(SiO2)nO2H4的红外振动光谱的理论研究

运用密度泛函理论,在6-31G(d)基组水平上,计算了纳米尺度的(SiO2)nO2H4链状、环状、笼状三种不同构型的红外振动光谱.对准一维的链状和环状结构,红外振动较强峰的频率随着长度的增加单调变化,显示了较强的尺寸依赖性;沿纳米线(环)轴向和垂直于轴向的振动模式,频率对尺寸的依赖关系相反,揭示了纳米材料的振动性质的各向异性.笼状结构由于构型的复杂性而使得其不具备准一维的特性,同时结构的对称性降低,红外振动模式数目增加.三种构型中二元环和硅羟基的振动以及笼状构型中硅氧四面体骨架的振动与实验上所观测到的振动峰相吻合.红外光谱方面的理论计算结果对实验合成的SiO2纳米材料的表征具有指导意义.     

二氧化硅纳米线中振动模式奇偶振荡的理论研究

运用密度泛函理论的B3LYP方法, 在6-31G(d)基组水平上, 计算了(SiO2)n和(SiO2)nO2H4 (n=3-20)准一维链状纳米线的振动光谱. 结果发现, 在红外和拉曼光谱中振动频率和强度随着二氧化硅纳米线单元个数的奇偶变化, 表现出奇偶振荡现象. 团簇两端极性基团取向的影响, 使不同振动模式的奇偶振荡强弱有所差异, 进一步从极化率说明了羟基对准一维(SiO2)n纳米线奇偶性变化所起的作用.     

二氧化硅纳米管的稳定性及尺寸效应

运用密度泛函计算, 对无水(SiO2-NTs)和水合(SiO2-WNTs)的SiO2纳米管进行结构优化和频率计算, 研究了与尺寸有关的平均结合能和红外光谱. SiO2-WNTs中发现当纳米管的层数或长度相同时平均结合能相等. SiO2-WNTs比SiO2-NTs和二元环直链结构都要稳定. 对截面为四元环的纳米管红外光谱的分析发现, 振动峰值与实验值相吻合, 且切向和径向振动显示较强的尺寸效应. SiO2-WNTs是一维SiO2纳米管一种合适的结构模型.     

丙烯腈单体自由基反应及光谱分析的研究

采用密度泛函理论对以偶氮二异丁腈为引发剂形成的丙烯腈单体自由基(CH₃)₂(CN)C—CH₂—(CN)CH的终止方式反应机理进行研究。先用B3LYP/6-31G(d)基组对反应物、偶合中间体、过渡态、歧化产物的几何构型进行优化,并计算了各物种经过零点能校正后的总能量,红外频率和电子结构,同时对过渡态结构进行了验证。研究结果表明,反应物先通过自由基的偶合终止方式形成偶合中间体a,再由此经过氢迁移、裂解等机理得到歧化终止产物P[p₁(CH₃)₂(CN)CCHCHCN+p₂(CH₃)₂(CN)C—CH₂—CH₂CN]。双自由基发生偶合和歧化终止反应分别形成偶合中间体a和歧化终止产物P均为放热反应,且偶合产物有着更低的能量。反应过程的速控步骤a→TS→P在常温下的速率常数表示为k(298.15 K)=2.71×10-59。歧化终止反应随着反应温度的升高易于进行,歧化产物所占的比例也增加。通过对反应过程各物种红外谱图的分析,说明自由基在整个终止反应的化学变化,同时分析了HOMO-LUMO电子密度分布的信息,验证丙烯腈双自由基偶合终止方式和各物种结构的准确性。     

三轴稳定地球同步轨道卫星帆板季节性闪光现象研究

季节性闪光现象是由三轴稳定地球同步轨道(GEO)卫星保持的特殊对地位置及卫星帆板的运动特点产生的。结合卫星帆板材质的双向反射分布函数及太阳在地球坐标系下的运动规律,分析了帆板季节性闪光现象的原理,定量研究了地面站观测帆板闪光现象的相关规律并进行了仿真验证。研究表明,地面任意地点的望远镜每年都有两个时段能够观测到GEO卫星帆板闪光现象,每次持续约21d,每颗卫星每天的观测时间约32min。该结论不仅能够为观测GEO卫星提供参考,也可为分析卫星工作及运动状态提供依据。     

稀土二氧化铈在生物领域的最新研究进展

氧化铈纳米粒子因其优异的催化活性而一直以来备受关注.它的催化性质来源于表面铈离子可以快速地进行Ce4+和Ce3+转变,能够根据环境很容易地接受或失去电子.长久以来,其应用均集中在工业催化方面.然而近年来,它被发现具有多种生物酶,如超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、磷酸酶、过氧化物酶和氧化酶等的模拟活性,以及具有羟基自由基及氮氧化物自由基清除的能力.这些多重酶活性使其在生物方面有着众多极具前景的潜在应用价值.目前,在生物领域其已被开发用于生物检测、疾病诊断及治疗、药物载体及生物支架等方面.本文主要介绍其多种生物酶活性、活性原理,及在生物领域中的最新研究进展.     

尺寸效应对SiO2纳米管化学屏蔽张量的影响

运用密度泛函理论,对截面为三元环的有限长SiO2纳米管进行了研究.核磁共振(NMR)的结果表明,随着纳米管层数的增加,29Si和17O原子的各向同性化学屏蔽张量σiso和各向异性化学屏蔽张量△σ由两端向中间振荡直至趋于稳定值.对长度大于一定数值的有限长纳米管,中间层上原子的σiso和△σ值可作为更长的或无限长SiO2纳米管的理论预测值,这些结果对如何选取合理的有限长纳米管模型来研究无限长结构具有一定的指导意义.     

基于改进Phong模型的天基光学观测GEO目标姿态估计方法

针对于缺少基于天基光学观测的空间目标姿态估计的问题,提出将无味卡尔曼滤波应用于基于天基光学观测的地球同步轨道目标姿态估计中.以光学横截面积代替星等作为观测量,提高观测方程的线性化水平,实现观测方程的简化;同时建立基于改进Phong模型的光学横截面积观测模型,在提高观测方程描述能力的同时,以角度作为模型的输入,极大地简化了计算,增强了实时性.最后,以贴敷聚酰亚胺薄膜及朗伯体材质的长方体为例,对比分析了姿态估计情况,验证了所提方法的有效性;并进一步对正六棱柱、正八棱柱进行了姿态估计.     

耦合相振子系统同步的序参量理论

节律行为,即系统行为呈现随时间的周期变化,在我们的周围随处可见.不同节律之间可以通过相互影响、相互作用产生自组织,其中同步是最典型、最直接的有序行为,它也是非线性波、斑图、集群行为等的物理内在机制.不同的节律可以用具有不同频率的振子(极限环)来刻画,它们之间的同步可以用耦合极限环系统的动力学来加以研究.微观动力学表明,随着耦合强度增强,振子同步伴随着动力学状态空间降维到一个低维子空间,该空间由序参量来描述.序参量的涌现及其所描述的宏观动力学行为可借助于协同学与流形理论等降维思想来进行.本文从统计物理学的角度讨论了耦合振子系统序参量涌现的几种降维方案,并对它们进行了对比分析.序参量理论可有效应用于耦合振子系统的同步自组织与相变现象的分析,通过进一步研究序参量的动力学及其分岔行为,可以对复杂系统的涌现动力学有更为深刻的理解.