二维有限元方法研究石墨烯环中磁等离激元

石墨烯等离激元是决定石墨烯光学性质的重要元激发,拥有一系列优异的特性,其通过外置电场的动态可调性最引人注目;石墨烯具有很强的磁场响应(如室温观测的量子霍尔效应),因而磁场可作为一个新的调控自由度,形成的准粒子叫作石墨烯磁等离激元.鉴于石墨烯的二维属性,石墨烯磁等离激元的研究大多采用三维近似,即将石墨烯等效成厚度很薄的三维块材,该处理方案需消耗大量的计算资源.本文在准静态近似下,围绕库仑定律和电荷守恒定律,构建了高效的二维有限元方法,自洽地求解石墨烯面内的积分微分方程,并提出本征值损失谱表征准粒子的激发.利用二维有限元方法,探讨了4类石墨烯环中磁等离激元的激发;最低阶的偶极共振都支持磁等离激元的对称劈裂,在孔很小时,其对模式劈裂的影响可忽略,但当孔的尺寸变大时,内外边界的相互作用将抑制模式劈裂,并最终导致其消失.     

大学物理演示实验资源有效利用探索

物理演示实验在帮助学生理解物理理论、加深知识记忆、激发科学兴趣等方面有独特的作用。中国绝大部分的高校都建有物理演示实验室,中国矿业大学目前已建成3个物理演示实验大厅,有超过120套演示实验仪。本文探讨了中国矿业大学在物理演示实验资源有效利用方面进行的探索,比如让物理演示实验进理论课课堂常态化;让大学生参与物理演示实验仪的开发探究;对社会大众开放物理演示实验室等。分析了在探索物理演示实验资源有效利用时遇到的问题和困难,并给出了解决这些问题的可能方案。这些探讨有助于最大限度地发挥演示实验在辅助理论教学、培养学生的创新能力及宣扬科学精神等方面的作用,也可以为开设或即将开设物理演示实验的高校提供参考。     

一步法合成的FeOOH/黑磷纳米复合材料协同实现体系优异的析氧性能

通过水热法,在黑磷(BP)纳米片表面生长FeOOH纳米材料,制备出FeOOH/BP纳米复合材料。作为电化学析氧反应(OER)催化剂,该复合材料在20 mA·cm^-2时的过电位仅为191 mV,Tafel斜率为49.9 mV dec^-1;在循环1 000圈后,过电位仅仅增加了3 mV,且循环过程中元素价态不变,表现出优秀的稳定性。纳米FeOOH负载于BP表面,客观上能隔断氧气对BP的氧化,保护BP的载流子传导性能。同时,生长的FeOOH颗粒尺度小,结晶性弱,这有利于丰富其活性位点,增大活性面积。     

白藜芦醇对长期贮存锂离子电池电解液性能的影响

锂离子电池电解液从制造完成到使用,一般都会经历灌装、运输和贮存的过程,了解长期贮存过程对锂离子电池电解液性能的影响,对锂离子电池的生产具有一定的理论指导意义.本文运用电化学阻抗谱(EIS)测试并结合循环伏安法(CV)测试、充放电测试、扫描电子显微镜(SEM)等研究了1 mol.L-1 LiPF6-EC:EMC 基础电解...     

Sm3+掺杂Ba0.85Ca0.15Ti0.90Zr0.10O3无铅多功能铁电陶瓷的储能和光致发光性能

通过高温固相反应法制备了Ba_0.85Ca_0.15Ti_0.90Zr_0.10O₃∶xSm³⁺(BCTZ∶xSm³⁺,x=0.0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%,物质的量分数)陶瓷,系统研究了其微观形貌、铁电性能、储能性能和光致发光性能。研究表明,Sm³⁺掺入后,陶瓷平均晶粒大小明显下降,致密度显著提高。所有陶瓷均表现出典型的铁电性。BCTZ∶xSm³⁺陶瓷放电储能密度得到了极大的提高,BCTZ∶1.0% Sm³⁺陶瓷放电储能密度较纯BCTZ陶瓷可提高约49.0%。此外,在408 nm光的激发下,BCTZ∶xSm³⁺陶瓷在596 nm左右表现出强烈的橙红色发光,且发光强度相对可调性可达449%。     

氧化石墨烯插层聚β-羟基丁酸酯复合材料的结晶形态与宏观性能

由微生物直接合成的聚β-羟基丁酸酯（PHB）可实现从原料合成到加工成型和回收降解的全周期生态循环, 在生物医用和包装材料等领域有着重要的应用前景. 受制于PHB自身成核能力差导致的球晶尺寸偏大等不利结晶形态特点, 其制品存在抗冲韧性差、 延展率低和易蠕变等缺陷. 本文提出了水相加工和受限成型相结合的制备方法, 将氧化石墨烯（GO）纳米片在水溶液中充分剥离后, 直接包覆于亚微米级PHB微颗粒表面形成PHB@GO复合物, 然后在压力场下受限成型获得GO插层PHB纳米复合材料. 研究结果表明, 即使在极低GO添加量（质量分数0.1%）下, PHB的等温和非等温结晶能力都有显著提高, 并获得晶核密度高且晶体尺寸均一的结晶形态. 插层GO纳米片还促使复合材料发生了脆-韧转变, 使其拉伸强度和延展性均成倍提高, 同时显著增强了动态热力学性能、 抗蠕变性能和热学性能.     

ZnIn2S4/Au纳米片阵列的制备及其可见光响应光电化学固氮特性

采用简单的水热法合成出单晶ZnIn₂S₄纳米片阵列以实现可见光响应光电化学固氮。并采用光沉积法将超细Au纳米颗粒（5 nm）沉积于ZnIn₂S₄纳米片的棱角位置处,实现了可见光俘获和载流子分离能力的同时增强。当负载合适含量的Au纳米颗粒,ZnIn₂S₄纳米片阵列的光电固氮活性由1.092 μg·cm^-2·h^-1提升至2.262 μg·cm^-2·h^-1。我们还提出一个简单模型用以阐明其性能增强机制,这也被光致发光（PL）谱和光电化学（PEC）性能结果所证实。     

氟氮共掺杂多孔碳纳米片的制备及其储钾性能研究

钾离子电容器是一种新型的电化学储能器件,碳基材料被认为是最有前途的储钾候选材料之一.然而,K+半径较大使得迁移速率缓慢,脱嵌过程中材料的结构易破坏,导致性能显著下降.因此,开发出低成本的碳材料来适应K+扩散的热力学与动力学需求,已成为当前发展的瓶颈.煤沥青是煤焦油经蒸馏提取液体馏分后得到的残余物,它的组成主要为稠环芳烃,具有高的含碳量、可塑性好、资源集中、价格低廉等显著优点,是一种优质的碳基材料前驱体.鉴于此,本工作采用煤沥青作为碳源、聚四氟乙烯为氟源,氯化钠为模板剂,通过直接高温碳化的策略制备了氟氮共掺杂的多孔碳纳米片(FNCPC).研究表明,纳米片层的结构设计有效缩短了离子的传输路径, F、N共掺杂拓宽了碳的层间距,缓解了体积膨胀问题,并且形成更多的表面缺陷,可为K+的存储提供更多的反应活性位点.此外,电化学动力学分析和密度泛函理论(DFT)表明,FNCPC具备显著的赝电容特性和强的对K吸附能.得益于结构和化学性质的协同优化,FNCPC负极展现出优异的储钾能力(2 A·g^–1电流密度下具有212.8 mAh·g^–1的比容量)和循环稳定性....     

界面立构复合化电活性聚乳酸纳纤膜的制备及高效过滤性能

聚乳酸纤维膜在可降解空气过滤材料领域具有巨大潜力,但低比例的电活性相导致纤维膜的介电性能较弱,难以满足高性能空气颗粒物(PMs)过滤材料的需要.本文利用聚L-乳酸(PLLA)和聚D-乳酸(PDLA)组成的立构复合物(SC)提供高比例电活性相,采用同轴静电纺丝策略构筑界面立构复合化的电活性聚乳酸纳纤膜.通过改变纺丝时的注射速度,调控纤维形貌以及羰基(C=O)偶极子、 β晶相和界面立构复合晶(SCs)的形成,得到的核壳(CS)结构纳纤膜具有改善的表面电势(9.3 kV)和介电常数(1.60 F/m).界面立构复合化的纤维膜力学性能提升显著,核部PLLA和壳部PDLA的注射速度分别为1.0和0.5 mL/h时获得的CS1.5纳纤膜的拉伸强度和杨氏模量分别达到17.2和351.1 MPa,明显优于纯聚乳酸纤维膜.更重要的是,提升的电活性显著增强了聚乳酸纳纤膜对PM0.3和PM2.5的过滤效率,界面立构复合化在应对高流速下捕尘时具有独特优势, CS1.5纳纤膜的过滤效率由10 L/min时的82.5%提升至85 L/min时的97.9%.本文提出了采用界面立构复合化激发聚乳酸电活性的策略,为解决...     

基于La0.6Ca0.4Fe0.7Sc0.1Ni0.2O3-δ氧电极的可逆固体氧化物电池性能研究

本研究制备了10%Sc掺杂的La_0.6Ca_0.4Fe_0.7Sc_0.1Ni_0.2O_3-δ(LCFSN)材料,采用半电池研究了该材料的氧还原催化活性(ORR)和氧析出催化活性(OER),发现LCFSN的ORR催化活性优于OER催化活性。组装了Ni-YSZ((Y₂O₃)_0.08(ZrO₂)_0.92)/YSZ/GDC(Gd_0.1Ce_0.9O_2-δ)/LCFSN全电池并研究了其在燃料电池模式(SOFC)和电解池模式(SOEC)下的电化学性能,电池在800℃以H₂为燃料时的最高功率密度可达1.471 W/cm²,在750℃, 50%H₂O和1.3 V热中性电解电压条件下其产氢速率高达627 mL/(cm²·h...