钒的冲击熔化原位X射线衍射测量研究

高压结构与相变研究对理解物质在极端压缩条件下的性质变化和动力学响应行为具有重要的科学价值,然而部分过渡金属的动/静高压熔化线差异一直是多年来悬而未解的科学难题.其中动、静高压固-液相界幅值差异最大的是第五副族金属,以钒最为反常,至今仍缺乏自洽的物理认识和理解.本文采用高能脉冲激光驱动的瞬态X射线衍射诊断技术,对冲击压缩下钒的熔化特性进行了研究,首次获取了冲击压缩下钒在200 GPa范围内的晶体结构响应随压力变化的衍射图谱.研究发现,冲击压力为155 GPa时,钒仍保持固态bcc相;至约190 GPa时转变为液态.这一结果否定了早期确定的静压熔化线,与最新的冲击熔化线及高温高压相图符合,为钒高压熔化线的统一认识提供了新的微观实验证据.本工作亦可推广至其他材料熔化特性的研究工作中.     

掺铒纳米晶与聚合物键合比例对光波导放大器增益性质的影响

将掺铒纳米晶与甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体共聚获得的复合聚合物可用作聚合物光波导放大器的增益介质。器件的增益性能与复合聚合物中的纳米粒子浓度密切相关。本文利用高温热分解法成功制备了尺寸均匀的β-NaLu_50%Y_30%F₄∶18%Yb³⁺,2%Er³⁺纳米晶。纳米晶尺寸约16 nm,表面修饰有不饱和基团,因此可以与MMA共聚合得到纳米粒子-聚甲基丙烯酸甲酯(NPs-PMMA)纳米复合材料。通过将纳米粒子的掺杂浓度分别调整为0.1,0.15,0.25 mmol,制备了三组不同键合比例的复合聚合物。下转换发射光谱和透过光谱测试分析表明,随着键合的纳米晶浓度升高,复合聚合物发光强度逐渐提高,但近红外区的光透过率略微下降。使用这三组复合聚合物材料制备的倒脊型光波导放大器,在1 550 nm处,器件的相对增益分别为3,3.46,5.61 dB,插入损耗分别为19.20,25.00,26.53 dB。该结果说明,虽然高掺杂浓度的稀土纳米晶造成了散射损耗增加,却有效地提高了增益介质在C波段的发...     

催化反应制备碳化硅纳米粉体的密度泛函理论计算及实验研究

以Si_(55),Si_(43)M_(12)和Si_(37)M_(18)(M=Fe,Co或Ni)团簇为模型,采用密度泛函理论(DFT)研究了Fe,Co及Ni纳米团簇催化硅粉转化为SiC的机理.计算结果表明,Fe,Co及Ni纳米催化剂先与Si形成合金,拉长并弱化Si—Si键的强度,起到活化Si粉的作用;合金的形成有利于C原子的吸附及Si原子和C原子间的反应;Fe的催化能力强于Co和Ni.在此基础上,以Si粉和酚醛树脂为原料,以Fe,Co及Ni硝酸盐为催化剂前驱体,通过微波加热反应制备了3C-SiC纳米粉体.研究了催化剂种类、反应温度、催化剂用量和反应时间等对制备3C-SiC纳米粉体的影响.结果表明,催化剂Fe,Co和Ni的加入均可显著降低3C-SiC的合成温度.当以2.0%(质量分数)的Fe为催化剂时,Si粉在1100℃下反应30 min后即可全部转化为3C-SiC纳米粉体;而在相同条件下,无催化剂时Si粉的完全转化温度为1250℃;Fe的催化效果优于Co和Ni,与DFT计算结果吻合.     

碳负离子重排的DFT计算研究

采用密度泛函方法计算了碳负离子1,2-迁移和1,4-迁移两个反应的过渡态的分子轨道,发现在过渡态中迁移原子携带正电荷,剩余部分则形成双碳负离子。在1,2-迁移过渡态中,剩余的双碳负离子的HOMO位相与迁移原子的LUMO位相不匹配。但在1,4-迁移过渡态中,剩余的双碳负离子的HOMO位相与迁移原子的LUMO位相匹配。所以碳负离子的1,2-迁移是轨道对称性禁阻的反应,而1,4-迁移则是轨道对称性允许的反应。本文的计算可以为我国高等有机化学教学提供良好参考。     

H-ZSM-5分子筛不同孔道处的酸位在甲醇制烯烃反应中的催化作用

甲醇制烯烃(MTO)作为一条由煤、天然气和生物质等含碳资源制备重要有机化学品的非石油路线,近年来备受关注.作为MTO催化剂,分子筛的骨架拓扑结构和酸性质对于其催化活性、反应路径和产物分布等具有重要的影响.H-ZSM-5分子筛是一种典型的MTO反应催化剂,酸位可以分布在MFI拓扑结构的直孔道、正弦孔道和交叉位点处.虽然目前已普遍认可MTO反应遵循芳烃/烯烃双循环烃池机理,分子筛的催化性能与其骨架中酸中心的位置相关,但对于H-ZSM-5分子筛不同孔道位置处的酸中心在甲醇制烯烃反应中的催化作用仍缺乏足够认识.本文采用密度泛函理论计算和分子动力学模拟方法,对H-ZSM-5分子筛不同孔道处(包括正弦孔道、直孔道和交叉腔)酸位中心上的MTO反应网络(包括芳烃循环、烯烃循环和芳构化)及甲醇原料和烯烃/芳烃产物的扩散行为进行了比较研究.结果表明,与正弦孔道和直孔道相比,芳烃循环和芳构化反应在交叉腔的酸中心上因具有较低的能垒而更易进行.相比之下,在正弦孔道和直孔道中,多甲基苯的生成受到显著限制,而烯烃循环却可以在三种酸中心(正弦孔道、直孔道和交叉腔)上以相近的能垒和相似的几率进行.芳烃循环生成乙烯和丙烯的几率相近,而烯烃循坏产物以丙烯和较高的烯烃产物为主.落位于H-ZSM-5交叉腔的酸中心能促进芳烃中间体如多甲基苯的生成,推动芳烃循环,提高乙烯选择性,而正弦孔道和直孔道中的酸中心则能增强烯烃循环,生成较多的丙烯和较高的烯烃产物.因此,H-ZSM-5分子筛对MTO的催化性能(包括活性和产物选择性等),可以通过有目的地调节酸中心在分子筛骨架中的位置分布(即铝落位)而得到有效调变和提升.本文阐明了H-ZSM-5分子筛酸中心在MTO反应中的催化作用与其骨架中的落位之间的有机联系,为高效甲醇转化分子筛催化剂的设计和性能提升提供了参考思路.     

双取代咔唑化合物的合成及光谱性质研究

以咔唑为分子主体,选择了3种不同的共轭小分子修饰到咔唑分子上,合成了3种A-π-D-π-A型ICT化合物,研究了其光谱性能、考察了不同极性溶剂对光谱的影响,及可能的ICT过程.结果表明化合物a具有优良的电荷转移效果,有望应用于微环境极性探针及有机光电材料领域.     

Prediction of the Frontier Electronic States in a Finite Single-wall Carbon Nanotube

A theoretical model is summarized into the shorter vector principle. It is used to predict the topological structure of wave function and the oscillation rule of energy gap in various types of finite carbon nanotubes (CNTs). The theoretical model indicates that the characteristics of the electronic states only depend on the nanotube size and its symmetry along the shorter vector direction. In this direction, the wave functions of the original 3m (or 3m/2) periodicity are also suitable for armchair, chiral and zigzag finite CNTs with the C2 (Cs), C1 and Cn point groups, respectively. Energy gaps present the oscillation with 3m (or 3m/2) or odd-even n. The first principle calculations for some prototype systems are performed. The results are consistent with the theoretical model.     

人类背包负重步行能量消耗计算模型研究

依据背包负重步行能量消耗相关参数的试验结果,建立数学模型计算能耗,验证其模型的正确性,并探讨背包负重参数对人类步行能量消耗的影响。采用双质量-弹簧模型,类似于人类背包负重行走模型,构建模型运动学方程。结果表明,弹性背包固有频率低于步行共振频率时,能量消耗显著减少;弹性背包能量消耗与人体共振频率附近时增加,且在较高速度或较大负重时更加显著;人体垂直方向位移、相位差以及不同背包参数的净机械功模型计算结果与试验结果基本一致。适宜的弹性背包能有效地减少阻尼、大负重、快速步行时的能量消耗;双质量-弹簧模型计算背包负重行走能耗与试验结果基本吻合,说明该模型建模方法合理,可用于人体背包负重行走能量消耗的预测。     

装备使用与保障研究数据的生成方法研究

装备使用与保障数据是开展装备科学研究的重要依据,而由于管理不善、保密、样本过少等原因常常导致相关数据缺少应有的积累,无法满足实际研究的需要。为了克服这一困难,文章提出通过算法生成数据予以解决。首先根据数据的应用特性,将装备使用与保障数据看作简单数据、规律已知数据和规律未知数据三类,分别制定生成策略。对于简单数据和规律已知数据,通过已有的商用软件或简单的自定义方法生成;对于规律未知数据,采用模式注入或特性继承的方法生成。在某大型装备管理综合信息系统的设计开发中,对这些生成方法进行了工程实践,结果表明了方法的正确性和可行性。     

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针对强磁场实验装置(SHMFF)的链式高压有源电力滤波方案规划,基于有源滤波系统的非线性特性, 采用分数阶值。PI 控制器替代普通PI 控制器,在此基础上引入粒子群算法优化指令电流PI 控制器参数,并通过 实验对比分析了人工整定的PI 控制器与PSO 整定的PI 控制器的运行效果。经样机实验表明,采用的PSO 算法 整定的电流内环控制器是正确的,且具有一定的参考价值。