基于模式跳变的井下便携式高精度CH_4浓度监测系统设计

为了在矿井中实现快速、便携式的甲烷浓度检测,同时系统还具备高灵敏度及长的工作周期,设计了基于半导体激光器模式跳变的差分光学光谱吸收法,建立了井下甲烷浓度无线检测系统。系统利用调制电流使半导体激光器的输出波长发生模式跳变,从而获得了两个相近波长的激光,其中一个在甲烷的特征吸收峰上,而另一个基本不被吸收。实验中将两束光分别照射被测气室时,两束光的光强之差代入比尔朗伯定律即可求解气室内的甲烷浓度。实验结果显示,调制电流从20.0 mA增大到60.0 mA过程中,输出波长在电流达到48.3 mA时发生跳变,由1 650.888 nm改变为1 651.020 m。通过HITRAN光谱数据库可知,波长1 650.888 nm位置可作特征吸收峰,而波长1 651.020 nm适合作参考波长。在此基础上,对密闭容器内标准浓度的甲烷气体进行测试,采用H-BD5GD410-HC型便携式甲烷检测仪的测试数据作对比。两种检测结果相近,但随着浓度不断地增高,该系统的检测误差相对平稳,略优于甲烷检测仪。系统的检测误差均低于0.050%,在不采用昂贵的锁相器、检相电路的条件下,实现了精度优于0.10%的井下甲烷浓度检测。     

LiVPO4F电子结构及电化学性质的第一性原理研究

采用密度泛函理论(DFT)结合投影缀加波(PAW)方法,对LiVPO₄F的晶体结构,电子结构和电化学属性进行了研究。从理论上获得了脱Li前后具体的晶格参数的变化。通过对其态密度的计算,发现在放电过程中,V在化合物中呈现离子态,发生+3/+4价态的转变,电子转移主要发生在V原子上;而P原子的状态比较稳定,并不发生大的电子的转移,磷酸根的空间结构也变化不大。同时LiVPO₄F的禁带宽度仅为1.63 eV,说明其在一定情况下具有良好的导电性,有利于放电过程中电子的输运。LiVPO₄F是铁磁相,磁矩为2μ_B,而VPO₄F为反铁磁相。此外,通过计算获得了LiVPO₄F的平均嵌锂电压为4.0 eV。     

成功实现硼幻数团簇的合成和有序组装

<正>众所周知,碳元素具有多种形式的低维结构,包括富勒烯(零维)、碳纳米管/纳米条带(一维)、石墨烯(二维)。由于表面效应、尺寸效应和量子效应,这些低维碳结构表现出丰富的物理性质,比如金属型狄拉克费米子、超导性、超顺磁性等,     

Cd掺杂纤锌矿ZnO电子结构的第一性原理研究

采用密度泛函理论结合投影缀加波方法，对掺杂Cd导致ZnO禁带宽度下降的机理进行了研究. 通过对掺杂前后电子能带结构，态密度以及分态密度的计算和比较，发现Cd_xZn_1-xO价带顶端(VBM)始终由O-2p占据；而导带顶端(CBM)则由Cd-5s与Zn-4s杂化轨道控制. 随着掺杂浓度的增加，决定带隙宽度的CBM的位置下降，同时VBM的位置上升，从而导致了带隙的变窄，出现了红移现象. 此外，Cd掺杂会使晶胞发生膨胀，这种张应变也是导致Cd 关键词： 密度泛函理论 电子结构 Cd掺杂ZnO     

Be掺杂纤锌矿ZnO电子结构的第一性原理研究

采用密度泛函理论结合投影缀加波方法，对Be掺杂导致ZnO禁带宽度增加的机理进行了研究.通过对掺杂前后电子能带结构、总态密度以及分态密度的计算和比较，发现导带底(CBM)是由Be 2s电子与Zn 4s电子共同控制；而Be_xZn_1-xO价带顶 (VBM)始终由O 2p电子占据.随着掺杂量的增加，决定带隙宽度的CBM的位置上升，同时VBM的位置下降，从而导致了带隙的变宽，出现了蓝移现象.此外，Be掺杂会使晶胞发生压缩，这种压应变也是导致Be 关键词： 密度泛函理论 电子结构 Be掺杂ZnO     

Pt(111)表面低能溅射现象的分子动力学模拟

利用嵌入原子方法的原子间相互作用势，通过分子动力学模拟，详细研究了贵金属原子在Pt (111)表面的低能溅射现象.模拟结果显示：对于垂直入射情况，入射原子的质量对Pt (11 1)表面的溅射阈值影响不大.当入射原子的能量小于溅射阈值时，入射原子基本以沉积为主 ；当入射原子的能量大于溅射阈值时，溅射产额随入射原子能量的增加而线性增大；当入射 原子能量达到200 eV时，各种入射原子的溅射产额都达到或接近1，此时入射原子主要起溅 射作用.溅射原子发射的角分布概率和溅射花样与高能溅射相类似.研究表明：与基于二体碰 撞近似的线性级联溅射理论不同，当入射原子能量大于溅射阈值时，低能入射原子的溅射产 额正比于入射原子的约化能量和入射原子与基体原子的质量比.通过对低能入射原子的钉扎 能力分析，提出了支配低能溅射的入射原子反射物理机理. 关键词： 分子动力学模拟、低能溅射     

Cd掺杂纤锌矿ZnO电子结构的第一性原理研究

采用密度泛函理论结合投影缀加波方法，对掺杂Cd导致ZnO禁带宽度下降的机理进行了研究. 通过对掺杂前后电子能带结构，态密度以及分态密度的计算和比较，发现Cd_xZn_1-xO价带顶端(VBM)始终由O-2p占据；而导带顶端(CBM)则由Cd-5s与Zn-4s杂化轨道控制. 随着掺杂浓度的增加，决定带隙宽度的CBM的位置下降，同时VBM的位置上升，从而导致了带隙的变窄，出现了红移现象. 此外，Cd掺杂会使晶胞发生膨胀，这种张应变也是导致Cd     

基于THz光谱的HNS单体猛炸药含量分析系统

现有的傅里叶变换红外光谱仪无法实现六硝基芪的光谱定量分析,而作为常见单体猛炸药而言,能够快速识别并定量分析其含量具有重要意义,故研究设计了一种基于THz光谱技术的HNS检测系统。系统采用透射式吸收光谱计算模式。光路中引入电光调制模块,实现稳定快速的光程静态扫描。在实验获取HNS特征吸收峰位置的基础上,结合空气在此波段的吸收特性,获得了光谱数据相关系数表达式,并由此确定了多特征波长选择依据。结合比尔-朗伯定律,给出了HNS含量的函数表达式及其系数公式。实验通过化学配置法得到不同HNS含量的样品粉末,并以此含量作为标准值。将不同含量的多组HNS样品粉末进行压片处理,分别采用太赫兹光谱仪和本系统进行HNS含量检测。实验结果可知,HNS含量在0.10%~50.00%范围内两种检测方法效果相近,与标准值误差均低于5.0%,且本系统具有更好的线性度。     

聚乙烯醇用于碳纳米管的开口及修饰研究

在低温(250 ℃)下,用聚乙烯醇(polyvinyl alcohol, PVA)和提纯后的碳纳米管(carbon nanotubes, CNTs)的混合物在空气中加热,以研究聚乙烯醇对碳纳米管的修饰作用,并采用TEM对不同条件下所得的产物进行了形态分析.结果发现,碳纳米管的顶端被打开,随着时间的增加,弯曲的碳纳米管断裂成较短的碳纳米管.聚乙烯醇对碳纳米管的氧化及修饰在实验中得到证实.讨论分析了氧化和修饰机理,认为可能是聚乙烯醇在空气中分解所得的产物的一种或几种在氧化和修饰过程中起主要作用.     

质子交换膜燃料电池Pd修饰Pt/C催化剂的电催化性能

通过对Pt催化剂表面进行Pd修饰提高质子交换膜燃料电池阴极催化剂的氧还原反应(ORR)活性. 采用乙二醇还原法制备了不同比例的Pd修饰Pt/C催化剂. 透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)测试结果表明, 制备的催化剂贵金属颗粒粒径主要分布在1.75～2.50 nm之间, 并均匀地分散在碳载体表面. 循环伏安方法(CV)研究表明Pd修饰Pt/C催化剂的电化学活性面积低于传统的Pt/C催化剂. 但通过旋转圆盘电极(RDE)测试研究发现, 制备的催化剂具有比传统Pt/C催化剂高的ORR活性.