Al纳米线凝固过程的分子动力学模拟

结合EAM镶嵌原子作用势, 通过经典的分子动力学模拟研究了不同冷却速率下Al纳米线的凝固行为, 并采用键对分析技术探讨了体系中的原子团簇在不同冷却速率下的转化情况. 结果表明, 随着冷却速率的降低, Al纳米线的微观结构从非晶态过渡到多壳螺旋结构, 而多壳螺旋结构具有部分非晶结构的特征, 但是比非晶结构更稳定. 此外, 在冷却速率降低到1×10⁹ K·s-1的情况下, Al纳米线仍然保持多壳螺旋结构.     

冷却速率对液态Ni凝固过程中微观结构演变影响的模拟研究

用分子动力学方法和EAM模型势对液态金属Ni原子系统在不同冷却速率下凝固过程中微观结构的演变进行了模拟研究.结果表明, 冷却速率对微结构演变有决定性影响, 当冷速为1.0×10¹⁴和 4.0×10¹³ K•s^-1时, 系统将形成以1551、1541和1431三种键型为主的非晶态结构. 当冷速为2.0×10¹³和 1.0×10¹² K•s^-1时, 系统将形成不同的晶态结构；前者形成以1421、1422二种键型为主的 fcc 与hcp结构共存的晶态结构；后者形成以1421键型为主的fcc 结构占绝对优势的晶态结构, 其结晶起始温度Tc分别为1073 K和1173 K.同时发现, 原子的平均配位数（最近邻数）对温度和冷速的变化相当敏感, 且其突变点正好与结晶转变温度Tc相对应, 这将为液态金属结晶转变过程的研究提供一条新途径.     

液态Ca7Mg3合金快速凝固过程中团簇结构的形成特性

采用分子动力学方法对液态Ca7Mg3合金凝固过程中团簇结构的形成特性进行了模拟研究. 采用双体分布函数、Honeycutt-Andersen(HA)键型指数法、原子团类型指数法(CTIM)以及遗传跟踪等方法对凝固过程中团簇结构的形成演变特性进行了分析. 结果表明: 在以冷速为1×1012 K·s-1 的快速凝固条件下, 系统形成以1551、1541、1431键型为主的非晶态结构; 二十面体基本原子团(12 0 12 0)在快速凝固过程中对非晶态结构的形成起决定性作用; 在合金凝固过程中, 团簇的稳定性不仅与构成团簇的基本原子团类型有关, 还与中心原子类型以及中心原子之间的连接方式有关. 由于(12 0 12 0)基本原子团能量较低并且在低温具有较好的遗传特性, 基本原子团之间很容易连接在一起组成更大的团簇. 所形成的团簇结构显著不同于那些由气相沉积、离子溅射等方法所获得的团簇结构.     

VP-16抗癌机理的脉冲辐解

运用脉冲辐解技术, 对用于肿瘤治疗的依托泊甙(VP-16)的抗癌机理进行探讨. 首次对过硫酸根氧化VP-16的过程进行了研究, 测得其绝对反应速率常数为4.04×10⁹ dm³·mol^-1·s^-1, 同时观测到VP-16与酪氨酸之间的电子转移, 两者绝对反应速率常数为1.1×10⁸ dm³·mol^-1·s^-1. 为医学工作者进一步了解、探讨VP-16的抗肿瘤机理提供科学的参考.     

NH2 + HNCO反应机理的从头计算

在6-311G(d,p)基组水平上, 采用全电子的UMP2和UQCISD(T)方法对自由基NH₂和HNCO反应机理进行了研究, 结果表明, 反应存在如下两条反应通道: NH₂ + HNCO→NH₃ + NCO (1)和NH₂ + HNCO→N₂H₃ + CO (2). 反应(1)是吸氢反应, QCISD(T,full)// MP2(full)/6-311G(d,p) 计算位垒是29.04 kJ/mol. 与实验估计值29.09 kJ/mol一致. 在反应的温度区间(2300～2700 K),传统过渡态理论得出的速率常数值的范～围是1.68×1011～3.29×10¹¹cm³·mol^-1·s^-1, 支持了反应速率常数应小于等于5.0×10¹¹cm³·mol^-1·s^-1的实验结论. 对反应(1), 理论研究还得出反应物分子可通过分子间作用生成氢键复合物(HBC), 其能量相对于反应物降低32.41 kJ/mol. 反应(2)是一个可经过顺式或反式方式进行的分步反应, 在反应分子间第1步生成N—N键, 再经过一个C—N键断裂过渡态生成产物. 反应(2)控速步骤的位垒为92.79 kJ/mol(顺式)或147.43 kJ/mol(反式). 反应(2)位垒高于反应(1).     

脉冲辐解研究类胡萝卜素与CCl3OO 的反应

通过脉冲辐解研究CCl₃OO×与胭脂树橙(BIX), β-胡萝卜素(b-C)及番茄红素(LYC)在水/醇均相混液中反应. 在与CCl₃OO×反应过程中, 类胡萝卜素本底吸收位置(BIX在500 nm左右, b-C在450 nm左右, LYC在500 nm左右)有明显的漂白, BIX与b-C在650 nm左右有反应产物生成过程的吸收峰出现. BIX和b-C与CCl₃OO×反应的二级反应速率常数分别为1.78 ´ 10⁸与7.8 ´ 10⁷ mol^-1·dm³·s^-1 , LYC与CCl₃OO ×反应只观察到漂白过程, 表明LYC与CCl₃OO×反应产物在检测范围内没有特征吸收, 根据漂白过程求得二级反应速率常数为4 ´ 10⁷ mol^-1·dm³·s^-1.     

乙烯/臭氧/水气相反应体系羟甲基过氧化氢产生机理及其动力学

在室温(298±2 K)、大气压(1´10⁵ Pa)条件下研究了乙烯/臭氧/水反应体系中羟甲基过氧化氢(HOCH₂OOH, HMHP)产生机理及其动力学. 反应物采用长光路Fourier红外光谱(LP-FTIR)原位测定. HMHP经低温采集后利用高压液相色谱(HPLC)柱后荧光技术测定. 模式拟合得到的CH₂O₂+H₂O→HMHP(R3)速率常数(k₃)介于(1.6~6.0)×10^−17 cm³·molecule^−1·s^−1. 另外, 采用密度泛函理论在QCISD(T)/6-311+(2d,2p)//B3LYP/6-311+G(2d,2p)水平得到反应(R3)势能面及内禀反应坐标的基础上, 应用Polyrate 程序计算得到了298 K下该反应的经典过渡态理论(TST)速率常数k^TST和正则变分过渡态理论(CVT)速率常数k^CVT, 并应用小曲率隧道效应模型(SCT)对k^CVT进行了校正, 得到了经小曲率隧道效应校正后的速率常数k^CVT/SCT, 分别为2.47×10^−17, 2.47×10^−17和5.22×10^−17 cm³·molecule^−1·s^−1, 与模式拟合得到的结果基本一致.     

柠檬酸镧催化双基推进剂的非等温热分解反应动力学

采用TG-DTG和DSC技术研究了含二缩三乙二醇二硝酸酯(TEGDN)和硝化甘油(NG)的混合酯、硝化棉(NC)和用作燃烧催化剂的柠檬酸镧组成的双基推进剂在常压和流动态氮气气氛下的非等温热分解反应动力学. 结果表明, 该双基推进剂的热分解过程存在2个失重阶段: 第I失重阶段为混合酯的挥发分解过程; 第II失重阶段为主放热分解反应, 机理服从三级化学反应, 减速型α-t曲线, 动力学参数: Ea=231.14 kJ·mol-1, A=10^23.29 s-1, 动力学方程为dα/dt=10^22.99(1-α)³ e^-2.78×104/T. 由外推起始点温度(Te)和峰顶温度(Tp)计算得出该双基推进剂的热爆炸临界温度值分别为Tbe=463.62 K, Tbp=477.88 K. 反应的活化熵(⊿S^≠)、活化焓(⊿H^≠)和活化能(⊿G^≠)分别为219.75 J·mol-1·K-1, 239.23 kJ·mol-1和135.96 kJ·mol-1.     

[Li…X]e-[1](X=FH,OH2, NH3)的光电性质从头算

在MP2理论水平上采用6-311G基组系列计算了一价阴离子van der Waals复合物[Li…X]e-[1](X=FH, OH2, NH3)的偶极矩(μ)、平均极化率(α)以及平均一阶超极化率(β), 讨论了基组效应和电子相关效应对计算结果的影响, 比较了价电子对复合物一阶超极化率的贡献. 在MP4(SDQ)/6-311++G(2df, 2pd)水平上计算得到[Li…FH]e-[1]的μ=2.5633 a.u., α=1.0476×10³ a.u., β=1.0948×10⁵ a.u.；[Li…OH2]e-[1] 的μ=2.3204 a.u., α=1.2201×10³ a.u., β=2.1410×10⁵ a.u.；[Li…NH3]e-[1]的μ=2.4687 a.u., α=1.4817×10³ a.u., β=3.4040×10⁵ a.u.. 计算结果表明, 三种一价阴离子复合物分子均具有非常大的一阶超极化率, 而一个价电子对复合物的一阶超极化率的贡献超过1.0×10⁵ a.u..     

N-脒基脲二硝酰胺放热分解反应的动力学行为

用DSC和微热量仪研究了N-脒基脲二硝酰胺(GUDN)的放热分解反应动力学行为和比热容, 计算得到程序升温下GUDN主放热分解反应的动力学参数(活化能Ea和指前因子A)、自加速分解温度(TSADT)、绝热条件下达到最大分解反应速率的时间(tTMRad)和至爆时间(tTIad). 结果表明, 在非等温DSC条件下, GUDN的热分解过程可用经验级数自催化动力学方程dα/dt=10^18.49exp(-195500/RT)(1-α)^0.81+10^18.00exp(-177000/RT)α^1.29(1-α)^0.71描述. 热分解转热爆炸的临界温升速率为0.1236 K·h-1. 所得的TSADT、tTMRad和tTIad值分别为473.95 K、2.24 s和3.51 s.     

液态合金NiAl凝固过程中微观结构转变的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法对液态NiAl凝固过程进行了研究,考察了不同冷却速度下液态NiAl结构变化特点,原子间相互作用势采用F-S多体势,结构分析采用键取向序和对分析技术.计算结果表明,冷却速度对液态NiAl结构转变有重要影响,在不同的冷却速度下, NiAl凝固过程出现了明显不同,冷速为4×1013和4×1012 K/s时, NiAl快速凝固为无序的非晶体结构;而在较慢的8×1011 K/s冷速下, NiAl凝固为晶态结构.给出了不同冷却速度下液态NiAl结构转变的微观信息.     

液态金属Al凝固过程中的团簇结构与幻数特性

采用分子动力学方法,对含有100000个Al原子的液态金属系统在凝固过程中团簇结构的形成特性进行了模拟研究,并采用原子团类型指数法(CTIM)来描述各种类型的团簇结构组态.研究结果显示:在液态金属Al的凝固过程中,只有与1551键型相关的二十面体原子团(12 0 12 0)及其组合形成的各种团簇结构,对微结构的演变起着关键的、决定性的作用;由不同数目、不同类型基本原子团组成的各种层次的团簇结构,都在一定的原子数区段内呈现出峰值,即幻数点;系统的幻数序列为:13(13), 19(21), 25～28(27), 31～33(29～30) ,37、39,…(括号内为液态时对应的幻数值),与Harris等人的实验结果甚为相符.本模拟研究所用的团簇结构按层次区段来研究幻数序列的方法,可为实验结果提供更为合理的模型解释.     

耐蚀合金Al3Ni和Ni3Al液态冷凝过程的比较研究

采用F-S多体势对液态合金Al3Ni和Ni3Al在不同冷却速度下的微观结构及其转变机制进行了分子动力学模拟,得到了不同冷速下各温度的双体分布函数;采用HA键型指数法对其结构进行了分析,结果表明: Al3Ni在两种冷速下均以非晶的形式出现,只是慢冷时体系的有序度略有升高;而Ni3Al的结构及能量转变受冷速影响较大,快冷时形成非晶,而慢冷时出现明显结晶;同样冷速下Al含量较少的Ni3Al体系的有序度高,更易形成晶体,晶体的形成过程中有能量突变.     

Ni3Al合金液态与非晶中的原子团簇

采用常温常压分子动力学模拟技术，模拟了液态Ni3Al中原子团簇在快速凝固条件下的演变过程，模型采用的是TB(tight binding)作用势.用偶分布函数、键对和多面体等结构参数来描述快速凝固条件下团簇种类和数量的变化，并将团簇结构可视化.在2 000 K下，液态Ni3Al中团簇数量较少，且都是由缺陷二十面体构成；在4×1013 K•s－1的冷速下，团簇的数量随温度的降低不断增加，且出现完整二十面体团簇，体系最终形成了由二十面体和缺陷二十面体团簇网络所组成的非晶结构.     

Rapid solidification of cobalt melt by molecular dynamics simulation

Molecular dynamics simulation was applied to investigating the evolvement rule of cobalt melt microstructure during solidification at different cooling rates. The cooling rate for the formation of amorphous phase is determined by analyzing the radial distribution function, the H–A bond-type index and the mean square displacement. The simulation results showed that the nucleation undercooling increases with the initial temperature, and in the undercooling versus temperature curve, there are two inflection points. Besides, when the initial temperature reaches 2450 K, the undercooling will be stabilized at 1061 K. As the cooling rate is less than 1.0?×?10^11.0 K s^?1, the FCC and HCP crystal structures will be obtained. Amorphous structure will be obtained if the cooling rate is more than 1.0?×?10^13.0 K s^?1. If the cooling rate of the Co melt is between 1.0?×?10^11.0 and 1.0?×?10^13.0 K s^?1, the crystal and amorphous structures will be coexistent, which indicates that the critical cooling rate of crystal–amorphous transition is 1.0?×?10^11.0 K s^?1.

     

单脉冲激波管中1,2-二氯乙烷的热裂解

在单脉冲激波管上,研究了1,2-二氯乙烷的热裂解.实验的激波条件为:温度区间1020 K＜T＜1190 K, 压力: P=0.12 MPa,实验时间τ=0.5 ms;实验气体为1,2-二氯乙烷稀释于Ar气中(3.95 mmol/L).以4-甲基-1-环己烯作为对比速率法实验的内标物,用4-甲基-1-环己烯开环反应的速率常数k=1015.3exp(-33400/T) s-1,以及从其产物的浓度推定出实验温度.经激波加热后的实验气体的终产物用气相色谱分析出主要成分为C2H3Cl,指示出主要反应通道为β消去反应.如把所有产物C2H3Cl都归于β消去反应,则可推定出表观之反应速率常数k1a=5.0×1013exp(-30000/T) s-1.对于由C-Cl键断键反应引发的链反应的可能影响做了分析研究.用了一种简便分析可推知在实验的温度范围内的低端(1020 K)链反应的影响可以忽略,而在其高端(1190 K)链反应将给出10%的终产物C2H3Cl的附加浓度,获得真实的β消去反应速率常数则必须把这部分予以扣除.经过这样的校正之后,最后得到CH2ClCH2Clβ消去反应速率常数为k1c=2.3×1013exp(-29200/T) s-1.     

液铜快速冷却过程微观结构演变的计算机模拟

利用计算机模拟了在周期性边界条件下由500个原子构成的液态Cu模型系统以 4.2 * 10~(13) K/s的速率快速凝固的全过程。模拟在FS相互作用势的基础上，通 过双体分布函数、键对分析技术、键取向序等多种方法，对液Cu快冷凝固过程的微 观结构转变特性作了分析，给出了连续快速冷凝过程中液Cu原子间依靠相互作用力 形成的独特的微观结构图像。模拟结果重现了实验值，且表明在快速冷却过程中液 Cu没有形成body center cubic结构的倾向。