非平衡定态相图新概念及其应用——激活低压金刚石气相生长热力学

在激活的低压条件下，金刚石气相稳定生长的同时石墨会被腐蚀．这是近二三十年来国际上的一个热力学难题，甚至被认为是“热力学的悖论”．用非平衡热力学耦合理论可以给予很好的解释，并推导出非平衡定态相图的全新概念．在新型相图中金刚石在低压下是稳定相，而石墨被激活成为亚稳相．理论计算与文献报道的大量实验数据定量化地相符     

现代热力学的完整分类系统--非平衡非耗散热力学新领域

在同一体系中同时有多个不可逆过程时，不可逆过程之间会有相互影响，原来的非自发过程有可能在其他自发过程的影响下得以进行，这种现象就称为热力学耦合或反应耦合，长期以来，经典热力学把热力学第二定律的等式作为平衡体系的充分必要条件，其中隐含了一个前提性的假定，即经典热力学的对象只限于非耦合的体系，摈弃这一隐含的前提性假定以后，热力学自身就发展成为一个现代热力学的完整学术体系，适用于任何宏观体系（包括极其复杂的生命体系），现代热力学的完整学术体系中包含了一个崭新的非平衡非耗散热力学新领域，由于该领域属于热力学第二定律的等式部分，因此可以定量计算，并得到一系列理论计算的非平衡相图，与文献上报道的激尖低压金刚石合成等的大量实验数据相符。     

非平衡定态相图新概念及其应用

在激活的低压条件下，金刚石气相稳定生长的同时石墨会被腐蚀、这是近二三十年来国际上的一个热力学难题，甚至被认为是“热力学的悖论”，用非平衡热力学耦合理论可以给予很好的解释，并推导出非平衡定态相图的全新概念，在新型相图中金刚石在低压下是稳定相，而石墨被激活成为亚稳相，理论计算与文献报道的大量实验数据定量化地相符。     

评<非平衡定态相图--人造金刚石的低压气相生长热力学>一书

<非平衡定态相图--人造金刚石的低压气相生长热力学>一书于2000年3月由科学出版社出版,这是复旦大学王季陶教授得到国家自然科学基金委员会优秀研究成果专著出版基金资助的出版物.书名中有两个关键词引人注目.其一是广为人知的"金刚石",自古以来它以其璀璨夺目而一直是人们心目中的宝石之王;到近代人们又认识到它是具有最高硬度和弹性模量的超硬材料,但它的其他优异性能和潜在的高技术应用还远超出一般人所知的范围.     

用负熵反应制取新材料

用负熵反应制取新材料国家自然科学基金、高技术新材料基金和教育部资助项目薛定谔曾把生命现象归于负熵反应或过程，所以人们常简单地说：什么是生命，生命就是负熵．确实，在生命现象中包含大量负熵反应和过程．由于人们对生命奥秘在认识上的限制，有时还存在着生命...     

氢化钚与空气反应的热力学平衡计算

氢化钚与空气系统中有6个独立组分,即PuH2.7(s)、PuN(s )、Pu2O3(s)、N2(g)、O2(g)和H2(g)及4个元素,故有2 个独立反应。这两个反应的ΔG°<<0,计算表明：气相和固相质量衡算基本趋于平衡 ,与文献［6］实验结果相符。因而,氢化钚与空气反应极快。这对于钚材料的贮存有一定 参考意义。     

双温度氩-氮等离子体热力学和输运性质计算

获得覆盖较宽温度和压力范围内的等离子体热力学和输运性质是开展等离子体传热和流动过程数值模拟的必要条件.本文通过联立Saha方程、道尔顿分压定律以及电荷准中性条件求解等离子体组分;采用理想气体动力学理论计算等离子体热力学性质;基于Chapman-Enskog方法求解等离子体输运性质.利用上述方法计算了压力为0.1, 1.0和10.0 atm (1 atm=101325 Pa),电子温度在300—30000 K范围内,非局域热力学平衡(电子温度不等于重粒子温度)条件下氩-氮等离子体的热力学和输运性质.结果表明压力和非平衡度会影响等离子体中各化学反应过程,从而对氩-氮等离子体的热力学及输运性质有较大的影响.在局域热力学平衡条件下,计算获得的氩-氮等离子体输运性质和文献报道的数据符合良好.     

机械合金化合成CoSb3过程中的固相反应机理的热力学解释

用Co和Sb作为初始原料,通过机械合金化(mechanical alloying,MA)的方法合成了CoSb3,并系统研究了MA转速和MA时间对MA过程中固相反应的影响.XRD结果表明,相同MA转速下,CoSb3的量随MA时间的延长而增多,但是MA时间过长会导致大量CoSb2的生成,甚至诱发CoSb3分解为CoSb2和非晶态Sb.而提高MA转速,只能缩短固相反应的发生时间,而不会改变整个固相反应趋势.对于特定的状态所对应的MA转速和MA时间满足ω3.8t=C(常数)关系,这种MA转速和MA时间的等效性,说明MA过程中能量的积累.并从非平衡热力学的角度,解释了MA过程的固相反应机理.     

非平衡热力学中传热过程熵产表达式的修正

熵产是非平衡热力学中的核心物理量,传统上表示为广义力(驱动力)与广义流的乘积.这种表达存在两方面缺陷:一是广义力与广义流的拆分具有任意性;更重要的是,以其计算热波传递时熵产可以为负值,从而违反热力学第二定律.本文基于热质理论分析表明,传热过程的熵产实质上是由热质流体的热质能耗散引起的,所以熵产中的力不是驱动力而是阻力,并且具有力的量纲.由此提出的熵产修正表达式,不仅在计算热波传递过程中熵产恒为正值,与扩展不可逆热力学中的熵产表达式一致,而且不存在力和流拆分的任意性.     

Nonequilibriurn discontinuous phase transitions in a fast ionic conductor model: Coexistence and spinodal lines

Two-dimensional lattice-gas models with attractive interactions and particle-conserving hopping dynamics under the influence of a very large external electric field along a principal axis are studied in the case of off-critical densities. We describe the corresponding nonequilibrium first-order phase transitions, evaluate coexistence and spinodal lines, and make some comparisons with experimental observations on fast ionic conductors.See Ref. 1 (henceforth referred to as II) for references.     

What Does Dynamical Systems Theory Teach Us about Fluids?

We use molecular dynamics simulations to compute the Lyapunov spectra of many-particle systems resembling simple fluids in thermal equilibrium and in non-equilibrium stationary states. Here we review some of the most interesting results and point to open questions.     

现行电力系统热经济性状态方程

本文用系统工程观点,定义了热力发电厂热经济性系统状态方程。指出,状态方程的结构与系统的结构一一对应,系统的热经济性取决于系统的结构及系统所处热力学状态。该方程的出现为电厂热经济性的计算、分析与综合提供了新的基础和研究方法。     

金刚石的石墨化及其对炸药爆轰合成超微金刚石产出率的影响

 金刚石的石墨化对于炸药爆轰过程中金刚石的产出率有重要的影响。对碳相图进行了讨论,提出采用金刚石-石墨的动力学平衡线来评价炸药爆轰过程中金刚石的石墨化。通过数值模拟,对炸药爆轰过程中金刚石的石墨化进行了分析和讨论。     

昂色格倒易关系在耐火纤维传热研究中的运用

本文使用昂色格倒易关系对耐火纤维传热过程中的辐射与导热耦合换热进行研究,并通过拟合与数值模拟,总结得出昂色格倒易关系可用于研究多种不同性质基本过程相互耦合的现象。     

Exact Large Deviation Functional of a Stationary Open Driven Diffusive System: The Asymmetric Exclusion Process

We consider the asymmetric exclusion process (ASEP) in one dimension on sites i=1,...,N, in contact at sites i=1 and i=N with infinite particle reservoirs at densities _a and _b . As _a and _b are varied, the typical macroscopic steady state density profile ¯(x), x[a,b], obtained in the limit N=L(b–a), exhibits shocks and phase transitions. Here we derive an exact asymptotic expression for the probability of observing an arbitrary macroscopic profile , so that is the large deviation functional, a quantity similar to the free energy of equilibrium systems. We find, as in the symmetric, purely diffusive case q=1 (treated in an earlier work), that is in general a non-local functional of (x). Unlike the symmetric case, however, the asymmetric case exhibits ranges of the parameters for which is not convex and others for which has discontinuities in its second derivatives at (x)=¯(x). In the latter ranges the fluctuations of order in the density profile near ¯(x) are then non-Gaussian and cannot be calculated from the large deviation function.     

Dynamical Critical Exponent for the Majority-Vote Model

We investigate the dynamical behavior of the isotropic majority-vote model on a square lattice using a combination of damage spreading and finite-size scaling methods. For initial damage D(0)1/2, the dynamical phase diagram exhibits a chaotic-frozen phase transition at a critical noise parameter q _c =0.0818±0.0002, while for D(0)1/2 the damage does not propagate for any value of the model's parameter 0q<1/2. From simulations at q _c , we find that the dynamical critical exponent is z=0.65±0.05.     

Large Deviation of the Density Profile in the Steady State of the Open Symmetric Simple Exclusion Process

We consider an open one dimensional lattice gas on sites i=1,..., N, with particles jumping independently with rate 1 to neighboring interior empty sites, the simple symmetric exclusion process. The particle fluxes at the left and right boundaries, corresponding to exchanges with reservoirs at different chemical potentials, create a stationary nonequilibrium state (SNS) with a steady flux of particles through the system. The mean density profile in this state, which is linear, describes the typical behavior of a macroscopic system, i.e., this profile occurs with probability 1 when N. The probability of microscopic configurations corresponding to some other profile (x), x=i/N, has the asymptotic form exp[–N ({})]; is the large deviation functional. In contrast to equilibrium systems, for which _eq({}) is just the integral of the appropriately normalized local free energy density, the we find here for the nonequilibrium system is a nonlocal function of . This gives rise to the long range correlations in the SNS predicted by fluctuating hydrodynamics and suggests similar non-local behavior of in general SNS, where the long range correlations have been observed experimentally.