文档库 最新最全的文档下载
当前位置:文档库 › Novel sol–gel synthesis of N-doped TiO2 hollow spheres with high photocatalytic activity

Novel sol–gel synthesis of N-doped TiO2 hollow spheres with high photocatalytic activity

Novel sol–gel synthesis of N-doped TiO2 hollow spheres with high photocatalytic activity
Novel sol–gel synthesis of N-doped TiO2 hollow spheres with high photocatalytic activity

Novel sol–gel synthesis of N-doped TiO 2hollow spheres with high photocatalytic activity under visible light

Min Qiao ?Qiang Chen ?Shishan Wu ?

Jian Shen

Received:29January 2010/Accepted:17May 2010/Published online:25May 2010óSpringer Science+Business Media,LLC 2010

Abstract Novel ammonia and triethanolamine assisted sol–gel synthesis method was developed to fabricate the N-doped TiO 2hollow spheres.The prepared hollow spheres were in submicron size and had good morphology and high speci?c surface area.Polystyrene (PS)latexes in size of 470nm were used as the templates to fabricate PS/TiO 2core–shell spheres.Here ammonia and triethanolamine was ?rst employed together to control the sol–gel process.The N-doped TiO 2hollow spheres were got after calcinations of the core–shell spheres by using triethanolamine as N source,and the amount of doped N could be easily adjusted by changing the amount of triethanolamine.The hollow spheres had distinct visible light response,and the optical response shifted more to the visible region as the amount of doped N increases.The photodegradation of methylene blue expressed the high photocatalytic activity of the N-doped TiO 2hollow spheres under visible light.Keywords Titania áHollow sphere áNitrogen doping áAmmonia áTriethanolamine áPhotocatalytic activity

1Introduction

Inorganic hollow particles have recently been the subject of extensive research in chemistry and materials science [1,2].In this family,the hollow TiO 2spheres have attracted considerable interest owing to their applications in catalysis,photochemical solar cells,controlled release,chemical sensors and so on [3–9].The hollow TiO 2spheres were easily got after removing the polymer core of PS/TiO 2core–shell spheres.There were two main ways to remove the core:calcinations [10–13]and dissolving by organic solvent [14,15].The PS/TiO 2core–shell spheres were prepared in two main approaches:layer-by-layer self-assembly [16]and sol–gel nanocoating [17–24].The sol–gel nanocoating was widely used due to its simplicity and high ef?ciency.But the TiO 2shells obtained in the sol–gel nanocoating were amorphous,and they could transform from amorphism to anatase or rutile after calcining at differet temperature.Anatase or rutile TiO 2was exten-sively investigated because of its notable functions for photocatalysis and photoelectron transfer [25–30].How-ever,the widespread technological uses of TiO 2were impaired by its wide band gap,which required ultraviolet (UV)irradiation for photocatalytic activation.Because UV light accounts for only a small fraction (5%)of the Sun’s energy compared with the visible light (45%),any shift in the optical response of TiO 2from the UV to the visible spectral range would have a profound positive effect on the photocatalytic ef?ciency of this material [31].The widely used approaches that shifted the optical response of TiO 2from the UV to the visible spectral range were carried out by dye sensitization,metal ion doping,nonmetal doping,etc.[32–41].Among those,N doping was the most widely used method because it produced p state localization just above the valence band maxima of TiO 2.This greatly

M.Qiao áQ.Chen (&)áS.Wu (&)áJ.Shen

Department of Polymer Science and Engineering,School of Chemistry and Chemical Engineering,Nanjing University,210093Nanjing,China

e-mail:chem100@https://www.wendangku.net/doc/8a13585512.html, S.Wu

e-mail:shishanwu@https://www.wendangku.net/doc/8a13585512.html,

Q.Chen

High-Tech Research Institute of Nanjing University,213164Changzhou,China

J.Shen

College of Chemistry and Environment Science,Nanjing Normal University,210097,Nanjing,People’s Republic of China

J Sol-Gel Sci Technol (2010)55:377–384DOI 10.1007/s10971-010-2253-2

reduced the over all band gap energy of TiO2,which led to the red shift of its optical response[41].Although the N-doped anatase or rutile TiO2materials were widely repor-ted,the N-doped anatase TiO2hollow spheres with good morphology were rarely reported.

It was well-known that the hydrolysis and condensation of titania precursors was too fast to control[42–44].So the reagents which acted as inhibitors to slow down the rate of hydrolysis and condensation of titania precursors were needed.Inorganic acids(e.g.,nitride acid[24],hydro-chloric acid[25])and organic complexing agents(e.g., acetyl acetone[45],glacial acetic acid[46])were widely used as inhibitors.But it was hard to use a single agent to control the sol–gel process of titania precursors in various conditions,so here we?rst employed ammonia and tri-ethanolamine to control the sol–gel process synergisticly. Here the active hydroxyl of triethanolamine could induce the transesteri?cation of tetrabutyl titanate to form trieth-anolamine modi?ed tetrabutyl titanate as illustrated in Fig.1,which restrained the hydrolysis and condensation of titania precursors[47].Then the modi?ed tetrabutyl tita-nate could be dissociated by the more active ammonia,and then the ammonia-catalyzed sol–gel process took place to generate the titania sols.Simonsen et al.[48]investigated the in?uence of pH on titania sol–gel systems.They found that the TiO2particles prepared at alkaline conditions showed the primary particle size of around3nm and these primary particles aggregated to form larger secondary particles,and high speci?c surface area could be achieved for particles synthesized under alkaline conditions inde-pendent of the titanium alkoxide used due to the porosity of the secondary particles.Sogimoto et al.[42]also investi-gated the role of ammonia in the sol–gel formation of TiO2 spheres.They found that the TiO2spheres with smooth surface and high monodispersion could be obtained at appropriate amount of ammonia.Based on above,we achieved to use the assistance of ammonia and triethanolamine to fabricate N-doped TiO2hollow spheres with good morphology and high speci?c surface area.

On the whole,the facile method developed in this work to fabricate the N-doped anatase TiO2hollow spheres involved these novelties and signi?cances below:(1) Ammonia and triethanolamine were?rst employed here to control the sol–gel process synergisticly.The morphology of the core–shell spheres could be easily controlled by changing the amount of ammonia and triethanolamine.(2) Triethanolamine acted also as the nitrogen resource,which was?rst reported in the fabrication of N-doped TiO2hol-low spheres.Especially,the amount of doped N can be easily controlled by changing the amount of triethanola-mine added.(3)The prepared N-doped TiO2hollow spheres were monodisperse with good morphology and high speci?c surface area.(4)The N-doped TiO2hollow spheres had good visible light response and presented high photocatalytic activity under visible light.So the ammonia and triethanolamine assisted sol–gel synthesis reported here was considered as a facile method to prepared N-doped TiO2hollow spheres.

2Materials and methods

2.1Materials

Styrene(St),triethanolamine and methylene blue were purchased from Shanghai Chemical Reagent Co.(China). Styrene was treated with10wt%NaOH aqueous solution to remove the inhibitor and distilled under reduced pressure prior to polymerization.Absolute ethanol,tetrabutyl tita-nate(TBT),and ammonia solution(25wt%)were pur-chased from Nanjing Chemical Reagent Co.(China). Anatase TiO2nanopaiticles(99%)with the diameter of 25nm(denoted as TN25)was purchased from Acros (Belgium).Potassium persulfate(KPS)was purchased from Tianjin Chemical Reagent Co.(China)and puri?ed by recrystallization from water.Other reagents of analyti-cal grade were utilized without further puri?cation. Deionized water was applied for all polymerization and treatment processes.

2.2Methods

2.2.1Preparation of PS latexes

The monodisperse PS particles in the size of470nm were prepared by emulsi?er-free emulsion polymerization as follows:10.0g of styrene and90.0g of H2O were charged into a250mL fourneck?ask equipped with a mechanical stirrer,a thermometer with a temperature controller,a N2 inlet,a Graham condenser,and a heating mantle.

The

solution was stirred and deoxygenated by bubbling N2at room temperature for20min.Then,the mixture was slowly heated to70°C,followed by addition of an aqueous solution containing0.1g of KPS dissolved in10.0g of H2O,and the reaction was carried out at70°C for12h.

2.2.2Fabrication of PS/TiO2core–shell spheres

and N-doped TiO2hollow spheres

The PS latexes were reacted with triethanolamine—modi-?ed TBT in a solution of ammonia in ethanol to yield PS/ TiO2core–shell spheres.In a typical procedure:35mmol of ammonia and5.00g of the PS emulsion(containing *0.40g of PS particles)were added into100mL of eth-anol under stirring,and the mixture was kept at50°C for 10min.Then4mL of ethanol solution contaning5mmol of TBT and2mmol of triethanolamine was added drop-wise to the suspension under stirring at50°C at a rate of 2mL/h using a syringe pump.The reaction mixture was stirred at50°C for an additional4h after dripping.The obtained core–shell spheres were separated from the reac-tion medium by centrifuging,washed several times with ethanol,and then redispersed in ethanol.The core–shell spheres were placed in a furnace,and heated to500°C at a rate of10°C/min.After holding at500°C for1h,the sample was cooled down to room temperature at a rate of 20°C/min.Finally the N-doped anatase TiO2hollow spheres were obtained.

2.2.3The photodegradation of methylene blue

To evaluate the photocatalytic activity of the prepared N-doped TiO2hollow spheres,100mL of aqueous solution containing methylene blue was placed in a glass beaker with100mg of samples.The suspension was placed in dark for20min to reach the equilibrium of adsorption and desorption,and then was irradiated with white light(using a white light lamp,24W,purchased from Philips,the Netherlands).Aliquots of a few millimeters of the aqueous suspension were collected at regular time periods during irradiation and?ltered through syringe?lters to remove the hollow spheres.The concentration of methylene blue was estimated by spectrophotometric methods at the maximum absorbance wavelength of665nm.

2.2.4Characterization methods

Transmission electron microscopy(TEM)was performed on a Hitachi H-7650III microscopy(Japan)operating at 80kV.The dispersions were diluted with ethanol and ultrasonicated for10min and then dried onto carbon-coated copper grids before examination.Scanning electron microscopy(SEM)was also used to observe the mor-phology of the particles on Hitachi S-4800(Japan).The specimens were gold-coated prior to examination. Dynamic Light Scattering(DLS)was used to see the size distributions of the particles on a photon correlation spec-trometer(Brookhaven BI-200SM,US).X-ray photoelec-tron spectroscopy(XPS)were obtained on an ESCA Lab MK II(V.G.Scienti?c Co.Ltd.,UK)equipped with a Mg K a radiation source(12kV and20mA at the anode).The take-off angle of the photoelectron was kept at45°.The binding energy was referenced by setting the C1s hydro-carbon peak to be285.0eV.X-ray diffraction(XRD) analysis was performed on a Shimadzu XRD6000dif-fractometer(Japan).The sample was scanned from10°to 70°at a scan rate of5°/min using Cu K a(k=0.15406nm) radiation at40kV and30mA.Brunauer-Emmett-Teller (BET)analysis was performed on an instrument of Mi-cromeritics ASAP2020(USA)at77K,with samples degassed at150°C for2h prior to analysis.The pore volume was estimated from the desorption branch of the isotherm using Barrett-Joyner-Halenda(BJH)method. UV–Visible diffuse re?ectance spectra(UV–Vis DRS) were performed on a Shimadzu UV-2401spectrophotom-eter(Japan)furnished with an integrating sphere using BaSO4as reference.

3Results and discussion

3.1Synthesis of the core–shell and hollow spheres Figure2a demonstrated the image of PS spheres prepared by emulsi?er-free emulsion polymerization.It could be seen that the latex particles are in uniform size of470nm and the surface was smooth.Figure2b showed the image of the PS/TiO2core–shell spheres prepared in the typical procedure.The surface of the core–shell spheres became a little rough compared with that of the PS spheres owing to the coating of TiO2,and it was good to see that the PS spheres were coated with uniform TiO2shells.The core–shell spheres were in uniform size of560nm.Then the corresponding TiO2hollow spheres were obtained by cal-cining the core–shell spheres.Figure2c demonstrated the image of the hollow spheres.The diameters of hollow TiO2 spheres were found to be20%smaller than that of the corresponding core–shell spheres.In some studies similar phenomenon was also observed owing to shrinkage of the ceramic shells[49,50].It could be seen that the hollow spheres were monodisperse and had uniform shells.The size distributions of the PS,PS/TiO2core–shell spheres and TiO2hollow spheres were given in Fig.3.It was indicated that they were all monodisperse.

3.2Effect of ammonia and triethanolamine

on the morphology of spheres

Before the coating,TBT reacted with triethanolamine to form triethanolamine-chelated TBT,where triethanolamine acted as a stabilizer of TBT [51].Then the triethanolamine-chelated TBT was added to the PS suspension in presence of ammonia.The triethanolamine-chelated TBT was ?rst dissociated by the more active ammonia,and then the ammonia-catalyzed hydrolysis and condensation of TBT took place to generate the titania sols.The coating occured subsequently,even synchronously to form the TiO 2shells [17,20].Ammonia could accelerate hydrolysis and con-densation of TBT,and the effect of ammonia on the morphology of the core–shell spheres was shown in Fig.4.When the amount of ammonia was 14mmol,the surface of the core–shell spheres was a little rougher compared with that of the spheres prepared in the typical procedure.There were many bigger TiO 2particles on the surfaces (Fig.4a).When the amount of ammonia increased to 56mmol,the surface of the spheres was also rough with many elongated TiO 2particles on it (Fig.4c).It indicated that the perfect coating took place when the moderate amount of ammonia was added (Fig.4b).Furthermore,the effect of the trieth-anolamine was also investigated.The images of core–shell spheres obtained with different amounts of triethanolamine were shown in Fig.5.The triethanolamine acted as a sta-bilizer of TBT,which weakened the hydrolysis and con-densation of TBT.When the amount of triethanolamine was 1mmol,there were some TiO 2secondary particles or elongated particles on the surface of PS spheres.And when the amount increased to 4mmol,there were also big TiO 2nanoparticles on the surface of the spheres.That meant perfect coating took place with the moderate amount of triethanolamine added,which was consistent with the effect of ammonia.We attributed the results above to the synergism of ammonia and triethanolamine.When

the

Fig.2TEM images of PS spheres (a ),PS/TiO 2core–shell spheres (b )and TiO 2hollow spheres (c

)

Fig.3Size distributions of PS spheres (a ),PS/TiO 2core–shell spheres (b )and TiO 2hollow spheres (c )

amount of ammonia was low or the amount of triethanol-amine was high,ammonia could not dissociated the tri-ethanolamine-chelated TBT totally in short time,so in the system the triethanolamine-chelated TBT could be adsor-bed on the generated TiO 2nanoparticles and prevented them to be captured by PS spheres.When the TiO 2

nanoparticles grew bigger slowly,the triethanolamine-chelated TBT could not provide enough stabilization or be dissociated slowly.Then the big nanoparticles were cap-tured by the PS spheres and led to the surface roughness.On the other hand,when the amount of ammonia was high or the amount of triethanolamine was low,ammonia could dissociate all of the triethanolamine-chelated TBT imme-diately and accelerated the following hydrolysis and con-densation of TBT.The high rate of sol–gel process led to the formation of TiO 2secondary particles or elongated particles,which also induced the surface roughness of the core–shell spheres.So we can control the morphology of the core–shell spheres just by changing amount of ammo-nia and triethanolamine relatively.Figure 6presented the images of PS/TiO 2core–shell spheres and the conre-sponding hollow spheres prepared by changing the amount of ammonia and triethanolamine synchronously.It could be seen that all of the core–shell spheres and hollow spheres are in good morphology.So here we considered the syn-ergism of ammonia and triethanolamine as a powerful tool to get desired perfect core–shell spheres and hollow spheres.

3.3The success of N dopping in the hollow spheres

To con?rm the success of N doping in the structure of TiO 2,X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)was employed to determine the bonding information of Ti and N atoms.Figure 7showed the XPS spectra of the Ti 2p and N 1s core levels in the hollow spheres.The N 1s core level showed two peaks at 397.0for substitutional N and 399.9eV for interstitial N [20,52].As for the Ti 2p,the typical binding energy of the Ti 2p peak was at 458.0eV,which was signi?cantly lower than that in P25

powder

Fig.4SEM images of PS/TiO 2core–shell spheres prepared at different amounts of ammonia:a 14mmol,b 35mmol and c 56

mmol

Fig.5TEM images of PS/TiO 2core–shell spheres prepared at different amounts of

triethanolamine:a 1mmol and b 4mmol

(459.7eV)[53],also indicating the N dopping.The amount of doped N in the hollow spheres was tested by XPS.The amount of doped N was 0.36,0.62and 1.09atom %when the amount of triethanolamine was 1,2and 4mmol,respectively.It told us that higher amount of tri-ethanolamine resulted in higher amount of doped N in hollow spheres.Because triethanolamine could have covalent bond with Ti [51]and N atoms got introduced due to organic decomposition,some of the N atoms were brought into the crystal lattice instead of being evaporated as gaseous product.At the high boiling point of trietha-nolamine (*360°C),the transform form amorphism to anatase of TiO 2progressed slowly [54],which increased the probability of N doping.So we considered triethanol-amine as the desired reagent for ef?cient N doping.3.4XRD,BET,and UV–Vis DRS analysis

Figure 8showed the XRD pattern of the hollow spheres.It could be seen that the TiO 2shells were transformed from amorphism into anatase phase (JCPDS 21–172)after cal-cinations.BET analysis was employed to study the textural properties of the hollow spheres.Figure 9was the BET results of the hollow spheres prepared in typical procedure.The BET surface area and pore volume of the hollow spheres were calculated to be 70.50m 2/g and 0.19cm 3/g,which were larger than the corresponding ones of TN25(anatase titania nanoparticles in size of 25nm,BET sur-face area:42.50m 2/g,pore volume:0.15cm 3/g,tested in the same condition as the hollow spheres).Besides,the hollow spheres had the wide pore size distribution in the range of 3–60nm.So the hollow spheres obtained in this work were a kind of mesoporous materials with high sur-face area.The UV–Vis DRS results of the N-doped TiO 2hollow spheres with different amounts of doped N and TN25as contrast were shown in Fig.10.The spectrum of TN25had only optical response of ultraviolet irradiation (\390nm),which was similar to the P25TiO 2reported [39].But in the spectra of the N-doped TiO 2hollow spheres,we could clearly see that there were optical responses in the visible light range (390–600nm).And the optical response shifted more to the visible region as the amount of doped N increased.So the N doping was effective at improving the visible light response of TiO 2materials.Based on the discussion above,the N-doped TiO 2hollow spheres fabricated by us were a kind of mesoporous materials with high surface area and good visible light

response.

Fig.6TEM images of core–shell spheres and hollow spheres prepared at different amounts of ammonia and triethanolamine:a ,b 14and 1mmol;c ,d 56and 4mmol

3.5The photodegradation of methylene blue

To evaluate the photocatalytic activity of the prepared N-doped TiO2hollow spheres,the photodegradation of methylene blue(MB)was performed.Figure11showed the results of the photodegradation of MB.NTH-1,2and3 was denoted as the N-doped TiO2hollow spheres with different amount of doped N:0.37,0.62,and1.09atom%, respectively.Two blank tests were carried out:the solution of MB without TiO2was irradiated for8h and only0.7% of MB degraded;the suspension containing MB and NTH-2was in dark for8h and only2.2%of MB degraded, which told us that the system had already reached the equilibrium of adsorption and desorption after20min of adsorption and desorption.Based on the two blank tests above,we believed that the results of the photodegradation of MB under white light can provide the direct evidence of the photocatalytic activity of samples under visible light. When using NTH-1,NTH-2and NTH-3as the photocat-alyst,MB degraded for74.4,89.6and96.6%,respectively, after irradiated under white light for8h.When using TN25 as the photocatalyst,only13.7%of MB degraded in the same condition.So the N-doped TiO2hollow spheres presented excellent photocatalytic activity under visible light,which was due to the N doping[37,38,40]and the high surface area[55].The N-doped TiO2hollow spheres were supposed to be a new and signi?cant TiO2material with high photocatalytic ef?ciency.

4Conclusions

In summary,we had demonstrated a novel ammonia and triethanolamine assisted sol–gel synthesis of

monodisperse

N-doped TiO2hollow spheres.The morphology of the core–shell could be controlled by the synergism of ammonia and triethanolamine.The N-doped TiO2hollow spheres were got after the calcinations of the corresponding core–shell sphere.Triethanolamine was the resource of N elements,and the amount of doped N in the hollow spheres could be easily adjusted by changing the amount of tri-ethanolamine added.The hollow spheres were proven to be a kind of mesoporous materials with high surface area and good visible light response.The N-doped TiO2hollow spheres presented excellent photocatalytic activity under visible light,and were supposed to be a new and signi?cant TiO2material with high photocatalytic ef?ciency.

Acknowledgments The authors acknowledge Mr.Kaihe Du(Col-lege of Life Science,Nanjing Normal University,China)for his great help in TEM observation,and Mr.Jianxin Wu(University of Science and Technology of China)for his help in XPS testing and analysis. References

1.Hagfeldt A,Gra¨tzel M(1995)Chem Rev95:49–68

2.Zou H,Wu SS,Shen J(2008)Chem Rev108:3893–3957

3.Kim SW,Kim M,Lee WY,Hyeon T(2002)J Am Chem Soc

124:7642–7643

4.Caruso F(2000)Chem Eur J6:413–419

5.Zhang M,Gao G,Zhao DC,Li YZ,Liu FQ(2005)J Phys Chem

B109:9411–9415

6.Nakamura H,Ishii M,Tsukigase A,Harada M,Nakano H(2005)

Langmuir21:8918–8922

7.Li J,Zeng HC(2005)Angew Chem Int Ed44:4342–4345

8.Li YZ,Zhang H,Hu XL,Zhao XJ,Han M(2008)J Phys Chem C

112:14973–14979

9.Kondo K,Yoshikawa H,Awaga K,Murayama M,Mori T,

Sunada K,Bandow S,Iijima S(2008)Langmuir24:547–550 10.Kabayashi Y,Gu SC,Kondo T,Mine E,Nagao D,Kondo M

(2004)J Chem Eng Jpn37:912–914

11.Syou?an A,Inoue Y,Yada M,Nakashima K(2007)Mater Lett

61:1572–1575

12.Lia GC,Zhang ZK(2004)Mater Lett58:2768–2771

13.Yang J,Lind JU,Trogler WC(2008)Chem Mater20:2875–2877

14.Imhof A(2001)Langmuir17:3579–3585

15.Agrawal M,Pich A,Zafeiropoulos NE,Stamm M(2008)Colloid

Polym Sci286:593–60116.Caruso RA,Susha A,Caruso F(2001)Chem Mater13:400–409

17.Yang ZZ,Niu ZW,Lu YZ,Hu ZB,Han CC(2003)Angew Chem

Int Ed42:1943–1945

18.Zhang K,Zhang XH,Chen HT,Chen X,Zheng LL,Zhang JH,

Yang B(2004)Langmuir20:11312–11314

19.Song XF,Gao L(2007)J Phys Chem C111:8180–8187

20.Song XF,Gao L(2007)Langmuir23:11850–11856

21.Li YF,Sun ZQ,Zhang JH,Zhang K,Wang YF,Wang ZH,Chen

XL,Zhu SJ,Yang B(2008)J Colloid Interface Sci325:567–572

22.Li HQ,Ha CS,Kim I(2008)Langmuir24:10552–10556

23.Wang P,Chen D,Tang FQ(2006)Langmuir22:4832–4835

24.Guo HX,Zhao XP,Ning GH,Liu GQ(2003)Langmuir19:4884–

4888

25.Li YZ,Kunitake T,Fujikawa S(2006)J Phys Chem B

110:13000–13004

26.Stone VF,Davis RJ(1998)Chem Mater10:1468–1474

27.Stein A(2003)Adv Mater15:763–775

28.Shchukin DG,Caruso RA(2004)Chem Mater16:2287–2292

29.Yang P,Zhao D,Margolese DI,Chmelka BF,Stucky GD(1998)

Nature396:152–155

30.Shibata H,Ogura T,Mukai T,Ohkubo T,Sakai H,Abe M(2005)

J Am Chem Soc127:16396–16397

31.Im JS,Yun SM,Lee YS(2009)J Colloid Interface Sci336:183–

188

32.Choi W,Termin A,Hoffmann M(1994)J Phys Chem98:13669–

13679

33.Asahi R,Morikawa T,Ohwaki T,Aoki K,Taga Y(2001)Science

293:269–271

34.Sato S(1986)Chem Phys Lett123:126–128

35.Irie H,Watanabe Y,Hashimoto K(2003)J Phys Chem B

107:5483–5486

36.Li D,Haneda H,Hishita S,Ohashi N,Labhsetwar NK(2005)J

Fluor Chem126:69–77

37.Ao YH,Xu JJ,Fu DG,Yuan CW(2009)Microporous Meso-

porous Mater118:382–386

38.Chi B,Zhao L,Jin T(2007)J Phys Chem C111:6189–6193

39.Estruga M,Domingo C,Dome`nech X,Ayllo′n JH(2009)Nano-

technology20:125604–125611

40.Joshi MM,Labhsetwar NK,Mangrulkar PA,Tijare SN,Kamble

SP,Rayalu SS(2009)Appl Catal A Gen357:26–33

41.Asahi R,Morikawa T(2007)Chem Phys339:57–63

42.Sugimoto T,Kojima T(2008)J Phys Chem C112:18760–18771

43.Sugimoto T,Kojima T(2008)J Phys Chem C112:18437–18444

44.Sugimoto T,Kojima T(2008)J Phys Chem C112:18445–18454

45.Guo LL,Gao G,Liu ML,Liu FQ(2008)Mater Chem Phys

111:322–325

46.Zhou J,Chen M,Qiao XG,Wu LM(2006)Langmuir22:10175–

10179

47.Bardley DC,Mehrotra RC,Gaur DP(1986)Metal alkoxides.

Academic Press,UK,pp236–242

48.Simonsen ME,S?ggard EG(2010)J Sol–Gel Sci Technol

53:485–497

49.Cheng XJ,Chen M,Wu LM,Gu GX(2006)Langmuir22:3858–

3863

50.Wang D,Caruso F(2002)Chem Mater14:1909–1913

51.Bockmeyer M,Lo¨bmann P(2008)J Sol–Gel Sci Technol

45:251–259

52.Saha NC,Tompkins HG(1992)J Appl Phys72:3072–3079

53.Sathish M,Viswanathan B,Viswanath RP,Gopinath CS(2005)

Chem Mater17:6349–6354

54.Li YX,Xie CF,Peng SQ,Lu GX,Li SB(2008)J Mol Catal A

Chem282:117–123

55.Song CY,Yu WJ,Zhao B,Zhang HL,Tang CJ,Sun KQ,Wu XC,

Dong L,Chen Y(2009)Catal Commun

10:650–654

各大仿真软件介绍

各大仿真软件介绍(包括算法,原理) 随着无线和有线设计向更高频率的发展和电路复杂性的增加,对于高频电磁场的仿真,由于忽略了高阶传播模式而引起仿真的误差。另外,传统模式等效电路分析方法的限制,与频率相关电容、电感元件等效模型而引起的误差。例如,在分析微带线时,许多易于出错的无源模式是由于微带线或带状线的交叉、阶梯、弯曲、开路、缝隙等等,在这种情况下是多模传输。为此,通常采用全波电磁仿真技术去分析电路结构,通过电路仿真得到准确的非连续模式S参数。这些EDA仿真软件与电磁场的数值解法密切相关的,不同的仿真软件是根据不同的数值分析方法来进行仿真的。通常,数值解法分为显示和隐示算法,隐示算法(包括所有的频域方法)随着问题的增加,表现出强烈的非线性。显示算法(例如FDTD、FIT方法在处理问题时表现出合理的存储容量和时间。本文根据电磁仿真工具所采用的数值解法进行分类,对常用的微波EDA仿真软件进行论述。2.基于矩量法仿真的微波EDA仿真软件基于矩量法仿真的EDA 软件主要包括A D S(Advanced Design System)、Sonnet电磁仿真软件、IE3D和Microwave office。 2.1ADS仿真软件Agilent ADS(Advanced Design System)软件是在HP EESOF系列EDA软件基础上发展完善起来的大型综合设计软件,是美国安捷伦公司开发的大型综合设计软件,是为系统和电路工程师提供的可开发各种形式的射频设计,对于通信和航天/防御的应用,从最简单到最复杂,从离散射频/微波模块到集成MMIC。从电路元件的仿真,模式识别的提取,新的仿真技术提供了高性能的仿真特性。该软件可以在微机上运行,其前身是工作站运行的版本MDS(Microwave Design System)。该软件还提供了一种新的滤波器的设计引导,可以使用智能化的设计规范的用户界面来分析和综合射频/微波回路集总元滤波器,并可提供对平面电路进行场分析和优化功能。它允许工程师定义频率范围,材料特性,参数的数量和根据用户的需要自动产生关键的无源器件模式。该软件范围涵盖了小至元器件,大到系统级的设计和分析。尤其是其强大的仿真设计手段可在时域或频域内实现对数字或模拟、线性或非线性电路的综合仿真分析与优化,并可对设计结果进行成品率分析与优化,从而大大提高了复杂电路的设计效率,使之成为设计人员的有效工具[6-7]。2.2Sonnet仿真软件Sonnet是一种基于矩量法的电磁仿真软件,提供面

eM-Plant生产系统仿真软件功能介绍

eM-Plant 生产系统仿真软件功能介绍eM-Plant是用C++实现的关于生产、物流和工程的仿真软件。它是面向对象的、图形化的、集成的建模、仿真工具,系统结构和实施都满足面向对象的要求。 e M-Plant可以对各种规模的工厂和生产线,包括大规模的跨国企业,建模、仿真和优化生产系统,分析和优化生产布局、资源利用率、产能和效率、物流和供需链,以便于承接不同大小的订单与混和产品的生产。它使用面向对象的技术和可以自定义的目标库来创建具有良好结构的层次化仿真模型,这种模型包括供应链、生产资源、控制策略、生产过程、商务过程。用户通过扩展的分析工具、

统计数据和图表来评估不同的解决方案并在生产计划的早期阶段做出迅速而可靠的决策。 用eM-Plant可以为生产设备、生产线、生产过程建立结构层次清晰的模型。这种模型的建立过程,使用了应用目标库(Application Object Librari es)的组件,而应用目标库(ApplicationObject Libraries)是专门用于各种专业过程如总装、白车身、喷漆等等。用户可以从预定义好的资源、订单目录、操作计划、控制规则中进行选择。通过向库中加入自己的对象(object)来扩展系统库,用户可以获取被实践证实的工程经验用于进一步的仿真研究。 使用e M-Plant仿真工具可以优化产量、缓解瓶颈、减少在加工零件。 考虑到内部和外部供应链、生产资源、商业运作过程,用户可以通过仿真模型分析不同变型产品的影响。用户可以评估不同的生产线的生产控制策略并验证主生产线和从生产线(sub-lines)的同步。 eM-Plant能够定义各种物料流的规则并检查这些规则对生产线性能的影响。从系统库中挑选出来的控制规则(control rules)可以被进一步的细化以便应用于更复杂的控制模型。 用户使用e M-Plant试验管理器(ExperimentManager)可以定义试验,设置仿真运行的次数和时间,也可以在一次仿真中执行多次试验。用户可以结合数据文件,例如Excel格式的文件来配置仿真试验。 使用eM-Plant可以自动为复杂的生产线找到并评估优化的解决方案。在考虑到诸如产量、在制品(inventory)、资源利用率、交货日期(delivery dates)等多方面的限制条件的时候,采用遗传算法(genetic algorit

时序计算和Cadence 仿真结果的运用

时序计算和Cadence仿真结果的运用 中兴通讯康讯研究所EDA设计部余昌盛刘忠亮 摘要:本文通过对源同步时序公式的推导,结合对SPECCTRAQuest时序仿真方法的分析,推导出了使用SPECCTRAQuest进行时序仿真时的计算公式,并对公式的使用进行了说明。 关键词:时序仿真源同步时序电路时序公式 一.前言 通常我们在时序仿真中,首先通过时序计算公式得到数据信号与时钟信号的理论关系,在Cadence仿真中,我们也获得了一系列的仿真结果,怎样把仿真结果正确的运用到公式中,仿真结果的具体含义是什么,是我们正确使用Cadence仿真工具的关键。下面对时序计算公式和仿真结果进行详细分析。 二.时序关系的计算 电路设计中的时序计算,就是根据信号驱动器件的输出信号与时钟的关系(Tco——时钟到数据输出有效时间)和信号与时钟在PCB上的传输时间(Tflytime)同时考虑信号驱动的负载效应、时钟的抖动(Tjitter)、共同时钟的相位偏移(Tskew)等,从而在接收端满足接收器件的建立时间(Tsetup)和保持时间(Thold)要求。通过这些参数,我们可以推导出满足建立时间和保持时间的计算公式。 时序电路根据时钟的同步方式的不同,通常分为源同步时序电路(Source-synchronous timing)和共同时钟同步电路(common-clock timing)。这两者在时序分析方法上是类似的,下面以源同步电路来说明。 源同步时序电路也就是同步时钟由发送数据或接收数据的芯片提供。图1中,时钟信号是由CPU驱动到SDRAM方向的单向时钟,数据线Data是双向的。 图1

图2是信号由CPU 向SDRAM 驱动时的时序图,也就是数据与时钟的传输方向相同时 的情况。 Tsetup ’ Thold ’ CPU CLK OUT SDRAM CLK IN CPU Signals OUT SDRAM Signals IN Tco_min Tco_max T ft_clk T ft_data T cycle SDRAM ’S inputs Setup time SDRAM ’S inputs Hold time 图2 图中参数解释如下: ■ Tft_clk :时钟信号在PCB 板上的传输时间; ■ Tft_data :数据信号在PCB 板上的传输时间; ■ Tcycle :时钟周期 ■ Tsetup’:数据到达接收缓冲器端口时实际的建立时间; ■ Thold’:数据到达接收缓冲器端口时实际的保持时间; ■ Tco_max/Tco_min :时钟到数据的输出有效时间。 由图2的时序图,我们可以推导出,为了满足接收芯片的Tsetup 和Thold 时序要求,即 Tsetup’>Tsetup 和Thold’>Thold ,所以Tft_clk 和Tft_data 应满足如下等式: Tft_data_min > Thold – Tco_min + Tft_clk (公式1) Tft_data_max < Tcycle - Tsetup – Tco_max + Tft_clk (公式2) 当信号与时钟传输方向相反时,也就是图1中数据由SDRAM 向CPU 芯片驱动时,可 以推导出类似的公式: Tft_data_min > Thold – Tco_min - Tft_clk (公式3) Tft_data_max < Tcycle - Tsetup – Tco_max - Tft_clk (公式4) 如果我们把时钟的传输延时Tft_clk 看成是一个带符号的数,当时钟的驱动方向与数据 驱动方向相同时,定义Tft_clk 为正数,当时钟驱动方向与数据驱动方向相反时,定义Tft_clk 为负数,则公式3和公式4可以统一到公式1和公式2中。 三.Cadence 的时序仿真 在上面推导出了时序的计算公式, 在公式中用到了器件手册中的Tco 参数,器件手册中Tco 参数的获得,实际上是在某一种测试条件下的测量值,而在实际使用上,驱动器的实际 负载并不是手册上给出的负载条件,因此,我们有必要使用一种工具仿真在实际负载条件下 的信号延时。Cadence 提供了这种工具,它通过仿真提供了实际负载条件下和测试负载条件 下的延时相对值。 我们先来回顾一下CADENCE 的仿真报告形式。仿真报告中涉及到三个参数:FTSmode 、

电力系统仿真软件介绍讲解学习

电力系统仿真软件 电力系统仿真软件简介 一、PSAPAC 简介: 由美国EPRI开发,是一个全面分析电力系统静态和动态性能的软件工具。 功能:DYNRED(Dynamic Reduction Program):网络化简与系统的动态等值,保留需要的节点。 LOADSYN(Load Synthesis Program):模拟静态负荷模型和动态负荷模型。 IPFLOW(Interactive Power Flow Program):采用快速分解法和牛顿-拉夫逊法相结合的潮流分析方法,由电压稳态分析工具和不同负荷、事故及发电调度的潮流条件构成。TLIM(Transfer Limit Program):快速计算电力潮流和各种负荷、事故及发电调度的输电线的传输极限。 DIRECT:直接法稳定分析软件弥补了传统时域仿真工作量大、费时的缺陷,并且提供了计算稳定裕度的方法,增强了时域仿真的能力。 LTSP(Long Term Stability Program):LTSP是时域仿真程序,用来模拟大型电力系统受到扰动后的长期动态过程。为了保证仿真的精确性,提供了详细的模型和方法。 VSTAB(Voltage Stability Program):该程序用来评价大型复杂电力系统的电压稳定性,给出接近于电压不稳定的信息和不稳定机理。为了估计电压不稳定状态,使用了一种增强的潮流程序,提供了一种接近不稳定的模式分析方法。 ETMSP(Extended Transient midterm Stability Program):EPRI为分析大型电力系统暂态和中期稳定性而开发的一种时域仿真程序。为了满足大型电力系统的仿真,程序采用了稀疏技术,解网络方程时为得到最合适的排序采用了网络拓扑关系并采用了显式积分和隐式积分等数值积分法。 SSSP(Small-signal Stability Program):该程序有助于局部电厂模式振荡和站间模式振荡的分析,由多区域小信号稳定程序(MASS)及大型系统特征值分析程序(PEALS)两个子程序组成。MASS程序采用了QR变换法计算矩阵的所有特征值,由于系统的所有模式都计算,它对控制的设计和协调是理想的工具;PEALS使用了两种技术:AESOPS算法和改进Arnoldi方法,这两种算法高效、可靠,而且在满足大型复杂电力系统的小信号稳定性分析的要求上互为补充。 二、EMTP/ATP 简介: EMTP是加拿大H.W.Dommel教授首创的电磁暂态分析软件,它具有分析功能多、元件模型全和运算结果精确等优点,对于电网的稳态和暂态都可做仿真分析,它的典型应用是预测电力系统在某个扰动(如开关投切或故障)之后感兴趣的变量随时间变化的规律,将EMTP的稳态分析和暂态分析相结合,可以作为电力系统谐波分析的有力工具。 ATP(The alternative Transients Program)是EMTP的免费独立版本,是目前世界上电磁暂态分析程序最广泛使用的一个版本, 它可以模拟复杂网络和任意结构的控制系统,数学模型广泛,除用于暂态计算,还有许多其它重要的特性。ATP程序正式诞生于1984年,由

Modelsim的功能仿真和时序仿真

FPGA 设计流程包括设计输入,仿真,综合,生成,板级验证等很多阶段。在整个设计流程中,完成设计输入并成功进行编译仅能说明设计符合一定的语法规范,并不能说明设计功能的正确性,这时就需要通过仿真对设计进行验证。在FPGA 设计中,仿真一般分为功能仿真(前仿真)和时序仿真(后仿真)。功能仿真又叫逻辑仿真,是指在不考虑器件延时和布线延时的理想情况下对源代码进行逻辑功能的验证;而时序仿真是在布局布线后进行,它与特定的器件有关,又包含了器件和布线的延时信息,主要验证程序在目标器件中的时序关系。在有些开发环境中,如Xilinx ISE 中,除了上述的两种基本仿真外,还包括综合后仿真,转换(post-translate)仿真,映射后(post-map)仿真等,这样做完每一步都可进行仿真验证,从而保证设计的正确性。 ModelSim 是Mentor Graphics 子公司MentorTechnology 的产品,是当今最通用的FPGA 仿真器之一。ModelSim 功能强大,它支持FPGA 设计的各个阶段的仿真,不仅支持VHDL 仿真,Verilog仿真,而且支持VHDL 和Verilog 混合仿真。它不仅能做仿真,还能够对程序进行调试,测试代码覆盖率,对波形进行比较等。ModelSim 有很多版本,像ModelSim/SE 是首要版本,除此之外还有ModelSim/XE 和ModelSim/AE,分别是为Xilinx 公司和Altera 公司提供的OEM 版,其中已包含各公司的库文件,故用特定公司OEM 版进行仿真时就不需编译该公司的库了。 用ModelSim 进行功能仿真 进行功能仿真首先要检查设计的语法是否正确;其次检查代码是否达到设计的功能要求。下文主要介绍仿真步骤和测试激励的加载。 仿真步骤 (1)建立库并映射库到物理目录 因为用ModelSim 进行仿真是建立在仿真库的基础上的(此处进行的是功能仿真,因而不用编译特定厂商的库),所以首先要建立库并把库映射到实际的物理路径。通常用户编译的文件都放在work库中,所以必须先建立work 库。有两种方法建立并映射库,第一种方法是通过图形界面,在菜单Design→Create a New Library 弹出对话框,如图1 所示。在Library Name 中输入work,如果建立其它库,可以输入其它名字。Library Map to 是映射的物理路径。第二种方法是用命令行的形式,建立库用ModelSim>vlib<库名>,映射库用ModelSim> vmap ,如建立并映射库work,就可以在ModelSim 主窗口命令提示符下输入 vlib work vmap work work (2)编译源代码 该步骤主要检查源文件的语法错误。实现方法有两种,一是通过菜单Design→Compile,出现选择源文件对话框,选择要编译的源文件,编译即可;二是通过命令行方式,这一步对于VHDL 和Verilog 所使用的命令是不一样的,对于VHDL 代码用vcom-work.vhd.vhd ,

模拟仿真软件介绍

模拟仿真软件介绍 模拟仿真技术发展至今,用于不同领域、不同对象的模拟仿真软件林林总总,不可胜数,仅对机械产品设计开发而言,就有机构运动仿真软件,结构仿真软件,动力学仿真软件,加工过程仿真软件(如:切削加工过程仿真软件、装配过程仿真软件、铸造模腔充填过程仿真软件、压力成型过程仿真软件等),操作训练仿真软件,以及生产管理过程仿真软件,企业经营过程仿真软件等等。这里仅以一种微机平台上的三维机构动态仿真软件为例,介绍模拟仿真软件的结构和功能。 DDM(Dynamic Designer Motion)是DTI(Design Technology International)公司推出的、工作于AutoCAD和MDT平台上的微机全功能三维机构动态仿真软件,包含全部运动学和动力学分析的功能,主要由建模器、求解器和仿真结果演示器三大模块组成(见图1)。 1.DDM建模器的功能 1)设定单位制。 2)定义重力加速度的大小和方向。 3)可以AutoCAD三维实体或普通图素(如直线、圆、圆弧)定义运动零件。 4)可以定义零件质量特性:

图1 DDM仿真软件模块结 ①如果将三维实体定义为零件,可以自动获得其质量特性。 ②如果用其他图素定义零件,则可人工设定质量特性。 5)可以定义各种铰链铰链用于连接发生装配关系的各个零件,系统提供六种基本铰链和两种特殊铰链。 基本铰链: ①旋转铰——沿一根轴旋转。 ②平移铰——沿一根轴移动。 ③旋转滑动铰——沿一根轴旋转和移动。 ④平面铰——在一个平面内移动并可沿平面法线旋转。 ⑤球铰——以一点为球心旋转。 ⑥十字铰——沿两根垂直轴旋转。 特殊铰链:

柠檬酸溶胶凝胶法制备复合氧化物的研究

柠檬酸溶胶凝胶法制备复合氧化物的研究 摘要:柠檬酸溶胶凝胶法具有操作简单,成本低,产物纯度高,粒度细等优点,广泛应用在氧化物制备领域。本文就制备条件进行了讨论,包括柠檬酸用量、溶液pH值,凝胶化及陈化,并就柠檬酸溶胶凝胶法的反应机理进行了阐述。当前研究认为这些制备条件对最张取得的氧化物粉体的物性参数有着较大的影响。 关键词:柠檬酸溶胶凝胶法复合氧化物制备条件成胶机理 在催化研究领域,单一氧化物通常具有一些较好的物化性能,可以作为载体或是直接应用作催化剂。但是随着人们对催化性能要求的提高及绿色化学低碳经济的兴起,这些单一氧化物逐渐无法满足工业生产对其性能的要求。研究人员将不同的氧化物复合,从而获得兼具两种材料优点的复合或掺杂材料。[1]这种氧化物的复合在催化、电化学中都有着重要作用。然而复合方式的不同对复合的效果影响较大。 溶胶凝胶法是现在常用的氧化物复合掺杂方法。整个制备过程经历溶液、溶胶、凝胶、干凝胶、焙烧。由溶胶凝胶法制备的粒子纯度高粒度细、可精确调控组成,方便对材料的复合或掺杂,反应条件温和易于操作控制,一般制得的氧化物都具有较大的比表面积[2]。该方法经历了传统胶体、无机聚合物胶体、络合法制胶这三个过程。传统方法需要找到合适的沉淀剂。当制备的离子各类较多时,很难寻到合适的沉淀剂。无机络合法常使用金属醇盐为原料。但金属醇盐有易燃、有毒、不易长入保存、成本较高等特点。近些年来发展的柠檬酸-溶胶凝胶法属于无机聚合物法。不仅可以在较低的温度下,取得尺寸均匀,粒度在微米甚至纳米级别的氧化物,而且保留了制备温度温和、操作方法简易的优势。然而柠檬酸凝胶溶胶法作为一种新兴方法,在制备条件和操作方法上仍有许多地方值得探讨。 一、制备条件及机理分析 1.柠檬酸用量 柠檬酸作为络合剂,对胶体的稳定性具有决定性的作用。用量过少,将会导致形成的胶体不稳定,极可能在放置陈化过程中出现沉淀现在,导致实验失败[3-5]。不同的文献中均采用放置检验的方法,将溶胶放置足够长的时间,并观察,以刚好不出现金属盐析出为柠檬酸的最少使用量。而不同的金属盐,其对应的最小使用量,从1:0.5到1:3不等。在氧化物焙烧条件相同的情况下,增加柠檬酸的用量可以得到更粒度更细分散度更好的氧化物。但李意峰认为过量的催化剂会残留在干凝胶中,致使焙烧过程中柠檬酸燃烧不充分,产物结晶下降[4]。 2.溶液pH

时序计算和Cadence仿真结果的运用

字体大小: 小中大作者:余昌盛刘忠亮来源:日期:2007-06-25 点击:558 摘要:本文通过对源同步时序公式的推导,结合对SPECCTRAQuest时序仿真方法的分析,推导出了使用SPECCTRAQuest进行时序仿真时的计算公式,并对公式的使用进行了说明。 一、前言 通常我们在时序仿真中,首先通过时序计算公式得到数据信号与时钟信号的理论关系,在cadence仿真中,我们也获得了一系列的仿真结果,怎样把仿真结果正确的运用到公式中,仿真结果的具体含义是什么,是我们正确使用Cadence仿真工具的关键。下面对时序计算公式和仿真结果进行详细分析。 二.时序关系的计算 电路设计中的时序计算,就是根据信号驱动器件的输出信号与时钟的关系(Tco——时钟到数据输出有效时间)和信号与时钟在PCB上的传输时间(Tflytime)同时考虑信号驱动的负载效应、时钟的抖动(Tiitter)、共同时钟的相位偏移(Tskew)等,从而在接收端满足接收器件的建立时间(Tsetup)和保持时间(Thold)要求。通过这些参数,我们可以推导出满足建立时间和保持时间的计算公式。 时序电路根据时钟的同步方式的不同,通常分为源同步时序电路(Source-synchronous timing)和共同时钟同步电路(common-clock timing)。这两者在时序分析方法上是类似的,下面以源同步电路来说明。 源同步时序电路也就是同步时钟由发送数据或接收数据的芯片提供。图1中,时钟信号是由CPU驱动到SDRAM方向的单向时钟,数据线Data是双向的。 图2是信号由CPU向SDRAM驱动时的时序图,也就是数据与时钟的传输方向相同时的情况。

用ModelSimSE进行功能仿真和时序仿真的方法(ALTERA篇)

用ModelSimSE进行 功能仿真和时序仿真的方法 (ALTERA篇) 黄俊 April 2007

用ModelSim SE进行功能仿真和时序仿真的方法 (ALTERA篇) 软件准备 (1) QuartusII,本文截图是QuartusII 6.1界面的。我个人认为,如果是开发StratixII或CycloneII或MAXII,用QuartusII6.0+SP1+SP2比较稳定。 (2) ModelSim SE. ALTERA仿真库要已经装好,安装仿真库的笔记已记录于《在ModelSimSE中添加ALTERA仿真库的详细步骤》中。我电脑上装的是ModelSim SE 6.1b。 例子程序的制作 先在Quartus II里生成一个例子程序,以方便介绍三种仿真的方法。步骤如下: 1、新建一个工程(Project),工程名取lpm_shift, 器件选CycloneII EP2C5Q208C, 第三方 的工具暂时都不选。 2、菜单栏上Tools?MegaWizard Plug-In Manager, 点Next,在storage中选 LPM_SHIFTREG,输出文件格式根据习惯选一种语言,在这里以Verilog的为例,在右边的output file名字中加上lpm_shift。点Next。

3、这个例子是做一个移位寄存器,调用lpm库,和cycloneII元件库,也正好可以作为对 前面建好的ALTERA库的一个验证。点可以查到该模块的使用说明和详细介绍。移位寄存器比较简单,就不用细看了。如下图设置.点Next.

4、加上一个异步清零端,点Next,再点Next,最后点Finish. Add/Remove Files in Project…,

ABBRobotstudio仿真软件项目式使用说明

项目一:焊接机器人 1.打开Robot studio软件,单击创建新建空工作站,同时保存一下,如下图所示; 2.选择ABB机器人模型IRB1600,单击添加,选择承重能力和到达距离,选择确定,如下图所示: 3.导入设备-tools-Binzel air 22,并拖动安装在机器人法兰盘上: 4.选择建模-固体-矩形体,设定长宽高,点击创建: 5.选择基本-机器人系统-从布局创建系统-下一步-下一步-完成; 6.控制器启动完成后,选择路径-创建一个空路径, 创建成功后,修改下方参数:moveJ , V1000,Z100 8.激活当前路径,选择机器人起点,单击示教指令 9.开启捕捉末端或角点,同时将机器人的移动模式设为手动线性,将机器人工具移到矩形体的一个角点上,单击示教指令,形成第一条路径,依次示教四个角点,形成路径,右击路径,选择查看机器人目标,可将机器人移动到当前位置 10.路径制作完成后,选择基本-同步到VC,在弹出的对话框中全部勾选,并点击确定,同步完成后选择仿真-仿真设定-将路径添加到主队列,选择应用--确定; 11.选择仿真录像,点击播放,开始仿真录像。 项目二:搬运机器人 1.新建空工作站--导入机器人IRB4600--选择最大承重能力,选择建模-固体-圆柱体,添加两个圆柱体,半径为200mm,高度分别为60mm和500mm,把其中一个作为工具添加到法兰盘上,同时导入两个设备Euro pallet如下图所示: 2.右击物体或在左侧布局窗口中右击物体名称,在下拉菜单中选择设定颜色来更改颜色: 3.根据布局创建机器人系统,细节与项目一相同,系统完全启动后,选择控制器-配置编辑器,在下拉菜单中选择I/O,在弹出窗口中新建Unit,细节如下图所示; 4.Unit新建完毕后,右击新建signal,新建do1和do2,细节如下图所示: 5.新建完毕后,重启控制器 6.重启完毕后,选择仿真-配置-事件管理器-添加事件,细节如下图所示: 7.事件添加完成后,开始创建路径啊,依次示教,机器人到达指定位置时,右击插入逻辑指令,如图所示: 8.路径创建完成后,同步到VC,仿真设定,然后进行仿真录像 项目三:叉车搬运 1.打开软件,新建空工作站,导入机器人模型IRB4600,选择最大承重能力,然后选择基本--导入几何体--浏览几何体--选择本地几何体--打开,如下图所示: 2.利用平移和旋转指令,将不同几何体按下图位置摆放整齐: 3.创建一个300*300*70的方体分别作为tool,将其创建为工具,具体操作如下图所示: 4.设定tool的本地原点为它的中心点,如下图所示: 5.选中tool,点击创建工具,将tool创建为工具,具体操作如下: 6.创建完成后将其安装在机器人法兰盘上,右击机器人选择显示机器人工作范围,可看到机器人最大到达距离,再次选择取消显示: 4.创建四个200*200*200的方体分别作为Box1~Box4,设定为不同颜色,将Box2~Box4设为不可见 5.布局结束,如下图所示:, 6.根据布局创建机器人系统,待系统启动完毕后,选择控制器--配置编辑器-新建Unit --新建signal,包括do1~do 15,如下图所示: 7.设置完成后,重启控制器,打开事件管理器,添加所需事件,包括显示对象,附加对象,提取对象,移动对象四类事件,具体如下:

溶胶凝胶法制备材料

溶胶-凝胶法制备材料 摘 要:溶胶-凝胶法广泛应用于制备薄膜材料和粉体材料,其主要原理是将金属醇盐或无机盐经水解直接形成溶胶或经解凝形成溶胶,然后使溶质聚合凝胶化,再将凝胶干燥、焙烧去除有机成分,最后得到无机材料。本文主要介绍了一些溶胶-凝胶法制备材料的发展历史,原理以及一些溶胶-凝胶法实际应用案例。 关键词:溶胶-凝胶法;纳米材料;陶瓷薄膜材料;掺杂;锂电池;包覆材料 溶胶-凝胶法发展过程:1846年法国化学家J.J.Ebelmen 用SiCl 4与乙醇混合后,发现在湿空气中发生水解并形成了凝胶。20世纪30年代W.Geffcken 证实用金属醇盐的水解和凝胶化可以制备氧化物薄膜。1971年德国H.Dislich 报道了通过金属醇盐水解制备了SiO 2-B 2O-Al 2O 3-Na 2O-K 2O 多组分玻璃。1975年 B.E.Yoldas 和M.Yamane 制得整块陶瓷材料及多孔透明氧化铝薄膜。80年代以来,在玻璃、氧化物涂层、功能陶瓷粉料以及传统方法难以制得的复合氧化物材料得到成功应用。 分类:溶胶-凝胶法按产生溶胶凝胶过程机制主要分成三种类型: (1)传统胶体型:通过控制溶液中金属离子的沉淀过程,使形成的颗粒不团聚成大颗粒而沉淀得到稳定均匀的溶胶,再经过蒸发得到凝胶。 (2)无机聚合物型:通过可溶性聚合物在水中或有机相中的溶胶过程,使金属离子均匀分散到其凝胶中。常用的聚合物有聚乙烯醇、硬脂酸等。(3)络合物型:通过络合剂将金属离子形成络合物,再经过溶胶,凝胶过程成络合物凝胶。 制备方法及原理:溶胶一凝胶科学技术是以金属醇盐为原料制作玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷以及其它功能无机材料的一种新工艺方法。溶胶-凝胶法制备材料的方法属于化学制备方法,溶胶-凝胶体的制备有3种途径:(1)溶胶溶液的凝胶化; (2)醇盐或硝酸盐前驱体的水解聚合,继之超临界干燥凝胶;(3)醇盐前驱体的水解聚合。 溶胶-凝胶法的化学过程首先是将原料分散在溶剂中,然后经水解反应生成活性单体,活性单体进行聚合,开始成为溶胶,进而生成具有一定空间结构的凝胶,经过干燥和热处理制备出纳米粒子和所需材料。其基本反应式为: ;)()()(424nHOR OH OR M O nH OR M n n +→+-水解: ;])()([)(22214-4O H O OH OR M OH OR M n n n n +→--)(缩聚:

利用ModelSim进行的功能仿真,综合后仿真,时序仿真

利用ModelSim进行的功能仿真,综合后仿真,时序仿真 功能仿真,就是在理想状态下(不考虑延迟),验证电路的功能是否符合设计的要求。 功能仿真需要: 1.TestBench或者其他形式的输入激励 2.设计代码(HDL源程序) 3.调用器件的模块定义(供应商提供,如FIFO,RAM等等) 值得一提的是,可以在ModelSim直接编写TestBench,使用View->Source->Show language templates. 综合后仿真(门级仿真),实际上就是将对综合后的门级网表进行仿真,只考虑门延迟,而没有加入时延文件。在功能仿真之后检验综合的结果是否满足功能要求。 综合后仿真需要: 1.综合后的门级网表,注意这里变成了*.vo文件,而不是原来功能仿真中所需要的HDL源代码. 2.测试激励 3.元件库Altera的仿真库位置为 *:\altera\quartus\eda\sim_lib 所谓时序仿真,就是在综合后仿真的基础上加上时延文件(sdf文件),综合考虑了路径延迟和门延迟的情况,验证电路是否存在时序违规。 时序仿真需要: 1.综合后的门级网表,注意这里变成了*.vo文件,而不是原来功能仿真中所需要的HDL源代码. 2.测试激励 3.元件库Altera的仿真库位置为 *:\altera\quartus\eda\sim_lib 4.较门级仿真还需要具有包含时延信息的反标记文件*.sdf 可以有两种方法实现门级仿真,或时序仿真。

1.工程编译成功后,自动启用ModelSim来运行门级仿真,前提是要在Quartus II的Options中设置好ModelSim的路径(和有些参考PDF上说的环境变量好像无关,至少我用的Quartus II 9.0 Web Edtion是这样的)具体方法是,进入Quartus9.0->Tools->Options,在Categroy里选中General 下的EDA Tool Options,在ModelSim右边的Location of Executable中双击来改变路径,就并且在工程中设置了自动启动ModelSim,就可以自动启用了。 1.在EDA Tool Settings,首先将仿真工具设置为ModelSim,然后点击让它自动启动。 2.NativeLink settings中选择testbench,完成相关的设置,例如test bench name,top level module in test bench,Design instance name in test bench,仿真时间,然后编译时会自动启动ModelSim然后完成所有操作,大概这就是Altera所指的和很多EDA工具的无缝连接。 另外一种方法,则是现在quartus ii中生成门级网表和延时文件,然后调用ModelSim进行仿真 1.在quartus ii设置仿真工具为ModelSim,这样设置完成后,在当前目录下会生成一个simulation的目录,该目录下有一个simulation文件夹,里面包含了网标文件和时延反标文件,vhdl语言对应的是网表文件为*.vho,时延文件为*.sdo。Verilog则为*.vo,*.sdo。 2.建立库并映射到物理目录,编译TestBench,执行仿真。 对库的理解: 我想所谓库,实际上就是一个代替文件夹的符号,区别就是,库中的文件的表述皆是经过了编译的实体或者module,一切操作都在库中进行。 ModelSim有两种库,一种是资源库,一种是工作库(默认名为work,保存当前工程下已通过编译的所有文件,资源库放置work库已编译文件所要调用的资源)。所以编译前,一定要有work库,而且只能有一个。

机器人系统常用仿真软件介绍概要

1 主要介绍以下七种仿真平台 (侧重移动机器人仿真而非机械臂等工业机器人仿真 : 1.1 USARSim-Unified System for Automation and Robot Simulation USARSim 是一个基于虚拟竞技场引擎设计高保真多机器人环境仿真平台。主要针对地面机器人, 可以被用于研究和教学, 除此之外, USARSim 是 RoboCup 救援虚拟机器人竞赛和虚拟制造自动化竞赛的基础平台。使用开放动力学引擎 ODE(Open Dynamics Engine,支持三维的渲染和物理模拟,较高可配置性和可扩展性,与 Player 兼容,采用分层控制系统, 开放接口结构模拟功能和工具框架模块。机器人控制可以通过虚拟脚本编程或网络连接使用 UDP 协议实现。被广泛应用于机器人仿真、训练军队新兵、消防及搜寻和营救任务的研究。机器人和环境可以通过第三方软件进行生成。软件遵循免费 GPL 条款, 多平台支持可以安装并运行在Linux 、 Windows 和 MacOS 操作系统上。 1.2 Simbad Simbad 是基于 Java3D 的用于科研和教育目的多机器人仿真平台。主要专注于研究人员和编程人员热衷的多机器人系统中人工智能、机器学习和更多通用的人工智能算法一些简单的基本问题。它拥有可编程机器人控制器, 可定制环境和自定义配置传感器模块等功能, 采用 3D 虚拟传感技术, 支持单或多机器人仿真,提供神经网络和进化算法等工具箱。软件开发容易,开源,基于 GNU 协议,不支持物理计算,可以运行在任何支持包含 Java3D 库的 Java 客户端系统上。 1.3 Webots Webots 是一个具备建模、编程和仿真移动机器人开发平台, 主要用于地面机器人仿真。用户可以在一个共享的环境中设计多种复杂的异构机器人, 可以自定义环境大小, 环境中所有物体的属性包括形状、颜色、文字、质量、功能等也都可由用户来进行自由配置,它使用 ODE 检测物体碰撞和模拟刚性结构的动力学特性, 可以精确的模拟物体速度、惯性和摩擦力等物理属性。每个机器人可以装配大量可

eM-Plant生产系统仿真软件功能介绍

eM-Plant 生产系统仿真软件功能介绍eM-Plant是用C++实现的关于生产、物流和工程的仿真软件。它是面向对象的、图形化的、集成的建模、仿真工具,系统结构和实施都满足面向对象的要求。 e M-Plant可以对各种规模的工厂和生产线,包括大规模的跨国企业,建模、仿真和优化生产系统,分析和优化生产布局、资源利用率、产能和效率、物流和供需链,以便于承接不同大小的订单与混和产品的生产。它使用面向对象的技术和可以自定义的目标库来创建具有良好结构的层次化仿真模型,这种模型包括供应链、生产资源、控制策略、生产过程、商务过程。用户通过扩展的分析工具、统计数据和图表来评估不同的解决方案并在生产计划的早期阶段做出迅速而可 靠的决策。 用e M-Plant可以为生产设备、生产线、生产过程建立结构层次清晰的模型。这种模型的建立过程,使用了应用目标库(Application Object Libraries)的组件,而应用目标库(Application Object Libraries)是专门用于各种专业过程如总装、白车身、喷漆等等。用户可以从预定义好的资源、订单目录、操作计划、控制规则中进行选择。通过向库中加入自己的对象(object)来扩展系统库,用户可以获取被实践证实的工程经验用于进一步的仿真研究。 使用e M-Plant仿真工具可以优化产量、缓解瓶颈、减少在加工零件。

考虑到内部和外部供应链、生产资源、商业运作过程,用户可以通过仿真模型分析不同变型产品的影响。用户可以评估不同的生产线的生产控制策略并验证主生产线和从生产线(sub-lines)的同步。 e M-Plant能够定义各种物料流的规则并检查这些规则对生产线性能的影响。从系统库中挑选出来的控制规则(control rules)可以被进一步的细化以便应用于更复杂的控制模型。 用户使用e M-Plant试验管理器(Experiment Manager)可以定义试验,设置仿真运行的次数和时间,也可以在一次仿真中执行多次试验。用户可以结合数据文件,例如Excel格式的文件来配置仿真试验。 使用e M-Plant可以自动为复杂的生产线找到并评估优化的解决方案。在考虑到诸如产量、在制品(inventory)、资源利用率、交货日期(delivery dates)等多方面的限制条件的时候,采用遗传算法(genetic algorithms)来优化系统参数。通过仿真手段来进一步评估这些解决方案,按照生产线的平衡和各种不同批量,交互地找到优化的解决方案 使用e M-Plant分析工具可以轻松的解释仿真结果。统计分析、图、表可以显示缓存区、设备、劳动力(personnel)的利用率。用户可以创建广泛的统计数据和图表来支持对生产线工作负荷、设备故障、空闲与维修时间、专用的关键性能等参数的动态分析;由e M-Plant可以生成生产计划的Gantt图并能被交互地修改。 1.eM-Plant的主要技术特点有: 。面向对象的技术; 。建模和仿真的图形化和集成的用户环境; 。层次结构化; 。继承性; 。对象概念; 。程序驱动的建模; 。模型的可变性和可维护性; 。接口与集成; 。下面对上述的特点进行简单解释 图形的和原型化的集成用户环境 使用传统的仿真软件,用户需要首先建立一个完整的模型,然后运行仿真,最后用产生的仿真文件来描述过程。用户在仿真过程中不能改变仿真模型,即使在该阶段的错误能够很容易地确定。在eM-Plant的集成的和图形化的用户环境下,关于模型的所有功能和信息在任何时候都是图形化的表示,能够进入。因此,即使没有启动仿真,在建模、测试阶段,也能够对模型的部分进行仿真和动画显示,同时,在仿真过程中,关于模型的所有接口都是有效的,用户可以随时修改模型参数和属性。它对于模块化和结构化的程序非常有用,可以为用户带来下列好处: 不需要花费大量时间进行预定义; 可以对程序进行有效的跟踪;

modelsim时序仿真

利用ModelSim SE6.0C实现时序仿真 时间:2007-04-05 来源: 作者: 点击:2743 字体大小:【大中小】 1) 打开一个工程文件。 2) 打开Settings设置栏,选择EDA Tools Settings下的Simulation栏。在右边出现的设置栏中将“Tool name”的下拉菜单选择“ModelSim(Verilog)”(如果工程用VHDL语言实现,则可以选择“ModelSim(VHDL)”;如果ModelSim使用的是for Altera的专用版本,则可以选择“ModelSim-Altera(Verilog)”或“ModelSim-Altera(VHDL)”)。 另外在设置栏中还有其他的核选框。 1.如果选中“Maintain hierarchy”,则表示在做时序仿真时就能看到像在功能仿真的工 程文件层次结构,可以找到定义的内部信号。因为在做后仿时,源文件中的信号名 称已经没有了,被映射为软件综合后自己生成的信号名,观察起来很不方便。这个 设置与ISE里综合右键属性的Keep Hierarchy选择YES的功能是一样的。 2.如果选中“Generate netlist for functional simulation only”,则表示只能做功能仿真。 3) 点击“Start Compilation”按钮编译工程,完成之后在当前的工程目录下可以看到一个名为“Simulation”的新文件夹,下面的“ModelSim”文件夹下包括仿真需要的.vo网表文件和包含延迟信息的.sdo文件。 4) 打开ModelSim软件(或者在Quartus下“Settings->EDA Tools Setting->Simulation”出现的设置栏中选中“Run this tool automatically after compilation”,直接从Quartus下调用ModelSim软件),可以在当前工程目录下新建一个Project。在Project标签栏内点击右键,出现在快捷菜单中选择“Add to Project->Existing File…”。加入当前工程目录的 “\Simulation\ModelSim\”路径下的.vo文件、TestBench文件和对应当前工程所选择器件的网表文件。 比如:当前工程选择的器件是Cyclone系列,Quartus安装目录在“C:\altera”路径下。因此需要在“C:\altera\quartus50\eda\sim_lib”路径下找到“cyclone_atom.v”的网表文件导入到ModelSim下的Project。如果是其他器件亦是如此,只要在此目录下找到对应有“_atom”后缀的.v文件。当然整个大前提是ModelSim SE版本已经加入了Alterta的仿真库,不过ModelSim-Altera版本就不会存在这样的问题。

Saber仿真软件介绍

Saber 软件简介 Saber软件主要用于外围电路的仿真模拟,包括SaberSketch 和SaberDesigner两部分。SaberSketch用于绘制电路图,而SaberDesigner用于对电路仿真模拟,模拟结果可在SaberScope 和DesignProbe中查看。Saber的特点归纳有以下几条: 1.集成度高:从调用画图程序到仿真模拟,可以在一个环境中完成,不用四处切换工作环境。 2.完整的图形查看功能:Saber提供了SaberScope和DesignProbe来查看仿真结果,而SaberScope功能更加强 大。 3.各种完整的高级仿真:可进行偏置点分析、DC分析、AC分析、瞬态分析、温度分析、参数分析、傅立叶分析、蒙特卡诺分析、噪声分析、应力分析、失真分析等。 4.模块化和层次化:可将一部分电路块创建成一个符号表示,用于层次设计,并可对子电路和整体电路仿真模拟。 5.模拟行为模型:对电路在实际应用中的可能遇到的情况,如温度变化及各部件参数漂移等,进行仿真模拟。

第一章用SaberSketch画电路图 在SaberSketch的画图工具中包括了模拟电路、数字电路、机械等模拟技术库,也可以大致分成原有库和自定义库。要调用库,在Parts Gallery中,通过对库的描述、符号名称、MAST模板名称等,进行搜索。 画完电路图后,在SaberSketch界面可以直接调用SaberGuide对电路进行模拟,SaberGuide的所有功能在SaberSketch中都可以直接调用。 ?启动SaberSketch SaberSketch包含电路图和符号编辑器,在电路图编辑器中,可以创建电路图。如果要把电路图作为一个更大系统的一部分,可以用SaberSketch将该电路图用一个符号表示,作为一个块电路使用。启动SaberSketch: ▲UNIX:在UNIX窗口中键入Sketch ▲Windows NT:在SaberDesigner程序组中双击SaberSketch图标 下面是SaberSketch的用户界面及主要部分名称,见图1-1: 退出SaberSketch用File>Exit。 ?打开电路图编辑窗口 在启动SaberSketch后,要打开电路图编辑窗口,操作如下:▲要创建一个新的设计,选择File>New>Design,或者点击快捷图标,会打开一个空白窗口。 ▲要打开一个已有的设计,选择File>Open>Design,或者点击快捷图标,

相关文档
相关文档 最新文档