聚丙烯腈PAN分子链的第一性原理研究

利用RHF方法,选择基组STO3G,对聚丙烯腈PAN分子链CH3(CHCNCH2)9CH2CN的10个单体进行理论研究.在结构优化方面,PAN分子链稳定结构为反式构象.主链C-C平均键长155.6pm,支链C-C平均键长149.7pm,C-N平均键长115.5pm.在电荷分布方面,主链C原子电荷分布呈现出一定的周期性,与C-N键相连的主链C原子电荷量小于相邻的主链C原子的电荷量,两者的电负性有一定的差异.存在这种差异的原因在于支链N原子的存在,支链N原子具有更强的电负性.最后对PAN结构链的振动模式进行分析得出,在对PAN进行预氧化及碳化处理时,先发生的是脱氢反应,随着温度的升高,产生环化,从而使环化与脱氢同时存在.     

乙烯和乙炔基在Ni(110)表面上吸附结构的研究

采用平面波赝势方法，利用基于从头计算的软件包，对乙烯和乙炔基在Ni(110)表面上吸附的问题进行了计算. 在低覆盖度时，孤立的乙烯分子的吸附能比密集时高，乙烯分子的C-C 轴大致沿衬底的Ni原子链方向(即沿［110］晶向)，C-C轴与衬底Ni(110)表面有12°的倾斜角，乙烯分子的C—C键的键长为 0.147nm. 乙烯分子中接近顶位的C原子与衬底中距离最近的Ni原子为0.199nm. 在高覆盖度时，乙烯分子在Ni(110)表面上形成c(2×4)再构，每个表面二维元胞中有两个乙烯分子，每个乙烯分子的吸附位置与低覆盖度时相似，而C—C键长比低覆盖度时要短. 乙炔基是乙烯在Ni(110)表面上分解的产物. 关于乙炔基的计算结果表明：乙炔基的两个C原子的间距为0.131nm，比乙烯分子中C原子的间距更短. 与乙烯分子相比，乙炔基的吸附位置更靠近顶位. H原子与吸附在顶位上的C原子相连接，C—H键也大致沿衬底的Ni原子链方向，与Ni表面呈45°的倾斜角. 关键词： 乙烯和乙炔基 平面波赝势方法 吸附几何结构     

用Hartree—Fock—Slater—Boltzmann—Saha模型研究等离子体细致组态原子结构及其状态方程

用平均原子自洽势计算等离子体的自由电子背景，通过在Hartree-Fock—Slater自洽场原子结构中引入背景修正计算离子组态结构，为Boltzmann-Saha方程提供能级参数，再通过调节共同的背景电子实现Saha方程与Hartree-Fock—Slater方程的耦合，自洽求解等离子体细致组态原子结构，提高Saha方程的计算精度。以碳、铝等离子体作为算例，分析了本方法的适用范围。     

聚偏氟乙烯分子链旋转时势能的变化

计算了聚偏氟乙烯分子链旋转时势能的变化.结果显示,当中心分子链旋转而其它链静止不动时,计算得到的势能曲线有4个很高的势垒,这些势垒来源于中心分子链和最近邻分子链中的氟原子对的“空间位阻”效应.这一结果与“六阱势”模型预言的势能变化存在准六度对称性相矛盾.计算结果表明,如果中心分子链和周围分子链同步旋转,势垒高度将极大地降低.另外,极化反转时晶格常数发生变化.最后得到的势垒高度约为7.5kJ/mol.与室温下的分子势运动的能量（约2.5kJ/mol）相比,这样的“浅”势阱不足以锁定分子偶极矩形成稳定的自发极 关键词：     

乙烯在Ni（110）表面吸附的几何结构

用理论计算的方法研究了不同覆盖度的乙烯在Ni（110）表面吸附的位置.乙烯的吸附几何结构在团簇计算中进行了局部优化.在低覆盖度下，单个乙烯分子占据了短桥位和顶位之间的中间位置.乙烯分子的C—C轴大致沿衬底的Ni原子链排列（即沿<110>晶向），C—C轴与衬底Ni（110）表面有10°的倾斜角.乙烯分子的C—C键的键长为0151nm.在高覆盖度下(05ML)，乙烯在Ni (110)上形成了有序的c（2×4）相，在一个表面元胞内的两个乙烯分子的吸附位置类似于低覆盖度时的结果，但乙烯分子的C—C 键键长分别为0142和0143nm.     

Cu低维体系的结构和电子性质

基于密度泛函理论，选择generalized gradient approximation(缩写为GGA)交换作用势，使用自洽场全势的线性缀加平面波方法，计算了Cu原子组成的5种不同体系，包括面心立方晶体，两种原子面和两种原子链.结果显示，平面正六边形晶格要比正方形晶格从能量上更加稳定，原子最近邻距离稍长；而平面锯齿形原子链与直线形原子链相比也有类似的计算结果.计算还发现，锯齿形原子链中的电子态密度表现异常，能带出现间隙.另外，对比不同体系的态密度和结构，分析了量子限制和原子构型对体系电子性质的影响. 关键词： 原子链 电子结构 平面波方法 密度泛函理论     

短醚链与异辛烷分子间相互作用的密度泛函研究

用基于第一性原理的密度泛函理论研究了聚氨酯分子中短醚链与异辛烷的相互作用。结果表明：异辛烷在短醚链各个O原子上发生物理吸附,在3号O原子上的吸附热为-0.16 KJ/mol,吸附距离为26.37 nm,在6号O原子上的吸附热为-0.15 KJ/mol,吸附距离为27.10 nm;分子间相互作用为范德华力,其中偶极矩-偶极矩相互作用为零,诱导力相对较弱,色散力相对较强;吸附后异辛烷在3044.39 cm-1 处的吸收峰消失,吸附对5号C原子处的H-C-H不对称伸缩振动起到了很强的抑制作用。     

短醚链与异辛烷分子间相互作用的密度泛函研究

用基于第一性原理的密度泛函理论研究了聚氨酯分子中短醚链与异辛烷的相互作用.结果表明:异辛烷在短醚链各个O原子上发生物理吸附,在3号O原子上的吸附热为-1.6 KJ/mol,吸附距离为0.2637 nm,在6号O原子上的吸附热为-1.5 KJ/mol,吸附距离为0.2710 nm;分子间相互作用为范德华力,其中偶极矩-偶极矩相互作用为零,诱导力相对较弱,色散力相对较强;吸附后异辛烷在3044.39 cm-1处的吸收峰消失,吸附对5号C原子处的H-C-H不对称伸缩振动起到了很强的抑制作用.     

单壁碳纳米管储氢研究

摘要 利用Gaussian03程序计算出C-H键的键能是1.88eV，键长是0.113nm。已知H-H键能是4.748eV，键长是0.074nm。显然， H-H键能大于C-H键的键能，所以在常温常压下碳纳米管储氢时，以物理吸附H2分子为主，化学形式的C-H键吸附为辅。另外，利用LJ势能函数，计算了H2分子在碳纳米管中C原子所成的六边形中心正上方、C原子正上方以及相邻两C原子中间正上方时H2分子与碳纳米管之间的势能。得到无论管内、管外或者两端，都是H2分子在C原子所成的六边形中心正上方时能量最低。且在管内时H2分子距离管壁的距离是0.320nm，在管外时距离管壁的距离是0.309nm；在两端的管内时距离管壁的距离是0.324nm，在两端的管外时距离管壁的距离是0.313nm。     

β石墨炔衍生物结构稳定性及电子结构的密度泛函理论研究

石墨炔衍生物比石墨烯具有更多样化的原子结构,因而具有潜在的更丰富的电子结构.通过第一性原理密度泛函理论研究方法系统研究了β石墨炔衍生物的结构稳定性、原子构型和电子结构.本文计算的β石墨炔衍生物系列体系由六边形碳环(各边原子数N=1—10)通过顶点相连而成.对结构与能量的计算分析表明:当N为偶数时,β石墨炔拥有单、三键交替的C—C键结构,其能量比N为奇数时,拥有连续C=C双键的石墨炔衍生物更稳定.计算的能带结构和态密度显示:根据碳环各边原子个数N的奇偶性不同,β石墨炔可呈现金属性(N为奇数时)或半导体特性(N为偶数时).该奇偶依赖的原子构型和电学性质是由Jahn-Teller畸变效应导致,与碳环各边原子碳链的实际长度无关.计算发现部分半导体β石墨炔(N=2,6,10)呈现狄拉克锥能带特征,其带隙约10 meV,且具有0.255×10~6—0.414×10~6m/s的高电子速度,约为石墨烯电子速度的30%—50%.本密度泛函理论研究表明,将sp杂化碳原子引入石墨烯六边形碳环的边上,可通过控制六边形各边原子个数的奇偶性调制其金属和半导体电子特性或狄拉克锥的形成,为免掺杂和缺陷调控纳米碳材料的电学性质和设计碳基纳米电子器件提供了理论依据.     

热物质中离子组态分布对光电过程的影响

基于含温有界全相对论自洽场平均原子模型,用最大熵原理确定离子类型的出现概率,用微扰方法计算离子结构并用统计的方法对数以百万计的离子贡献作了求和计算。最后,给出了热物质中光电消光系数的统计求和公式。     

基于密度泛函理论的外电场下双酚A型环氧树脂分子的结构及特性

采用密度泛函m062x的方法在6-31g(d)基组上对双酚A型环氧树脂分子进行优化得到了它的稳定结构,并且研究了不同外电场(0-0.013 a.u., 1 a.u.=5.142×10~(11) V/m)作用下双酚A型环氧树脂分子的分子结构、电偶极矩和分子总能量,偶极矩、极化率、前线轨道的能级和成分,原子之间的键能和红外光谱的变化.研究表明:随着外加电场的增大,双酚A型环氧树脂分子从倒V型结构逐渐变成线性结构,总能量降低,偶极矩和极化率都升高,且双酚A型环氧树脂分子的稳定性随着外加电场的增大而降低;最高占据轨道能级随着外加电场的增大而增大,沿逆电场方向分子链端表现出亲核反应活性,最低空轨道能级随着外加电场的增大而减小,沿电场方向分子链端表现出亲电反应;位于分子两端环氧基团上的C-C,C-O容易发生断裂,进而破环了双酚A型环氧树脂分子的稳定性;分子红外光谱在高频区的吸收峰出现了明显的红移现象.     

基于密度泛函理论的外电场下双酚A型环氧树脂分子的结构及特性

采用密度泛函m062x的方法在6-31g(d)基组上对双酚A型环氧树脂分子进行优化得到了它的稳定结构,并且研究了不同外电场(0-0.013 a.u.,1 a.u.=5.142×10~(11)V/m)作用下双酚A型环氧树脂分子的分子结构、电偶极矩和分子总能量,偶极矩、极化率、前线轨道的能级和成分,原子之间的键能和红外光谱的变化.研究表明:随着外加电场的增大,双酚A型环氧树脂分子从倒V型结构逐渐变成线性结构,总能量降低,偶极矩和极化率都升高,且双酚A型环氧树脂分子的稳定性随着外加电场的增大而降低;最高占据轨道能级随着外加电场的增大而增大,沿逆电场方向分子链端表现出亲核反应活性,最低空轨道能级随着外加电场的增大而减小,沿电场方向分子链端表现出亲电反应;位于分子两端环氧基团上的CC,C-O容易发生断裂,进而破环了双酚A型环氧树脂分子的稳定性;分子红外光谱在高频区的吸收峰出现了明显的红移现象.     

单壁碳纳米管储氢研究

利用Gaussian03程序计算出C-H键的键能是1.88 eV,键长是0.113 nm.已知H-H键能是4.748 eV,键长是0.074 nm.显然,H-H键能大于C-H键的键能,所以在常温常压下碳纳米管储氢时,以物理吸附H_2分子为主,化学形式的C-H键吸附为辅.另外,利用LJ势能函数,计算了H_2分子在碳纳米管中C原子所成的六边形中心正上方、C原子正上方以及相邻两C原子中间正上方时H_2分子与碳纳米管之间的势能.得到无论H_2分子是被吸附到管内或管外,还是被吸附到中间区域或两端区域,都是H_2分子在C原子所成的六边形中心正上方时能量最低.当H_2分子被吸附到碳纳米管中间区域时,管内和管外的H_2分子距管壁的距离分别是0.320 nm和0.309 nm;而当H_2分子被吸附到碳纳米管两端区域时,这两个距离分别是0.324 nm和0.313 nm.     

[(SrTiO3)n/(SrTi0.8Nb0.2O3)m]20/LaAlO3超晶格的制备及其激光感生热电电压效应

采用脉冲激光沉积(PLD)镀膜技术在倾斜10°的LaAlO3(100)单晶衬底上制备了(SrTiO3)n/(SrTi0.8Nb0.2O3)m系列超晶格.在超晶格薄膜的XRD图谱中清楚地观察到周期调制的卫星峰结构.从卫星峰的分布计算了超周期,进而得到了在生长SrTiO3和SrTi0.8Nb0.2O3时的沉积速率,分别为0.78 /pulse和0.57 /pulse.在超晶格薄膜中发现了激光感生热电电压(LITV)效应,说明这种人造原子层热电堆结构具有Seebeck系数各向异性.研究发现,在SrTiO3介电层厚度n=46.8 nm,SrTi0.8Nb0.2O3导电层厚度m=19.0 nm时LITV信号的平均峰值电压最大U -P=0.7 V/mJ·mm,n=46.8 nm,m=11.4 nm时LITV信号的平均响应时间最小τ -=124 ns.     

结合会聚束电子衍射和高分辨电子显微术来测定十四铌酸锂的结构

我们在一台有0.4nm点分辨率的分析透射电子显微镜上,结合会聚束电子衍射(CBED)和高分辨电子显微术(HREM)研究了十四铌酸锂的结构。CBED结果证明十四铌酸锂的空间群是C2/m,HREM结构象表明十四铌酸锂是由4×4氧八面体方块组成,方块中3×3通道及八面体中心的金属原子可以清楚地看到,其距离是0.38nm。结合CBED和HREM来做结构分析是发展电子晶体学的重要的一步。 关键词：     

冲击波压缩下含纳米孔洞单晶铁的结构相变研究

利用分子动力学模拟方法对含纳米孔洞的单晶铁在冲击波压缩下的结构相变(由体心立方结构α到六角密排结构ε)进行了研究,单晶铁样品的尺寸为17.2nm×17.2nm×17.2nm，总原子数428341个，在样品的中央预置一个直径为1.12nm的孔洞，利用一活塞分别以350，500，1087m/s的速度撞击样品产生冲击波，对应的冲击波压缩应力分别为12，17，35GPa.撞击方向沿单晶铁的［100］晶向.计算结果表明，在冲击波压缩下，孔洞对铁中的相变起了诱导作用，伴随着孔洞的塌陷，相变首先出现在孔洞周围的(011)面和(011)面上，然后扩展到整个样品.通过分析冲击压缩下原子的位移历史，解释了相变的微观机制，发现孔洞周围的原子在{011}面上沿〈011〉晶向滑移，离孔洞中心距离越近的{011}面上的原子容易滑移，间隔一层的{011}面与相邻层原子的移动位移幅度不同，这种相对滑移导致出现了新的结构(hcp结构). 关键词： 相变 分子动力学 冲击波 纳米孔洞     

一氟二氯乙烷分子在外电场中的光谱特征和解离特性

利用密度泛函理论在B3LYP/6-311+G(d, p)水平上研究不同外加电场下(-0.05～0.05 a.u.)一氟二氯乙烷分子的光谱特征和解离特性,其中包括该分子基态结构、总能量、偶极矩、最高占据轨道能级、最低空轨道能级、能隙、红外光谱、拉曼光谱、紫外可见光吸收光谱及C原子与Cl原子间势能曲线等数据在电场下的变化趋势。在y轴方向上,随着负向电场的增强,C原子与Cl原子核间距增长、最高占据轨道能级减小,体系总能量、最低未占据轨道能级、能隙先增大后减小,偶极矩先减小后增加。外加电场会影响一氟二氯乙烷分子红外光谱、拉曼光谱与紫外可见光吸收光谱的吸收强度和吸收峰频率,红外光谱、拉曼光谱与紫外可见光吸收光谱随着电场变化出现红移或蓝移现象。C原子与Cl原子间势垒随着负向电场增加逐渐减小,并在电场达到-0.05 a.u.时C原子与其中一个Cl原子发生断裂,当分子中一个C—Cl键断裂后,施加强度为-0.04 a.u.的电场时另外一个C—Cl键发生断裂,分子在电场下发生逐步解离,研究结果完善了一氟二氯乙烷分子受外电场影响的理论数据。     

八边形掺氟椭圆纤芯的光子晶体光纤设计研究

设计了一种新型的八边形纤芯为椭圆的空气孔掺氟的光子晶体光纤。通过全矢量有限元法(FVFEM)和各项异性完美匹配层法(APML)对所设计的光纤进行了仿真研究。数值结果表明所设计的光纤在1.34~1.72μm波段具有0±0.4ps/(nm·km)的超平坦色散,覆盖了S、C和L通信波段,且在同一波长范围处限制损耗低于10-7dB/m,在1.55μm波长处对应的双折射率和非线性系数分别为2.12×10~(-2)和50.67W~(-1)·km~(-1)。所设计的光纤在超连续谱产生、色散补偿、极化保偏等方面具有潜在的应用。     

氢修饰石墨烯纳米带压电性质的第一性原理研究

采用第一性原理计算方法, 系统研究了不同宽度、不同边缘修饰模式的间隔氢吸附锯齿型石墨烯纳米带的压电性质. 结构优化和结合能计算表明, 氢修饰石墨烯纳米带结构稳定. 氢原子间隔排列的吸附使得纳米带中的相邻碳原子成键及电荷状态不同, 导致拉伸时纳米带中六元碳环的正负电荷中心不再重合, 产生宏观电极化. 纳米带宽度越宽, 包含六元碳环数目越多, 则拉伸时纳米带长度方向上电偶极矩密度越大, 其压电性能越强. 另外, 边缘原子电荷状态决定了无拉伸时纳米带的初始电偶极矩密度, 其大小可以通过改变边缘氢原子的修饰模式来有效调控. 关键词： 石墨烯纳米带 第一性原理 修饰改性 压电性质