聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的分子动力学模拟研究

通过分子动力学模拟对聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的形态结构、 热力学性质、力学特性进行计算, 分析其随模拟温度和纳米颗粒尺寸的变化规律. 模拟结果表明, 聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物为各向同性的无定形态结构, 铜纳米颗粒与聚酰亚胺基体之间通过较强的范德华作用结合在一起使结构更加稳定, 铜纳米颗粒表面多个原子层呈现无定形状态, 在铜颗粒和聚酰亚胺基体之间形成界面层, 界面区域随颗粒尺寸和温度的增加分别减小和增加. 聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的等容热容随着颗粒尺寸增大而明显增高, 随温度变化比聚酰亚胺体系更为缓慢, 在较低温度下较小颗粒尺寸复合物的热容比聚酰亚胺体系更低. 聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的热压力系数随颗粒尺寸增加而显著增大, 比聚酰亚胺体系的热压力系数更小, 且随温度升高而减小的程度要小得多. 聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的热力学性质表现出明显的尺度效应, 温度稳定性明显高于聚酰亚胺体系. 聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的力学特性表现出各向同性材料的弹性常数张量, 具有比聚酰亚胺体系更低的杨氏模量和泊松比, 随温度升高分别减小和增大, 与聚酰亚胺体系随温度的变化趋势相反, 且杨氏模量的温度稳定性显著提高, 同时泊松比随纳米颗粒尺寸增大而减小, 具有明显的尺度效应. 加入铜纳米颗粒形成复合物可获得与聚酰亚胺体系显著不同的力学新特性. 关键词： 分子动力学模拟 聚合物纳米复合物 聚酰亚胺 纳米颗粒     

纳米粘土增强环氧树脂复合材料抗原子氧性能的研究

本文采用激光爆破法高能原子氧束源研究了纳米粘土增强环氧树脂复合材料的抗原子氧性能. 研究了四种样品：纯环氧树脂,纳米粘土含量为1 wt%,2 wt%和4 wt%的纳米粘土增强环氧树脂复合材料,结果表明腐蚀深度随着纳米粘土含量的增加而降低,当掺杂纳米粘土含量为4 wt%时,腐蚀深度为纯环氧树脂腐蚀深度的28%∽37%;X射线光电子能谱(XPS)分析表明原子氧轰击后,材料表面C-C/C-H键比例减少,C-O键、酮类比例增加,表面氧化程度增加,掺杂纳米粘土的材料表面生成了新的碳酸盐,掺杂4 wt%纳米粘土的复合材料表面氧化程度增加最小;扫描电子显微镜(SEM)结果显示含有纳米粘土的复合材料表面被原子氧轰击后在纳米粘土团簇处形成了“块状”物质,掺杂4 wt%纳米粘土的复合材料,“块状”物质尺寸和分布密度最大;综合腐蚀深度,XPS,以及SEM结果表明,虽然所有表面都一定程度地被原子氧腐蚀和氧化,但掺杂纳米粘土的复合材料表面由于生成了“块状”物质,阻挡了原子氧进一步腐蚀其下的材料,提高了抗原子氧性能.     

聚乙烯/银纳米颗粒复合物的分子动力学模拟研究

通过分子动力学模拟对聚乙烯/银纳米颗粒复合物的结构、极化率和红外光谱、热力学性质、力学特性进行计算, 分析其随模拟温度和银颗粒尺寸的变化规律. 模拟结果表明: 聚乙烯/银纳米颗粒复合物为各向同性的无定形结构, 温度升高可提高银纳米颗粒的分散均匀性; 银纳米颗粒表面多个原子层呈现无定形状态, 并在银颗粒和聚乙烯基体的界面形成电极化层, 界面区域随颗粒尺寸和温度的增加分别减小和增加; 与聚乙烯体系相比, 聚乙烯/银纳米颗粒复合物的极化率高很多, 且随温度的升高和银颗粒尺寸的减小而增大; 银颗粒尺寸直接影响界面电偶极矩的强度和振动频率, 红外光谱峰强度和峰位随颗粒尺寸发生变化; 聚乙烯/银纳米颗粒复合物具有比聚乙烯体系更高的等容热容和与聚乙烯体系相反的负值热压力系数, 热容随颗粒尺寸的变化较小, 但随温度的升高而明显减小, 具有显著的温度效应; 热压力系数随温度的变化较小, 但随颗粒尺寸的增加而减小, 具有明显的尺度效应, 温度稳定性更好; 聚乙烯/银纳米颗粒复合物的力学特性表现出各向同性材料的弹性常数张量, 具有比聚乙烯体系更高的杨氏模量和泊松比, 并且都随温度的升高和银颗粒尺寸的增大而减小, 加入银纳米颗粒可有效改善聚乙烯的力学性质. 关键词： 分子动力学模拟 聚合物纳米复合物 纳米颗粒     

纳米粘土增强环氧树脂复合材料抗原子氧性能的研究（英文）

本文采用激光爆破法高能原于氧束源研究了纳米粘土增强坏氧树脂复合材料的抗原子氧性能.研究了四种样品:纯环氧树脂,纳米粘土含量为1 wt%,2 wt%和4 wt%的纳米粘土增强环氧树脂复合材料,结果表明腐蚀深度随着纳米粘土含量的增加而降低,当掺杂纳米粘土含量为4 wt%时,腐蚀深度为纯环氧树脂腐蚀深度的28%～37%;X射线光电子能谱(XPS)分析表明原子氧轰击后,材料表面C-C/C-H键比例减少,C-O键、酮类比例增加,表面氧化程度增加,掺杂纳米粘土的材料表面生成了新的碳酸盐,掺杂4 wt%纳米粘土的复合材料表面氧化程度增加最小;扫描电子显微镜(SEM)结果显示含有纳米粘土的复合材料表面被原子氧轰击后在纳米粘土团簇处形成了"块状"物质,掺杂4 wt%纳米粘土的复合材料,"块状"物质尺寸和分布密度最大;综合腐蚀深度,XPS,以及SEM结果表明,虽然所有表面都一定程度地被原子氧腐蚀和氧化,但掺杂纳米粘土的复合材料表面由于生成了"块状"物质,阻挡了原子氧进一步腐蚀其下的材料,提高了抗原子氧性能.     

无机纳米氧化铝/聚酰亚胺复合膜的表征

研究无机纳米掺杂有机复合薄膜力学性能、热学性能、电学性能变化规律的关键在于快速、准确地掌握复合膜中纳米无机物的掺入量及其颗粒大小和分布状态。文章通过X射线荧光光谱、红外光谱、扫描电子显微镜、原子力显微镜等测试方法对无机纳米氧化铝/聚酰亚胺复合薄膜的三氧化二铝掺入量、化学结构及表面形貌进行了表征分析(该材料为本研究室制备的)。结果表明:聚酰亚胺有机相与三氧化二铝无机相之间形成了键联型复合杂化体系;三氧化二铝粒子呈纳米级均匀地分散在聚酰亚胺基体中,颗粒直径均在50nm以下;利用X射线荧光光谱法测定出三氧化二铝的质量含量为7·9%,利用该方法定性、定量分析无机纳米掺杂有机复合薄膜材料中的无机组分具有样品不需要预处理、不需要加载电荷(可用于分析绝缘材料)、非接触性、非破坏性、速度快、准确度高等优点。     

纳米粒子与单晶硅表面碰撞的反弹机理研究

应用分子动力学方法模拟了纳米粒子与单晶硅(001)表面碰撞、反弹飞离的现象，分析了粒子的反弹行为、基体弹性形变和塑性形变的原子构型特征，以及碰撞过程的能量转化.碰撞后单晶硅表面形成半球形的小坑，小坑周围的基体原子呈非晶态.碰撞过程中与颗粒相邻的基体原子立即非晶化，在非晶层外面基体以可恢复的(111)［110］滑移结构存储弹性形变能.在射入过程，基体发生压缩弹性形变；颗粒反弹时基体势能振荡下降,交替形成压缩形变构型和拉伸形变构型.射入过程中存贮的压缩弹性形变能的释放为颗粒提供了反弹、飞离的能量. 关键词： 碰撞 纳米粒子 单晶硅表面 分子动力学模拟     

纳米级金属催化剂的特性

催化剂是一种能够在化学反应中提高反应速率而本身在反应结束后并不消耗的物质，它在化学工业和现在最热门的纳米材料制备中具有非常重要的作用．特别是纳米催化剂，其表面原子占有的体积比非常大。表面原子配位不足及高的表面能，使这些表面原子很容易与其他原子反应．因此。纳米催化剂的催化活性显著高于传统催化剂，被国内外称作第四代催化剂．在均匀催化剂中讨论较多的就是所谓的尺寸效应．普遍的解释是，尺寸越小，比表面越大，催化活性越强．最近的一些工作讨论了纳米级金属催化剂在其他方面的重要特性，如颗粒尺寸的起伏和稳定性，催化剂的结构和作用机理等．     

金属纳米颗粒在Lu_2O_3薄膜中的应变场分析

利用有限元分析法对镶嵌在Lu2O3薄膜中的Au、Cu、Pt、Co金属纳米颗粒的应变场分布进行分析.分析表明:金属纳米颗粒在生长过程中受Lu2O3薄膜的压缩应力作用,从而在纳米颗粒内部和表面产生相应应变,应变分布与金属纳米颗粒的杨氏模量和泊松比有关.杨氏模量大的金属纳米颗粒表面应变和内部应变差异较大;而杨氏模量小的金属纳米颗粒内外应变差相对较小.随着金属纳米颗粒在基体材料内部不断生长,其受到的偏应变也逐渐增大.金属纳米颗粒生长过程中的这种偏应变的存在和变化将极大地影响其内部晶格结构和表面形貌,进而影响金属纳米颗粒的性能.     

电化学方法制备ZnO纳米颗粒掺杂类金刚石薄膜及其场发射性能研究

采用液相电化学沉积技术制备了ZnO纳米颗粒掺杂的类金刚石(DLC)薄膜, 研究了ZnO纳米颗粒掺杂对DLC薄膜场发射性能的影响. 利用X射线光电子能谱、透射电子显微镜、Raman光谱以及原子力显微镜分别对薄膜的化学组成、 微观结构和表面形貌进行了表征. 结果表明: 薄膜中的ZnO纳米颗粒具有纤锌矿结构, 其含量随着电解液中Zn源的增加而增加. ZnO纳米颗粒掺杂增强了DLC薄膜的石墨化和表面粗糙度. 场发射测试表明, ZnO纳米颗粒掺杂能提高DLC薄膜的场发射性能, 其中Zn与Zn+C的原子比为10.3%的样品在外加电场强度为20.7 V/μm时电流密度达到了1 mA/cm². 薄膜场发射性能的提高归因于ZnO掺杂引起的表面粗糙度和DLC薄膜石墨化程度的增加.     

分子动力学模拟尺寸对纳米Cu颗粒等温晶化过程的影响

采用分子动力学方法和镶嵌原子势, 模拟了4000个Cu原子和13500个Cu原子(简称Cu₄₀₀₀和Cu₁₃₅₀₀)组成的纳米颗粒以及块体Cu的等温晶化过程. 通过对这些颗粒在晶化过程中结构和动力学行为的分析研究, 发现低温时, 不同尺寸的纳米Cu颗粒均出现多步晶化, 且晶化时间的分布曲线远比高温时范围大; 除了温度, 颗粒尺寸对晶化行为也有重要的影响, 尺寸越大, 晶化时间越长, 最终的晶化程度越高; 但是晶化时间随尺寸增大而增加的趋势不会一直持续, 发现存在一个临界尺寸r_c, 小于r_c时, 晶化时间随颗粒尺寸增大而增加, 大于r_c时,晶化时间随尺寸增大而减小.     

溶胶-凝胶法制备Li1.0Nb0.6Ti0.5O3:Eu3+红色荧光粉

采用溶胶-凝胶法制备Li_1.0Nb_0.6Ti_0.5O₃：Eu³⁺红色荧光粉,讨论了煅烧温度、煅烧时间以及Eu³⁺掺杂浓度对样品发光性能的影响。通过XRD、荧光光谱分别对样品的性能进行表征,结果表明：样品的晶相结构为"M-相（M-phase）"。在466 nm蓝光激发下,合成的荧光粉具有橙光（593 nm）和红光（612 nm）发射。发光强度随着煅烧温度的升高先增大后减小,最佳的煅烧温度为850℃。同时,随着煅烧时间的增加,发光强度先增大后减小,最佳煅烧时间为6 h。当Eu₂O₃掺入质量分数为2.5%时,样品的发光强度达到最大。Li_1.0Nb_0.6-Ti_0.5O₃：Eu³⁺红色荧光粉在白光LED的应用中具有潜力。     

PbBi2Nb2O9的晶体结构

PbBi₂Nb₂O₉晶体属正交晶系,空间群为D_2h²³-Fmmm。晶胞参数为a=5.4806(7)?,b=5.4791(7)?,c=25.416(3)?,α=β=γ=90.0(0)°,V=763.2(2)?³。单位晶胞内化学式数z=4,D_obs=7.91g/cm³,D_x=8.26g/cm³ 关键词：     

Ho,Yb: Tb3Ga5O12纳米粉体制备及发光性能研究

以Tb₄O₇和Ga₂O₃(化学计量比为3: 5)、Ho₂O₃、Yb₂O₃为原料,其中Yb³⁺的掺杂浓度为8at.%,Ho³⁺的掺杂浓度分别为0.5at.%、1at.%、1.5at.%、2.0at.%,以碳酸氢铵为沉淀剂,在1 200 ℃下烧结10 h得到了Ho,Yb: Tb₃Ga₅O₁₂(Ho,Yb: TGG)纳米粉体。对样品进行了XRD物相分析、热重-差热分析、红外光谱分析以及扫描电镜分析、上转换发射光谱分析。实验结果表明,温度为1 200 ℃下样品平均晶粒尺寸为38.10 nm。在泵浦源为980 nm激发下,Ho³⁺掺杂浓度为1.5at.%,Yb³⁺掺杂浓度为8at.%时,在红、绿、蓝波段范围内出现了明显的上转换发光现象,并对其形成机理进行了讨论。分析认为,Ho³⁺由激发态⁵S₂,⁵F₄向基态⁵I₈跃迁,实现了绿光输出,而Ho³⁺由激发态⁵F₅和⁵F₃向基态⁵I₈跃迁,分别实现了红光和蓝光输出。     

Ca0.5Sr0.5TiO3弹性和热学性质的第一性原理研究

利用能量最小原理, 确定了Ca_0.5Sr_0.5TiO₃晶体中4c位置的Ca/Sr原子对称分布, 建立了Ca_0.5Sr_0.5TiO₃稳定的晶体结构, 在此基础上利用基于密度泛函理论第一性原理的平面波超软赝势方法, 采用局域密度近似和广义梯度近似函数, 计算了Ca_0.5Sr_0.5TiO₃的晶格参数、弹性常数、体弹模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比, 并基于Christoffel方程的本征值研究了平面声波的特征, 基于Cahill和Cahill-Pohl模型研究了最小热导率的特征. 计算结果表明: Ca_0.5Sr_0.5TiO₃晶格参数和实验值很接近, 体弹模量大于剪切模量, [100], [010], [001]晶向的杨氏模量、泊松比、普适弹性常数(A^U)以及杨氏模量三维图均显示了弹性各向异性; 平面声波在(010), (001)平面呈现各向异性, 在(100)平面呈现各向同性, 平面声波大小与平均横波和平均纵波的数值很接近. Cahill模型最小热导率在各平面呈现各向同性, Cahill-Pohl模型最小热导率在高温时趋于恒定. 准谐德拜模型下Ca_0.5Sr_0.5TiO₃ 晶体的摩尔热容和热膨胀系数与CaTiO₃晶体的接近, 并且高温下具有稳定的热膨胀性能. 计算所得禁带宽度为2.19 eV, 导带底主要是Ti-3d与O-2p态电子贡献; 由电荷布居和电荷密度图理论证实Ca_0.5Sr_0.5TiO₃具有稳定的Ti-O八面体结构.     

Sr2+掺杂荧光粉Ca2Nb2O7：Eu3+的发光特性

采用高温固相法制备出Ca_1.97-xSr_xNb₂O₇：3%Eu³⁺（x=0.10,0.50,1.0,1.5,1.97）红色荧光粉,研究了Ca_1.97-xSr_xNb₂O₇：3%Eu³⁺的发光特性及Sr²⁺的浓度对该荧光粉发光性质的影响。随着Sr²⁺浓度的改变,Ca_2-xSr_xNb₂O₇：Eu³⁺的XRD呈现不同的相。Ca_1.97Nb₂O₇：3%Eu³⁺（x=0）的激发光谱中,302 nm附近的强宽带来自于O^2-→Eu³⁺电荷转移跃迁,272 nm附近的肩峰来自于NbO^7-₆基团的电荷转移跃迁,350~600 nm范围内的锐锋属于Eu³⁺的特征4f-4f组内跃迁。在398 nm激发下,发射光谱的最强峰位于616 nm,属于Eu³⁺的⁵D₀→⁷F₂电偶极跃迁,发射出强烈的红光。当Ca²⁺逐渐被Sr²⁺取代时,Ca_2-xSr_xNb₂O₇：Eu³⁺的各激发峰的强度先提高后降低,且O^2-→Eu³⁺电荷转移跃迁发生明显红移。少量Sr²⁺的掺杂可以有效提高Ca_2-xSr_xNb₂O₇：Eu³⁺ 的红光发射强度,当x=0.01时该荧光粉的红光发射达到最强,可以被紫外LED芯片激发。     

Al~(3+)/Mo~(6+)双离子取代ZrV_2O_7中Zr~(4+)/V~(5+)实现近零膨胀

采用固相烧结法制备了Zri_(1-x)Al_(2-x)V_(2-x)Mo_xO_7(0≤x≤0.9),并通过调整Al~(3+)/Mo~(6+)对ZrV_2O_7中的Zr~(4+)/V~(5+)离子替代量来实现近零膨胀,对于较小的x值(x≤0.3),材料保持了与ZrV_2O_7相同的立方相结构.随着Al~(3+)/Mo~(6+)替代量的增加,(Al/Zr)~-和(Mo/V)~+之间的库仑相互作用逐渐加强,这种库仑相互作用导致材料中未发生畸变的立方相晶体结构逐渐减少.当x≥0.7时,材料中立方相晶体结构完全消失.在425-750 K温度区间内,Zr_(0.5)Al_(0.5)M_(0.6)O_7展示出近零膨胀性质(-0.39×l0~(-6)K~(-1)).Zr_(0.5)Al_(1.5)V_(1.5)Mo_(0.5)O_7的低热膨胀性能可能与Al~(3+)/Mo~(6+)对ZrV_2O_7中Zr~(4+)/V~(5+)部分替代引起部分晶体结构发生的畸变及其对未替代部分的晶格结构的影响有关.     

YNbO4：Tm3+/Yb3+上转换发光特性研究

按照50Nb₂O₅-（46-x）Y₂O₃-4Yb₂O₃-xTm₂O₃（x=0.1,0.2,0.5,1,2）的配比方式,采用高温固相法制备出了掺杂Tm³⁺/Yb³⁺的YNbO₄晶体粉末。在980 nm红外光激发下,观测到波长为478,645,707 nm的上转换荧光,分别对应于Tm³⁺离子的¹G₄→³H₆、¹G₄→³F₄、³F₃→³H₆能级跃迁过程。利用上转换发射功率与980 nm激光器工作电流关系估算出跃迁过程吸收光子数目为2.72,2.69,2.01,从而确定出前两者为三光子吸收过程,最后一个对应于双光子吸收过程。运用Judd-Ofelt理论研究样品光谱特性,根据样品的吸收谱得到样品的谱线强度参数Ω_t（t=2,4,6）,进而得出理论振子强度及实验振子强度,二者均方根偏差δ_rms=1.299×10^-7。计算了Tm³⁺离子向下能级跃迁的跃迁几率、跃迁分支比等参数。最后得出结论：（1）³F₄能级寿命较长,适合作为上转换中间能级;（2）³H₅能级寿命较长,且³H₅→³H₆跃迁分支比（96.46%）接近100%,可用于产生1 216 nm激光。     

近紫外光激发黄色荧光粉Ba3Y4O9：Dy3+的制备及发光特性

通过高温固相法合成了一系列Ba₃Y_4-xO₉：xDy³⁺荧光粉材料。利用X射线粉末衍射、荧光光谱和荧光寿命对样品进行了表征。实验表明,样品的激发光谱由一系列线状峰组成,峰值分别位于328,355,368,386,427,456,471 nm。在355 nm激发下,荧光粉在490 nm（⁴F_9/2→⁶H_15/2）和580 nm（⁴F_9/2→⁶H_13/2）处有很强的发射,发射光谱的色坐标位于黄光区域。研究了不同Dy³⁺掺杂浓度对样品发光性质的影响,发现样品的发光随着Dy³⁺浓度的增大而增强,但光谱形状基本保持不变,表明Dy³⁺占据了基质中低对称性的Y³⁺格位。当Dy³⁺摩尔分数x=0.08时出现发光强度猝灭现象,浓度猝灭机理为电偶极-电偶极相互作用。样品的发光寿命随着Dy³⁺浓度的增大逐渐减小,进一步证明了Dy³⁺离子之间存在着能量传递现象。Ba₃Y₄O₉：Dy³⁺荧光粉的发光位于黄光区域,有较好的热稳定性,是潜在的白光LED用荧光粉材料。     

The crystal structure of (Pb0.5Cd0.5)Sr2 (Y1−xCax)Cu2O7

The crystal structures of (Pb_0.5Cd_0.5)Sr₂YCu₂O₇, (Pb_0.5Cd_0.5)Sr₂(Y_0.6Ca_0.4)Cu₂O₇ and (Pb_0.5Cd _0.5)Sr₂(Y_0.5Ca_0.5)Cu₂O₇ have been refined by the Rietveld method for the X-ray diffraction data. The refinement results indicate that both Pb and Cd atoms in the (Pb, Cd)O layers and O(3) atoms are displaced from their ideal sites, and that there is a complicated occupation in the (Pb, Cd)O layers, i.e., other cations, such as Sr²⁺, Cu²⁺ and Ca²⁺, can occupy the (Pb, Cd) site for these samples. This may be the reason why the lattice constants do not vary monotanically with the calcium content, and why there exist broad superconducting transitions in the system (Pb_0.5Cd_0.5)Sr₂(Y_1−xCa_x)Cu₂O₇. The refinement results also indicate that, as the calcium content increases, the O(2) atoms move close to the CuO₂ planes and far from the (Pb, Cd)O layers. Thus, the increase of calcium content results in charge transfer from the charge reservoir layer (Pb, Cd)O to the CuO₂ planes. This result is consistent with the bond valence sums of the Cu ions in the CuO₂ planes.     

Enhancing the magnetoelectric coupling of Co4Nb2O9[100] by substituting Mg for Co

We report experimental studies on enhancing the magnetoelectric (ME) coupling of Co₄Nb₂O₉ by substituting the non-magnetic metal Mg for Co. A series of single crystal Co_4−xMg_xNb₂O₉ (x = 0, 1, 2, 3) with a single-phase corundum-type structure are synthesized using the optical floating zone method, and the good quality and crystallographic orientations of the synthesized samples are confirmed by the Laue spots and sharp XRD peaks. Although the Néel temperatures (T_N) of the Mg substituted crystals decrease slightly from 27 K for pure Co₄Nb₂O₉ to 19 K and 11 K for Co₃MgNb₂O₉ and Co₂Mg₂Nb₂O₉, respectively, the ME coupling is doubly enhanced by Mg substitution when x = 1. The ME coefficient α_ME of Co₃MgNb₂O₉ required for the magnetic field (electric field) control of electric polarization (magnetization) is measured to be 12.8 ps/m (13.7 ps/m). These results indicate that the Mg substituted Co_4−xMg_xNb₂O₉ (x = 1) could serve as a potential candidate material for applications in future logic spintronics and logic devices.