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超强磁场的应用与研究
2012-10-04| 作者: | 点击:次 |

    超强磁场是指采用超导技术产生的5T(特斯拉,Tesla)以上的磁场,同时也包括采用脉冲技术、或者混合磁体技术或者超高功率电磁铁技术产生的超高强磁场,也不排除探讨宇宙中黑洞产生的108 T的极限磁场。但从时效性和经济的角度考虑,能长时间经济地维持5 T以上的磁场目前还只有依靠超导技术。

    超导技术是人类二十世纪的一项伟大成就,它带给人类无限的美好遐想,如风驰电掣的超导列车、高效的超导电机、无损耗的超导输电等等,将成为改善人类生活和生存环境的有力工具。而目前超导技术最成功和广泛的应用在于获得大空间的超强磁场(5 T以上),国际上10 T磁场的超导磁体已经开始商业化。

    超导或者采用其他技术产生的强磁场是自然界没有的一种高能物理场,在这种高能场中,将发生许多奇特的现象。例如,水的变形,非导磁的木材、水滴、塑料、虫子、草莓等物质在超强磁场(5 T以上)中将悬浮起来;金属凝固过程中,晶粒将发生转动,进而融合,形成类似单晶的组织;此外,强磁场对凝固过程的成核过程也产生显著的影响,起到细化晶粒的作用。

    鉴于强磁场这些奇妙的效应,国外发达国家如日本、法国等对强磁场下材料制备给予了极大的关注,日本有关这一领域的五年研究计划已于2001年启动。国内国家自然科学基金委今年的重点项目指南中,将这一领域列入指南。

    超强磁场的作用可以直接达到原子尺度,因此,它对众多领域的影响是极为深远的。在纳米材料制备领域中,纳米材料形状和性能的控制是非常关键的问题。而利用超强磁场极强的磁力作用,有可能控制液相法制备纳米材料的成核过程,它可以控制纳米颗粒朝某一优先方向生长,从而获得高度各向异性的纳米材料。此外,在这种各向异性纳米材料成型时,超强磁场的作用可以使纳米粉体在烧结过程中仍能保持很高的各向异性,而这是采用其它方法难以达到的。

    此外,超强磁场极强的能量还可以引起纳米材料晶格的畸变,从而为制备高性能的纳米材料提供了一个非常好的条件。磁化学的研究一直是化学化工工作者致力研究的领域,然而自二十世纪六十年代以前的近四十年中,人们只能获得0.1—1 T左右的磁场,在这种强度的磁场下,磁场对化学反应的影响几乎可以忽略,由于磁场对物质体系能量的影响随着磁场强度的平方呈正比增加,因此,在10 T-20 T甚至100 T的超强磁场下,磁场对化学反应体系的影响已经到了非常显著的地步,甚至可以影响到化学反应的反应热、PH值、化学反应进行的方向、反应速率、活化能、熵等诸多方面。

    目前,超导强磁体的口径达到直径100mm,这已经相当于化学化工工业常见管道的直径,因此,开展这一领域的研究的应用前景是非常明显的。在光、磁、电等物理领域,研究过程离不开特殊材料,如磁光材料、光学晶体、光纤、多功能膜、磁性材料、导电材料等。而超强磁场可对这些材料的制备过程产生重要的影响。有关这一领域的研究远未深入。

    另外,超强磁场对高分子材料、电子材料的影响也是非常重要的领域。生物工程领域中,生物组织、基因的突变是一个重要的研究方向。已有研究表明,超强磁场对生物体的组织、生化反应、生长过程、基因、细菌的新陈代谢等均能产生显著的影响,开展超强磁场下生物工程的研究,对提升生物领域的研究水平和影响力,具有重要的意义。

 
 

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