HNBP和PYX两种耐热含能材料结晶形貌的理论研究

本文应用分子动力学模拟方法(MD),采用附着能模型预测了2,2′,4,4′,6,6′-六硝基二联苯(HNBP)和2,6-二苦胺基-3,5-二硝基吡啶(PYX)两种耐热含能材料的真空形貌,计算了二甲基亚砜(DMSO)溶剂作用下两种耐热含能材料的晶面层与溶剂层的相互作用能,修正了附着能,预测了DMSO溶剂作用于HNBP和PYX的晶体形貌.计算结果表明, HNBP晶体真空形貌的主要晶面为(0 0 1)、(0 1 0)、(0 1-1)、(1-1 0)和(1 0 0), PYX晶体真空形貌的主要晶面为(0 1 1)、(1 0 1)、(1 1 0)和(0 2 0). DMSO溶剂与两种耐热含能材料各个晶面都呈吸引作用. DMSO溶剂作用后所预测的HNBP晶体形貌为扁平长方体,纵横比为2.397. DMSO溶剂作用后所预测的PYX晶体形貌为棱柱状,纵横比为1.838.     

β-HMX晶体单轴压缩及绝热压缩的分子动力学模拟

采用COMPASS(Condensed-Phase Optimized Molecular Potential for Atomistic Simulation Studies)力场,对β-HMX晶体的单轴压缩进行了分子动力学模拟,压缩方向分别垂直于β-HMX晶体的(100)、(010)和(001)晶面。模拟结果表明,垂直于不同晶面的单轴压缩得到的状态方程不同,显示出β-HMX晶体单轴压缩的各向异性。利用NpH系综对β-HMX晶体进行了绝热静水压缩模拟,得到的绝热静水压缩线处于等温静水压缩线的上方,与实验结果更加吻合。绝热压缩下,体系温度升高,各压力作用下体系温度的模拟结果与理论计算得到的冲击温度比较接近,说明COMPASS力场和NpH系综适用于模拟β-HMX晶体的绝热压缩。利用分子动力学方法模拟炸药的绝热压缩,可以预估炸药的冲击温度。     

一元溶剂体系HNBP结晶形貌的理论研究

本文计算了苯、甲苯、氯苯、苯甲醚4种溶剂作用下HNBP的晶面层与溶剂层的相互作用能,并对附着能进行了修正,预测了不同溶剂作用下HNBP的晶体形貌.结果表明加入不同的溶剂后,HNBP晶体的重要晶面与溶剂都呈吸引作用.苯溶剂使晶体形貌呈长形柱体状,纵横比为8.54;甲苯溶剂使晶体形貌呈片状,纵横比为7.38;氯苯溶剂使晶体形貌呈现出长方体状,纵横比为4.53;苯甲醚溶剂使晶体形貌呈菱柱状,纵横比为4.15.     

锂电池正极材料LiFePO_4的电子结构和晶形模拟研究

分别运用Materials Studio软件的CASTEP和Morphology模块对磷酸铁锂(LiFePO4)的结构和晶形进行计算模拟研究,获得其优化构型、电子结构、晶体形貌、晶面面积和晶面相对生长速率等特征参数.研究结果表明,PBE方法的计算精度明显高于CA-PZ方法,化合物中的Fe—O配位键本质上是共价键.LiFePO4的理论模拟晶形为柱状晶体,与其块状的实测晶体形貌存在较大差异,这归因于理论模拟晶形是LiFePO4在真空中的生长晶习,而非真实环境下的晶习.在LiFePO4的实际晶形中,(020)晶面拥有较大的面积,这与该晶面的原子排列方式和原子占有率密切相关.此外,表面活性剂和LiFePO4各特征晶面之间可形成大量C—H…O氢键,将晶粒有效地包覆起来,降低其生长速率,从而抑制LiFePO4晶粒长大.     

锂电池正极材料LiFePO4的电子结构和晶形模拟研究

分别运用Materials Studio软件的CASTEP和Morphology模块对磷酸铁锂(LiFePO4)的结构和晶形进行计算模拟研究，获得其优化构型、电子结构、晶体形貌、晶面面积和晶面相对生长速率等特征参数。研究结果表明，PBE方法的计算精度明显高于CA-PZ方法，化合物中的Fe—O配位键本质上是共价键。LiFePO4的理论模拟晶形为柱状晶体，与其块状的实测晶体形貌存在较大差异，这归因于理论模拟晶形是LiFePO4在真空中的生长晶习，而非真实环境下的晶习。在LiFePO4的实际晶形中，(0 2 0)晶面拥有较大的面积，这与该晶面的原子排列方式和原子占有率密切相关。此外，表面活性剂和LiFePO4各特征晶面之间可形成大量C—H…O氢键，将晶粒有效地包覆起来，降低其生长速率，从而抑制LiFePO4晶粒长大。     

HMX不同晶型热膨胀特性及相变的ReaxFF分子动力学模拟

HMX（octahydro-1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocine）晶体不同晶型对温度的响应对于深入认识含能材料在外加载荷下的感度、稳定性、相变等具有重要意义．采用ReaxFF—lg势函数和等温等压分子动力学（NPT-MD）方法,研究了β-,δ-和α-HMX三种固态晶型在T=303—503K内的晶体结构和分子结构．结果表明,ReaxFF—lg势函数能够合理地描述HMX晶体的热膨胀行为,计算得到的晶体结构和热膨胀系数与实验数据比较符合．三种晶型的线膨胀系数表明,β-HMX晶体具有明显的热膨胀各向异性;δ-HMX晶体C轴的热膨胀特性与a,b轴略有不同;α-HMX晶体三个方向的热膨胀特性基本相同．三种晶型的体膨胀系数为8-HMX〉α-HMX〉β-HMX,表明δ-HMX晶体对温度最敏感,这可能是δ-HMX晶体具有更高感度的原因．在T=443K时,β-HMX晶体的晶胞参数突变,且部分分子构型由“椅式”转变为“船式-椅式”．采用两相热力学模型（2PT）得到的亥姆赫兹自由能表明,β—HMX晶体在T=423—443K时发生相变．β-,δ-和α-HMX晶体分别在T=303—423K,T=443—503K和T=363-423K内稳定存在．     

二苯甲酮晶体的本征形态Ⅱ：当前形态学理论的讨论

分析了关于二苯甲酮晶体的理论计算形态和实验结果之间的差异原因。分析表明，分子间相互作用能的计算精度和晶体生长形态学理论模型判据的线性近似不可能导致差异的产生；而晶面网中的节点在该晶面法线方向的波动使闰于同一晶面片层内的分子间的作用力并非完全平等于该晶面，其垂直分量将贡献于晶面片层的附着能，只有其水平分量才贡献于该晶面的片层能。     

UO2 晶体中低密勒指数晶面表面能的分子动力学模拟

采用基于刚性离子势的分子动力学模拟方法初步计算了UO₂晶体中(100), (110)和(111) 3种低密勒指数晶面在300–1500 K范围内的表面能大小. 结果表明, 3种晶面的表面能大小随温度的升高而降低, 与实验结果趋势一致; 原子排列最紧密的(111)晶面具有最低的表面能, 3种晶面的表面能大小从高到低依次为(100), (110)和(111)晶面; 达到平衡状态下的表面层原子相对于体内原子层在表面的法线方向上发生了明显的压缩并且表面层原子的对称性也降低了, 表面原子的弛豫效应一直影响到了第5层. 计算研究结果将有助于深入认识UO₂燃料中裂变气体气泡的聚集长大以及燃料的辐照肿胀开裂行为. 关键词： 分子动力学 2')" href="#">UO₂ 低密勒指数晶面 表面能     

用改进嵌入原子法计算Cu晶体的表面能

用改进嵌入原子法(MEAM)计算了Cu晶体12个晶面的表面能.结果表明，密排面(111)的表面能最小.其他晶面的表面能随其晶面与(111)晶面夹角的增加而增加，据此可以粗略地估计各晶面表面能的相对大小.给出的几何结构因子的确定方法及结果可以直接用于计算其他面心立方晶体的表面能及其他特性.在Cu,Ag等面心立方薄膜中出现(111)择优取向或织构的机理是表面能的最小化. 关键词： 改进嵌入原子法 铜 表面能 计算     

自组装单层调控DL-天冬氨酸化合物晶体的晶型

降温时,外消旋的溶液中结晶析出DL天冬氨酸化合物晶体A。在L-半胱氨酸自组装单层(SAMs)模板诱导下,则可以获得DL-天冬氨酸化合物晶体B。在SAMs诱导作用下,不仅晶体的晶型发生了改变,晶体的形貌也从原来A型晶体的双锥柱状变成B型晶体的扁平双锥体。通过模拟L-半胱氨酸分子与DL-天冬氨酸晶面的相互作用,发现DL-天冬氨酸(001)面和(011)面与L-半胱氨酸分子的吸附能增加,降低了这两个面的聚集速度,从而提高其在晶体形貌中所占的比例。晶体晶型的改变也是因为在SAMs的作用下使沿着a轴方向的C_3-H_4键缩短造成晶胞参数a的减小导致晶型的改变。     

BCC枝晶生长原子堆垛过程的晶体相场研究

通过在自由能泛函中引入各向异性参数得到了一个基于高斯内核的改进晶体相场模型, 并采用该模型研究了体心立方结构(BCC)枝晶生长的原子堆垛过程. 结果表明, 在BCC由正十二面体平衡形貌演化为枝晶组织过程中, 形核位置经历了由面心({110}面)到尖端(<100>取向)的转移, 进而发生界面失稳形成枝晶组织; 枝晶生长过程中, 新的固相原子首先在枝晶尖端附近形核, 并快速向尖端及根部生长, 枝晶尖端被新原子完全包覆后将再次诱发液相原子附着形核及生长; 随初始液相密度的增加, 固-液界面移动速率增加, 速率系数的各向异性也增强.     

电沉积铁层晶体结构变化的第一性原理计算

研究了以氯化亚铁为主盐的电镀铁工艺,通过扫描电子显微镜微观形貌分析,铁镀层具有均匀致密结构,铁晶体具有较小的尺寸。通过X射线衍射测试发现,铝基底对铁镀层具有明显的诱导作用,然而随着沉积时间的增加,铁镀层逐渐趋向于Fe（211）晶面择优取向。采用第一性原理计算了不同晶面的表面能,铁晶体不同晶面的表面能依次为Fe（211）＜ Fe（110）＜Fe（200）,这很好地解释了Fe（211）晶面择优取向使体系的整体能量降低,有益于铁镀层的稳定性。     

布洛芬晶体转晶与表征

利用两种不同的有机溶剂乙醇和异丙醇以及三种添加剂葡萄糖、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠,通过非溶剂法转晶制得不同形态的布洛芬晶体,使用电子扫描显微镜(SEM),差热扫描量热仪(DSC),X射线粉晶衍射(XRPD)等方法对其进行了表征.利用表征结果研究了结晶体系极性和氢键对晶体生长的影响,发现溶剂和添加剂通过不同的作用方式影响晶体的生长规律.     

高质量高取向(100)面金刚石膜的可控性生长

应用微波等离子体化学气相沉积技术, 在低气压下对(100)晶面金刚石膜的表面形貌、质量、取向和生长率进行了可控性生长研究. 结果表明: 基片温度与甲烷浓度对(100)晶面金刚石膜的生长存在耦合规律. 为了获得表面形貌相似的(100)晶面金刚石膜, 在沉积过程中, 增加碳源浓度的同时需要同时升高基片温度; 当甲烷浓度为3.0%, 基片温度从740 ℃上升至1100 ℃ 的过程中, 金刚石膜的晶面取向变化可分为五个阶段, 其中当基片温度在860 ℃至930 ℃时, 很适合高取向(100)晶面金刚石膜生长; 另外, 金刚石膜的质量和生长速率分别与基片温度和甲烷浓度成正比. 为了获得高质量高取向(100)晶面金刚石膜, 应当选择合适的基片温度和甲烷浓度.     

刃位错可以作为晶体生长的台阶源吗?

在回答刃位错是否可以作为晶体生长的台阶源的问题之前,有必要简单回顾一下关于晶体生长机制的某些论点. 晶体(确切地说是晶面)要生长,要求在晶面上存在有生长台阶.对于粗糙面(按照晶体生长的现代理论[1-9],此时该晶面的粗糙化相变温度Tr低于晶体生长温度T),这是不成问题的,因为在它上面有着大量可供生长单元结合在其上的生长坐位(扭折位置,或称半晶体位置).而在平坦面(或称奇异面,对于这类晶面Tr>T)上则缺少这样的生长位置.因而一般需要靠二维成核或螺位错的露头点来提供晶体生长的台阶.所以,二维核和螺位错可以充当晶体生长的台阶源. 最…     

外部压力下β相奥克托金晶体弹性性质变化的第一性原理研究

基于密度泛函理论,采用投影缀加波方法对不同压力条件下β相奥克托金(β-HMX)的弹性常数进行了计算.计算得到零压条件下β-HMX的体弹性模量为12.7 GPa,剪变模量为4.4 GPa,与实验测量结果接近.对β-HMX弹性常数压力响应的分析表明,随着外部压力增加,晶体的体弹性模量和剪变模量逐渐增加.当外部压力达到7 GPa时晶格开始沿剪应变方向出现不稳定性,与拉曼散射实验结果相符.     

溶剂热再结晶合成由纳米颗粒自组装成的一维CdS纳米棒

采用两种不同的溶剂热路径合成出了不同形貌和尺寸的CdS纳米晶, 一种是以无水乙二胺(en) 为溶剂, CdCl₂·2.5H₂O和硫脲(H₂NCSH₂N) 为镉源和硫源, 在不同反应温度(160 ℃-220 ℃ 下制备出了CdS纳米晶, 讨论温度对CdS纳米晶生长的影响; 另一种是以en为溶剂, 将在160 ℃下合成的产物在200 ℃下原位再结晶生长2-8 h, 分析原位生长时间对CdS纳米晶生长的影响. 通过X射线衍射(XRD)、 扫描电子电镜(SEM) 和透射电子电镜(TEM) 等表征产物的物相、 形貌和微结构, 分析可知: 两种路线合成的产物均为六方相CdS; 当温度为160 ℃时, 产物形貌为纳米颗粒状, 当温度高于160 ℃时, 产物为CdS纳米棒状; 同时, 在200 ℃下原位再结晶生长不同时间后发现产物形貌由纳米颗粒转变为纳米棒, 通过场发射扫描电镜(HRTEM) 分析可知: 纳米棒是由零维纳米颗粒自组装而成. 最后, 讨论了影响产物CdS纳米晶形貌转变的因素和纳米棒的生长机理.     

不同晶体模型的微波布拉格衍射

研究了不同晶体模型下布拉格衍射规律,讨论了简单立方(100)晶面微波衍射图出现2级衍射和3级衍射所需的条件.将简单立方模型改造成四方模型,讨论了四方晶体模型的衍射峰随晶面间距的变化规律.设计了体心和底心立方模型,并观察到了(100)晶面的消光现象.采用有限点阵理论模拟计算结果也与实验测量数据一致.     

氧化锌纳米带中的面缺陷

面缺陷是纳米带中非常普遍和非常重要的一类缺陷.在有些情况下,面缺陷对于高表面能指数面的出现起着决定性的作用, 同时,它们可以诱导纳米带沿着特殊的方向生长.面缺陷可以是孪晶或双晶,层错和由杂质原子聚集在特定原子面所形成的间隙原子层.在本文中,利用透射电子显微术,我们将介绍氧化锌纳米带中被发现的几种面缺陷.我们确认了两种孪晶/双晶结构,它们的孪晶面分别是(0113)和(2112)面.基面层错有I1 和I2两种.在大尺寸的纳米带中,I1基面层错可以折叠到(2110)面形成棱面层错.当少量的In离子掺入氧化锌纳米带后,我们发现伴随着杂质In在基面的聚集,形成了两种倒反畴界.     

测定(hkl)面族中多级衍射等偏角的简易定向法

X射线定向仪,以往通常仅用于测定被测晶面与已知结晶面之间的偏差,因此它仅应用于晶体方位的修正测试.然而,要想利用它直接测定某未知晶面的真正θhkl,从而计算出d值并确定晶面指数,是很困难的.这是因为实测晶面往在与某结晶面有偏离,使未知晶面的θhkl无法确定.这样大大限制了它的应用. 为了解决上述问题,作者做过一些新的测试方法的摸索.本文仅对利用定向仪测定(hkl)面族中多级衍射等偏角的原理来确定晶面指数或取向的方法作一简要介绍. 一、原理与方法 因单晶体中同一(hkl)面族中不同级晶面的方向是严格一致的。因此不管晶面怎样偏离,同…