初始微观结构缺陷和断裂的温度依赖及相关性

纳米线(NW)结构内的微观结构缺陷对NW的机械性能存在一定的影响。NW断裂位置的预测关系着纳米器件应用的寿命,进而引起了人们的广泛关注。在本工作中,基于统计分析,分别研究了单晶铜纳米线(Cu NW)拉伸过程中出现的断裂位置以及在应力屈服点处产生的初始微观结构缺陷(初始缺陷)的位置对温度的依赖性,进一步探究了两者之间的联系。利用分子动力学(MD)模拟了单晶Cu NW在20~300 K的温度范围内的拉伸状态,共包含6个体系,各温度体系包含300个独立的样本。基于机器学习,采用density-based spatial clustering of applications with noise (DBSCAN)算法,将hexagonal close-packed (hcp)原子划分为各个初始缺陷以进一步确定其位置。统计结果显示,当温度低于50 K时,初始缺陷的位置集中在NW的两端。随着模拟温度的上升,MD模拟结果展现了单晶Cu NW的拉伸过程中的杨氏模量、平均屈服应力、平均势能等机械性能对温度的依赖性。温度的升高进一步促使了更多初始缺陷的产生,并使得初始缺陷的位置由统计分布的两端向中间平均化。与初始缺陷相比,各温度下的断裂位置集中在两端。统计结果表明,模拟的温度范围对NW的断裂位置无明显影响,但对初始缺陷的产生具有明显影响。当温度低于100 K时,初始缺陷的位置分布与断裂位置分布呈现了一致性。由于两者具有不同的温度依赖,其差异随着温度的上升逐渐显现。对不同温度下的微观结构形变行为观察发现,断裂失效明显受到NW两端的表面效应和阻挡效应的影响。最终的断裂位置受塑性形变中后期的影响,与应力屈服区产生的初始缺陷无直接联系。     

不同孪晶界密度银纳米线拉伸形变行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了不同孪晶界密度银纳米线的拉伸形变行为, 分析了孪晶界密度对多晶银纳米线屈服强度、弹性模量和塑性变形机理的影响. 在弹性形变区域, 孪晶界的存在对杨氏模量变化的作用不明显. 在塑性形变阶段, 首先从表面边缘开始产生位错成核, 然后延伸并受阻于孪晶界. 在进一步拉伸载荷作用下, 孪晶界将作为位错源产生新的位错. 模拟结果表明, 银纳米线的强度与孪晶界和晶粒的尺寸有关. 孪晶界密度较小(即晶粒的长径比大于1)时, 此纳米线的屈服应力比单晶纳米线还要小, 只有当孪晶界密度较大时(即晶粒的长径比小于1), 孪晶界使得纳米线得到强化. 综合分析了孪晶界和晶粒尺寸对银纳米线的影响, 为构建高强度金属纳米线打下基础. 最后讨论了温度和拉伸速度对孪晶纳米线屈服应力所产生的影响, 随着温度的升高, 孪晶纳米线与单晶纳米线的屈服应力差先升高后趋于稳定; 当拉伸速度逐渐增大, 孪晶纳米线与单晶纳米线的屈服应力差先稳定后增大.     

拉伸过程中晶向对银单原子线形成几率影响的分子动力学模拟

采用基于原子镶嵌势函数的分子动力学方法, 模拟了银纳米线沿[100]、[110]和[111]晶向拉伸过程中的空间原子结构和性能. 研究结果表明不同晶向的材料力学性质有显著不同, 屈服应力按照[111]、[110]和[100]依次降低. 从形变位图观察到纳米线在断裂前形成单原子线排列. 由900个分子动力学模拟样本统计得出沿三个晶向形成单原子线的几率, 其中沿[111]晶向形成单原子线的几率明显高于其他两个晶向. 本文从形变机理阐述了单原子线生成几率与晶向的依赖关系.     

电场对低聚呋喃的几何构型、电子结构和输运行为的影响

采用密度泛函方法在6-31G*水平上,对一系列不同链长的低聚呋喃分子在外电场作用下的性质进行了理论计算研究。结果表明电场的引入提高了呋喃分子共轭性,电场的诱导使偶极增加,SCF能量降低和HOMO-LUMO能隙变窄.进一步通过硫原子将呋喃分子与金电极相连接,利用非平衡格林函数方法对其在0.0~2.0V偏压下电子输运特征进行了研究.讨论链长效应对这些性质的影响.     

分子整流的实验与理论研究进展

分子电子器件的思想始于20世纪70年代,分子整流的研究在30多年中取得了显著进展,包括分子结构设计、实验测量以及理论模拟。本文简述了分子整流的发展历程,介绍了被广泛研究的分子整流体系以及分子水平整流机理,包括D-σ-A型、D-π-A型、D-A型、构象转变和界面引起的整流,以及负微分电阻现象。最后提出了分子整流研究中存在的一些问题,并展望了分子整流的研究和发展方向。     

柚子皮衍生的分级多孔碳作为高性能超级电容器的电极材料

使用CTAB作为软模板,水热处理柚子皮,再以碳化和KOH活化过程得到了分级多孔碳(HPC),这种分级多孔碳材料的比表面积高达1 813 m~2·g~(-1),相比于没有水热步骤制备的多孔碳(PC),拥有更加丰富的介孔结构和更大的比表面积。XPS分析结果表明HPC的氧掺杂量更高,会比PC贡献更大的赝电容。三电极测试体系中,HPC的比电容达到285 F·g~(-1)(0.5 A·g~(-1),1 mol·L~(-1)KOH)。同时,组装的两电极对称超级电容器拥有很好的倍率性能,循环12 000次充放电后,比电容依旧保留99%。HPC拥有这样优异的性能归结于较大的比表面积,高氧掺杂量和合理的孔径分布的协同作用。     

多晶粒银纳米线形变机理对温度依赖性的分子动力学研究

基于大规模分子动力学仿真,研究了包含多个晶粒的柱状银纳米线在不同温度下沿轴向拉伸形变的行为。结果表明,当温度低于200 K时,含较大晶粒的体系中位错滑移是其形变的主要机理,最大应力随温度变化不显著。当环境温度高于200 K时,晶粒的滑动逐渐成为形变的主导因素,这一特征在含更小晶粒的体系内表现更明显。同时最大应力随温度显著降低。基于上述结果,进一步讨论了温度对Hall-Petch关系的影响。     

3,4-二羟基苯甲酸在自组装结构中的电化学行为

电极与有确定取向的电活性基团之间的电子传递是电化学领域的研究热点．利用二维有序薄膜固定电活性官能团是一个成熟的方法［１］，主要包括ＬＢ技术和自组装技术，这两者都存在着样品合成困难的问题．近年来，通过表面逐层反应来固定电活性官能团已有研究，但是反应过程...     

基于分离粒子随机扩散理论的色谱模拟

为了对扩散分子的轨迹实施动态追踪与模拟, 深入理解分子扩散对色谱动力学的影响, 本文利用微尺度受限空间随机行走的模拟方法对色谱填充柱中的分子扩散过程进行了模拟. 重点考察了固定相的填充率、固定相的形状和柱长对色谱动力学行为的影响. 模拟结果表明短柱和大填充率具有较高的柱效; 在相同的密堆排列下, 固定相形状对分子扩散过程影响微弱; 待分离粒子的运动表现出微尺度空间限域的扩散特征, 但粒子的流动行为会随外部压力的增大而增加. 本论文提出的模拟方法对于发展高效能色谱, 开发新型分离技术等具有参考意义.     

分子动力学方法研究纳米摩擦问题

分子动力学方法中忽略了电子相互作用,因而具有高效率,可以从原子水平研究大体系的动态过程。随着计算技术的进步,分子动力学逐渐在纳米工程领域显现了巨大的应用前景。本文综述了利用分子动力学方法从微观角度研究摩擦行为的进展,同时也就其进一步的应用做了展望。