Density Waves in One-Dimensional Granular Flows Driven by Non-Uniform Force Field

We introduce a non-uniform gravity-like force field to control the granular flow state in a quasi-onedimensional system, and study the system by the molecular dynamics simulation. We find that the granular flow under non-uniform force field can be well described by a density wave with fixed time period if a fixed particle number condition is used. The base frequency of the density wave does not depend on the position of the flow, while both the average density and oscillation amplitude of the flow vary continuously with the position. The formation of the density wave results from the aggregation of the granules in the decelerated region and the feed-back mechanism in the fixed particle number condition.     

对颗粒物质运动的一致性进行控制的随机力场

在颗粒流的研究中引入了一个正态分布的随机力场, 并通过计算机模拟研究了该力场对均匀颗粒流的影响. 结果发现: 随机力场基本上不改变均匀颗粒流的平均密度和速度, 对颗粒流密度的涨落也影响很小. 随机力场对均匀颗粒流的影响主要体现在它可提高速度的涨落, 它与颗粒体系的耗散性质相抗衡, 使颗粒流维持一定的波动能量. 研究结果还显示: 通过随机力场所获得的波动能量并没有均匀分布到各个自由度上, 由于颗粒体系的耗散性质颗粒体系难以达到能均分状态. 关键词： 颗粒物质 随机力 分子动力学模拟     

颗粒速度在颗粒流稀疏流-密集流转变中的作用

用实验和计算模拟的方法研究了颗粒流中的颗粒速度与颗粒流特性的关系.实验研究发现当入口流量固定时，在出口上方高速运动的颗粒会使颗粒流由稀疏流向密集流转变的临界出口尺寸变小.当颗粒流转变为密集流后，颗粒速度的作用被出口上方的颗粒堆积区所消耗，最终变得与颗粒速度无关.二维分子动力学模拟计算得到了与实验相同的结论.通过二维分子动力学模拟计算，还给出了不同颗粒速度下体系的密度和速率在空间的分布图.这些分布图显示随着颗粒到达出口上方的瞬间速度的不同，颗粒堆积区的密度和高度均会改变，并最终导致颗粒流流动状态的改变. 关键词： 颗粒流 颗粒气体 分子动力学模拟     

密度泛函理论计算内掺氢分子富勒烯H2@C60及其二聚体的几何结构和电子结构

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(generalized gradient approximation, 简称GGA),对内掺氢分子富勒烯H2@C60及其二聚体的几何结构和电子结构进行了计算研究.发现无论是在H2@C60单体,还是在其二聚体中,氢倾向以分子形式存在于碳笼中心处,且在室温下氢分子可以做自由旋转.电子结构分析表明,氢分子掺入到C60和C120中,仅对距离费米能级以下-8eV至-5eV能级处有一定的贡献,其他能级的分布和能隙几乎没有变化.     

富勒烯衍生物C60（CF3）n（n=2，4，6，10）几何结构和电子性质变化规律的密度泛函研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似对C₆₀（CF₃）_n （n=2,4,6,10）几何结构和电子性质的变化规律进行了计算研究.发现在C₆₀（CF₃）₄可能稳定存在的三种同分异构体中,具有p p p加成方式的衍生物热力学性质最为稳定;在C₆₀（CF₃）₆可能稳定存在的三种同分异构体中,具有p p p m p加成方式的衍生物热力学性质最为稳定.对C₆₀（CF₃）₂,C₆₀（CF₃）₄,C₆₀（CF₃）₆和C₆₀（CF₃）₁₀四种加成衍生物的几何结构分析可知：随着CF₃加成个数的增加,C₆₀中的C—C平均键长逐渐变大,笼子与CF₃之间连接键C_C60—C_CF3逐渐变大.对它们的电子结构分析可知,随着CF₃加成数目的增多,反应热几乎是线性增加.而C₆₀（CF₃）_n（n=2,4,6,10）分子的平均反应热在n=6处为极大值,说明C₆₀（CF₃）₆应该是最容易得到的加成产物.由Mulliken电荷可知,加成的CF₃个数越多,CF₃与笼子的相互作用也就越强,每个CF₃转移到笼子上电荷数也就越多.C₆₀（CF₃）_n的自旋聚居数分布表明它们均为闭壳层结构.最后,从CF₃对分子的前线轨道贡献可知,四种分子的得电子情况和失电子情况均发生在碳笼本身,并不随着CF₃个数的增加而发生明显的改变. 关键词： 60（CF₃）_n （n=2')" href="#">C₆₀（CF₃）_n （n=2 10） 几何结构和电子性质 密度泛函     

MC20F20（M=Li，Na，Be和Mg）几何结构和电子性质的密度泛函计算研究

采用密度泛函理论（density functional theory, DFT）中的广义梯度近似（generalized gradient approximation, GGA）对MC₂₀F₂₀（M=Li,Na,Be和Mg）的几何结构和电子性质进行了计算研究.几何结构研发现：随着内掺原子序数的增加,金属原子M对C₂₀F₂₀中的C—C键的影响越来越大,而对C—F键的影响甚微.掺杂能计算表明：MC₂₀F₂₀的掺杂能均为负值,需要在一定的实验条件下才能被合成.内掺碱金属和碱土金属分别产生了两类截然不同的能隙和磁性.其中,内掺碱金属的能隙非常小,且带有1μ_B的净磁矩,表现出磁性;而内掺碱土金属的能隙比C₆₀的能隙还大,净自旋为0,表现出非磁性. 关键词： 富勒烯 几何结构 电子结构 密度泛函     

多壁碳纳米管储氢的物理吸附特性

采用巨正则蒙特卡罗方法 ,模拟常温、1 0MPa下氢在扶手椅型多壁壁碳纳米管中的物理吸附过程 .氢分子之间、氢分子与碳原子之间的相互作用采用Lennard Jones势能模型 .研究了双壁碳纳米管外 (内 )径固定而内 (外 )径改变时的物理吸附储氢情况 ,发现氢分子主要储存在双壁碳纳米管的管壁附近 ,当双壁碳纳米管的内外管壁间距由 0 .34nm增大到 0 .6 1或 0 .88nm时可有效增加物理吸附储氢量 ,并给出了相应的理论解释 .在此基础上 ,计算了管壁间距为 0 .34、0 .6 1和 0 .88nm时的三壁碳纳米管的物理吸附储氢量 ,并与相同条件下单壁和双壁碳纳米管的物理吸附储氢量作了比较 ,发现多壁碳纳米管的物理吸附储氢量随碳管层数的增加而减小 .     

碳纳米管储氢性能的计算机模拟

采用巨正则蒙特卡罗(GCMC-Grand Canonieal Monte Carlo)方法，系统地研究了锯齿(Zigzag)型单壁碳纳米管(SWNT-Single Walled Carbon Nanotubes)的储氢性能，得到了管径和管长与储氢能力的关系曲线，给出了氢在碳纳米管中的分布，并对碳纳米管储氢能力的表征提出了建设性意见。     

SrCoO3电子结构和磁学性质的第一性原理研究

通过基于密度泛函理论的广义梯度近似GGA+U方法对铁磁相SrCoO₃的电子结构和磁学性质进行了系统研究.结果表明:随着U值的增大,对于Co离子,主自旋方向的t_2g和e_g态向低能级移动,而次自旋方向的t_2g和e_g态向高能级移动;O2p电子态的分布基本不随U变化.能带结构表明,U大约在7-8eV之间时,SrCoO₃由金属性转变为半金属性.U值小于7eV时,Co离子的磁矩随着U值的增大几乎成线性增大,而当U大于7eV后基本保持不变.结合实验结果,本文认为U取8eV时得到的计算结果更为合理,Co离子的磁矩为3.19μв,且SrCoO₃表现出半金属特性.     

结构与尺寸对碳纳米管物理吸附储氢的影响

采用巨正则蒙特卡罗方法,在298K和10MPa下,系统地研究了碳纳米管及其阵列的物理吸附储氢量与单壁管的管径、多壁管的层间距和管层数、单壁管阵列的管间距和排列方式的关系.发现单壁管的管径等于6nm时,管内的储氢密度达到最大;多壁管的层间距由0 34nm增大至0 61或0 88nm时,物理吸附储氢量明显增大;单壁管阵列的管间距等于1 7nm时,其管外间隙处的储氢密度达到最大,且方阵阵列优于三角阵列;当单壁管阵列的管间距大于0 6nm时,其管外的储氢密度均大于管内的储氢密度.指出合理地选择单壁管的管径、多壁管的层间距、单壁管阵列的管间距和排列方式,可以有效地提高碳纳米管及其阵列的物理吸附储氢量,并给出了相应的理论解释.