结构精修

结构精修（精选3篇）

结构精修 篇1

摘要：中子衍射技术是分析研究物质结构的重要手段之一。与X光衍射技术相比, 中子衍射技术具有其独特的优势, 尤其体现在对物质磁结构分析方面。针对中子衍射技术原理、特点以及对磁结构的分析做重点介绍。此外, 针对衍射实验得到的晶体结构衍射图谱, 提出合理的Rietveld结构精修手段和方案, 从而进一步得到晶体结构相关信息。

关键词：中子衍射,Rietveld结构精修,磁结构

中子的发现是20世纪物理学发展中的一个重要事件。把中子应用于研究物质结构的各门科学中, 不仅引起原子核物理的飞跃发展, 而且促成了粒子物理学的发展, 并形成了一系列的交叉学科[1,2,3]。中子衍射是中子散射技术的一个重要组成部分, 它和X射线衍射已经成为人们研究物质微观结构的两大重要工具。但是, 中子衍射技术具有其独特的优势。换句话说, 对于物质某些特定的微观性质, 只有采用中子衍射技术, 材料的微观特性才得以体现。当然, 对衍射图谱的进一步分析, 研究人员习惯采用Rietveld结构精修方法。这种精修方法是一种数学拟合, 需要通过软件来实现, 例如, Fullpro、GSAS等。虽然不同软件采用的精修方法不同, 但是从结构本质上来讲, 拟合的参数和精修的思路是相似的。因此, 本文在介绍中子衍射技术的同时, 也提出较为合理的精修方案, 便于相关研究人员进一步得到晶体的微观信息。

1 中子衍射技术原理

中子衍射的原理和X射线衍射的原理类似。晶体的结构是内部原子呈现一定的周期性排列。晶体中这种有序排列的原子对于中子波而言相当于一个三维的光栅。当中子通过这种三维光栅时, 会产生衍射现象。散射波会在特定的散射角形成干涉加强, 及形成衍射峰。衍射峰的位置和强度是与晶体中的原子位置、原子排列方式以及各个位置上原子的种类有关。对于磁性材料来说, 中子衍射峰的位置还与原子的磁矩大小、方向和排列方式有关。

对于液体或者非晶态的物质, 其结构没有长程有序的特点。所以, 它们的中子衍射图谱中并不会出现衍射峰。但是, 对于结构中存在短程有序的情况, 在中子衍射图谱中还是会表现出少量表征短程有序的小峰。这些小峰仍可以从统计意义上为我们提供短程有序物质的原子配位信息。综上所述, 可以利用中子衍射来研究物质的晶体结构和磁结构。

2 中子衍射分析手段的特点与优势

对于材料的分析, 中子衍射与X射线衍射在研究的侧重点上还是有所不同。例如, 中子衍射侧重于材料磁结构的测定、结构中轻元素的定位或者原子序数相近的元素的分辨等方面。此外, 由于中子能够分辨同位素, 尤其是对氢和氘的分辨率非常灵敏。所以, 在有机物、聚合物和生物大分子的结构研究中, 中子衍射具有其他分析手段所难以具备的优势。不过, 目前中子源的强度低于X射线源, 因而它的实验精度一般不如同类的X射线衍射实验, 而且中子衍射的实验周期较长。表1是X射线分析手段和中子衍射分析手段的异同之处。除此之外, 中子反应堆和加速的构建和维护耗资巨大, 实验成本较高。所以, 对于一般的结构研究, 通常是遵循“先X射线再中子”的原则。但是, 对于材料磁性和磁结构的分析, 采用中子衍射的分析手段是必须的。见表1。

3 磁对称性和磁性晶体的中子衍射

对称性是物理学中的基本概念。在复杂的物理现象背后, 只要系统增加一种对称性, 对此系统的描述就可以简化一步。对称性越高的系统, 描述起来就越简单, 需要独立表征的系统参量就越少。对于晶体点阵对称性的数学描述, 需要用点群和空间群的概念。点群的概念比较简单。首先, 点群是一个许多元素的集合。在三维空间群的范畴内, 32种晶体结构对应着32种点群。从32种点群出发, 可以推导出14种三维布拉维点阵, 即布拉维格子。而空间群是点群的拓展, 是为了研究复式晶格的分类而提出的概念。空间群的元素是一些列平移、旋转或晶面反射对称操作。

在1955-1956年间, 别洛夫和陶戈尔提出磁对称群的概念。在磁对称群中引入了一个新的对称性:时间反演对称性。如果一个系统是时间反演对称性的, 那么其中电流和磁矩是零。而时间反演对称性破缺意味着电流和磁矩不为零。时间反演变化操作可以和旋转、平移等操作构成时空对称操作。相应地, 磁空间群和磁点群按磁矩分布可分为以下三类:1) 磁矩为零的点阵中230个空间群对应32个点群;2) 磁矩相同的点阵中230个空间群对应32个点群;3) 1191个具有时空对称操作的空间群对应58个磁点群。因此, 磁空间群总数为1651个[4]。

对于磁性晶体材料的中子衍射实验, 不仅能从中得到原子的衍射峰 (晶体结构信息) , 还能得到附加的磁衍射峰 (磁结构信息) 。磁性材料的中子衍射的磁结构信息来源于中子和材料原子的未配对电子的磁相互作用。由于中子的波长和电子半径处于同一个数量级, 所以, 中子与电子的磁相互作用可以用玻恩近似的方法处理。

对于简单的铁磁或者反铁磁材料, 磁矩只有平行和反平行的情况, 其微分散射截面为:

式中:b, p分别为晶体和磁矩的散射长度;q为磁散射矢量;λ为入射中子方向单位矢量。对于, 磁矩平行和反平行情况;λ和q对其他方法的分量为零, 所以

于是, 相应的结构因子为:

其中:

为磁结构因子矢量。磁中子衍射的数据处理和晶体结构衍射数据处理并无差别。值得说明的是, 铁磁材料的磁峰和晶体衍射峰是完全重合的, 从一次测量上不可能单独获得磁峰的强度。所以, 必须测量不同温度下的中子衍射, 例如, 比较居里温度点以下和居里温度点以上的两次实验结果, 才能把磁峰和晶体衍射峰分离。

4 中子衍射技术在磁相变材料中的应用

通常来讲, 在相变区域内的晶体结构和磁性信息是最受到重视的。因为在相变区域内, 各种有序参量的变化过程都可以观察到。因此, 采用合适的检测手段, 晶体结构和磁性在温度、磁场甚至压力下的变化过程是可以被人们所知的。正如前文提到, 中子衍射是分析晶体结构和磁性信息的一个重要手段[5]。该项技术可以分析磁性材料在相变过程中晶体磁结构的变化。所以, 采用中子衍射技术分析磁相变材料的相关信息是一种十分有效的方法。本节以过渡族金属化合物为例, 简要说明中子衍射在分析磁相变材料中的应用。

在255K的温度处, Mn1.1Pe0.9P0.8Ge0.2体系发生铁磁-顺磁的转变, 同时该化合物的晶体结构在相变前后发生变化, 相比例对外界磁场和温度的变化十分敏感。因此, 磁热效应来自于一级磁结构耦合相变。那么, 影响相变的机制究竟是什么呢?研究者们通过中子衍射技术可以获得相关体系晶体结构、磁性甚至原子键长的相关信息, 从而揭示了调控相变的机制。研究发现[6,7,8], Ge原子的添加可以使晶格常数a和b增加, 导致层间金属原子键长增加, 相变温度上升。相反地, 当对体系施加压力时, 晶格膨胀受到抑制, 所以, 相变温度降低。一些磁性信息也可以通过中子衍射技术得到。通过磁性结构的精修可以发现, 在磁场的作用下, Mn和Fe原子的磁有序度增加, 使得体系的铁磁相更加稳定, 宏观表现为磁场使体系的居里温度上升。以上的一些结论是唯有采用中子衍射技术手段才能得到的。因此, 中子衍射分析方法对认识磁相变材料的晶体结构和磁结构信息是必不可少的。人们可以通过分析原子间距和占有率、原子磁矩随外界条件的改变, 从而认识晶体结构相变、磁性原子间交换作用、局域环境改变影响磁结构耦合的深层次原因, 最终认识到影响相变和相关效应的根源。

5 Rietveld精修方法

Rietveld精修是一种多晶衍射全谱线性拟合法。所谓全谱线性拟合即是在建设的晶体结构模型与结构参数的基础上, 结合某种峰形函数来计算多晶衍射谱, 调整这些结构参数与峰形参数使计算的多晶衍射谱与实验衍射谱相符合, 从而获得结构参数和峰形参数的方法。这一逐渐逼近实验谱的过程称为拟合。由于拟合是对整个衍射谱进行的, 所以称为全谱拟合。

在精修过程中, 可变动的精修参数很多, 概括起来可以分为两类:1) 结构参数:包括晶胞参数、各原子的分数坐标、各原子位置的占有率、原子的温度因子等;2) 峰形参数:包括峰形参数、峰宽参数、不对称参数、择优取向参数、背底参数、消光校正参数和零点校正参数等。当然, 并不是每一次精修拟合中一定要同时改变所有的参数, 应视解决的问题不同而变, 如果其中有些参数已知, 则不需改变。

在精修拟合的过程中, 由于需要精修的参数很多, 如果一开始就同时对多个参数进行精修, 则参数的改变途径会很多。虽然最小二乘法形式上已经降到极小, 但是其收敛是极小的。这时会表现为一些原子间距、键角等数值不合理。相应地, 一些关联因子 (例如, 占位因子) 也会出现不合理的数值。因此, 精修通常总是分步进行的。先精修1~2个参数, 将其他固定在初值。在最小二乘法极小后, 再增加1~2个参数, 这样逐步增加, 直到全部参数都被修正。一般来讲, 先精修的参数通常是“定标因子”和“零位校正”, 接下来是“背底参数”和“晶胞参数”, 其后是“原子坐标”、“占有率因子”和“相应的温度因子”。最后是各种的线性峰形参数, 例如, 高斯峰宽中的U、V、W, 洛仑兹峰宽中的X、Y、Z、PV等。除此之外, 适当的约束条件也是必要的。所谓引入约束条件, 就是在精修中对结构中某些几何或者化学关系作出约定。

6 总结

中子衍射技术已经成为现代材料分析技术中不可缺少的一部分。在探测材料磁性和磁结构方面, 中子衍射技术有着独特的优势和可靠性。为了进一步得到晶体微观信息, 中子衍射图谱需要通过Rietveld结构精修的方法来解析。需要注意的是, 衍射样品和实验条件等因素会影响衍射图谱的形状, 以至影响精修结果。排除这些人为因素之外, 不同的研究机构和人员通常采用不同的精修软件和方法。目前, Rietveld结构精修软件种类较多, 导致Rietveld结构精修的方法不尽相同。本文提出的精修策略具有一定的普适意义, 供相关研究人员参考。

参考文献

[1]马礼敦.近代X射线多晶体衍射—实验技术与数据分析[M].北京:化学工业出版社, 2004.

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[3]韩松柏, 刘蕴韬, 陈东风.中国先进研究堆中子散射大科学装置[J].科学通报, 2015 (22) :2068-2078.

[4]韩文泽, 焦学胜, 胡瑞, 等.高分辨粉末中子衍射仪进展[J].中国原子能科学研究院年报, 2009 (5) :252-253.

[5]孙立梅, 韩松柏, 刘蕴韬, 等.新型稀土永磁材料Nd2Fe17-x-y Nbx Aly的中子衍射分析及磁性能研究[J].原子能科学技术, 2015 (10) :1729-1733.

[6]Man osa L, González-Alonso D, Planes A, et al.Giant solidstate barocaloric effect in the Ni-Mn-In magnetic shapememory alloy[J].Nature Mater, 2010, 9 (6) :478-481.

[7]Caron L, Trung N T, Brück E.Pressure-tuned magnetocaloric effectin Mn0.93Cr0.07Co Ge[J].Phys.Rev.B, 2011, 84 (2) :945-949.

[8]Manosa L, González-Alonso D, Planes A, et al.Inverse barocaloric effect in the giant magnetocaloric La–Fe–Si–Co compound[J].Nat.Commun, 2011, 2 (1) :1145-1154.

[9]赵丕琪, 王培铭, 刘贤萍.基于Rietveld法硅酸盐水泥熟料定量结果的准确性分析[J].功能材料, 2015 (5) :5095-5100.

液压泵的精修之道 篇2

一个好的液压泵不仅压力、流量要达到维修标准,泵的变量调节机构要达到性能要求,使用寿命也要达到规定值。

近年来液压泵的控制变量系统都有了很大的变化,控制形式也有所不同,由此增大了液压泵维修难度。维修液压泵(以下简称泵)要解决2个问题,即密闭和变化量。这里讲的变化量是指泵的泵油过程,即容积由小到大是吸油过程,容积由大变小是排油过程。现在使用的泵大多是变量泵,所以我们把这个变量含义扩展为伺服变量系统。这个系统控制着泵的变化量,修泵的实质内容就是修它的密闭性和变化量。

各配合面的密闭性是泵容积效率的保证,在维修中,由于作业条件有限,我们采用以下方法检查缸体组件的密闭性:在缸体孔里灌满煤油,放置一段时间后,检查油面是否下沉。如果油面不下沉,证明这几个部位密闭性好,再把配流盘放在缸体上对好孔,给弧形槽里加满煤油,看其是否往配流盘外边漏油。如果油面不沉降,证明这个组件的密闭性合格。

以K3V112型泵为例,它是由缸体、柱塞、配油盘、止推板、中间体共同组合成一个密闭容器。要检查这个容器是否密闭,就要检查缸体与配油盘结合面、配油盘与中间体结合面、柱塞与缸体孔配合间隙以及滑靴与止推板结合面,只有这些部位都达到技术要求才能保证缸体的密闭性。

变量柱塞泵斜盘摆角一般在2°～25°,摆角越大柱塞行程越大,液压泵的流量就越大。摆角越小柱塞行程越小,液压泵的流量越小。目前挖掘机上泵的变化量受3个元件控制:一是动力换挡电磁阀,二是总功率变量阀芯,三是泵斜盘控制压力。而泵控制压力又分3种控制方式,即负流量控制、正流量控制和压差式控制。负流量控制就是泵控压力越高泵流量越小,泵控制压力越低泵流量越大,目前住友、大宇、加藤、现代等挖掘机多采用此方式。正流量控制即泵控制压力越高泵流量越大,目前神钢、三一、日立等挖掘机多采用此方式。压差式控制是指压差越大泵流量越小,压差越小泵流量越大,目前小松系列及日立-2、-3系列挖掘机多采用此方式。

泵高压部分及变量机构的密闭性都采用间隙密封,配合副之间既要滑动,也要密封。在修理泵时,维修人员一定要根据泵各部位的公差配合要求来检测每一个零部件,若公差配合不达标则应进行修复。

从摩擦学理论得知,液压泵寿命长短一般取决于摩擦体的耐磨性。有些液压泵缸体采用碳合金钢材料,这种缸体虽然表面硬度较高,但表面硬化层很薄。在对其磨损表面进行磨削加工时,要避免加工量过大,以防损伤硬化层。在实际维修过程中,我们对配合副表面进行了加硬处理,从而提高了泵整体使用寿命。

结构精修 篇3

侯先师所练之武当赵堡三合一太极拳为张三丰祖师所创。它完整、系统地传承了太极拳拳架、推手、散打的三者合一,最具有武当传统特色。

武当赵堡三合一太极拳在理论上,包含有张三丰、王宗岳以及历代武当太极拳师们拳经、拳论、秘诀、拳谱等。在技法上,武当赵堡三合一太极拳有完整的二十四法,即上、中、下各八法。特别是下盘秘腿八法,是传统的武当正宗绝技。在健体上,有内外五行理论和内外修炼法。

其上乘功法要求哼哈二气凌空劲的无形弹放,做到以静制动,使犯者应手即仆。

它的特点表现在:以柔克刚,刚柔相济,含而不露,发劲暗不露形;以慢胜快,慢劲快打,动急则急应,动缓则缓随,后之以发,先之以至,以寡御众。在推技方法上,其要求轻灵圆活,劲道方法千变万化,连珠运用。顺势借力,四两拨千斤,巧擒妙拿,狠挒弹发。武当赵堡太极拳讲究运动须知往返,往返必带折叠,折叠之中必寓挫之,斯其根自断,乃毁之速而无疑。

其中所言“二十四法”乃是武当赵堡三合一太极拳所独特技法,由侯春秀先师爱徒刘会峙先生首次公布于世,此前,未见为其他太极拳文献提及。

武当赵堡三合一太极拳的主要特点和要点为:以意承先,因循为用,顺势借力,四两拨千斤。以柔克刚,刚柔相济,以防为主,防中寓攻。起落进退,腾闪圆转,意领身随,处处皆灵。虚灵顶颈,沉肩坠肘,松腰落胯,卷尾敛臀,刻刻腰间,后突命门,对拉拔长,进有后撑。气沉丹田,循环周天,意气连转,鼓荡无间。含胸拔背,气贯周身,寓于无形,保健防身。旋转乾坤,太极功纯,出其不意,斗接入榫。分筋挫骨,节拿抓闭,分寸毫厘,切切慎用。武当授真,冷脆快狠,八法能明,归于正宗。三节九曲,阴阳奥蕴,贵在知变,动极法生。动知往返,折迭寓中,必于挫之,斯根自断,太极上乘,哼哈凌空,混元一体,处处太极。阴阳五行,七星八卦,四明八法,融会贯通。武当太极三层功,实乃为其重轻空。重不如轻,轻不如空,空空洞洞悟真功。

武当赵堡三合一太极拳自祖师张三丰创拳以来,南传陕西王宗,经多代传承,形成武当内家拳南派,亦称为武当松溪派。北传至王宗岳一脉,据史料记载,王宗岳在学得张三丰祖师太极拳后,云游至河南,在庙会上遇到河南温县赵堡人蒋发,见蒋发年少有为,习武之心坚决,且武德又好,遂依武当太极拳留下的“拳术择人而教”的祖训,将蒋发收为自己关门弟子,悉心传授。蒋发随师王宗岳在山西学拳七年,醉心拳术,最终得到太极真传。学成后的蒋发回到赵堡镇,在当地传授武当太极拳。此后,武当三合一太极拳在赵堡镇代代秘传下来,故又称武当赵堡三合一太极拳。蒋发后传邢喜怀,邢喜怀传张初臣,张初臣传陈敬伯,陈敬伯传张宗禹,张宗禹传张彦,以上均为单传。八代宗师张彦传子张应昌和陈青萍。张应昌传第十代张汶,张汶传张金梅,张金梅传张敬芝,张敬芝传侯春秀,计已一十三代如图。

侯先师年轻时,因机缘巧合,17岁时即拜太极拳第十二代宗师张敬芝先生为师。侯春秀先师在跟随张敬芝学习太极拳时,尊师重道,敬师如父,深得张敬芝的厚爱与器重,将武当赵堡三合一太极拳之秘诀全盘密授于侯先师。侯先师练拳起早贪黑,刻苦锻炼,细心揣摩,反复实践,继承师业,终成为太极拳一代宗师。二十世纪30年代,侯春秀宗师离开赵堡镇,辗转来到陕西。先定居于宝鸡,因不满当地警察欺压,发生冲突,单人执一条扁担打通一条街,横扫警察数十人。后定居西安,远离武林,隐于世精修拳艺。新中国成立后,感怀于社会的巨大变化,随走入武林,开门授艺,前后授拳三十多年,与同在西安的赵堡太极拳传人郑悟清、郑锡爵并称为赵堡太极拳“西北三杰”,人称“一侯两郑”,为赵堡太极拳的传播做出了重要贡献。

侯先师在授拳时,采用与众不同的授拳方法,在教完套路后,手把手地传授推手技艺,让学生在实践中真实体验太极技击内涵,通过身传口授给学生入门引路,为学生自己进一步精修提高奠定基础。跟他学拳,相比较其他教学方法,功夫和技法上身时间缩短很多,打破了“太极十年不出门”弊端,深得学生喜爱与同门认可,也造就了在陕西“赵堡太极高手多”的史实和武林共识。侯先师的教学方法与王宗岳《太极拳经》中“由着熟而渐悟懂劲,由懂劲而阶及神明”论述高度吻合,这也从另外一个角度佐证了武当赵堡三合一太极拳实为张三丰太极拳真传一枝,是名副其实的“承架”太极拳。

侯先师一生为人坦荡,武德高尚,在西安武林界朋友甚多。特别与梅花拳、陕西红拳和赵堡太极拳师关系密切。侯先师心胸开阔,没有门派之见,鼓励自己的儿子和徒弟在学好本门技艺的同时,学习其他门派拳法,开阔眼界、取长补短,同时对其他武林朋友推荐过来的学生也倾心相授。

因为侯先师精湛的武艺和快速上身的教学方法,前来拜师学艺者甚众,先后学习者逾千人,侯先师主要传人有侯战国(子)、侯转运(子)、侯玉娥(女)、王喜元(婿),以及刘会峙、黄江天、王德信、邱保平、刘晓凯、赵策、罗及午、尚保新、孟凡夫、刘玉英、张玉亮、史振义、权惠敬、徐孝昌、岳剑峰、郭宗发、王建、党建民、刘瑞、李随成、李双印、魏富金、廖振翔、李宗有、张顺林、张长林、林泉宝、裴国强、陈志生、郭虎、孙子生等人。这些弟子中,不但有直接从学于侯先师的弟子,也有其他武林朋友推荐过来的学生。刘瑞先学于郑悟清处,后经师推荐跟随侯先师学习约二十载;郑悟清另外一个弟子李随成也曾在侯先师处学拳六年左右;李宗有先学于陈青萍—李作智—枝传人赵振绪,次学于郑悟清,最后学于侯春秀先师,不仅如此,他还请侯春秀先师到咸阳,并率领弟子林泉宝、裴国强、张长林、张顺林等二十多人共同受教于侯春秀先师,成就一段武林佳话。在他师生二人身上体现的不计名利、求真务实的学风,永远值得发扬光大。

侯春秀先师的辛勤耕耘,终于结出了累累硕果。1991年,他的爱徒刘会峙先生首次将武当赵堡三合—太极拳整理成书,面向社会出版发行,将这朵武坛奇葩奉献于社会,让它盛开于祖国的神州大地、远传世界各方;林泉宝先生也在《武当》等杂志发表文章十余篇,并在2007年出版专著,将自己习练武当赵堡三合—太极拳的经验与感悟公布于世;2007年,侯先师的儿子侯转运先生制作出《武当赵堡承架三合—太极拳》光碟一套,包括《太极拳法》、《推手技法》、《实战应用》共三张,经全国新华书店统一发行;刘瑞也有著作出版并在《武当》杂志上发表多篇文章,还担任了《武当》杂志的特邀编委;李随成先生创立了陕西华夏太极推手道馆,并担任该馆馆长。他们都为武当赵堡太极拳的传播发挥了重要作用。