核磁共振研究木材吸着过程中水分吸附机理

核磁共振方法以质子(H)为探针,为研究木材与水分的关系提供了一个新的视角. 该文通过研究杨木在32 ℃恒温、相对湿度为98%恒湿环境下杨木吸着过程中质子的自旋-自旋弛豫时间T₂的变化,进而来分析木材吸着过程中水分的分布与迁移特性. 探测木材吸着过程中水分的迁移行为,为解释木材与水分的关系提供了一个有力的理论依据,同时从微观层面揭示木材吸着过程中水分的吸附机理,其水分吸附机理同样适用于食品等领域. 实验结果证实核磁共振是揭示木材与水分的复杂关系的一个有效的手段.     

基于微型光声传感器的油中溶解气体检测技术

为满足油浸式变压器在线监测的需求,根据非共振光声光谱和无孔膜油气分离理论,将直径为40 mm的聚全氟乙丙烯(FEP)高分子膜与体积仅为0.3 mL的光声气室结合,设计了集成光声气体传感器和油气分离膜的微型传感模块,该模块具有体积小、油气分离时间短及可实时在线检测的优点。油中溶解的故障特征气体扩散进入气室中,利用近红外激光光声光谱技术、波长调制和二次谐波检测技术对气室中的气体进行高灵敏度检测。对特征气体C_2H_2检测的实验结果表明,在油温为60℃时,油中溶解气体传感系统可在3 h内实现油气分离平衡,其中对于体积分数为10~(-6)的油中溶解C_2H_2气体的体积分数测量误差在±30%之内。     

ITO负载单原子钇吸附NO和CO的第一性原理研究

基于密度泛函理论,对氧化铟锡(Indium Tin Oxide,ITO)表面负载单原子Y模型的表面性能进行了第一性原理计算.根据表面能计算结果可知,单原子Y最稳定负载位置为空位(H),即确定了ITO负载单原子钇(Single-atom Y supported on ITO,Y/ITO)稳定模型.对ITO和Y/ITO表面吸附气体分子(NO和CO)模型的吸附性能进行了第一性原理计算.根据对比ITO和Y/ITO表面的吸附能和态密度计算结果可知,单原子钇负载提高了ITO表面的稳定性和吸附性能.根据对比Y/ITO表面吸附NO和CO气体分子的吸附能和态密度计算结果可知,NO和CO气体分子吸附均为自发行为,过程放热.且NO气体分子更容易吸附在Y/ITO表面,即Y/ITO对NO气体分子更敏感.     

利用胶体系统研究玻璃态

玻璃态是一种无序结构的固体,组成单元可以是原子、分子、高分子、胶体粒子等等。尽管玻璃态材料在生活中很常见,有广泛的工业应用,但相关理论,尤其是液体到玻璃态转变的理论是物理学中争议最多的领域之一。溶液中的胶体粒子可以形成晶体、液体、玻璃等各种态。在光学显微镜下可以直接看到三维内部单个微米胶体粒子,通过图像处理还可以得到粒子的布朗运动轨迹,从而得到玻璃化转变过程中的微观动力学信息,这是原子分子玻璃系统中难以测量的。文章介绍了胶体作为模型系统对玻璃态的研究,主要包括传统的过冷液体到玻璃态的转变,另外还涉及气相、凝胶、多晶等其他无序或半无序态与玻璃态之间的过渡或转变。     

Cu(100)表面CO分子单层膜的原子结构

利用第一性原理研究了覆盖度分别为1.00, 0.50和0.25 ML时CO分子单层膜在Cu(100)表面的吸附系统. 计算表明CO分子对不稳定. 获得了CO分子单层膜在虚拟Cu(100)表面的原子结构, 以及CO分子单层膜在Cu(100)表面吸附系统的原子结构. 当CO分子单层膜在Cu(100)表面的三个吸附位吸附, 覆盖度为1.00 ML时, 顶位和桥位都稳定, 而空心位不稳定; 覆盖度为0.50和0.25 ML时, 三个吸附位都稳定.比较吸附前后CO分子单层膜的原子结构, 可知CO分子和Cu(100)表面的相互作用强于CO分子单层膜之间的相互作用. 关键词： CO分子单层膜 自组装 CASTEP Cu(100)     

过渡金属Pd掺杂AsP结构及其吸附甲醛和一氧化碳的性能研究

基于第一性原理方法,研究了单层本征磷砷AsP和过渡金属钯（Pd）掺杂磷砷AsP的结构,并对比研究了本征和掺杂后的AsP吸附甲醛（HCHO）和一氧化碳（CO）气体分子的稳定性、能带结构、态密度以及电荷差分密度。研究结果表明：经Pd掺杂后AsP由半导体转变为导体;本征AsP吸附一氧化碳最稳定的位置为P-As键顶上,吸附甲醛最稳定的位置为P原子顶上;本征吸附时气体分子与基底之间的距离在3 Å左右,气体分子与基底之间未形成化学键。过渡金属Pd原子掺杂AsP后形成两种结构,分别为Pd原子替换超胞结构中的As原子或P原子。两种掺杂结构分别吸附一氧化碳或甲醛气体分子时,除了Pd原子替换AsP中的As原子形成的结构吸附甲醛的吸附能未明显增加外,其余掺杂结构吸附一氧化碳或甲醛的吸附能和电荷转移较本征吸附时均显著增强,吸附CO分子时,C原子与Pd原子之间形成了化学键。特别是,Pd原子替换AsP中的P原子形成的结构对一氧化碳和甲醛气体分子的吸附性能明显强于Pd原子替换AsP中的As原子所形成的结构。     

页岩气在Ⅱ型干酪根有机质中吸附的分子模拟

有机质是页岩气吸附的重要场所,室内实验描述干酪根有机质的物理和结构性质和研究页岩气在其中的吸附非常困难.分子模拟软件根据干酪根的实验分析数据构建干酪根有机质模型能在分子水平上研究气体的吸附状态.通过构建三维的Ⅱ型干酪根模型,运用巨正则蒙特卡洛方法(GCMC)来研究页岩气在干酪根分子模型中的吸附,分析了干酪根类型、温度、气体组成对气体吸附的影响和吸附剂模型对CH_4,C_2H_6的选择吸附性.运用分子动力学(MD)方法分析了页岩气在干酪根模型中吸附的结构性质.结果表明:相比于Ⅱ-C,Ⅱ-D型干酪根模型有更大的吸附量;温度升高,吸附量减小;在多组份气体吸附中随着压力的上升C_2H_6吸附量呈现了先增大后减小,最后趋于稳定的现象;干酪根模型对C_2H_6具有优先吸附的性质;干酪根模型中S原子与气体分子之间的相互作用最强,H原子与气体分子之间的相互作用距离最小.     

吸气剂在高真空多层绝热LNG槽车内吸附性能研究

为了利用吸附等温线理论模型模拟高真空多层绝热LNG槽车内吸气剂的吸附过程,对在真空技术中常用的等温式进行了分析研究。通过实验获得吸气剂在室温下的吸氢等温线,同时利用实验数据得到考虑分子间作用力的BET模型中的参数值。将模型结果与实验数据进行对比分析,结果表明:考虑分子间作用力的BET模型不能用作高真空多层绝热LNG槽车真空夹层内吸气剂吸附量的计算。利用Temkin和Freundlich等温式分段对实验数据进行拟合,对于1#吸气剂,拟合方程式计算得出的吸附量与实验数据的相对误差仅为2.6%,表明拟合方程能够对吸气剂在室温下的吸氢量进行准确预测。     

新型成膜法的SAW气体传感器聚合物膜的粘弹性分析

分析了一种基于自组装和分子印迹技术的声表面波气体传感器的响应模型。首先利用Martin理论和Auld的摄动方法分析金膜对于声表面波的扰动效应,然后将其扩展至覆盖于金膜上的聚合物膜对于声波的扰动分析。以剪切模量的实部为参量,可以将聚合物分为三种状态,即玻璃状膜、玻璃状-橡胶态膜和橡胶态膜。最后模拟分析了聚合物膜对于气体的吸附特性。结果表明由于聚合物膜的粘弹特性,传感器响应与其工作频率并不完全呈线性。通过实验获得了不同膜厚的采用新型成膜方法的聚合物对SAW的扰动效应并与理论计算结果进行对比,结果显示相对不考虑活性表面金膜的Martin理论,对于衰减扰动的分析与实验结果更加一致。但是对速度的扰动与实验结果有一定偏差。另外还模拟了基于新型成膜方式的气体传感器聚合物敏感膜对于气体的吸附效应,结果显示对于玻璃状膜,传感器的响应随着敏感膜厚的增加而递增,并与气体浓度呈现良好的线性特性,但是对于橡胶态膜,传感器灵敏度与膜厚之间的关系相对复杂。     

基于第一性原理计算Mn掺杂MoS2对油中溶解气体的吸附性能

CO、C₂H₂、CH₄是溶解在变压器油中的典型故障特征气体,其种类和浓度能够反映油浸式变压器绝缘故障的不同类型和严重程度,进行油中溶解气体分析是在线检测变压器运行状态的重要方法.基于第一性原理,通过Mn-MoS₂单层对三种气体的吸附能、转移电荷、态密度和形变电荷密度等参数以及解吸性能分析和灵敏度计算,提出了一种基于Mn-MoS₂材料的气敏传感器对油中溶解气体进行分析的方法.结果表明Mn-MoS₂对CH₄是物理吸附,对CO和C₂H₂是化学吸附.对于Mn-MoS₂来说,CH₄在常温下吸附能力差且灵敏度低,CO在不同温度下均有较强的吸附能力,而C₂H₂在常温下吸附稳定,高温下易解吸且响应灵敏度高.因此,Mn掺杂的MoS₂体系可预期作为CO的气体吸附剂和检测C₂H     

石墨烯吸附Al2Cl6分子的第一性原理与Monte Carlo研究

采用第一性原理与蒙特卡罗方法研究Al₂Cl₆气体分子在石墨烯表面的吸附性能与光电性质，结果表明：(1)石墨烯对Al₂Cl₆气体分子具有较强的物理吸附作用，两个Al原子的连线与石墨烯平面近乎平行且两个Al原子处于紧靠顶位的桥位位置时最稳定；(2)温度升高不利于Al₂Cl₆气体分子吸附并存在阶跃式降低，气体逸度增加有利于吸附并存在阶跃式升高，Al₂Cl₆气体分子插入石墨/双层石墨烯/多层石墨烯宜将温度维持在AlCl₃沸点附近，并增加气体的压力；(3)Al₂Cl₆的吸附对石墨烯的电子结构进行了调控，但没有明显改变石墨烯费米能级附近的态密度以及“赝能隙”;(4)Al₂Cl₆的吸附对体系光学参数的影响十分明显，静态介电常数提高近5倍，使体系屏蔽效应有较大增强，在长波波段的吸收性能、反射性能及光电导也有了明显提升.     

基于缠结微结构的非晶态玻璃态高分子材料屈服行为的分子动力学研究

非晶态玻璃态高分子材料作为结构材料在工程领域应用广泛,其机械力学性能特别是屈服变形行为受到热处理、加载应变率和环境温度的影响.采用分子动力学模拟方法研究非晶态玻璃态高分子材料不同工况下的单轴拉伸变形,基于分子链缠结微结构的概念,阐明了非晶态玻璃态高分子材料屈服和应变软化过程的内在变形机制.结果表明,拓扑缠结具有较为稳定的空间结构,难以发生解缠,决定了非晶态高分子材料屈服后的软化平台.由相邻分子链的局部链段相互作用形成的次级缠结在一定外界条件下可发生破坏或重新生成,次级缠结微结构及其演化是非晶态高分子材料发生屈服及软化的内在物理原因.     

基于密度泛函理论研究掺杂Pd石墨烯吸附O2及CO

基于第一性原理的密度泛函理论研究了单个O₂和CO气体分子吸附于本征石墨烯和掺杂钯(Pd)的石墨烯的体系, 通过石墨烯掺Pd前后气体分子的吸附能、电荷转移及能带和态密度的计算, 发现掺Pd后气体分子吸附能和电荷转移显著增大, 这是由于Pd的掺杂, 在本征石墨烯能带中引入了杂质能级, 增强了石墨烯和吸附气体分子间的相互作用; 氧化性气体O₂和还原性气体CO吸附对石墨烯体系能带结构和态密度的影响明显不同, 本征石墨烯吸附O₂后, 费米能级附近态密度变大, 掺Pd后在一定程度变小; 吸附还原性的CO后, 石墨烯费米能级附近态密度几乎没有改变, 表明掺杂Pd不会影响石墨烯对CO的气体灵敏度, 但由于CO对石墨烯的吸附能增大, 可以提高石墨烯对还原性气体的气敏响应速度.     

辛和非辛算法求解薛定谔方程误差分析

在哈密尔顿体系下,提出气体声波传播的一种新的谐振子模型,并引入群论确定气体声波传播过程中的分子振动模式、能级简并.新模型将气动声学声传播问题与分子振动关联起来。由于发展高效的薛定谔方程的数值计算方法,有利于联系分子的性质来解释声的传播.本文从此出发,用二阶有限差分格式和生成函数法构造的二阶辛格式分别计算一维定态谐振子势场和含时谐振子势场的薛定谔方程,分析了数值解的误差以及传播能量误差.结果表明辛算法具有明显的优势.     

气体分子在石墨表面的吸附与扩散特性

采用分子动力学方法模拟研究气体分子在石墨表面上的吸附和扩散特性,结果表明气体分子在石墨表面上的吸附强度跟石墨中碳原子和气体分子之间的微观作用力密切相关,不同分子在石墨表面上的吸附强度不同。气体分子在石墨表面上的吸附特性符合Langmuir等温吸附模型,压力越高吸附层内分子的密度越高。通过分子的表面扩散系数随着压力的增加而降低的现象以及特定时间内分子运动距离的正常概率分布,发现石墨表面上分子的扩散主要由分子之间的碰撞控制,趋近于体相扩散。分子在石墨表面吸附层内的密度对表面扩散系数的影响非常显著,导致吸附性强的CO_2和H_2S分子扩散系数要明显低于吸附性弱的CH_4和N_2分子.     

高分子链在分子刷表面吸附的Monte Carlo模拟

用Monte Carlo方法模拟研究了一条自由高分子链在分子刷表面吸附的静态和动态特性.结果表明,随着自由链与分子刷之间吸附作用能(ε)的增大,自由链出现由脱吸附态到吸附态的相转变,同时链的扩散由正常模式转为亚扩散模式.临界吸附能(ε_C)几乎与自由链长度无关,但随着分子刷链长度的减小或分子刷链间距的增大而不断增大.在ε_C附近,自由链嵌入分子刷内部,同时链尺寸达到极小,而当ε?ε_C时,自由链处于强吸附态,链节主要分布于分子刷表层,同时整个吸附动态过程可分为自由链吸附和分子刷扩散两个阶段.     

石墨狭缝中甲烷吸附的分子动力学模拟

用分子动力学模拟研究石墨狭缝中甲烷的吸附,考察狭缝宽度和温度对甲烷吸附的影响.模拟发现甲烷在石墨狭缝中出现分层现象,吸附层中甲烷具有类液特征,第一吸附层内甲烷中总有两个氢原子的连线与另外两个氢原子的连线分别位于平行于狭缝壁的两个平面内,游离层中甲烷呈现气体的特征;碳原子间的平均作用势说明吸附层中甲烷分子间结合能力大于游离层,吸附态是甲烷在石墨狭缝中的主要赋存形式之一;伦敦力以及由吸附层净电荷产生的电场力是甲烷吸附和分层的主要原因;甲烷的吸附量随狭缝宽度增大或温度升高而减少,当狭缝宽度小于16.46Å时,甲烷仅以吸附形态存在.甲烷在第一吸附层中的扩散能力最弱、游离层中最强,甲烷扩散系数随狭缝宽度的增大或温度的升高而增大.     

硫化锌——氟化镁多层膜的牢固度理论和制备技术

<正> 一、引言近十年来,我们在研制和生产ZnS/MgF_2多层膜的过程中体会到,潮湿、油污染、基底清洗、蒸发速率、蒸汽入射角、基底加温和膜料预熔等工艺,都会影响膜层的牢固度。实践表明,在常规的真空蒸发镀膜工艺条件下,增加ZnS/MgF_2膜层对玻璃基底的吸附力,是提高膜层牢固度的关键。在常规的镀膜工艺条件下,主要由于ZnS/MgF_2膜系和玻璃基底之间附着了水分子或油分子,致使膜系对玻璃基底的吸附力减弱,实践证明,只要采取增加薄膜吸附力的工艺措施,如固膜热处理、镀膜过程中的防水、防油等工艺措施,则所制备的ZnS/MgF_2多层膜,其牢固度就有显著改善,并符合使用要求。二、决定薄膜牢固度的主要因素     

钠长石玻璃中挥发份的振动光谱研究

利用高挥发份凝胶在高压下熔制出钠长石玻璃进行Ｒａｍａｎ光谱与红外光谱研究。结果表，ＣＯ２以气体分子形式而不是以ＣＯ＾－３的形式溶解在玻璃熔液中，并认为拉曼光谱中的１５５０ｃｍ＾－１谱带是由溶解于玻璃熔体中的分子Ｏ２振动引起的，实验表明它与ＣＯ２在钠长石玻璃中的溶解度随玻璃熔制的压力与温度变化存在负相关性。     

用ATR方法研究LB单分子膜层的等温热脱附过程

对由有机长链花生酸分子所组成的Langmuir-Blodgett单分子膜层(LB膜)的多层结构,利用衰减全反射方法进行了等温热脱附研究,提出了一个物理模型以描述LB膜的脱附过程,得到了LB膜中花生酸分子的不同吸附端的层间脱附能,疏水端为19kcal/mol;亲水端为27kcal/mol.