DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 2. 大型压缩式高温热泵的特点和必要性 压缩式高温热泵的基本组成部件与蒸汽压缩式制冷机一致，包括压缩机、换热器、膨胀部件等，基本原理也相同，即通过少量外来能源的驱动，使工质发生状态循环变化，从而达到将大量热能从低温热源转移到高温热源的目的。根据冷凝温度的不同，压缩式热泵可分为常规热泵和高温热泵。出水温度在40℃~50℃的为常规热泵，而出水温度高于50℃的称为高温热泵 [ 1 ] 。大型热泵并没有公认的精确定义，在这里将可提供兆瓦级别热功率及以上的称为大型热泵。原理示意图见图1。 2.1. 大型压缩式高温热泵的特点 虽然原理相同，但大型压缩式高温热泵有明显不同于制冷机或常规热泵的要求和限制。这是由其特点决定的。大型高温热泵的首要特点就是高温热源的温度需求高。常规热泵的出水温度在50℃~60℃以下；而热功率达到兆瓦、十兆瓦级的大型热泵则普遍远超高温热泵的门槛温度，例如集中供热领域里对一次网供水的温度要求需要达到80℃~120℃，而很多需要使用高温热的工业流程也要求80℃~90℃的高温水，乃至100℃以上的高温蒸汽。其次，大型高温热泵的低温热源温度比普通制冷机和常规热泵高。常规热泵利用空气或地下水等作为热源，其温度通常不超过30℃ [ 2 ] ；而高温热泵要利用的低温热源，如电厂的锅炉乏气，工厂的余热冷却水等，则大都在30℃以上。再次，大型高温热泵低温热源和高温热 源之间的温度跨度更大。常规热泵从低温热源到高温热源的温度跨度通常为20℃~30℃，而大型高温热泵跨度普遍超过40℃。见图2所示。最后，大型压缩式高温热泵需要大容量压缩机，这类产品设计生产的难度往往较高。以上这些需求使得大型压缩式高温热泵机组的热力循环和循环工质等必须进行针对性选择，同时也对设备制造商在大容量压缩机及耐压耐温的管路、阀门、轴承等关键零部件的生产能力提出新挑战。 2.2. 开发大型压缩式高温热泵的必要性 尽管开发大型压缩式热泵的难度远大于小型常规热泵，但其对我国的能源现状而言仍具有相当的必要性。据统计，随着国民经济的快速发展，我国的年能源消耗总量还在不断攀升，其中煤的占比始终居 图1. 压缩式高温热泵原理示意图 图2. 大型高温热泵运行范围示意图 高不下，其燃烧后排放的粉尘、二氧化硫和氮氧化物等污染物对环境造成了巨大的负面影响。能源总消耗中有60%以上的能源消耗用于各类制造工业，再加上冬季耗能大户的供暖热电行业，其实际用能热效率只在15%~45%之间，也就是55%~85%的能源最终是在某一温度下以余热的形式被直接排放，同时为了排热，还要浪费大量水资源 [ 3 ] 。这就造成了目前我国的能源低效利用局面，即存在大量分布广泛又相对集中的工业余热，同时为了满足更多热能和电力需求，还在不断增加一次能源尤其是煤的消耗，导致了环境压力进一步加大。这类工业余热大多以水为载体，多处于30℃~60℃温度区间内，虽然直接换热利用价值极低，但对大型高温热泵系统来说品味却很高，非常适合作为高温热泵的低温热源。如能采用高温热泵充分利用这部分热量，可对提高我国的用能效率起到显著作用，极大的减轻环境压力。不难看出，我国现有的大量工业余热资源是推广高温热泵极为有利的条件，对其回收再利用也是非常紧迫的现实需求，这使得大型压缩式高温热泵在今后一段时期内具有十分广阔的市场前景。经过学术界和工业界多年的努力，目前国内无论是换热器还是压缩机的设计生产技术都已达到了较高的水平，新的高温循环工质研究也已有一定深度，因此从技术上来讲，针对工业余热回收工况专门设计生产大型压缩式高温热泵已不存在困难。为了更好的推进这项研究，本文将从以下几方面进行现状阐述和分析。
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user: 3. 热力循环 3.1. 优化常规循环 常规循环即由蒸汽压缩，高压蒸汽放热冷凝，节流为低压液体，再从低温热源吸热汽化四步组成的基础方案，结构简单，但优化空间很大，现有的市面产品几乎全部是在基础循环中中增加或替换一些部件以提高循环效率的优化循环，如带有液相/吸气热交换器、经济器、喷射器或可回收膨胀功的膨胀机等循环方案。对于这一类循环，已有大量的理论和实验研究，系统模型的构建也已达到相当完善的地步。Chasik Park [ 4 ] 等回顾了近年来蒸汽压缩循环的研究进展，着重对过冷循环，膨胀功回收循环、喷射循环、多级循环及饱和循环等优化循环方案等逐一进行理论和模拟分析，给出了在不同工况和工质条件下各类循环的性能对比，指出了增加膨胀功回收和喷射环节可较好的提升循环性能，而多级饱和循环则具有很大提升潜力。这些结论在制冷或常规热泵工况下做出的，对压缩式高温热泵同样具有指导意义。从市面产品的设计来看，这类优化循环可以满足绝大多数案例的需要。因此优化常规循环的评价与组合仍是热力循环研究的重心。 一般而言从蒸发温度到冷凝温度的跨度越大，系统COP越低，因此为了达到所需的温度，同时又具有较高的COP，通常压缩式高温热泵都会采用多级压缩、逐级升温的方案，而大型的压缩式高温热泵由于余热总量大，温度跨度大，单一的常规循环很难做到较高效率，就需要设计者充分考虑循环方案，以达到最优的热量/温度梯级利用效果。日本九州大学的研究人员Chieko Kondou等 [ 5 ] 就针对四种复杂循环方案在压缩式高温热泵中的应用进行了探索，充分考虑了串联、并联、多级压缩加中间补气及复叠式循环的搭配组合，利用三台压缩机和其他部件搭建了高温热泵系统，同时评估了四种低GWP的氢氟烯烃(HFO)类工质在不同循环中的性能，从而利用80℃热源将最终出水温度提高到160℃。 3.2. 跨临界循环 在以上各类常规循环的搭配组合以外，与制冷循环不同的是，有一部分高温热泵研究采用的是跨临界循环，其包括了常规的液体气化吸热的低温侧和只有气相传热的高温侧。这是由于高温热泵的所需温度有可能显著高于循环工质的临界温度，故在高温热泵中应用时必须采用跨临界循环。 最常见的使用跨临界循环的工质是CO 2 。CO 2 很早就作为循环工质而被研究，然而效果欠佳，很快为人造工质替代。但从上世纪90年代开始，由于CFC类制冷工质的臭氧破坏性，研究者开始重新尝试将自然存在的CO 2 作为工质应用于制冷或常规热泵系统中 [ 6 ] ，特别是随着2014年欧盟率先颁布对HFC类高GWP工质的限制令(European Regulation N517/2014)，CO 2 跨临界循环热泵系统再次成为研究热点 [ 7 ] ，有大量研究持续努力将CO 2 跨临界循环应用于各类制冷、常规热泵和高温热泵之中。Groll等 [ 8 ] 总结了这些应用性研究，从理论上分析了各种CO 2 跨临界循环方案的性能，并指出这类循环方案的推广使用仍然有赖于压缩机和换热设备的持续提升，受限于投资成本与政策的变化。在国内，天津大学就对跨临界CO 2 热泵系统较早的展开了研究 [ 9 ] 。西安交通大学建立了跨临界CO 2 系统试验台，对CO 2 压缩机以及膨胀机进行了研究，搭建的跨临界热泵系统可提供90℃的出水 [ 10 ] [ 11 ] 。同济大学分析了跨临界循环中由于接近CO 2 临界温度而带来的COP损失 [ 12 ] 。 此外也有采用人造有机工质进行跨临界循环研究的尝试。东京电力公司的梅泽修一等 [ 13 ] [ 14 ] 研制了以R134a为工质的离心式高温热泵，制取130℃的高温高压水及高温空气，用以木材干燥和变压器制造的工艺过程。该系统采用了跨临界多级循环流程，COP达到3.0，节省了27%一次能源消耗量，降低CO 2 排放量达44%。西安交通大学的Yu Jianlin等 [ 15 ] 开发了采用R290/R32混合工质跨临界循环热泵系统，可获得90℃出水 [ 15 ] 。 3.3. 变温循环 压缩式热泵的冷凝器和蒸发器中不可避免存在着温差传热的不可逆损失，同时低温热源与高温热源的热容量都不是无穷大，不能视作恒温热源，进、出口之间存在较大的温差。此时对于变温热源来说可逆的理想循环就不是逆卡诺循环，而是由两个与热源做无温差传热的多变过程及两个等熵过程组成的洛伦兹循环 [ 16 ] 。这就意味着在理论上，变温循环可利用较少的升温级数满足同样的系统性能要求。大型压缩式热泵的两端热源均是温度变化较大的变温热源，而在两个热源之间的温度跨度通常也比普通热泵或制冷机要大，如采用常规循环不可避免的会导致性能下降且级数较多。因此变温循环就成为该种热泵系统研究的一个重要方向。同济大学的Xiang Cao等 [ 17 ] 由独立的多级单质工质循环，通过换热器串联拟合出了变温循环，显著提高了整体系统的性能，试验表明两级拟合和三级拟合变温循环分别将系统COP提高了12.3%和18.7%。但就通常而言，关于变温循环的研究主要是围绕存在相变温度滑移的非共沸混合工质而展开的，而变温循环的表现也取决于工质本身的性能。 3.4. 小结 在制冷机组中已经得到广泛应用的各类优化常规循环可以满足绝大部分情况下大型压缩式高温热泵的需求，然而由于大型热泵普遍温升较大，为保证系统总性能和运行成本满足要求，需合理安排逐级升温和循环优化，这又将增加设备的初投资成本，如何平衡需根据具体工况而定；跨临界循环由于对设备有特殊要求，目前仍停留在实验室研究和示范应用阶段；变温循环具有适应大温度跨度的特性，十分适合用于高温化、大跨温的需求场合，但有赖于性能较好的非共沸混合工质的开发研究。
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user: 5. 大型压缩式高温热泵的应用 热泵技术很早就在建筑室内环境调节中得到广泛应用。而高温热泵可以直接将供水温度提高到60℃以上乃至更高，基本能够达到北方供热的标准，使末端散热装置不受限制，因而该类热泵既可以作为普通建筑的供热热源，也可以用于老建筑的改造 [ 18 ] 。目前发达国家的设备制造商已经推出了不同规格的压缩式高温热泵产品。如美国麦克维尔公司(McQuay)在本世纪初就推出了Templifie系列热泵机组，按不同功率等级分为回转式和离心式两大类型，其中离心式机组为兆瓦级，最高供水温度为60℃~70℃，低位热源为12℃~35℃的余热，在热源29.4℃出水温度60℃工况下，COP可达5左右。瑞士孚瑞公司(Friotherm)开发了工质为R134a，最高冷凝温度为90℃，制冷量范围为2 MW到20 MW的离心式高温热泵机组。典型的应用项目是为瑞典斯德哥尔摩的Nimrod海水源热泵项目提供了4台Unitop 33/28CPY双机头离心式热泵机组，一共可生产48MW的制热量或36MW的制冷量，热水供水温度为78℃，冷水供水温度为5℃；以及在挪威奥斯陆Skoyen Vest采用Unitop 50FY离心式热泵机组，从10℃污水中制取90℃热水供热，总热功率达到12 MW [ 36 ] 。美国江森自控(Johnson’s control)旗下的约克公司(York)推出了Titan多级离心压缩式高温热泵，YDST单级离心式高温热泵，CYK双级离心式热泵机组、YK工业级离心式高温热泵机组等系列化的余热回收解决方案产品 [ 37 ] 。其中Titan多级离心压缩式高温热泵单机制热能力达30MW，单机热水出水温度可达82℃。这种单机制热量达到数十兆瓦量级的大容量热泵非常适合应用于区域能源中心、大型工业厂房、城市集中供暖等场合。 在国内，西安交通大学压缩机研究所集中于高温热泵系统的研究，开发了余热回收高温热泵系统测试台，采用带有喷油冷却的高温螺杆压缩机，使得冷凝温度达到90℃，出水温度达到85℃，并研究了油冷却技术对机组性能的影响 [ 38 ] 。在此基础上，与国内压缩机厂家合作研发高温热泵用螺杆压缩机，开发了制热量700 kW的油田余热回收高温热泵机组。机组采用两级冷凝器串联加热 [ 39 ] 。格力公司采用其研制的永磁同步变频离心式热泵回收低品位工业余热，用于北方城镇区域集中供暖，实验结果表明热功率1759 kW的永磁同步变频离心式热泵的制热COP达到7.0，热泵系统整体COP达到4.8，能效高于大型热电联产供热系统 [ 40 ] 。烟台冰轮集团也开发了螺杆式污水源热泵，可以提供45℃~65℃的热水，可以替代燃煤锅炉满足小区供暖需要，出水55℃时，制热COP达到4.1 [ 41 ] 。 另一方面，在石化、轻工制造和城市环境工程等工业领域，高温热泵具有广泛的用途，例如原油加热集输，物料干燥，污水处理等过程。如日本神户制钢所研制的系列蒸汽高温热泵，采用高压缩比高温适用的两级螺杆式压缩机，工质采用高温工质R245fa，热功率380~660 kW，冷凝温度可达120℃或160℃以上，COP分别达到3.2和2.5，可对工厂内的温排水实施热回收，适用于食品、药品、轻化工等工业的原料浓缩及干燥等多种工序 [ 42 ] 。大庆油田采用热泵技术回收油田污水余热，利用15℃~20℃油田污水冷却水作为低温热源，将工艺水提升至60℃~65℃，从而用于采暖和管道供热 [ 43 ] 。苏州某污水处理厂利用再生水作为低温热源，由高温热泵稳定产出60～70℃高温热水，可满足厌氧高温消化工序工艺温度要求。再生水源热泵相比于传统的燃煤、燃气锅炉加热方式能源利用率高出40% [ 44 ] 。 可以看出我国在高温热泵应用方面仍有两点落后于国际先进水平，一是规模较小，在集中供热方面，以北欧地区为代表，其用于集中供热的大型压缩式高温热泵功率普遍达到了十几甚至几十兆瓦，可直接用于一次网供热，而我国目前高温热泵的应用案例仍停留在1~2 MW以下，只能保证小区或个别换热站的供热。二是出水温度相对较低，在工业应用方面，我国的高温热泵应用较多是100℃以下，缺乏100℃以上出水的设备。这两点均要求国内设备制造商进一步提高压缩机设计制造的水平和全系统的有效整合能力。此外，鉴于我国工业余热的规模庞大，更大容量高温热泵的需求也在不断出现，有必要进一步针对大容量的离心式以及混流、轴流式压缩机和高效换热器等进行优化甚至全新的设计，并相应升级加工工艺与关键通用零件，从而满足更多市场需求。
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user: 6. 总结 本文通过对压缩式高温热泵的概念、热力循环、替代工质及应用现状的梳理分析，总结了今后一段时间内大型压缩式高温热泵技术的重点方向。系统方面，变温循环更加适应大型高温热泵的需求，但有赖于成熟的非共沸混合工质，在此之前，以螺杆和离心式压缩机为核心的各类常规循环仍可满足大部分大型压缩式高温热泵的需求，具有很高实用价值，应在具体项目需求基础上进行设计；在工质方面应保持跟踪热门替代高温工质，同时继续探索自然工质在大型机组中的实用化可能；设备方面应该注重开发十兆瓦量级乃至更大容量的压缩式高温热泵机组，以及高于100℃出水的高温热泵。2015年国家颁布的《余热暖民工程实施方案》明确提出，在2020年之前，通过集中回收利用低品位余热资源，来替代燃煤供热20亿m 2 以上，减少供热用原煤5000万吨以上 [ 45 ] 。“十三五”能源规划也指出，要着重引导非化石可再生能源的利用，大力减少化石能源，尤其是煤的使用。因此，对大型压缩式高温热泵在供热领域和其他工业领域应用的深入研究，对调整能源结构，进而改善空气质量至关重要，也是相关设备厂商积极响应市场变化，提高供给能力的重要机遇。
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user: 摘 要 传统的WEB应用程序在不同终端不同平台开发时，为实现全方位、多角度的用户需要而采用不同的开发框架，这无疑增加了开发人员的开发量和维护量。Vaadin是一个用于创建富客户端(RIA)应用程序的前端开发框架，应用程序在不同终端和平台实现时都基于相同的框架，其具有种类丰富和功能完善的界面表现力、灵活的数据监听处理功能，同时能兼顾跨平台跨终端的触屏交互、动画切换等移动特性。为实现旋转机械动平衡计算在智能手机、PAD等移动终端的应用需求，同时兼顾系统交互性和功能性，本文基于Vaadin开发框架设计实现了旋转机械动平衡计算系统。实例应用表明，系统在跨平台跨终端实现时，不仅显著提高了开发效率，也兼顾了不同终端的用户体验。 关键词 :Vaadin，交互，动平衡，用户体验 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 传统的旋转机械动平衡计算都是基于桌面应用程序开发，在移动终端的实现较少，但随着移动互联网技术的高速发展，人们越来越多的通过智能手机和平板电脑等移动终端来获得功能体验，其便捷性是传统桌面应用程序无法比拟的。传统的WEB应用开发为了兼顾系统的兼容性和交互性，需要针对不同的移动终端系统如iOS、Android、Windows phone等，采取不同的开发框架和技术来分别进行开发和维护，造成了较大的开发量及维护量。如何采用合适开发框架和技术开发不同终端应用程序，既能减少开发量，又能提供更安全和友好的Web应用程序界面，是当前移动终端应用程序开发所面临的一个重要课题。 Vaadin是一个Java Web应用程序开发框架，用于创建和设计一个能够在网络上实现高性能数据呈现的Web应用程序 [ 1 ] 。本文通过分析Vaadin开发框架的关键技术，如系统界面、用户交互、数据绑定、移动终端的实现等，对旋转机械动平衡计算系统在固定终端和移动终端的实现进行了全新系统架构设计。实例应用表明，Vaadin框架不仅能提高开发效率，同时能兼顾不同移动终端系统的交互性，实现最佳用户体验。
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user: 2. Vaadin开发框架及技术特点 Vaadin是一种Java Web应用程序的开发框架，其设计目标是便利地创建和维护高质量的Web UI应用程序。它包含一套Web应用编程API，一组用来控制外观的主题的UI用户界面组件，UI组件用户界面组件是用户与系统交互的基础，UI组件可与数据模型进行绑定。此外Vaadin还包含一个终端适配器(terminal adapter)，其主要作用是接受用户从Web浏览器发送的请求，生成相应的响应并将其渲染到程序的UI界面上 [ 2 ] 。 图1是Vaadin应用程序架构，描述了Vaadin架构各组成部分之间的关系，其技术特点和功能如下： 1) 服务器端Vaadin应用程序以Servlet形式运行在Java Web服务器中，提供HTTP服务。Servlet类通常使用Vaadin Servlet接受客户端请求，并将它解释为某个用户Session的事件，事件关联到UI组件上，并被派发给应用程序中指定的事件监听器。如果UI逻辑变更了服务器端UI组件的状态，Servlet会将UI组件的状态变化通过HTTP应答返回给Web浏览器端。客户端引擎运行在浏览器内，它接受服务器端的应答，如果其中包含UI组件的状态变化，它将相应地修改浏览器内页面的状态。 2) 由于客户端引擎以JavaScript形式运行在浏览器内，所以Vaadin开发的应用程序在运行时不需要额外的浏览器插件(plugin)的支持。与那些基于Flash、Java Applets或其他各种浏览器插件(plugin)的开发框架相比，Vaadin更具有优势。Vaadin底层依赖于Google Web Toolkit的支持，实现了跨浏览器能力，因此开发者再也不必担心兼容多种浏览器的问题。 3) 由于HTML、JavaScript以及其他浏览器相关技术对于应用程序逻辑是隐藏的，Web浏览器想象为一个瘦的客户端平台，这个瘦客户端将UI展现给用户，又将用户的交互行为发送到服务器端。UI的控制逻辑与业务逻辑共同运行在基于Java的Web服务器上。与这种模式不同，传统的客户端/服务器架构存在一个专门的客户端应用程序部分，其中需要包含大量的客户端/服务器双向通讯，而这种通讯又往往是与具体的应用程序高度相关的。 4) 在服务器端开发模型的背后，Vaadin灵活运用了AJAX技术(Asynchronous JavaScript and XML)，AJAX技术的运用使得Vaadin可以创建出功能强大的丰富性网络应用程序(Rich Internet Application，RIA)，而且这些RIA程序的响应速度、易交互性可以达到与桌面应用程序相同的程度。 图1. Vaadin应用程序架构 5) 除了服务器端的Java应用程序开发外，也可以用Java语言编写新的widget来进行客户端开发，Vaadin甚至还可以用于开发纯的客户端应用程序，这类应用程序可以在浏览器内独立运行，而不必与服务器交互。Vaadin的客户端开发框架包括了Google Web Toolkit (GWT)，GWT提供了一个编译器，可将 Java程序编译为JavaScript代码，然后在浏览器内运行。Vaadin的客户端开发框架还包括功能完整的UI组件。无论是在客户端还是在服务器端，Vaadin都使用纯Java进行开发，而不必引入其他语言。 6) Vaadin服务器端应用程序的UI部分由客户端引擎负责呈现在浏览器中。客户端与服务器端的一切通信都被妥善的屏蔽起来。Vaadin被设计为具有很高的可扩展性，所以除了Vaadin本身提供的组件之外，还可以非常方便地使用第三方widget。在Vaadin Directory中可以找到数百个插件(Add-on)。 7) Vaadin框架将UI组件和它的具体呈现非常清楚地分离为不同的部分，因此允许分别开发这两部分。使用theme、CSS和HTML页面模板来控制UI组件的具体呈现。Vaadin提供了非常完善的默认theme，也可以自由地定制UI。
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user: 3. 系统架构 3.1. 总体设计 旋转机械动平衡计算系统在PC、Pad和智能手机等跨平台跨终端的实现都是基于Vaadin开发框架，其功能表现为用户输入数据和显示计算结果或图示。系统采用基于Vaadin的B/S技术架构模式，并利用Vaadin的MVC分层设计模式，前台界面显示层、逻辑业务层的代码是完全分离的，只有当程序运行时具体的View层才与相应的Mode层进行绑定，完成相应的业务逻辑功能，从而提高系统的灵活性和复用性。基于Vaadin的旋转机械动平衡计算系统的架构设计如图2所示。 3.2. 功能设计 该系统是以旋转机械振动原理，建立旋转机械动平衡物理模型，研究相应的平衡原理和方法，构造相应的数学模型，建立数学方程，采用相应的计算方法，如影响系数法，谐分量–影响系数法，最小二乘法等，求解方程。结合生产现场实际需求，系统将各项功能进行模块划分，主要有包括单面平衡、双面平衡、多面平衡、辅助工具等功能模块，其中辅助模块包括动平衡试重计算、矢量运算、矢量正反对称分解和许用不平衡量计算，图3为系统功能示意图。 3.3. 业务流程 系统所有的计算功能都在Web服务器端实现，用户通过Web浏览器与系统交互，Vaadin客户端引擎将原始数据发送给Servlet容器中的终端适配器，终端适配器通过Web服务器接收来自客户端用户的请求，调用相应的计算模块，将用户请求转换为特定会话中的用户事件。每个用户事件都与服务器端的相应UI组件关联，终端适配器会根据UI组件的改变生成相应的响应，并发送到客户端的Web浏览器中。客户端浏览器中的客户端引擎接收该响应，并将响应内容渲染在Web页面的UI界面上。 旋转机械动平衡计算系统的用户与系统界面交互时，应用程序的业务逻辑与用户界面进行通信。以动平衡试重计算为例，如图4所示，当用户输入基本参数之后，系统UI组件检测用户输入合法性，检测到非法输入将提示信息。用户输入正确数据后，点击“计算”按钮，绑定在“计算”按钮组件上的监听器会立即触发Button.ClickEvent事件，并通过HTTP连接以事件的形式将原始输入数据传回服务器端组件。服务器端组件再将该事件转送应用程序的逻辑处理代码，通过监听逻辑代码中的事件处理逻辑(Button.ClickListener监听事件)，首先获取用户输入的原始数据，转换输入字符串为数值，调用相应的计算模块处理数据，再将计算结果绑定到UI组件上，服务器端UI组件状态发生变化，终端适配器发送相 图2. 系统总体设计 图3. 系统功能结构 图4. 业务流程 应响应，客户端的Web浏览器接受该相应并进行渲染，如绘制平衡块安装示意图。这样用户在系统的界面执行任何操作时，系统UI组件基于事件机制进行响应，能够及时反馈给用户所需要的信息。
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user: 4. 系统实现 Vaadin是一款使用ApacheV2许可协议的开源产品，提供了Eclipse和Netbeans插件的辅助开发工具 [ 3 ] 。本系统采用了最新的开发工具，充分利用Vaadin各种插件工具，整个系统形成一个开源架构体系。 旋转机械动平衡计算系统定义了一个Application类作为程序的入口，并它会创建并且管理所有必须的UI组件。通过Application类建立系统的主窗口，并在主窗口中添加子窗口对象来完成系统的UI界面。UI组件的事件监听器处理用户与UI组件的交互，UI组件可直接绑定应用程序所需的数据，应用程序的界面美观则是由CSS编写的主题来渲染和控制。在程序运行时，Vaadin框架会将同一个应用中的所有的Http请求都关联到同一个session会话里，一个application类的实例实际上是一个session对象。因此开发人员可以像开发桌面程序一样来开发Vaadin Web应用程序，无需考虑Http会话管理等通常需要在Web应用开发中关注的问题 [ 4 ] 。 用户与系统的交互以输入数据和显示结果为主，为防止非法字符输入，系统采用Vaadin Add-ons插件NumberField，NumberField能屏蔽非法字符输入、自定义输入位数、输入提示、自动校验等功能。系统图形显示采用Vaadin Add-ons插件JFreeChart wrapper，JFreeChart利用java库用于构建复杂的图表。Jfreechart wrapper包含一个组件，可以在Vaadin应用程序上显示JFreeChart内建图表。在浏览器中，图表呈现为SVG，使图表在查看时非常清晰。 4.1. 固定终端界面 旋转机械动平衡计算系统根据所要实现的单面平衡、双面平衡、多面平衡、辅助功能等功能模块，利用Vaadin所提供的各种组件和布局方式来设置系统界面。每个功能模块设置子功能模块导航，用户可根据需要进行操作，如双面平衡功能界面如图5所示。 用户进入双面平衡模块后，选择影响系数法，步骤如下： 1) 分别输入A、B平面原始振动“振幅”和“相位”。 图5. 双面平衡影响系数法计算示意图 2) 分别输入平面A、B同时试加重的“质量”和安装“角度”。 3) 分别输入平面A、B试加重后，A、B平面的“振幅”和“相位”。 4) 选择试重是否去掉。 点击“计算”按钮，系统将计算出平面A、B的影响系数、校核质量(保留试重和去掉试重)，得出如图5计算结果所示。 分别点击“平面A平衡块安装示意图”或“平面B平衡块安装示意图”，系统将弹出窗口显示相应平面的平衡块安装位置，如图6所示。 4.2. 移动终端界面 旋转机械动平衡计算系统在移动终端实现时，复用了固定端系统的服务端代码和组件，因此能够良好地继承系统各项功能，但考虑到Pad、智能手机等移动设备屏幕的大小、分辨率以及网络流量等因素，系统采用CSSLayout布局，各功能面板右上角设置放大按钮，局部放大子功能面板，同时合理分配屏幕区域，支持动画切换、触屏交互、屏幕缩放等移动端特有的功能，完美支持移动终端。 用智能手机通过Web浏览器登陆旋转机械动平衡计算系统，辅助功能模块界面如图7(a)所示，考虑到手机屏幕的大小，可以局部放大具体的功能子模块，便于小屏幕操作，如图7(b)。 用Pad通过Web浏览器登录旋转机械动平衡计算系统，双面平衡界面如图8所示。从图8可见，与图5相比，面板布局根据屏幕大小自动调整布局，下滑屏幕可以看到其他界面模块，达到与桌面应用类似的效果，具有很好的交互性。
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user: 5. 总结 1) 对Vaadin开发框架和开发流程进行了相关介绍，并基于Vaadin开发框架研究实现了旋转机械动平衡计算系统，其在智能手机、Pad等移动终端的功能实现复用了PC端的代码和组件，提高开发效率和减轻开发量。 图6. 双面平衡影响系数法——平面A平衡块安装示意图 图7. 手机登入辅助功能界面 图8. Pad显示双面平衡界面 2) 系统针对移动端的各种特性进行了特殊设置和改进，其丰富的界面表现力、灵活的数据监听处理功能，实现良好的交互性，突显了Vaadin在RIA应用开发方面所拥有的优势。 3) Vaadin是纯Java语言开发框架，前台、后台都采用纯Java语言实现，无需考虑浏览器兼容性问题，解决了传统Web开发中所面临的前台、后台兼容性开发问题，满足用户差异化复杂化的需求。 4) 目前基于Vaadin开发框架实现的旋转机械动平衡计算系统提供了单面平衡、双面平衡、多面平衡、辅助功能模块等功能，后续将进一步研究如何创建更多的功能模块，优化系统性能。
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user: 摘 要 自2012年上海市推行基础教育系统实施见习教师规范化培训制度以来，历时5年，Y区教师进修学院作为这一研训任务的承担者，勇尝试，努力创新，就创新职初教师培养模式，领航专业发展，深化见习教师规范化培训成效积累了丰富的经验，并明确了未来努力的方向。 关键词 :见习教师规范化培训，职初教师培养，上海 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 见习期，亦称试用期。指初任教师受聘于某一学校，并开始教学的第一年。根据教师录用制度，这一年一般即为试用阶段，试用期满，经考核合格后才能转为正式的职业教师。 [ 1 ] 在我国，早有为期一年的初任教师见习制度。《中华人民共和国教师法》也明确规定，“取得教师资格的人员首次任教时，应当有试用期。” [ 2 ] 但我国见习制度或试用制度主要从人事和工资层面来讲的。初任教师一年见习期满，经考核合格后转正定级，享受正式教师工资待遇。20世纪90年代后，随着教育主管部门、社会各界对教师继续教育的重视，初任教师参与见习期培训也逐渐提上日程，1999年9月开始实施的《中小学继续教育规定》明确指出：中小学教师继续教育包括非学历教育和学历教育，其中非学历教育就包括新任教师培训。 [ 3 ] 2011年教育部颁布《关于大力加强中小学教师培训工作的意见》中规定新任教师岗前培训需：“对所有新任教师进行岗前适应性培训，帮助新教师尽快适应教育教学工作。培训时间不少于120学时。” [ 4 ] 《国家中长期教育改革和发展规划(2010~2020)》中指出要“完善并严格实施教师准入制度，严把教师入口关”的战略要求，试点国标、省考、县聘、校用新机制，迸一步提升新任教师的入职标准与水平。为了贯彻落实纲要精神，上海市教育体制改革领导小组第八次会议上明确提出：“建立见习教师规范化培训制度”。 [ 5 ] 2012年3月上海市颁布《上海市中小学(幼儿园)见习教师规范化培训指导意见(试行)》，在所辖区县的教师进修学院开展初入职教师为期壹年的见习培训。随后出台了《上海市见习教师规范化培训实施办法》，并于2012年9月开始全面推广见习教师培训工作 [ 6 ] 。上海市推动的见习教师规范化培训实际工作主要由区县教师进修学院、培训基地学校、聘任学校三方协力完成，是以往主要由高等院校、师范院校承担的师范生培养工作的衔接与延续，将为基础教育阶段教师的准入机制的建立提供后备保障 [ 7 ] 。
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user: 3. 职初教师培养微创新变革：区域见习教师规范化培训展望 3.1. 层层辐射：提升区域教师培训能级 在区域“教师教育一体化”培训体系中，将见习教师对应于教师成长的探索期和新手教师阶段，与今后教师成长的适应期、成长期、成熟期，以及教师阶段的职初教师、胜任教师、业务精干型教师、专家型教师一一对应，提出了见习教师培训的总目标。同时，在配备带教教师时，不同层面的带教教师也以不同的教师成长阶段作为划分依据，帮助区域和学校培养教师成长的梯队。见习教师规范化培训工作不仅仅是一项任务，更重要是促进教师专业发展的一项工程。区域依托见习教师规范化培训，推动教师培训工作有序、规范、科学、专业发展，不断优化和整合全区教师的培训课程体系及资源，建立校本研修制度，提升了区域教师培训的能级 [ 11 ] 。 3.2. 专业引领：致力于发挥培训学校的学科优势 在见习教师分配过程中，区域层面将相同学科的教师相对集中于具备学科优势的区域教师专业发展学校暨培训学校，发挥这些学校教研备课组的整体优势，激发鲶鱼效应，促进教研备课组的进一步成长，让见习教师规范化培训不仅成为培养新教师的优质平台，也成为推动教师专业成长和学校教师整体发展的有效途径。同时，区域层面在安排见习教师的培训学校时，充分考虑两所学校的差异和实情，将见习教师安排至最适合发展的培训学校。如AS初级中学在《以显性促隐性，提升教师整体素养》的带教案例中写道：“物理学科的团队带教模式已成为学校见习教师规范化培训工作的特色，学校将思考如何将物理学科的组团式带教模式辐射和引领至其他教研组，从而丰富学校教研组建设内涵，在促进学科建设中整体提升教师综合素养。”SL附中把见习教师培训纳入学校教师队伍建设、校本培训整体规划中，确定见习教师培训目标为“知–行–到”，夯实专业基础，形成良好的教育教学行为规范，尽快成为合格的职初教师。
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user: 摘 要 本文在简单回顾负折射的研究历史上，阐述了光子晶体实现负折射的两大途径，并重点介绍了二维负折射光子晶体在光通信、光探测及光存储器件等方面的应用，最后指出二维负折射光子晶体在光学器件上的广泛应用得益于多种负折射光子晶体特性。 关键词 :光子晶体，负折射，光学器件，优化 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 1968年，Veselago [ 1 ] 首先提出了负折射介质的概念，1996年Pendry等 [ 2 ] 从理论上证明了按一定周期排列的金属开口谐振腔和金属线在某波段可实现负折射效应，2001年Smith等 [ 3 ] 首次成功制备出这种具备负折射效应的介质。另一方面，1998年Kosaka等人 [ 4 ] 发现，在特定的波长范围内，一个二维六角晶格光子晶体中可观察到负折射现象；2000年，Notomi [ 5 ] 深入研究了二维光子晶体模型中光束的传播，通过不同方法获得了介质的等效负折射率；2003年，Cubukcu等人 [ 6 ] 进一步从实验上证实了微波波段中存在二维光子晶体负折射现象。早期的研究集中在二维介质光子晶体，后来就扩展到二维金属光子晶体 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] 和三维光子晶体 [ 10 ] [ 11 ] 。一般来说，一维光子晶体是周期排列的多层介质膜结构，其带隙通常随着入射光角度的改变而改变，因而限制了它的应用范围。三维光子晶体的制作过程很复杂，特别是在可见光和红外段制作这样的微纳结构，往往需要引入特殊制备工艺。相比之下，二维光子晶体能够实现光子晶体的多数特性要求，同时可以利用标准的平面光波导技术制作，因而受到极大的关注和广泛的应用，具有很大的研究价值和应用背景。 本文通过总结二维负折射光子晶体在一些微纳器件中的主要应用，发现其特性在器件优化方面的具有显著的优点，提出了在微带天线中利用负折射光子晶体来减小天线尺寸及增大耦合效率等，希望为以后光电子器件优化方面提供理论借鉴和技术指导。
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user: 2. 光子晶体实现负折射的基本途径 光子晶体实现负折射现象有以下两种途径 [ 12 ] 。图1(a)为左手负折射(left hand negative refraction， LH − )，是由负折射率介质引起的，折射光束的相速度和群速度方向相反，其有效折射率为负数。图1(b)称为右手负折射(right hand negative refraction， RH − )，通过对材料折射率的空间周期性的调制，改变其色散关系来实现的，折射光束的相速度和群速度方向夹角为锐角，其有效折射率是大于零的。 对于LH − 材料来说 [ 12 ] ， ，而对于RH − 材料来说， 。这两种途径的实现原理是不同的 [ 13 ] [ 14 ] ：第一种可以从能带结构和等频线两个角度分析。在图2(a)的频带结构图中，以第一布里渊区中心点Γ点为中心，离开这个中心Bloch波矢k增大而频率ω减小，从等频线结构图2(b)分析，等频线半径越大，ω越小，这些特征都表明光子晶体具有负折射的性质。因为光在光子晶体中的传播方向 图1. 光子晶体中两种不同的负折射：(a) 左手负折射，(b) 右手负折射 [ 12 ] 图2. 利用(a) 频带结构图；(b) 等频线图分析光子晶体的负折射现象 [ 24 ] 由群速度方向决定，而群速度矢量就是空间等频线的梯度矢量，见公式(1)。离开Γ点k增大而频率ω减小，意味着群速度与相速度相反，在这种光子晶体内部，Poynting矢量与波矢k的点乘为负。这种特点类似于左手材料，负折射在所有角度都可以发生，被称之为全角度负折射(All angle negative refraction， AANR)。此情况下光子晶体的等频率曲线是圆的，即各项同性，则可以定义(负值)等效折射率。 (1) 第二种情况是以第一个布里渊区的某个角点为中心，离开这个中心Bloch矢量k增大而ω增大，Poynting矢量与波矢的点乘为正。这种情况，入射光束只有选取了合适的入射角度和界面方向才能够产生负折射效应，可以理解为不具有等效负折射率的负折射现象。由于第一种是全角度负折射，而第二种是需要特定角度入射才会有负折射现象，所以第一种的应用的范围更广一些。
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user: 3. 二维负折射光子晶体的应用 1) 电光偏转器：其原理是通过特殊的电极结构，在晶体中形成垂直于光束传播方向梯度电场，根据电光效应产生折射率梯度，使光束发生偏转 [ 15 ] 。2016年，高伦等人 [ 16 ] 提出基于光子晶体及其负折射效应的电光偏转器，该偏转器通过电压来改变液晶折射率，进而控制出射光的偏转。文中采用的是梯形光子晶体结构，介质柱的单元形状为圆柱体，呈三角形排列。图3和图4分别表示该电光偏转器的平面结构图和侧面剖视图，仿真实验表明，在实现负折射的频率范围内，器件可以达到20˚的较大偏转。 2) 光开关：用光子晶体来实现全光开关的思想，最早是由Scalora在1994年提出来的 [ 17 ] 。2010年，袁保国等人 [ 18 ] 用时域有限差分法研究了三角结构，文中的光子晶体是由在GaAs介质基底刻蚀上三角排列的空气孔构成，如图5(a)所示，该结构的光子晶体的等效折射率常数随归一化频率变化曲线如图5(b)所示。研究发现：工作频率为0.3068时，Bloch波共振和受激辐射以及光子隧道贯穿极大地增强了自发辐射的几率，使能量被高度局域，从而获得明显的全光开关效应。进一步研究还发现，当二维光子晶体三角形结构的圆柱空气孔改为椭圆柱空气孔时，椭圆孔具有更高的品质因数，从而形成性能极优的光开关效应。 3) 开放式谐振腔：开放腔结构是Notomi在2000年首先提出来的 [ 5 ] ，2006年孙桂林等人 [ 19 ] 提出了一种由二维三角晶体光子晶体制作的开放腔结构如图6，即由顶角30˚楔角的光子晶体和空气槽交替组成。材料选用GaAs (折射率n = 3.4)，空气孔半径r取为0.18，初始光源取高斯波束。结果表明，当取光子晶体材料的折射率为4，半径r为0.18时，光子晶体开放腔在0.6755-0.6851归一化频率内具有负折射特性，并且在此归一化频率内可形成一个零光程的闭合回路，且在某一时刻进入开放腔的能量主要集中在空气槽中。因此，可以利用共振波长随着折射率变化而变化来实现生物测量 [ 20 ] 。 4) NR-PC平板透镜：基于负折射特性的NR-PC平板透镜具有亚波长成像特性，这种透镜能突破传统成像的“衍射极限”，极大地提高了成像分辨率，从而对微小结构可实现“完美成像”。该透镜体现了负折射光子晶体的自聚焦特性。2011年徐阳等人 [ 21 ] 设计了两个NR-PC平板，选择光源归一化中心频率为f c = 0.3068，系统建模如图7所示。该研究得到的结论为：其板间距S的变化对系统再聚焦分辨率值的影响较小，即由两个NR-PC平板透镜组成的探测系统可以突破传统的衍射极限，具有很好的探测性能。 自聚焦的特性还有其他的应用，例如：分光镜和分束器等。2008年陈沛等人 [ 22 ] 提出用空气中介质圆柱围成六角形二维三角品格光子晶体，制作分光镜。在2005年R.Gajic提出 [ 12 ] 在空气中，用Al 2 O 3 介质柱组成的二维正方晶格光子晶体可以实现光束分离的作用。其光束传播示如图8所示。 5) 太赫兹波导：2010年张乐在论文中 [ 23 ] 研究了衬底为硅、纤芯为TPX、包层有规律的掺入负折射率介质的情况下，正方晶格结构和三角晶格结构的光子晶体太赫兹波导的带隙的情况。其结构示意图如图9(a)，得到的结论是：三角晶格和正方晶格负折射率介质光子晶体太赫兹波导都是适合太赫兹波传输的；负折射率介质占空比越大越利于该波导导光的实现，而三角形晶格结构比正方晶格结构容易产生光禁带，完全带隙的宽度和范围都比正方结构要大。 6) 低通滤波器：曹始明等人 [ 24 ] 以二维三角格光子晶体作为研究对象，半径为0.40a的空气圆柱在介电常数为10.5的介质背景中排列成二维三角品格，其中a为晶格常数，所有的频率已经归一化为ωa/2πc。图10(a)为了光子晶体在第二个导带的等频线，在第二个导带，等频线呈现比较规则的圆形，并且随着频率的减小，等频线由圆形逐渐接近正六边形，可以用等效介质理论来处理。另外，随着等频线半径的增大，归一化频率ω在逐渐减小，进一步验证了该频率的左手电磁特性。图10(b)为光子晶体第二个导带的等效折射率随频率的变化曲线，在归一化频ω = 0.37到0.42范围内存在相对自由空间表现光疏性质的折射率(|n| < 1)，该频段可以实现全反射性的低通空间滤波器。 7) 隐身斗篷：隐身斗篷的设计主要利用了电磁波的绕射，也即是引导电磁波绕过物体继续传播。人们对各种光子晶体结构中可能存在的负折射效应及其在光学隐身斗篷方面的应用激发了极大的研究兴趣。瑞典皇家工学院的Berrier [ 25 ] 等在InP/GaInAsP/InP平板波导上刻蚀了三角晶格空气圆孔的二维光子晶体，格子的周期常数为480 nm，气孔半径为125 nm，实验观测到1.5 μm波长左右的负折射现象。美国的一个研究小组提出利用一组同轴的硅光子晶体环 [ 26 ] ，可能接近实现“光学隐身斗篷”的特殊功能。 图3. 电光偏转器平面结构示意图 [ 16 ] 图4. 电光偏转器结构剖视图 [ 16 ] 图5. 该光子晶体的结构示意图及等效折射率常数随频率ω变化曲线图 [ 18 ] 图6. 光子晶体开放腔的平面图 [ 19 ] 图7. 两个NR-PC平板组成的扫描检测系统 [ 21 ] 图8. 负折射光子晶体分束器的示意图 [ 12 ] 图9. (a) 三角形结构的负折射率介质光子晶体太赫兹波导；(b) 正方结构负折射率介质光子晶体太赫兹波导 [ 23 ] 图10. 具有负折射性质光子晶体的(a) 等频线图；(b) 第二导带的等效折射率 [ 24 ]
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user: 4. 总结 二维负折射光子晶体在光学器件上的广泛应用得益于其多种特性，主要的是其与左手材料相关的自聚焦特性、反常多普勒效应及反常切伦科夫辐射等，以及光子晶体本身所具有的共振激发和相干热辐射等性质。在光学器件的优化方面也离不开这些特性。 例如，韩丽萍等人 [ 27 ] 提出了一种小型化差分微带天线。在天线覆层添加一种哑铃型开口环金属线复合周期结构的左手材料，改善了天线的带宽、辐射性能。但是其缺点也很突出：左手材料结构太复杂，仿真慢。而采用二维光子晶体作覆层，通过改变其晶格常数和形状以及介质的介电常数来实现类似于左手材料的功能。同样的，将滤波器各组成部分放置在二维负折射光子晶体中，这样能够有效的减小滤波器的尺寸；或者在线缺陷主波导后放置正负折射率相间的介质柱，对于其禁带频率内的光反射极强，增加了此频率带内的耦合效率，进一步优化了滤波效果。例如刘杰等人 [ 28 ] 在二维三角晶格光子晶体中设计了一款由线缺陷主波导、环形谐振腔、60˚弯下载波导组成的多信道下载滤波器，优化后各目标频率光信号的透射率均达90%以上。 就现今技术而言，二维负折射光子晶体在缩小光子电路尺寸方面有巨大潜力；而通过引入各种功能缺陷，实现不同的功能、并增强其特性，会使结构功能得到显著的提高和优化。
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user: 摘 要 利用脉冲激光沉积法在SrTiO 3 (001)上生长了La 0.8 Ba 0.2 MnO 3 薄膜，我们研究了退火对其表面形貌、电学和磁学性能的影响。生长完成后，在500 mbar氧气氛中原位退火2小时可以使薄膜表面的均方根粗糙度从1.24 nm减小到0.24 nm。退火2小时后，薄膜的绝缘-金属相变温度增加了约100 K。然而，当退火时间达到3小时，由于在晶格中掺入过量的氧，薄膜在220 K以下出现其它的绝缘相。结果表明，适当的退火条件对优化脉冲激光沉积法制备的锰氧化物薄膜的表面微结构和物理性质尤为重要。 关键词 :退火时间，锰氧化物，磁学性质，电学性质 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 自从Jin等人发现钙钛矿型的La-Ca-Mn-O体系中的庞磁电阻效应(CMR)以来 [ 1 ] ，对于锰氧化物La 1-x A x MnO 3 (A = Sr， Ba， Ca， Ce， Hf)的研究引起了研究者们广泛的关注。锰氧化物除了具有惊人的CMR效应，其自旋、电荷、轨道以及晶格等自由度之间的强烈耦合使得它们表现出有趣的磁学和电学性质，因而在未来的磁存储器和磁传感器中具有潜在的应用前景。 虽然LaMnO 3 化合物是反铁磁绝缘体，但当一部分La 3+ 被二价碱土离子A 2+ (例如Ca 2+ ，Sr 2+ ，Ba 2+ )置换时，其在低温条件下会呈现铁磁金属性。先前的研究表明，混合价态的Mn 3+ 和Mn 4+ 之间的双交换作用在La 1-x A x MnO 3 的金属和铁磁性中起着关键作用 [ 2 ] 。因此，Mn 4+ /Mn 3+ 值是混合价态锰氧化物物理性能的关键参数。通常，改变LaMnO 3 中Mn 4+ /Mn 3+ 值的途径主要是在生长或者后期退火处理过程中改变材料的化学计量比，如用其它二价阳离子取代La 3+ [ 3 ] 或在La、Mn或O晶格位置引入空位 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] 。Boschker等人发现混合价态锰氧化物的物理性质对薄膜的制备条件非常敏感 [ 7 ] 。对于利用脉冲激光沉积法(PLD)法生长的锰氧化物薄膜，由于氧含量的变化会导致薄膜中Mn 4+ /Mn 3+ 值的变化，因此生长氧压和后期退火处理工艺能明显影响其晶体结构、表面形貌和物理性质 [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] 。为了研究氧含量或氧空位对薄膜的结构、电、磁和光学性质的影响，研究者们通常利用PLD法在不同的氧压下制备锰氧化物薄膜。尽管PLD法有保持薄膜的化学计量比的优势，最近越来越多的有关生长复合氧化物薄膜的实验表明，利用PLD法获得化学计量比的氧化物薄膜通常仅在窄的生长窗口才能实现 [ 11 ] [ 12 ] 。我们前期的研究表明，薄膜的成分高度依赖于生长时的氧压和激光的能量密度 [ 13 ] 。除了氧含量的变化外，锰氧化物薄膜生长过程中的氧压的改变也可能导致不同的La 1-x A x /Mn值。最近，Marozau等人发现当氧压从0.11 mbar增加到0.3 mba后，LaMnO 3 中La/Mn值从0.92增加到1.09 [ 14 ] 。由于PLD法在沉积过程中可能导致非化学计量比，因此与改变生长氧压相比，通过不同的后期氧气氛退火处理更有利于研究氧含量对复杂氧化物物理性质的影响。迄今为止，关于锰氧化物薄膜后期氧气氛退火处理对其物理性质影响的报道很少。在本研究中，我们通过改变后期氧气氛退火时间，研究了不同氧含量对PLD法生长的La 0.8 Ba 0.2 MnO 3 (LBMO)薄膜的表面形貌、电学和磁学性质的影响。我们的研究结果表明氧含量对锰氧化物的物理性质有明显影响，适当的后期退火处理可以明显提高锰氧化物薄膜的物理特性。
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user: 2. 实验 2.1. 样品制备 在相同的生长条件下，用PLD法在SrTiO 3 (001)(STO)衬底上沉积了几片厚度约为22 nm的外延LBMO薄膜。实验过程中采用波长为248 nm的KrF激光聚焦作用于多晶LBMO陶瓷靶材的表面附近。在沉积过程中，衬底与靶材之间的距离保持在6 cm。激光的能量密度和频率分别为2.5 J/cm 2 和2 Hz。在生长过程中，氧压保持在0.5 mbar，衬底温度控制在825℃。沉积完成后，样品在500 mbar的氧压下原位退火，时间分别为0 h、1 h、2 h和3 h，然后保持氧压不变，将样品缓慢冷却至室温。这里我们将刚生长的薄膜称为退火0小时的样品。 2.2. 结构及性能测试 本研究中利用X射线衍射(XRD)分析LBMO薄膜的晶体结构，借助X射线反射(XRR)测量薄膜的厚度，通过原子力显微镜(AFM)研究薄膜的表面微观结构。利用四探针法测定薄膜的电导率随温度的变化关系。在综合物性测试系统(PPMS)中施加一个平行于样品表面的磁场以研究其磁输运特性。
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user: 3. 结果与讨论 图1显示了STO衬底上生长的LBMO薄膜在不同退火时间后(002)衍射峰附近的XRD衍射图。除了STO衬底的Kα 1 和Kα 2 峰，每个薄膜在STO峰位的左边都有一个肩峰，且位置几乎相同。结果表明，尽管退火时间不同，薄膜的2θ峰位几乎相同，表明所有的薄膜都有相同的面外晶格常数。在以前的研究中，Goyal等人观察到当含有氧空位的锰氧化物薄膜在高氧压下长时间退火之后薄膜的面外晶格常数有减小的趋势，并将其归因于Mn 4+ 与Mn 3+ 比值的增加 [ 15 ] [ 16 ] 。然而，在当前的研究中我们没有观察到明显的面外晶格常数的变化，很可能是由于高氧压条件下生长的LBMO薄膜中氧空位较少的原因。 图2显示了(a)刚生长和(b)退火1小时后LBMO薄膜的AFM图像。刚生长的薄膜表面呈现一些分散的岛状结构，其平均粒径约为60 nm，具有较大的均方根粗糙度(1.24 nm)。退火1 h后，群岛变得平坦，平均晶粒尺寸减小到20 nm，表现出更致密光滑的表面，其均方根粗糙度仅为0.24 nm。进一步增加退火时间至2 h和3 h，表面形貌无明显变化。结果表明，刚生长的LBMO薄膜的表面由三维岛状结构组成，原位退火1 h可以大大提高LBMO薄膜的表面质量。 图3(a)~(d)给出了不同退火时间下LBMO的电阻率-温度关系曲线。随着退火时间的延长，室温下薄膜的电阻率不断减小，且金属-绝缘体相变温度(T p )升高，即薄膜退火0 h、1 h、2 h和3 h对应的T p 分别为204 K、292 K、303 K和315 K。值得注意的是，退火1小时后，薄膜的电阻率急剧下降且T p 升高了88 K。进一步延长退火时间，电阻率的下降变得缓慢，相变温度的增加也缓慢下来。刚生长的LBMO薄膜具有出低的相变温度，并且在大多数测量温度范围下呈现绝缘行为，这种低温绝缘特性与低掺杂浓度(x < 0.2)的La 1-x Ba x MnO 3 陶瓷相似 [ 17 ] 。考虑到刚生长的LBMO薄膜的铁磁-顺磁转变温度约为200 K [ 18 ] 且掺杂锰氧化物的电、磁特性主要取决于Mn 4+ /Mn 3+ 的大小，结合La 1-x Ba x MnO 3 的相图可以推断未经退火的LBMO薄膜中Mn 4+ 与Mn 3+ 的比值与La 0.87 Ba 0.13 MnO 3 中对应的值接近，约为13/87。因此可以推测，刚生长的LBMO薄膜的化学式近似为La 0.8 Ba 0.2 MnO 2.965 。退火1~2 h后，刚生长薄膜在T p 以下的绝缘相转变为金属相，并且T p 达到了305 K，这与报道的20 nm的LBMO/STO薄膜的结果一致 [ 19 ] 。这种一致性表明退火2 h后的样品几乎是满足化学计量比的，即不含氧空位。当退火时间增加到3 h，除了室温附近的相变(315 K)外，样品在220 K和114 K处均表现出异常的金属-绝缘体转变。与退火1~2 h的薄膜样 图1. 不同退火时间后LBMO薄膜的XRD衍射图 图2. (a)刚生长和(b)退火1小时后LBMO薄膜的AFM图像 图3. 在0 T，1 T，4 T和9 T磁场下LBMO薄膜退火(a) 0 h、(b) 1 h、(c) 2 h和(d) 3 h的电阻率随温度的变化关系 品不同，退火3 h的样品在T p 以下的电阻率并非随着温度的下降而降低，而在220 K附近出现了最小值。因此可以推断，退火3 h的样品自220 K开始绝缘相占主导作用，其在114 K处相转变的作用机理尚不清楚，可能与铁磁金属相和绝缘相的竞争作用相关。 为了研究不同退火时间下磁场对LBMO薄膜电阻率的影响，图3给出了磁场强度分别在1 T、4 T和9 T下薄膜的电阻率-温度曲线。可以看出，随着磁场强度的增加，薄膜的电阻率减小，且相变温度T p 向高温区移动。定义磁电阻率MR为(R 0 -R H )/R H ´ 100%，这里R H 表示施加磁场后薄膜的电阻率，R 0 表示未加磁场时的电阻率。图4(a)显示了在9 T磁场下不同退火时间后LBMO薄膜的MR与温度的变化关系。对于刚生长的LBMO薄膜，其最大MR值为448% (203 K)，退火1 h，2 h和3 h后薄膜的最大MR值分别为374% (280 K)，362% (288 K)和285% (299 K)。除了刚生长的薄膜在203 K处出现最大的MR值外，所有经过后期退火处理的样品在室温附近都具有最大的MR值。我们也研究了300 K时LBMO薄膜的MR与磁场的依赖关系，其结果体现在图4(b)中。在磁场强度为9 T (−9 T)条件下，退火0 h、1 h、2 h和3 h后薄膜的最大MR值分别为43%，278%，320%，296%。由于经过退火处理的薄膜具有较少的氧空位因而更高的相变温度T p ，所以与刚生长的薄膜相比它们在300 K具更高的MR值。 为了明确氧含量对材料物理性质的影响，LBMO薄膜的化学式可以表示为如下： 这里δ表示氧含量偏离化学计量比3的值。根据这个化学式，Mn 4+ 与Mn 3+ 的比值可表示为(0.2 + 2δ)/(0.8 − 2δ)。显然，当薄膜中的氧含量(3 + δ)改变时，LBMO的物理性质仍可能发生改变。根据La 1-x Ba x MnO 3 的温度-成分相图，当温度低于铁磁-顺磁相变温度(T c )时La 1-x Ba x MnO 3 在x < 0.2时表现出铁磁绝缘态，在0.2 ≤ x ≤ 0.5时为铁磁金属态，而在x > 0.5时为铁磁多相态 [ 17 ] 。考虑到掺钡LaMnO 3 的电学和磁学性质与其Mn 4+ /Mn 3+ 的值相关，因此LBMO薄膜的物理特性非常依赖于δ值的大小。由于刚生长的薄膜样品处于欠氧状态，即δ < 0，因此Mn 4+ /Mn 3+ 的值小于0.25，薄膜在T c 以下表现出铁磁绝缘态，如图3(a)所示。当退火时间达到2 h时δ接近于0，因此LBMO薄膜表现出LBMO本征的物理性质，如图3(c)所示。继续延长退火时间至3 h时δ大于0，Mn 4+ 与Mn 3+ 的比值继续增大。如图3(d)所示，除了室温附近的顺磁绝缘-铁磁金属相变，样品在220 K和140 K附近均出现了附加的金属-绝缘体转变。考虑到当Mn 4+ /Mn 3+ 大于1时La 1-x Ba x MnO 3 表现出铁磁金属和绝缘体的混合相 [ 17 ] ，我们认为退火3 h的样品由于在后期处理过程中吸收了过量氧，导致部分区域Mn 4+ /Mn 3+ 大于1，因此薄膜呈现铁磁金属/绝缘体的 图4. (a) 磁场强度为9 T时LBMO薄膜的MR与温度的变化关系；(b) 300 K时MR和磁场强度的关系 混合相。在220 K以上，铁磁金属相占主导，薄膜在315 K出现铁磁金属-顺磁绝缘相变；在220 K以下，绝缘相占主导，两相的竞争作用导致薄膜在220 K和140 K附近出现两个附加相转变。