子种类及浓度、反应温度和反应时间以及添加剂等因素有着非常密切的关系。
1）浓度反应物的浓度决定了水解反应的平衡过程和成核过程,对于制得的产物的尺寸和
形貌有着重要影响,通过调节浓度即可得到不同尺寸和形貌的产品。有研究认为纳米棒直径与
反应物的浓度之间不是线性关系。在相对较高的浓度区间内,浓度降低两倍,直径降低将近3
倍;而在相对较低的浓度区间内,浓度降低一个数量级,直径却降低很少。
2）温度水热反应温度作为一个重要的调控参数,影响反应的进度和结晶速度,直接影响
纳米材料的生长过程,进而对产物的形貌和性能都会产生影响。
3）反应时间反应时间影响产品的形貌和产率。具体反应时间的控制应视不同的反应体
系而定。动力学研究表明:当生长时间在8h内时,纳米棒的生长速度较快,之后生长近乎停止,
棒的长度和直径基本不再改变。在生长速度较快的8h内时,纳米棒径向生长由两个明显的动
力学过程组成,即由生长时间在1.5h内的快生长步骤和随后的慢生长步骤组成。纳米棒的轴
向生长趋势呈直线分布。研究发现,多枝zno纳米结构由单根纳米棒演化而来,生长时间的越
长,分枝的趋势越明显。
4）ph值水热条件下的溶解度与溶液的碱性和反应温度有很大的关系。水热处理前用氨
水调节溶液的ph值对zno阵列形貌的影响很大,氨水在整个过程中不仅提供碱性环境,同时也
作配位剂。ph值的大小影响前驱物的溶解度,且改变生长基元的生长方向和过程,控制ph值
有利于晶体的取向生长,得到目标产物的结构、形貌和性质会有很大不同。
5）zn 2+ /oh- 物质的量比 zn 2+ /oh- 的物质的量比影响产物的形貌,不同比例得到
的产物形貌有很大不同。
6）添加剂为了有效控制其形貌与尺寸,研究者采用了各种方法来改进zno纳米结构的水
热合成工艺,比如添加表面活性剂、配合剂或其他辅助剂等是常用的一种手段。添加剂可起到
模板剂、稳定剂、分散剂的作用。添加剂的种类繁多,选择不同结构和性质的添加剂,可以得
到尺寸大小、粒子形态可控的纳米微粒,可以使产物的形貌更加多样化,但对于其中的机理还
有待于深入的研究。
7）掺杂在水热过程中,适当的掺杂特定的物质,可以有效的调节zno纳米材料的电子能
态结构,改变表面效应,会导致颗粒晶型、大小、晶相转变温度的改变,进而会改变晶体的结构、
颜色、形貌和性能。
8）基片是承载氧化锌纳米棒的主要载体，基体的材质、光滑程度、薄膜的性质对氧化锌
纳米棒的形貌也有重要的影响。
3.6紫外分光光度计的原理
它是利用物质的分子或离子对某一波长范围的光的吸收作用，对物质进行定性分析、定
量分析及结构分析, 所依据的光谱是分子或离子吸收入射光中特定波长的光而产生的吸收光
谱。通过测定被测物质对不同波长的光的吸收强度（吸光度/透射率），以波长为横坐标，吸
光度（透射率）为纵坐标作图，得出该物质在测定波长范围的吸收曲线（透射曲线）。
吸光度a与透射率t的关系为：
a?lg
光吸收规律： 1t
i?i0exp???x?
?为吸收系数，x为光的传播距离，根据朗伯—比尔定律，a正比于?。
禁带宽度：被束缚的电子要成为自由运动的电子所需要的能量的最小值。
禁带宽度的计算：
法1：绘制透射率与波长的曲线，找出没有光吸收的最大波长，eg?1240 ?maxev。
法2：绘制hv-(ahv)2的曲线，利用截距法求出与x轴交点，即为禁带宽度。
4.实验过程
在教师指导下，查阅有关文献，了解水热法制备氧化锌纳米阵列的基本原理和实验步骤。
1. 高锰酸钾活化
配2ml 5mmol的kmno4溶液，倒入20ml的样品瓶中，再加入100ul的正丁醇，最后加入
18ml的去离子水，摇晃均匀混合。将干净玻璃衬底斜放入样品中，在80°c水浴中活化20min，
随后用自来水冲洗三次，用去离子水清洗一次，即完成活化过程。
2. 生长纳米线
配20ml 0.1m的硝酸锌溶液，倒入干净的样品瓶中，加入2ml乙醇胺作为稳定剂，刚加
入时有沉淀，摇晃后消失，并通过氨水调节ph至10左右（大约四滴）。将活化好的玻璃衬底
倾斜浸没到溶液中，朝下为生长面，在80°c的水浴中生长zno,生长时间为40min。
3.清洗玻璃衬底
将长好纳米线的玻璃衬底从样品瓶中取出，用去离子水冲洗，烘干。再用稀硝酸洗去玻
璃的上一面，即非生长面，再烘干，重复多次，直到洗净非生长面为止。
4. 透射率的测量
1）打开分光光度计运行软件，将光谱扫描范围设为200-900nm，扫描步长为1nm，扫描
方式为透射率。
2）将两片没有生长纳米氧化锌的干净玻璃衬底分别放臵于参比池和样品池，先做基线扫
描，然后将样品池的基片换成生长了纳米氧化锌的玻璃衬底，进行光谱扫描，从而得到透射
光谱。
5.实验数据及数据处理
6.实验分析与讨论
1. 氧化锌纳米阵列有什么特点？它与氧化锌薄膜的主要区别是什么？
氧化锌纳米有如下特点：
氧化锌纳米阵列的粒子为纳米级，其比表面积大、化学活性高；具有较高的光学折射率，
而且在可见光波段范围内有很高的的透射率；zno 属于宽禁带的半导体材料，可用于短波长
半导体激光；很高的激子结合能，可以实现室温或更高温度下的激子受激紫外辐射发光。，同
时也是性能很好的压电和热电半导体材料之一，可用于压敏器件等领域。另外 zno 具有良好
的高频特性，在谐振器等领域得到广泛的应用。由于 zno 沿 c 轴方向的极性以及极性面、
表面极化的存在，使其具有铁电特性，成为研究极性诱生铁电性能的理想材料之一，
同时 zno 也是一种优良的稀磁半导体材料。
氧化锌纳米阵列与氧化锌薄膜的主要区别如下：
主要区别是所属维度不同，纳米阵列属于一维结构，薄膜属于二维结构。一般来说，zno
纳米阵列相对于zno薄膜具有更大的比表面积和大的长径比效应.
2. 影响氧化锌纳米阵列形貌的因素有哪些？
1）浓度反应物的浓度决定了水解反应的平衡过程和成核过程,对于制得的产物的尺寸和
形貌有着重要影响,通过调节浓度即可得到不同尺寸和形貌的产品。、
2）温度水热反应温度作为一个重要的调控参数,影响反应的进度和结晶速度,直接影响
纳米材料的生长过程,进而对产物的形貌和性能都会产生影响。
3）反应时间反应时间影响产品的形貌和产率，具体反应时间的控制应视不同的反应体
系而定。
4）ph值水热条件下的溶解度与溶液的碱性和反应温度有很大的关系。
5）zn 2+ /oh- 物质的量比 zn 2+ /oh- 的物质的量比影响产物的形貌,不同比例得到
的产物形貌有很大不同。
6）添加剂选择不同结构和性质的添加剂,可以得到尺寸大小、粒子形态可控的纳米微粒,
可以使产物的形貌更加多样化,但对于其中的机理还有待于深入的研究。
7）掺杂在水热过程中,适当的掺杂特定的物质,可以有效的调节zno纳米材料的电子能
态结构,改变表面效应,会导致颗粒晶型、大小、晶相转变温度的改变,进而会改变晶体的结构、
颜色、形貌和性能。
8）基片基片是承载氧化锌纳米棒的主要载体，基体的材质、光滑程度、薄膜的性质对氧化锌纳米棒的形貌也有重要的影响。
3. 如何将氧化锌纳米阵列应用于太阳能电池中？请进行简单设计，并阐述其原理和优点。
氧化锌是一种宽带隙的半导体材料，电子迁移率比tio2更大，电子寿命更长，这是提高太阳能电池性能很重要的特性。用垂直取向的氧化锌纳米棒阵列构筑太阳能电池的阳极，由于比表面积增大，所以可以很大程度上提高电池中电子的传输速度，从而提高光电转换效率。
先用液相化学方法，在种子基底上快速生长超长zno 纳米线阵列，抑制在本体溶液中生长 zno 的均相成核作用，使 zno 只在种子基底上生长，长成一层氧化锌纳米棒阵列。然后，在其表面包覆一层单层膜，进行第二层的生长，以此类推，得到多层阵列结构之后再空气气氛下煅烧处理出去表面的单层膜。主要优点是能量转换效率高，是目前 zno 基 dssc光阳极材料中报道的最高光电转换效率[4]。
7.实验总结
本实验是有关于水热法制备氧化锌纳米阵列的基础性实验。通过这个实验，我基本掌握了水热合成氧化锌纳米阵列的原理和方法，对于半导体的禁带宽度计算有了基本的了解，生长出的氧化锌纳米线的禁带宽度与文献误差相差很小。同时这个实验在进行过程中，比如纳米线生长好后玻璃板非生长面的清洗等，培养了我严谨的作风，提供了极好的学习与实践机会。
纳米压痕实验报告 姓名：张永钦 学号：15120982 专业：力学 班级：15-01
一、实验目的 1. 了解材料微纳米力学测试系统的构造、工作原理。 2. 掌握载荷-位移曲线的分析手段。 3. 用纳米压痕方法测定的杨氏模量与硬度。 二、实验仪器和设备 TriboIndenter 型材料微纳米力学测试系统 三、实验原理与方法 纳米压痕技术又称深度敏感压痕技术， 它通过计算机控制载荷连续变化，并在线监 测压入深度。一个完整的压痕过程包括两个 步骤，即所谓的加载过程与卸载过程。在加 载过程中，给压头施加外载荷，使之压入样品表面，随着载荷的增大，压头压入样品的 深度也随之增加，当载荷达到最大值时，移 除外载，样品表面会存在残留的压痕痕迹。 图1为典型的载荷-位移曲线。 从图1中可以清楚地看出，随着实验载 荷的不断增大，位移不断增加，当载荷达到 最大值时，位移亦达到最大值即最大压痕深度max h ；随后卸载，位移最终回到一固定值，此时的深度叫残留压痕深度r h ，也就是压头在 样品上留下的永久塑性变形。 刚度S 是实验所测得的卸载曲线开始部分的斜率，表示为 h P S d d u = (1) 式中，u P 为卸载载荷。最初人们是选取卸载曲线上部的部分实验数据进行直线拟合来获得 刚度值的。但实际上这一方法是存在问题的，因为卸载曲线是非线性的，即使是在卸载曲线的初始部分也并不是完全线性的，这样，用不同数目的实验数据进行直线拟合，得到的刚度值会有明显的差别。因此Oliver 和Pharr 提出用幂函数规律来拟合卸载曲线，其公式如下 ()m h h A P f u -= (2) 其中，A 为拟合参数，f h 为残留深度，即为r h ，指数m 为压头形状参数。m ，A 和f h 均由最小二乘法确定。对式(2)进行微分就可得到刚度值，即 载荷 位移 图1 典型的载荷-位移曲线
核磁共振实验 发现的背景 所谓核磁共振，是指具有磁矩的原子核在恒定磁场中由电磁波引起的共振跃迁现象。核磁共振的发现，跟核磁矩的研究紧密相关。 1911年，卢瑟福根据a 粒子散射实验提出核原子模型后，直到原子光谱的超精细结构发现以后，1924年泡利才正式提出，原子光谱的超精细结构是核自旋与外电子轨道运动相互作用的结果；原子核应具有自旋角动量和磁矩。 斯特恩创造了分子束方法，对核磁矩作过重要研究。1933年他和弗利胥（O.Frisch ）、爱斯特曼（I.Estermann ）等人用分子束实验装置测量氢分子中质子和氘核的磁矩。所得结果表明质子磁矩比狄拉克电子理论预言的大2.5倍而氘核磁矩则在0.5到1个核磁子之间。氘核是由质子和中子组成的，由此即可推测中子也有磁矩。这说明尽管中子整体不带电，其内部却有电荷分布和电流效应。这些实验事实，激励了其他人对核的电磁特性的探索。 拉比的分子束磁共振方法对斯特恩实验作了重大改进。改进的关键在于利用了共振现象。二十年代末，拉比访问欧洲时，就在斯特恩的实验室里工作了一年，研究原子磁矩的测量。1929年，他回到哥伦比亚大学开展原子束分子束的研究。后来他受到荷兰物理学家哥特（C.J.Gorter ）的启发，并于1938年把哥特射频共振法应用于分子束技术，创立了分子束共振法。 拉比对分子束磁共振方法的研究和布洛赫对核磁共振的研究都是受到了斯特恩的启发。 分子束磁共振方法在1945-1946年间又取得了突破性的进展，这就是通过磁共振的精密测量，发现了核磁共振。 人物介绍 图11.1 布洛 赫 图11.2 珀塞尔 布洛赫 Felix Bloch 珀塞尔 Edward Purcell
核磁共振实验报告 一、实验目的： 1．掌握核磁共振的原理与基本结构； 2．学会核磁共振仪器的操作方法与谱图分析； 3．了解核磁共振在实验中的具体应用； 二、实验原理 核磁共振的研究对象为具有磁矩的原子核。原子核是带正电荷的粒子，其自旋运动将产生磁矩，但并非所有同位素的原子核都有自旋运动，只有存在自选运动的原子核才具有磁矩。原子核的自选运动与自旋量子数I有关。I=0的原子核没有自旋运动。I≠0的原子核有自旋运动。 原子核可按I的数值分为以下三类： 1)中子数、质子数均为偶数，则I=0，如12C、16O、32S等。 2)中子数、质子数其一为偶数，另一为基数，则I为半整数，如： I=1/2；1H、13C、15N、19F、31P等； I=3/2；7Li、9Be、23Na、33S等； I=5/2；17O、25Mg、27Al等； I=7/2，9/2等。 3)中子数、质子数均为奇数，则I为整数，如2H、6Li、14N等。 以自旋量子数I=1/2的原子核（氢核）为例，原子核可当作电荷均匀分布的球体，绕自旋轴转动时，产生磁场，类似一个小磁铁。当置于外加磁场H0中时，相对于外磁场，可以有（2I+1）种取向： 氢核（I=1/2），两种取向（两个能级）： a.与外磁场平行，能量低，磁量子数ｍ＝＋1/2; b.与外磁场相反，能量高，磁量子数ｍ＝－1/2;
正向排列的核能量较低，逆向排列的核能量较高。两种进动取向不同的氢核之间的能级差：△E= μH0（μ磁矩，H0外磁场强度）。一个核要从低能态跃迁到高能态，必须吸收△E的能量。让处于外磁场中的自旋核接受一定频率的电磁波辐射，当辐射的能量恰好等于自旋核两种不同取向的能量差时，处于低能态的自旋核吸收电磁辐射能跃迁到高能态。这种现象称为核磁共振，简称NMR。三、实验仪器 400MHz超导傅里叶变换核磁共振波谱仪 （仪器型号：AVANCE III 400） 四、仪器构造、组成 1)操作控制台：计算机主机、显示器、键盘和BSMS键盘。 计算机主机运行Topspin程序，负责所有的数据分析和存储。BSMS键盘可以让用户控制锁场和匀场系统及一些基本操作。 2)机柜：AQS（采样控制系统）、BSMS（灵巧磁体系统），VTU（控温单元）、 各种功放。 AQS各个单元分别负责发射激发样品的射频脉冲，并接收，放大，数字化样品放射出的NMR信号。AQS完全控制谱仪的操作，这样可以保证操作不间断从而保证采样的真实完整。BSMS：这个系统可以通过BSMS键盘或者软件进行控制，负责操作锁场和匀场系统以及样品的升降、旋转。3)磁体系统：自动进样器、匀场系统、前置放大器(HPPR)、探头。 本仪器所配置的自动进样器可放置60个样品。磁体产生NMR跃迁所需的
报告编号：YT-FS-6038-84 酸洗碳纳米管实验报告范 本(完整版) After Completing The T ask According To The Original Plan, A Report Will Be Formed T o Reflect The Basic Situation Encountered, Reveal The Existing Problems And Put Forward Future Ideas. 互惠互利共同繁荣 Mutual Benefit And Common Prosperity
酸洗碳纳米管实验报告范本(完整 版) 备注：该报告书文本主要按照原定计划完成任务后形成报告，并反映遇到的基本情况、实际取得的成功和过程中取得的经验教训、揭露存在的问题以及提出今后设想。文档可根据实际情况进行修改和使用。 一、实验目的： 使用物理方法用硝酸和盐酸（分析纯）洗涤碳管，来对比分析处理前和处理后碳管的性能指标（灰分、铁含量、镍含量、铜含量、钴含量、SSA等）的变化情况。 二、实验材料： 碳管、硝酸、盐酸、去离子水、抽滤设备、容量瓶（100ml）、水浴锅、量筒、胶头滴管。 三、实验步骤： 1，首先取2个500ml的烧杯分别装入4g碳管，加入60ml的去离子水，在通风厨内，加入6g的硝酸放入烧杯（A）中，加入4g的盐酸放入烧杯（B）。
2，调节水浴温度60度，将两个烧杯放入水浴锅内保持400分钟，用玻璃棒搅拌，使之充分反应。 3，加入100ml的去离子水稀释后，放在抽滤设备上进行过滤。将过滤后的样品取下，放在105-110度的烤箱里烘干。 4，取3个坩埚分别取碳管（未处理）、硝酸处理过的样品、盐酸处理过的样品5g左右放入900度的马蜂炉内进行烘烤（2h） 5，取出称量剩余的量，计算灰分量。 6，将步骤5得到的样品分别加入3ml的硝酸、9ml的盐酸、12ml的去离子水后，放在加热板上进行加热，加热至体积为10ml左右取下。 7，在常温下将溶液进行过滤，稀释滤液至100ml 放入容量瓶。 8，用原子吸收分光光度计进行微量元素的测量，计入测量数据。 这里填写您企业或者单位的信息 Fill In The Information Of Your Enterprise Or Unit Here
地理与生物信息学院 2012/ 2013 学年第二学期 实验报告 课程名称：医学成像技术 实验名称：磁共振图像后处理算法设计 班级学号: B10090405 学生姓名: 陈洁 指导教师: 戴修斌 日期：2013 年 5 月
一、实验题目：磁共振图像后处理算法设计 二、实验内容： 1．对图像进行去除噪声操作 ； 2．对图像进行灰度变换操作 ； 三、实验目的： 1.加强下同学们实际的动手编程能力 ； 2.重在体验和过程 ； 四、 实验过程： 实验1：对图像进行去除噪声操作： 1．操作步骤： 1) 对图像加入高斯噪声 2) 使用中值滤波对图像进行去噪处理 3) 模板尺寸设为5×5，也可自己设定 4) 图像边缘缺失部分使用对称方法补足 51141671 81 91 71819151141611 21 31 1121311121511471 81 71 51113121161481 311691 91 1471 81 51718171 51711481 91 1691811691 91
2． 算法实现流程： 1) 读入图像函数：imread()，中值滤波函数：medfilt2()； 实验2：对图像进行灰度变换操作 1．操作步骤： 1) 原图像灰度范围[50 150]内的像素灰度值转成[10 250]范围； 2) 原图像灰度范围[50 150]内的像素灰度值转成[20 200]范围； 2.算法实现流程： 源代码： clear;clc; iptsetpref('ImshowBorder','tight'); I = imread('C:\Documents and Settings\nupt\桌面\4.bmp'); J = imnoise(I,'gaussian',0.02,0.02); K = medfilt2(J,[5,5]); figure,imshow(I),title('原图'); figure,imshow(J),title('高斯噪声'); figure,imshow(K),title('中值滤波'); f (x , y ) a m b n g (x , y ) ?? ?? ???>≤≤+---<=b y x f n b y x f a m a y x f a b m n a y x f m y x g ),( ),( ]),([),( ),(
近代物理实验报告 顺磁共振实验 学院 班级 姓名 学号 时间 2014年5月10日
顺磁共振实验 实验报告 【摘要】 电子顺磁共振又称电子自旋共振。由于这种共振跃迁只能发生在原子的固有磁矩不为零的顺磁材料中，因此被称为电子顺磁共振；因为分子和固体中的磁矩主要是自旋磁矩的贡献所以又被称为电子自旋共振。简称“EPR ”或“ESR ”。由于电子的磁矩比核磁矩大得多，在同样的磁场下，电子顺磁共振的灵敏度也比核磁共振高得多。在微波和射频范围内都能观察到电子顺磁现象，本实验使用微波进行电子顺磁共振实验。 【关键词】 顺磁共振，自旋g 因子，检波 【引言】 顺磁共振（EPR ）又称为电子自旋共振（ESR ），这是因为物质的顺磁性主要来自电子的自旋。电子自旋共振即为处于恒定磁场中的电子自旋在射频场或微波场作用下的磁能级间的共振跃迁现象。顺磁共振技术得到迅速发展后广泛的应用于物理、化学、生物及医学等领域。电子自旋共振方法具有在高频率的波段上能获得较高的灵敏度和分辨率，能深入物质内部进行超低含量分析，但并不破坏样品的结构，对化学反应无干扰等优点，对研究材料的各种反应过程中的结构和演变，以及材料的性能具有重要的意义。研究了解电子自旋共振现象，测量有机自由基DPPH 的g 因子值，了解和掌握微波器件在电子自由共振中的应用，从矩形谐振长度的变化，进一步理解谐振腔的驻波。 【正文】 一、实验原理 （1）电子的自旋轨道磁矩与自旋磁矩 原子中的电子由于轨道运动，具有轨道磁矩，其数值为： 2l l e e P m μ=- ，负号表示方向同l P 相反。在量子力学中(1)l P l l =+，因而 (1)(1)2l B e e l l l l m μμ=+=+，其中2B e e m μ=称为玻尔磁子。电子除了轨道运动外
中国石油大学 近代物理实验 实验报告 成 绩： 班级： 姓名 同组者： 教师： 核磁共振实验 【实验目的】 1、理解核磁共振的基本原理； 2、理解磁体的中心频率和拉莫尔频率的关系，并掌握拉莫尔频率的测量方法； 3、掌握梯度回波序列成像原理及其成像过程； 4、掌握弛豫时间的计算方法，并反演 T1和T2谱。 【实验原理】 一．核磁共振现象 原子核具有磁矩，氢原子核在绕着自身轴旋转的同时，又沿主磁场方向B 0作圆周运动,将质子磁矩的这种运动称之为进动，如图1所示。 图1 质子磁矩的进动 在主磁场中，宏观磁矩像单个质子磁矩那样作旋进运动，磁矩进动的频率符合拉莫尔（Larmor ）方程：. 0/2f B γπ= 二、施加射频脉冲后(氢)质子状态 当生物组织被置于一个大的静磁场中后，其生物组织内的氢质子顺主磁场方向的处于低能态而逆主磁场方向者为高能态。在低能态与高能态之间根据静磁场场强大小与当时的温度，势必要达到动态平衡，称为“热平衡”状态。这种热平衡状态中的氢质子，被施以频率与质子群的旋进频率一致的射频脉冲时，将破坏原来的热平衡状态。施加的射频脉冲越强，
持续时间越长，在射频脉冲停止时，M离开其平衡状态B0越远。 如用以Ｂ０为Ｚ轴方向的直角座标系表示Ｍ，则宏观磁化矢量Ｍ平行于ＸＹ平面，而纵向磁化矢量Ｍｚ＝０，横向磁化矢量Mxy最大，如图2所示。这时质子群几乎以同样的相位旋进。施加180°脉冲后，Ｍ与Ｂ０平行，但方向相反，横向磁化矢量Ｍｘｙ为零，如图3所示。 图2 90°脉冲后横向磁化矢量达到最大 图3 180°脉冲后的横向磁化分量为0 三、射频脉冲停止后（氢）质子状态 脉冲停止后，宏观磁化矢量又自发地回复到平衡状态，这个过程称之为“核磁弛豫”。当90°脉冲停止后，Ｍ仍围绕Ｂ０轴旋转，Ｍ末端螺旋上升逐渐靠向Ｂ０，如图4所示。 图4 90度脉冲停止后宏观磁化矢量的变化 1. 纵向弛豫时间（T1） 90°脉冲停止后，纵向磁化矢量要逐渐恢复到平衡状态，测量时间距射频脉冲终止的时
1、前言和实验目的 核磁共振是指受电磁波作用的原子核系统在外磁场中磁能级之间发生共振跃迁的现象。本实验的样品在外磁场中，外磁场使样品核能级因核自旋不同的取向而分裂，在数千高斯外磁场下核能级的裂距一般在射频波段，样品在射频电磁波作用下，粒子吸收电磁波的能量，从而产生核能级的跃迁。1932年发现中子后，才认识到核自旋是质子自旋和中子自旋之和，质子和中子都是自旋角动量为2 的费米子，只有质子数和中子数两者或其一为奇数时，核才有非零的核磁矩，正是这种磁性核才能产生核磁共振。 核磁共振信号可提供物质结构的丰富信息，如谱线的宽度、形状、面积、谱线在频率或磁场刻度上的准确位置、谱线的精细结构、超精细结构、弛豫时间等，加之是对样品的无损测量，广泛的应用于分子结构的确定、液相和固相的动力学研究、医用诊断、固体物理学、分析化学、分子生物学等领域，是确定物质结构、组成和性质的重要实验方法。核磁共振还是磁场测量和校准磁强计的标准方法之一，其不确定度可达001.0±%。 实验目的： （1）掌握核磁共振的实验原理和方法 （2）用核磁共振方法校准外磁场B ，测量氟核的F g 因子以及横向驰豫时间2T 2、实验原理 如原子处在磁场中会发生能级分裂一样，许多原子核处在磁场中也会发生能级的分裂，因为 原子核也存在自旋现象。质子和中子都是自旋角动量等于2 的费米子，当质子数和中子数都为偶数时原子核的磁矩为0，当其一为奇数时原子核磁矩为半整数，当两个都为奇数时核磁矩为整数。只有具有核磁矩的原子核才有核磁共振现象。 我们知道在微观世界里物理量都只能取分立的值，即都是量子化的。原子核的角动量也只能取分立的值 )1(+= I I p ,I 为自旋量子数，取分立的值。对于本实验用到的H 1和F 19，自旋量 子数I 都为1/2。沿z 方向的角动量为 m p z =，在这里m 只能取1/2或-1/2。而自旋角动量不为0的核具有核磁矩p m e g p 2F =，考虑沿z 轴方向则有N z p Z mgF p m e G F ==2，其中以 γ== p z m e F 2为原子核磁矩的基本单位，p m e 2=γ。 在没有磁场作用时，原子核的能量时一样的，但处于磁场中则会发生能级分裂， B m γ-B -F B F E Z =?=?-=，本实验中1=?m ，故有B E γ=?。外加一射频场，当满足一定 的条件时就会发生共振吸收，条件为πγγυ2hB B E h = =?= ，从而有共振频率B π γ υ2= 。通过
二氧化钛的制备及其光催化活性的评价 一、实验目的 1、了解二氧化钛纳米颗粒的性质 2、掌握TiO2的制备工艺及学习TiO2的活性检验方法 3、培养自己设计实验分析实验结果的能力 二、实验原理 本实验纳米Ti02的合成是以钛醇盐Ti(OR)4(IP—C2H5，一C3H7，C4H9)为原料，其原理是：钛醇盐溶于溶剂中形成均相溶液，以保证钛醇盐的水解反应在分子均匀的水平上进行，由于钛醇盐在水中的溶解度不大，一般选用小分子醇(乙醇、丙醇、丁醇等)作为溶剂；钛醇盐与水发生水解反应，同时发生失水和失醇缩聚反应，生成物聚集形成溶胶；经陈化，溶胶形成三维网络而形成凝胶；干燥凝胶以除去残余水分、有机基团和有机溶剂，得到干凝胶；干凝胶研磨后煅烧，除去化学吸附的羟基和烷基团，以及物理吸附的有机溶剂和水，得到纳米Ti02粉体。 TiO2溶胶凝胶法的制备主要包括2个部分：水解缩合、凝结。缩合是将溶质分子或离子缩合为大分子聚合物即胶粒的过程。这些胶粒分散在介质中称为溶胶。在一定条件下胶粒聚集、合并并转化成湿凝胶称为凝结。在sol-gel过程中钛酸丁酯的水解——缩聚反应速度极快，会立即生成沉淀，影响TiO2的细化。我们可以通过加入水解抑制剂、配置滴加液，并控制滴加速度等方法来抑制沉淀的产生，从而形成均匀稳定的溶胶。在以乙醇为溶剂、钛酸四丁酯和水发生不同程度的水解反应，钛酸四丁酯在酸性条件下，在乙醇介质中水解反应是分步进行的。 水解产物为含钛离子溶胶： Ti（O-C4H9）4+4H2O==Ti（OH）4+4C4H9OH Ti(OH)4+Ti(O-C4H9)4==2TiO2+4C4H9OH Ti(OH)4+ Ti(OH)4==2TiO2 +4H2O 根据Ti02能降解有机物的性质，二氧化钛催化亚甲基蓝降解，其降解速度与二氧化钛活性有关，可以通过测量单位时间内被降解的有机物浓度降低量来确定Ti02的活性，而有机物的浓度可以用分光光度计测的。 三、仪器与试剂 试剂：钛酸丁酯（化学纯）、无水乙醇（分析纯）、95%乙醇（分
核磁共振成像实验 【目的要求】 1.学习和了解核磁共振原理和核磁共振成像原理； 2.掌握MRIjx 核磁共振成像仪的结构、原理、调试和操作过程； 【仪器用具】 MRIjx 核磁共振成像仪、计算机、样品（油） 【原 理】 磁共振成像（MRI ）是利用射频电磁波（脉冲序列）对置于静磁场B 0中的含有自旋不为零的原子核（1H ）的物质进行激发，发生核磁共振，用感应线圈检测技术获得物质的组织驰豫信息和氢质子密度信息（采集共振信号），用梯度磁场进行空间定位、通过图像重建，形成磁共振图像的方法和技术。 具体的讲，核磁共振是利用核磁共振现象获取分子结构、样品内部结构信息的技术。当具有自旋的原子核的磁矩处于静止外磁场中时会产生进动和能级分裂。在交变磁场作用下，自旋的原子核会吸收特定频率的无线电射频电磁波，从较低的能级跃迁到较高能级。在停止射频脉冲后，原子核按特定频率发出射电信号，并将吸收的能量释放出来，被物体外的接受器收录，经电子计算机处理获得图像，这就是做核磁共振成像过程。 MRI 的特点： ● 具有较高的物质组织对比度和组织分辨力，对软组织分辨率极佳，能清晰地显示软组织、软骨结构，解剖结构和医学上的病变形态，显示清楚、逼真。 ● 多方位成像，能对被检查部位进行横断面、冠状面、矢状面以及任何斜面成像。 ● 多参数成像，获取T 1加权成像（T 1W1）：T 2加权成像（T 2W2）、质子密度加权成像(PDW1)，在影像上取得物质的组织之间、组织与变化之间T 1、T 2和PD 的信号对比，在医学上对显示解剖结构和病变敏感。 ● 能进行形态学、功能、组织化学和生物化学方面的研究。 ● 以射频脉冲作为成像的能量源，不使用电离辐射，对人体安全、无创。 一、核磁共振原理 产生核磁共振信号必须满足三个基本条件：（1）能够产生共振跃迁的原子核；（2）恒定的静磁场（外磁场、主磁场）B 0；（3）产生一定频率电磁波的交变磁场，射频磁场（RF ）；即：“核”：共振跃迁的原子核；“磁”：主磁场B 0和射频磁场RF ；“共振”：当射频磁场的频率与原子核进动的频率一致时原子核吸收能量，发生能级间的共振跃迁。 1. 原子核的自旋和磁矩 原子核由质子和中子组成，原子核有自旋运动，可以粗略的理解为原子核绕自身的轴向高速旋转的运动，对应有确定的自旋角动量，反映了原子核的内禀特性。自旋的大小与原子核中的核子数及其分布有关，质子数和中子数均为偶数的原子核，自旋量子数I=0，质量数为奇数的原子核，自旋量子数为半整数，质量数为偶数，质子数为奇数的原子核，自旋量子数为整数。原子核自旋角动量的具体数值由原子核的自旋量子数I 决定， )(1+=I I l I 。 原子核具有电荷分布，自旋时形成循环电流，产生磁场，形成磁矩，磁矩的方向与自旋角动量方向一致，大小I P γγμ==，P 是角动量，γ是磁旋比，等于
近代物理实验题目磁共振技术 学院数理与信息工程学院 班级物理082班 学号08220204 姓名 同组实验者 指导教师
光磁共振实验报告 【摘要】本次实验在了解如光抽运原理，弛豫过程、塞曼分裂等基本知识点的基础上，合理进行操作，从而观察到光抽运信号，并顺利测量g因子。 【关键词】光磁共振光抽运效应塞曼能级分裂超精细结构 【引言】光磁共振实际上是使原子、分子的光学频率的共振与射频或微波频率的磁共振同时发生的一种双共振现象。这种方法是卡斯特勒在巴黎提出并实现的。由于这种方法最早实现了粒子数反转，成了发明激光器的先导，所以卡斯特勒被人们誉为“激光之父”。光磁共振方法现已发展成为研究原子物理的一种重要的实验方法。它大大地丰富了我们对原子能级精细结构和超精细结构、能级寿命、塞曼分裂和斯塔克分裂、原子磁矩和g因子、原子与原子间以及原子与其它物质间相互作用的了解。利用光磁共振原理可以制成测量微弱磁场的磁强计，也可以制成高稳定度的原子频标。 【正文】 一、基本知识 1、铷原子基态和最低激发态能级结构及塞曼分裂 本实验的研究对象为铷原子，天然铷有两种同位素；85Rb（占72．15%）和87Rb（占27．85%）．选用天然铷作样品，既可避免使用昂贵的单一同位素，又可在一个样品上观察到两种原子的超精细结构塞曼子能级跃迁的磁共振信号．铷原子基态和最低激发态的能级结构如图1所示．在磁场中，铷原子的超精细结构能级产生塞曼分裂．标定这些分裂能级的磁量子数m F=F，F－1，…，－F，因而一个超精细能级分裂为2F＋1个塞曼子能级． 设原子的总角动量所对应的原子总磁矩为μF，μF与外磁场B0相互作用的能量为 E＝－μF·B0＝g F m FμF B0（1） 这正是超精细塞曼子能级的能量．式中玻尔磁子μB＝9．2741×10－24J·T－1 ，朗德因子g F= g J [F(F+1)+J(J+1)－I（I＋1）] ? 2F（F＋1）（2） 图1 其中g J= 1+[J(J+1)－L(L+1)+S（S＋1）] ? 2J（J＋1）（3） 上面两个式子是由量子理论导出的，把相应的量子数代入很容易求得具体数值．由式（1）可知，相邻塞曼子能级之间的能量差 ΔE＝g FμB B0（4） 式中ΔE与B0成正比关系，在弱磁场B0＝0，则塞曼子能级简并为超精细结构能级．
材料专业实验报告 题目：扫描电镜(SEM)物相分析实验学院：先进材料与纳米科技学院专业：材料物理与化学 姓名： 学号：1514122986 2016年6月30日
扫描电镜(SEM)物相分析实验 一．实验目的 1.了解扫描电镜的基本结构与原理 2.掌握扫描电镜样品的准备与制备方法 3.掌握扫描电镜的基本操作并上机操作拍摄二次电子像 4.了解扫描电镜图片的分析与描述方法 二．实验原理 1.扫描电镜的工作原理 扫描电镜（SEM）是用聚焦电子束在试样表面逐点扫描成像。试样为块状或粉末颗粒，成像信号可以是二次电子、背散射电子或吸收电子。其中二次电子是最主要的成像信号。由电子枪发射的电子，以其交叉斑作为电子源，经二级聚光镜及物镜的缩小形成具有一定能量、一定束流强度和束斑直径的微细电子束，在扫描线圈驱动下，于试样表面按一定时间、空间顺序作栅网式扫描。聚焦电子束与试样相互作用，产生二次电子发射以及背散射电子等物理信号，二次电子发射量随试样表面形貌而变化。二次电子信号被探测器收集转换成电讯号，经视频放大后输入到显像管栅极，调制与入射电子束同步扫描的显像管亮度，得到反映试样表面形貌的二次电子像。 本次实验中主要通过观察背散射电子像及二次电子像对样品进行分析表征。 1）背散射电子 背散射电子是指被固体样品原子反射回来的一部分入射电子，其中包括弹性背反射电子和非弹性背反射电子。弹性背反射电子是指被样品中原子和反弹回来的，散射角大于90度的那些入射电子，其能量基本上没有变化（能量为数千到数万电子伏）。非弹性背反射电子是入射电子和核外电子撞击后产生非弹性散射，不仅能量变化，而且方向也发生变化。非弹性背反射电子的能量范围很宽，从数十电子伏到数千电子伏。背反射电子的产生范围在100nm-1mm深度。背反射电子产额和二次电子产额与原子序数的关系背反射电子束成像分辨率一般为50-200nm（与电子束斑直径相当）。背反射电子的产额随原子序数的增加而增加，所以，利用背反射电子作为成像信号不仅能分析形貌特征，也可以用来显示原子序数衬
电子科技大学生命科学与技术学院标准实验报告 （实验）课程名称《医学成像技术》 电子科技大学教务处制表
电子科技大学 实验报告 学生姓名：陈睿黾学号：2209101028指导教师：廖小丽 实验地点：人文楼418 实验时间：2006.6.2 一、实验室名称：医疗仪器实验室 二、实验项目名称：傅立叶变换核磁共振一维、二维成像 三、实验学时：4学时 四、实验原理： 利用样品的原子核在梯度磁场及高频电磁场的激励下产生的自发辐射信号的频率和相位因空间位置不同而不同来进行成像。 五、实验目的： 对磁共振成像整个过程进行了解，同时对每一个参数改动后对磁共振信号及图像影响的效果有直观的认识，了解一维、二维成像原理，进一步熟悉磁共振成像原理。 六、实验内容： 采用定标样品（三注油孔）对一维成像（空间频率编码）有所认识。对梯度场各参数对一维成像的影响进行观察。 了解瞬间梯度场，对二维成像（空间相位编码）有所认识。了解瞬间梯度场的梯度大小和瞬间梯度保持时间对二维成像图形的影响。 七、实验器材： GY-CTNMR-10KY核磁共振成像实验仪、计算机、注油三孔实验样品 八、实验步骤： 1．按实验要求连线。 2．开机预热。
3．将注油三孔样品放入样品池中，打开磁共振成像软件，设置共振频率：按下“参数设置”页面再按下“自动采集”出现采集的信号图及傅立叶变换的频谱图，调节“频率设置”中间的按钮，直至出现波形符合预期目标的图形。 4．调节匀场：分别调节电源上匀场调节电位器并同时调节软件中的XY 匀场至傅立叶频谱图中峰最尖锐最高信号最长，适当调节共振频率，使波形看上去尽量平滑。 5．设置Z 梯度场和一维成像：调偏Z 匀场调节使峰变宽变低，同时出现Z 轴线上投影的一维成像信号。调节Z 梯度和工作频率，使得信号频谱占半个屏幕同时在中间。 6．二维磁共振成像记录：按下“成像记录及操作”，然后按下“记录”等待2分钟，记录结束计算机会提示结束并且“采集”不再闪动。按下“二维傅立叶变换”这时你调节“行选择”可以看到每一列二次傅立叶变换的谱图。按下“成像彩色显示”即可得到所需的成像彩色密度图。 九、 实验数据及结果分析： 1．一维成像： 开机预热，磁铁温度在34.62℃，匀场电流为19.4mA 。 放入注油三孔样品，打开核磁共振成像软件，调节共振频率及相关参数，通过观察，发现在第一脉冲宽度为12S μ、第二脉冲宽度为24S μ、脉冲间隔为15mS 、XY 匀场电流分别为38mA 、5mA 、共振频率在18.7402MHz 附近时波形较好、噪声较小。 观察自由衰减信号及其频谱，逐渐加大梯度场观察到信号及频谱的变化，在无梯度场时无法区分任何空间信息，如图（1）。
一、实验目的与实验仪器 1.实验目的 （1）了解核磁共振的基本原理； （2）学习利用核磁共振校准磁场和测量因子g 的方法： （3）掌握利用扫场法创造核磁共振条件的方法，学会利用示波器观察共振吸收信号； （4）测量19F 的g N 因子。 2.实验仪器 NM-Ⅱ型核磁共振实验装置，水 样品和聚四氟乙烯样品。 探测装置的工作原理:图一中绕 在样品上的线圈是边限震荡器电路 的一部分，在非磁共振状态下它处在 边限震荡状态（即似振非振的状态）， 并把电磁能加在样品上,方向与外磁 场垂直。当磁共振发生时，样品中的 粒子吸收了震荡电路提供的能量使振荡电路的Q 值发生变化，振荡电路产生显著的振荡，在示波器上产生共振信号。 二、实验原理 （要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式） 原子核自旋角动量不能连续变化，只能取分立值即： P = 其中I 称为自旋量子数，I=0，1/2，1，3/2，2，5/2，…本实验涉及的质子和氟核 F 19 的自旋量子数I 都等于1/2。类似地原子核的自旋角动量在空间某一方向，例如z 方向的分量不能连续变化，只能取分立的数值 自旋角动量不为零的原子核具有与之相联系的核自旋磁矩， 其大小为： P 2M e g =μ 核磁共振 实验报告
其中e 为质子的电荷，M 为质子的质量，g 是一个由原子核结构决定的因子，对不同种类的原子核g 的数值不同，g 成为原子核的g 因子。由于核自旋角动量在任意给定的z 方向的投影只可能取（2I+1）个分立的数值，因此核磁矩在z 方向上的投影也只能取（2I+1）个分立的数值： 2M e g p 2M e g m z z ==μ 原子核的磁矩的单位为： 2M e N =μ 当不存在外磁场时，原子核的能量不会因处于不同的自旋状态而不同。通常把B 的方向规定为z 方向，由于外磁场B 与磁矩的相互作用能为： B B P B B E z z m γγμμ-=-=-=?-= 核磁矩在加入外场B 后，具有了一个正比于外场的频率。量子数m 取值不同，则核磁矩的能量也就不同。原来简并的同一能级分裂为(2I+1)个子能级。不同子能级的能量虽然不同，但相邻能级之间的能量间隔 却是一样的，即： B E γ=? 而且，对于质子而言，I=1/2，因此，m 只能取m=1／2和m= -1/2两个数值。简并能级在磁场中分开。其中的低能级状态,对应E 1=-mB ，与场方向一致的自旋，而高的状态对应于E 2=mB ，与场方向相反的自旋。当核自旋能级在外磁场B 作用下产生分裂以后，原子核在不同能级上的分布服从玻尔兹曼分布。 若在与B 垂直的方向上再施加一个高频电磁场（射频场），且射频场的频率满足一定条件时,会引起原子核在上下能级之间跃迁。这种现象称为共振跃迁（简称共振）。 发生共振时射频场需要满足的条件称为共振条件： B π γν2= 如果用圆频率ω=2πν 表示，共振条件可写成：B γω=
纳米ZnO2的制备 实验报告 班级：应091-4 组号：第九组 指导老师：翁永根老师 成员：任晓洁 1428 邵凯 1429 孙希静 1432 【实验目的】 1.了解纳米氧化锌的基本性质及主要应用 2.通过本实验掌握纳米氧化锌的制备方法
3.对于纳米氧化锌的常见产品掌握制备原理和方法，并学会制备简易产 品。 4.通过本实验复习并掌握EDTA溶液的配制和标定，掌握配位滴定的原 理，方法，基准物质的选择依据以及指示剂的选择和pH的控制。 5.掌握基础常用的缓冲溶液的配制方法和原理。 6.加深对实验技能的掌握及提高查阅文献资料的能力。 【实验原理】 1. 超细氧化锌是一种近年来发展的新型高功能无机产品，晶体为六方结构，其颗粒大小约在1～100纳米。纳米氧化锌由于颗粒小、比表面积大而具有许多其表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了宏观物体所不具有的特殊的性质，呈现表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应以及高透明度、高分散性等特点。近年来发现它在催化、光学、磁学、力学等方面展现出许多特殊功能，使在陶瓷、化工、电子、光学、生物、医药等许多领域有重要的应用价值，具有普通氧化锌所无法比较的特殊性和用途。纳米氧化锌在纺织领域可用于紫外光遮蔽材料、抗菌剂、荧光材料、光催化材料等。纳米氧化锌一系列的优异性和十分诱人的应用前景。 2. 纳米氧化锌的制备方法主要有：水热法，均相沉淀法，溶胶一凝胶法，微乳液法，直接沉淀法 3. 本工艺是将锌焙砂（主要成份是ZnO，主要伴生元素及杂质为铁，铜，铅，镍，铬，镍，此外，还含有其它微量杂质，因而用锌焙砂直接酸浸湿法生产活性氧化锌，必须利用合理的酸浸及除杂工艺，分离铅，脱铁、锰，除钙、镁等重金属）与硫酸反应，生产出粗制硫酸锌，加高锰酸钾、锌粉等，经过提纯得到精制硫酸锌溶液后，再经碳化母液沉淀，制得碱式碳酸锌，最后经烘干，煅烧制成活性氧化锌成品。 4. 氧化锌含量的测定采用配位滴定法测定，用NH3-NH4Cl缓冲溶液控 制溶液pH≈10,以铬黑T为指示剂，用EDTA标准溶液进行滴定，其主要反应如下： 在氨性溶液中： Zn2++4NH3?Zn(NH3)42+ 加入EBT（铬黑T）时： Zn(NH3)42++EBT（蓝色）?Zn-EBT（酒红色）+4NH3 滴定开始-计量点前： Zn(NH3)42++EDTA?Zn-EDTA+4NH3 计量点时： Zn-EBT（酒红色）+EDTA?Zn-EDTA+EBT（蓝色）
泸州医学院 本科学生设计性实验报告 专业年级班级 组长姓名 小组成员 课程名称 时间 实验设计方案： 篇二：标准实验报告格式(医学成像技术) 电子科技大学生命科学与技术学院 标准实验报告 （实验）课程名称《医学成像技术》 电子科技大学教务处制表 电子科技大学 实验报告 学生姓名：陈睿黾学号： 2209101028 指导教师：廖小丽实验地点：人文楼 418 实验时间：2006.6.2 一、实验室名称：医疗仪器实验室 二、实验项目名称：傅立叶变换核磁共振一维、二维成像 三、实验学时：4学时 四、实验原理： 利用样品的原子核在梯度磁场及高频电磁场的激励下产生的自发辐射信号的频率和相位 因空间位置不同而不同来进行成像。 五、实验目的： 对磁共振成像整个过程进行了解，同时对每一个参数改动后对磁共振信号及图像影响的 效果有直观的认识，了解一维、二维成像原理，进一步熟悉磁共振成像原理。 六、实验内容： 采用定标样品（三注油孔）对一维成像（空间频率编码）有所认识。对梯度场各参数对 一维成像的影响进行观察。 了解瞬间梯度场，对二维成像（空间相位编码）有所认识。了解瞬间梯度场的梯度大小 和瞬间梯度保持时间对二维成像图形的影响。 七、实验器材： gy-ctnmr-10ky核磁共振成像实验仪、计算机、注油三孔实验样品 八、实验步骤： 1．按实验要求连线。 2．开机预热。 3．将注油三孔样品放入样品池中，打开磁共振成像软件，设置共振频率：按下“参数设 置”页面再按下“自动采集”出现采集的信号图及傅立叶变换 的频谱图，调节“频率设置”中间的按钮，直至出现波形符合预期目标的图形。 4．调节匀场：分别调节电源上匀场调节电位器并同时调节软件中的xy匀场至傅立叶频 谱图中峰最尖锐最高信号最长，适当调节共振频率，使波形看上去尽量平滑。 5．设置z梯度场和一维成像：调偏z匀场调节使峰变宽变低，同时出现z轴线上投影的 一维成像信号。调节z梯度和工作频率，使得信号频谱占半个屏幕同时在中间。 6．二维磁共振成像记录：按下“成像记录及操作”，然后按下“记录”等待2分钟，记
应物0903班 核磁共 振实验报告 王文广U8 苏海瑞 U8
核磁共振实验报告 一、实验目的 1．了解核样共振的基本原理 2．学习利用核磁共振测量磁场强度和原子核的g 因子的方法 二、实验内容 1．在加不同大小扫场情况下仔细观察水样品的核磁共振现象，记录每种情况下的共振峰形和对应的频率 2．仔细观察和判断扫场变化对共振峰形的影响，从中确定真正能应永久磁铁磁场0B 的共振频率，并以此频率和质子的公认旋磁比值 ()267.52MHz /T γ=计算样品所在位置的磁场0B 3．根据记录的数据计算扫场的幅度 4．研究射频磁场的强弱对共振信号强度的影响 5．观察聚四氟乙烯样品的核磁共振现象，并计算氟核的g 因子 三、实验原理 1．核磁共振现象与共振条件 原子的总磁矩j μ和总角动量j P 存在如下关系 22B j j j j e e B e g P g P P m h e e m πμμγμγ=-==为朗德因子，、是电子电荷和质量，称为玻尔磁子，为原子的旋磁比
对于自旋不为零的原子核，核磁矩j μ和自旋角动量j P 也存在如下关系 22N I N I N I I p e g P g P P m h πμμγ=-== 按照量子理论，存在核自旋和核磁矩的量子力学体系，在外磁场 0B 中能级将发生赛曼分裂，相邻能级间具有能量差E ?，当有外界条 件提供与E ?相同的磁能时，将引起相邻赛曼能级之间的磁偶极跃迁，比如赛曼能级的能量差为02B h E γπ ?= 的氢核发射能量为h ν的光子，当0= 2B h h γνπ 时，氢核将吸收这个光子由低塞曼能级跃迁到高塞曼能级，这种共振吸收跃迁现象称为“核磁共振” 由上可知，核磁共振发生和条件是电磁波的圆频率为 00B ωγ= 2．用扫场法产生核磁共振 在实验中要使0= 2B h h γνπ 得到满足不是容易的，因为磁场不是容易控制，因此我们在一个永磁铁0B 上叠加一个低频交谈磁场 sin m B B t ω=，使氢质子能级能量差 ()0sin 2m h B B t γωπ +有一个变化的区域，调节射频场的频率ν，使射频场的能量h ν能进入这个区域，这样在某一瞬间等式 ()0sin 2m h B B t γωπ +总能成立。如图，
harbin institute of technology 纳米技术实验报告 课程名称：纳米技术院系：航天学院微电子科 学与技术系班级： 21系设计者：王 立刚学号： 14s121034 指导教师： 哈尔滨工业大学 实验二：接触角测量实验 一、实验目的 1、在研究纳米材料时，表面润湿特性是纳米材料的重要性质，通过本实验了解润湿接触 角概念和测量原理； 2、采用高倍显微镜观测实验材料（316不锈钢，吊兰叶片，氮化硼纳米管膜）的表面微 观结构； 3、掌握用接触角测量仪测量纳米材料的接触角。 二、实验仪器、样品 jc2000c1 接触角测量仪，包括接触角测量仪主机平台，蠕动加样泵，ccd摄像头等几部分。计算 机ccd及数据处理软件，烧杯，超纯水，移液器，316不锈钢片，吊兰叶片，氮化硼纳米管 膜。 三、实验原理 所谓接触角是指在固体材料水平表面上滴一液滴，形成的固、液、气三相交界点处，气 —液界面和固—液界面两切线把液相夹在其中时所成的角θ（contact angle），如图1所示。 图1 接触角 润湿（wetting）的热力学定义是，若固体与液体接触后体系（固体和液体）的自由能g 降低，称为润湿。接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度，θ在0~180°之间，θ ＝90°可作为润湿与不润湿的界限，当θ<90°时为可润湿，材料是亲水性的；当θ>90° 时为不润湿，材料是疏水性的。 本实验使用液滴量角法，拟合分析法。量角法是将固体表面上的液滴投影到屏幕上，然 后直接测量切线与相界面的夹角，即直接测量接触角的大小。拟合分析法是选中液滴两侧的 底部，两侧的中部，和顶部五个点拟合出液滴的形貌，然后进行接触角的测量。 本实验使用的样品有三种材料，316不锈钢，吊兰叶片，氮化硼纳米管膜。316不锈钢具 有标准的不锈钢润湿特性，呈亲水性；吊兰叶片为自然界中具有特殊表面润湿效应的生物体； 氮化硼纳米管膜为仿生疏水膜。 四、实验步骤 1、接触角测量 将实验样品摆在测试台上，转动蠕动泵旋钮在样品表面加一滴水样，开机运行 jc2000-usb.exe，进入接触角测量界面，按“冻结图像”后，“保存图片”。分别测：3个实 验样品的接触角。 2、实验处理 按“量角法”，进入量角法主界面，按“开始”，选中需要计算的图形文件。先定量角器 的精度，然后，测量尺通过向上、下、左、右及旋转，至测量尺与液滴边缘相切，再下移测 量尺到液滴顶端，再将旋转测量尺，使其与液滴左端相交，即得到接触角的数值。也可以使 测量尺与液滴右端相交，此时用180°减去测量值即为接触角。 五、实验结果 1、316不锈钢片 图2 316不锈钢片上水滴形貌
近代物理实验-核磁共振 实验目的： (1)了解核磁共振原理 (2)学习使用核磁共振测量软件 实验原理： 核具有自旋角动量p ，根据量子力学p 的取值为： p=?)1( I I (1) 式中?=h/2π，h 为普朗克常数，I 为自旋量子数，其取值为整数或半整数即0,1,2,…或 1/2,3/2,…。若原子质量数A 为奇数，则自旋量子数I 为半整数，如1H(1/2), 15N(1/2), 17O(5/2), 19F(1/2)等；如A 为偶数,原子序数Z 为奇数，I 取值为整数，如21H(1), 147N(1), 105B(3) 等；当A 、Z 均为偶数时I 则为零，如126C, 168O 等。 核自旋角动量p 在空间任意方向的分量（如z 方向）的取值为： p z = m ? (2) m 的取值范围为-I…I，即-I ，-（I-1），…，（I-1），I 。 原子核的自旋运动必然产生一微观磁场，因此称原子核具有自旋磁矩μ，它与自旋角动量p 的关系为： μ = γ p (3) γ称为旋磁比，γ与原子核本身性能有关，它的数值可正可负。 与自旋角动量一样，自旋磁矩在外加磁场方向的分量值也是量子化的 μz = γ ? m (4) 与p 一样的取值范围一样，m 的取值范围也是 -I…I。对质子1H ，I=1/2, m 的取值为-1/2 和1/2。 核磁矩在外磁场B 0中将获得附加能量 E m =-μz B 0=-γ ? mB 0 (5) 以质子为例，其m 的值为1/2与-1/2，从而在外磁场作用下核能级分裂成两个能级，其能级差ΔE 为 ΔE=γ ? B 0 (6) 如果此时在与B 0垂直方向再加上一个频率为ν的交变磁场B 1，此交变磁场的能量量子为h ν，则当h ν=ΔE 时就会引起核能态在两个分裂能级间的跃迁，即产生共振现象。此时