针对金属球壳狭缝间的作用力测量问题，首先进行了球壳狭缝间局部弹性介质受力情况的仿真，得出了被测作用力的大小、分布及非线性特点。接着研究了基于SAW器件的金属封闭球壳狭缝间作用力测量方案，确定采用以直接型SAW单端谐振器为核心力敏感元件，利用无线射频天线传输和获取信号的作用力测量系统。以中心频率为基准，作用力的大小将反映在反射信号的频率偏移之中，从而实现无源无线作用力测量。 在作用力测量系统的传感器端，以谐振器的频率域模型仿真结果为依据，设计了单端谐振器的各项尺寸参数，其中谐振器的理论中心频率为1GHz，叉指换能器与反射栅的指条宽度为0.79um。此外，还研究了以MEMS工艺为基础的器件加工工艺，在保证器件性能的基础上尽可能减小器件尺寸，分析了各工艺环节对器件性能的影响情况。受狭缝空间限制，采用了以柔性薄膜材料作为支撑基底的封装方式来组成周边固支圆膜片的力敏结构，既减小了传感器的厚度，又缓解了作用力分布不均匀情况。与此同时，研究了狭缝间的信号传输问题。将柔性微带线与传感器端进行键合，通过印刷偶极子天线实现信号的发射与接收。微带线的制作采用PCB柔性电路板工艺，厚度可达到120um，满足狭缝空间要求。 加工完成的谐振器裸芯片进行了测试，其谐振点在990MHz左右，Q值偏小，误差受工艺影响较大。而天线的谐振频率可以保证在1GHz，但是其传输性能相对于仿真结果而言效果欠佳。作用力监测系统的最终测试未能进行，主要是由于谐振器件的加工误差、器件与传输线的匹配以及整体封装工艺限制等。除此之外，提出了一种应变式作用力测量方案。其力敏结构是利用带孔支撑基底将应变片的敏感栅部分悬空，垂直方向作用力导致敏感栅的弯曲。应变信号通过柔性传输线连接于信号发射电路之中，外围信号接收电路接收到信号之后显示出作用力的值，实现作用力无线监测。经过反复测试，这种测量方案的平均误差可以达到±0.98%FSO（Full-Scale Output），可以满足误差在5%以内的要求。 通过对利用SAW进行无源无线作用力测量方法的探索和研究，已经形成并逐步完善了基本的测量方法框架，测量系统的各个环节均已得到了理论方面的详细论证，可以为进一步的制作封装工艺研究提供可靠的理论保证。并且，应变式测量方案的探索也可以为用传统的低频电路方式解决极端环境下物理量测量问题提供一定的参考。

本项目针对明确目标课题－ 26．封闭球型壳体狭缝间作用力监测方法研究，探索一种无线监测狭缝间局部弹性介质上作用力的技术，同时实现球体温度和球壳端面间距的非接触测量，采用便于微型化的声表面波（SAW）器件作为收发器，通过电磁波孔缝耦合建立阻抗型无线传感通道，利用阻抗型敏感元件实现无线传感，采用箔型压阻式力敏元件、热阻式温敏元件完成球壳狭缝间的无线检测任务，同时采用数字摄影和图形处理方法实现缝隙间距的非接触检测，据此建立系统结构模型并进行参数优化设计，制作无线检测介质作用力、球体温度和球壳端面间距的实验装置，搭建金属和非金属球壳狭缝原型实验系统进行试验研究，验证方案的可行性，检验量程和测量精度，形成一套适应球壳狭缝环境无线监测的可行方法，为开发与课题类似的极端环境下的实用无线监测系统提供技术依据，所采用的基于SAW的阻抗型无线传感技术，为解决狭窄空间极端环境下的无线检测问题提供了新思路。

氢键属不属于分子间作用力，取决于对“分子间作用力”的定义。按照广义范德华力定义[引力常数项可将各种极化能（偶极(dipole)、诱导(induced)和氢键能）归并为一项来计算]，氢键属于分子间作用力。按照传统定义：分子间作用力定义为：“分子的永久偶极(permanent dipole)和瞬间偶极(instantaneous dipole)引起的弱静电相互作用”那么氢键不属于（因为氢键至少包含四种相互作用，只有三种与分子间作用力有交集，但还存在最高被占用轨道与另一分子最低空余轨道发生轨道重叠）。

氢键既可以存在于分子内也可以存在于分子间。其次，氢键与分子间作用力的量子力学计算方法也是不一样的。另外，氢键具有较高的选择性，不严格的饱和性和方向性；而分子间作用力不具有。在“折叠体化学”中，多氢键具有协同作用，诱导线性分子螺旋，而分子间作用力不具有协同效应。超强氢键具有类似共价键(covalent bond)本质，在学术上有争议，必须和分子间作用力加以区分。

若错误的将分子间作用力、氢键、卤键看成等同作用，那么分子识别、DNA结构模拟、蛋白质结构堆积，就根本不可能研究了。所以在学术上，这些电磁互作用都统称为次级键。

定义：范德华力（又称分子作用力）产生于分子或原子之间的静电相互作用。其能量计算的经验方程为:U =B/r¹²- A/r⁶ (对于2 个碳原子间,其参数值为B =11.5 ×10^-6 kJ·nm¹²/mol ；A=5.96 × 10^-3 kJ·nm⁶/mol；不同原子间A、B 有不同取值）当两原子彼此紧密靠近电子云相互重叠时，发生强烈排斥，排斥力与距离12 次方成反比。低点是范德华力维持的距离作用力最大，称范德华半径。分子引力与距离6次方成反比，分子斥力与距离12次方成反比。

范德华力又可以分为三种作用力：诱导力、色散力和取向力。

分子间作用力色散力

色散力（dispersion force 也称“伦敦力”）所有分子或原子间都存在。是分子的瞬时偶极间的作用力，即由于电子的运动，瞬间电子的位置对原子核是不对称的，也就是说正电荷重心和负电荷重心发生瞬时的不重合，从而产生瞬时偶极。色散力和相互作用分子的变形性有关，变形性越大（一般分子量愈大，变形性愈大）色散力越大。色散力和相互作用分子的电离势（即为电离能）有关，分子的电离势越低（分子内所含的电子数愈多），色散力越大。色散力的相互作用随着1/r⁶ 而变化。其公式为：I₁和I₂ 分别是两个相互作用分子的电离能,α₁ 和α₂ 是它们的极化率。

分子间作用力诱导力

诱导力（induction force）在极性分子和非极性分子之间以及极性分子和极性分子之间都存在诱导力。由于极性分子偶极所产生的电场对非极性分子发生影响，使非极性分子电子云变形(即电子云被吸向极性分子偶极的正电的一极)，结果使非极性分子的电子云与原子核发生相对位移，本来非极性分子中的正、负电荷重心是重合的，相对位移后就不再重合，使非极性分子产生了偶极。这种电荷重心的相对位移叫做“变形”，因变形而产生的偶极，叫做诱导偶极，以区别于极性分子中原有的固有偶极。诱导偶极和固有偶极就相互吸引，这种由于诱导偶极而产生的作用力，叫做诱导力。在极性分子和极性分子之间，除了取向力外，由于极性分子的相互影响，每个分子也会发生变形，产生诱导偶极。其结果使分子的偶极距增大，既具有取向力又具有诱导力。在阳离子和阴离子之间也会出现诱导力。

诱导力与极性分子偶极矩的平方成正比。诱导力与被诱导分子的变形性成正比，通常分子中各原子核的外层电子壳越大（含重原子越多）它在外来静电力作用下越容易变形。相互作用随着1/r⁶ 而变化，诱导力与温度无关。其公式：α为极化率。

分子间作用力取向力

取向力（orientation force 也称dipole-dipole force）取向力发生在极性分子与极性分子之间。由于极性分子的电性分布不均匀，一端带正电，一端带负电，形成偶极。因此，当两个极性分子相互接近时，由于它们偶极的同极相斥，异极相吸，两个分子必将发生相对转动。这种偶极子的互相转动，就使偶极子的相反的极相对，叫做“取向”。这时由于相反的极相距较近，同极相距较远，结果引力大于斥力，两个分子靠近，当接近到一定距离之后，斥力与引力达到相对平衡。这种由于极性分子的取向而产生的分子间的作用力，叫做取向力。取向力与分子的偶极矩平方成正比，即分子的极性越大，取向力越大。取向力与绝对温度成反比，温度越高，取向力就越弱关相互作用随着1/r⁶而变化。其公式为：μ₁，μ₂为两个分子的偶极矩；r为分子质心间的距离，k为Boltzmann 常数，T为热力学温度，负值表示能量降低。

分子间作用力三种力的关系

极性分子与极性分子之间，取向力、诱导力、色散力都存在；极性分子与非极性分子之间，则存在诱导力和色散力；非极性分子与非极性分子之间，则只存在色散力。这三种类型的力的比例大小，决定于相互作用分子的极性和变形性。极性越大，取向力的作用越重要；变形性越大，色散力就越重要；诱导力则与这两种因素都有关。但对大多数分子来说，色散力是主要的。实验证明，对大多数分子来说，色散力是主要的；只有偶极矩很大的分子(如水)，取向力才是主要的；而诱导力通常是很小的。极化率α反映分子中的电子云是否容易变形。虽然范德华力只有0.4—4.0kJ/mol，但是在大量大分子间的相互作用则会变得十分稳固。比如C—H 在苯中范德华力有7 kJ/mol，而在溶菌酶和糖结合底物范德华力却有60kJ/mol，范德华力具有加和性。

分子作用力、盐键（离子键）、共价键都是静电引力为什么差距这么大？

所以真正关键词是“距离”，我们可以把分子作用力、离子键放在一起考虑。

在中学里学过离子键，以及NaCl、CsCl、CaF₂、立方ZnS、六方ZnS、金红石TiO₂ 这六种典型化合物的晶体构型，是强作用力。

在生物学中重点是了解有机分子的离子相互作用。有机分子形成的离子，电负性差异没有那么大，相互作用不像这些典型的离子化合物离子键这样大，所以就称为离子相互作用；但他们的共同点都是靠静电引力做形成的。

NaCl、CsCl、CaF₂、立方ZnS、六方ZnS、金红石TiO₂ 这六种典型化合物的晶体构型其离子键能量是和距离一次方成反比，Mg² 和ATP 的相互作用，氨基酸两性离子间的相互作用。离子—偶极子是随距离二次方而减小，离子—诱导偶极子是随距离4次方而减小。所以生物分子中的离子相互作用（也称盐键）是弱相互作用，是随1/r²—1/r⁴ 而减小。

而范德华力包括引力和斥力，引力和距离的6次方成反比，排斥力与距离的12次方成反比。他们都是静电力在不同层次的涌现。

分子间作用力相关概念辨析

词条被修改62次在于，不同笔者对氢键与分子间作用力从属关系的争论。

传统定义，将分子间作用力定义为：“分子的永久偶极和瞬间偶极引起的弱静电相互作用”。随着研究的深入,发现了许多用现有分子间作用力的作用机理无法说明的现象。比如卤键，有机汞卤化物时观察到分子内卤素原子与汞原子之间存在长距离强的共价相互作用力，从而引入二级价键力(secondary valence forces)的概念。

现在学术上，已经不再用“分子间作用力”来涵盖全部的弱相互作用，而是用更准确术语“次级键”。氢键、范德华力、盐键、疏水作用力、芳环堆积作用、卤键都统称为“次级键”。

氢键是否属于分子间作用力取决于对”分子间作用力“的定义。如果“分子间作用力”继续被狭义指代“分子的永久偶极和瞬间偶极引起的弱静电相互作用”。这样氢键与分子间作用力性质也不完全相同，量子力学计算方法也不完全同……，更像并列关系，氢键就不属于分子间作用力。而我们目前国内普通化学教材、百科大辞典等，就是这个定义，就是狭义指代范德华力。

如果”分子作用力“定义指代一切分子的相互作用（这个定义也包括了长程和短程的相互作用），那么氢键也属于分子间作用力，不仅氢键属于，离子键力也属于分子间作用力。《高分子界面科学》一书，张开教授认为引力常数项可将各种极化能（偶极、诱导和氢键能）归并为一项来计算从这一角度出发，范德华力偶极矩相互作用系数可扩大范围写成静电相互作用系数。这样得到了关于静电力的广义范德华力。这样分子间相互作用的分类一些文献也有报道。《流体的热物理化学性质—对应态原理及其应用》作者项红卫教授认为分子作用势能的三个类型统称范德华力，包括定向力、诱导力和色散力，定向力来源于偶极矩产生的引力包括电荷、偶极和四级矩其相互作用由玻尔兹曼权重因子按1/kT幂指数展开可得到平均势能函数。电荷、偶极和四级矩这些类型的相互作用十分相似均可认为服从Berthelot规律。由于色散力不会产生诱导作用，实际诱导相互作用按静电力比例修正。

张季爽和申成对于HF量子计算表明，氢键的形成至少四种不同类型的相互作用，1.HF偶极矩的取向力；2.HF分子最高被占用轨道与另一分子最低空余轨道发生轨道重叠和电荷转移作用，即类共价键。3,分子间电子云的排斥作用。4.分子间的诱导偶极作用，非常微弱。氢键的本质也是静电相互作用，主要是偶极作用能和静电作用能近似可以用广义范德华力计算式计算，氢键作用是氢键力的几何平均值服从Berthelot规律。

由此来看，氢键包含分子间作用力“集合所构成的”元素，两个集合无交集。但是氢键还具有它所不具有的特征轨道重叠与电荷转移。

超强氢键具有类似共价键本质，在学术上有争议，必须和分子间作用力加以区分。

很多弱相互作用，既存在于分子内又存在于分子间（从量子化学角度来看）；而且可以向化学键转化。所以笔者建议用更严格的词汇统称为“次级键”，而不再用分子间作用力来涵盖全部的弱相互作用。

另外，由于存在争议，其从属概念的辨析取决于对”分子间作用“的基本定义。而加州大学伯克利分校的John M. Prausnitz指出：”我们对分子间作用力认识远远不够，目前只局限于简单理想情况“。 笔者认为因此在基础教育，比如中学教育，不必严格区分从属关系，重点在于了解性质。无论说氢键属于或不属于分子间作用力都不算错误。要将分子间作用力和氢键概念的辨析从属关系的考试题可以从考试中剔除（考谁属于谁是没有意义的），可以休矣！学生更重要的在于了解，氢键的特性以及几何平均关系、不严格饱和性和方向性、熔沸点、溶解度影响、稳定性以及π氢键等等。因为我们对分子间作用力认识远远不够……

狭缝型峡谷（俗称一线天），是一种狭窄的峡谷，由流水侵蚀岩石而形成。其特点在于其峡谷形状为明显的深与窄。有些狭缝型峡谷宽度不足1米，而深度可超过30米（98英尺）。 狭缝型峡谷大多自砂岩与石灰岩形成，而花岗岩及玄武岩也是有可能形成狭缝型峡谷。即使在砂岩与石灰岩地区，也只有极少数的溪流拥有形成狭缝型峡谷的条件。因为必须配合当地岩石特性以及区域降雨的条件。

狭缝型峡谷（俗称一线天），是一种狭窄的峡谷，由流水侵蚀岩石而形成。其特点在于其峡谷形状为明显的深与窄。有些狭缝型峡谷宽度不足1米，而深度可超过30米（98英尺）。

狭缝型峡谷大多自砂岩与石灰岩形成，而花岗岩及玄武岩也是有可能形成狭缝型峡谷。即使在砂岩与石灰岩地区，也只有极少数的溪流拥有形成狭缝型峡谷的条件。因为必须配合当地岩石特性以及区域降雨的条件。2100433B