第一性原理研究掺杂及未掺杂(TiO2)3团簇的电子性质

为了研究金属掺杂团簇时带隙的变化趋势,本文用Cr, Mo, V, Nb四种元素掺杂 (TiO2)3团簇,并用密度泛函理论下的广义梯度近似（GGA）方法计算。不同掺杂位置的结果表明最好的掺杂位置是3-配位的钛位置。所有掺杂后(TiO2)3团簇的HOMO-LUMO带隙都要比未掺杂时要小,对应高能区态密度峰值左移0.1eV;HOMO的电子云分布主要占据了氧原子的位置,当掺杂团簇被激发时,电子从末端氧原子位置跃迁到掺杂原子。此外,我们进一步的计算表明Cr和Mo是降低(TiO2)3团簇带隙较好的掺杂元素。为了进一步的研究掺杂(TiO2)3团簇的性质以及它在光催化,清洁能源等方面的应用,还需要我们进行实验和理论相结合的研究。     

平衡电桥法测量金属丝弹性模量

金属丝在受到轴向拉力时,其长度与横截面积会发生微小的变化,其阻值也会发生相应的变化。利用惠斯登电桥测量出金属丝在拉伸时的阻值变化,设计了一种实验精度较高且操作简便的测量金属丝弹性模量的方法。     

一种新型的电容式角度位移测量仪

本文设计了一种新型的可以测量角度以及位移的变极板正对面积式的差动电容测量仪。其中电容部分是由四块内极板以及一块外极板按照一定的方式安装形成的。当测量仪进行角度位移测量时，待测物体带动外极板旋转平移，外极板与四块内极板所形成电容的电容值发生变化；之后利用差动电容测量电路对这一变化进行测量，进而得出测量电路输出与电容值变化的关系，从而得到角度和位移的变化量，实现角度和位移的测量。     

一种实验室重力储能装置的设计与研制

21世纪面临着能源危机的重大议题，国家和企业迫切需要升级能源结构，转变能源方式。重力储能方式是机械储能方式的重要类型，是将重力势能转变为电能，并将电能储存起来的清洁储能方式。在实验室中自制了一种小型重力储能装置，并优化传统装置的各部分结构，进行设备改良。与大型重力储能设备相比，具有降低实验成本、节约时间、方便多次测量的优点。此外由于此装置的可拆卸和便携的特点，还可以用于教学演示和科普展示。     

设计一种新型电容式加速度测量仪

设计了一种可测量加速度的变极板间距式的差动电容传感器的测量仪。该测量仪的核心是传感器和测量电路部分:从力学上可以看成是一个质量弹簧阻尼系统。其工作过程为传感器感受力后产生加速度,运动质量块由于惯性力而拉动弹簧产生形变,使两个电容发生变化;测量电路部分,是一差动脉宽调制电路,根据测量上述电容的变化情况,推导出加速度。该测量仪是一种便捷的利用电容测量加速度的仪器。     

A2 BNiX6型双钙钛矿分子光电性质的第一性原理研究

A2 BB′X6型双钙钛矿分子材料由于其结构稳定、性质优异、成本低廉等优点受到了人们的广泛关注,具有无毒、环境稳定性高等特点,同时也成为目前太阳能电池研究领域的热点.为了筛选优质的双钙钛矿分子,本文采用密度泛函理论设计了10种A2 BNiX6型双钙钛矿分子.研究了分子的结构稳定性、电子性质和光学性质,分析了不同位置的元素对其能带和光学性质的影响.研究结果表明,A2 BNiX6型双钙钛矿都是直接带隙,非常有利于可见光的吸收.尤其是X位置为F原子的A2 BNiF6的4种双钙钛矿带隙值为1.52～1.69 eV,非常适合作为光吸收材料.光学性质研究表明,A2 BNiF6双钙钛矿是一种透明材料,在透明发光材料方面具有广泛的应用前景.尽管相对于杂化泛函存在一定误差,但这些研究为双钙钛矿太阳能电池的吸光材料提供了理论支持.     

滴落状血迹形态的实验模拟研究

滴落状血迹是刑事案件现场常见血迹形态,是对犯罪现场重建分析的重要依据.本文通过血液滴落的模拟实验,分析测量结果,研究血液滴落的角度与高度对血迹形态的影响,并得出相应规律.通过对滴落状血迹形态的观察分析,反推血滴的出射角度,下落高度和排列的顺序,进而确定案发当时出血者的体位、姿势、朝向角度、动静关系.以期对现场重建有很大的帮助.     

从PhET看国内高校物理虚拟仿真实验教学项目建设

PhET是国际知名的虚拟仿真实验项目,可以在线模拟物理等方面的实验。该项目基于广泛的教育研究,通过直观、类似游戏的环境吸引学生,激励学生通过探索和发现来学习。PhET项目是虚拟仿真实验成功的案例,对我国虚拟仿真实验项目建设有重要参考价值。分析了PhET项目在设计理念、技术手段、项目运营和使用效果等方面的特点,提出了国内高校现有物理虚拟仿真实验项目建设的努力方向。随着国家虚拟仿真实验教学项目共享平台(实验空间)的不断完善,各高校的物理虚拟仿真实验项目将会被弱化,只有发展特色的实验项目才能和实验空间相互补充、协同发展。     

物理与实际工程交叉课程的教学实践

在实际的石油开发工程中,经常碰到压裂裂缝的渗流问题,而建立一个裂缝渗流物理模型会涉及很多的数学物理概念和方法,把裂缝渗流问题引入到物理教学中,既可以加强学生对物理概念和数学方法的认识,又能对工科学生起到工程训练的目的。我们在教学实践过程中,采用了基于项目学习的教学方式,以突出物理概念、强化工程意识和注重项目学习教育理念这3个方面为重点,在交叉问题设计、课程安排和教学评价等环节上进行了探索。实践表明,物理与实际工程交叉课程的教学,可以用项目学习的方式有效开展,但在选择学生时,以面向大二或大三学生为宜。     

(TiO2)12量子环及过渡金属化合物掺杂对其电子性质影响的密度泛函理论研究

本文采用第一性原理中基于密度泛函理论(DFT)的广义梯度近似(GGA)方法, 设计了一种新的(TiO₂)₁₂ 量子环结构, 研究了它的几何结构、平均结合能及电子云分布等属性. 在此新型结构的基础上, 分别采用过渡金属化合物MoS₂, MoSe₂, MoTe₂, WS₂, WSe₂和WTe₂进行掺杂, 并分析了掺杂后体系的几何结构及电子属性(如平均结合能、能级结构、HOMO-LUMO轨道电子云密度分布和电子态密度等). 计算结果表明: (TiO₂)₁₂量子环直径为1.059 nm, 呈中心对称分布, 且所有原子组成一个二维平面结构, 使其几何结构比较稳定, 另外该量子环HOMO-LUMO轨道电子云分布均匀, 且能隙为3.17 eV, 与半导体材料TiO₂晶体的能隙的实验值(3.2 eV)非常接近. 掺杂后量子环的能隙均大幅减小, 其中WTe₂的掺杂结果能隙最小, 仅为0.61 eV, MoTe₂的掺杂结果能隙最大, 为1.16 eV, 也比掺杂前减小约2.0 eV. 其他掺杂结果的能隙都在1 eV左右, 变化不大. 这个能隙的TiO₂可以利用大部分的太阳光能, 使TiO₂具有更为广泛的应用.