Matlab编程的Hückel分子轨道法计算研究掺杂纳米碳管的化学反应性

使用Matlab自编简单Hückel分子轨道法（SHMO）计算程序,分析空位、Stone-Wales缺陷位、N和B原子掺杂的CNT（5,5）碳纳米管,计算π电子密度和前线分子轨道（HOMO和LUMO）为研究掺杂相对碳纳米管的化学反应性提供依据.具有不同电特性的掺杂相打破了碳纳米管的π电子、HOMO和LUMO的均衡分布.掺杂相和/或邻近的碳原子为HOMO或LUMO贡献了较其它原子更大的轨道系数,在不同的化学反应中表现出良好的亲核性或亲电性.此外,HOMO-LUMO能量差很好地反映了掺杂纳米碳管的导电性.计算结果与已报道的实验和理论结果吻合良好.     

纳米碳管及其电子显微结构研究（Ⅱ）

纳米碳管由于其纳米尺度（直径）及在碳黑中的完全无规分布，使得在其结构研究过程中，Ｘ射线衍射和中子衍射等常用的晶体学研究手段作用十分有限．而利用现代电子显微镜，则可以方便地选取单一碳管（多重套构管）进行结构研究，因而电子显微术也就成为研究纳米碳管结构的必要手段．本篇（Ⅱ）将结合我们在这方面的研究成果对当前国际上相关的研究动态作一介绍．着重介绍上一篇中所述的直形和线圈形纳米碳管的结构特征．４直形碳管结构的几何特征根据形成碳管的石墨面卷法，碳管在结构上可以分为两大类：非螺旋型和螺旋型（ｂｅｌｉｅａｌ）…     

纳米碳管及其电子显微结构研究（Ⅰ）

分两篇介绍了近年来国际上出现的一种新兴材料－纳米碳管，第一篇介绍了纳米碳管的历史背景，物理性质和潜在应用价值，还介绍了与纳米碳管共存的另一类相关形态－石墨纳米颗粒。第二篇结合作者的研究结果总结了国际上当前对两种纳米碳图案邓直形管和线圈形管结构的电子显微镜研究，并对两种碳管的生产方法和生长机制也作了简要的说明。     

欠叠异质栅纳米碳管场效应管的量子输运特性（英文）

采用量子力学模型,对欠叠栅对传统单质栅碳纳米管场效应管(简称C-CNTFET)和异质栅碳纳米管场效应管(简称HMG-CNTFET)电学特性的影响进行理论研究,该模型基于二维非平衡格林函数(NEGF)泊松方程自洽求解.仿真结果表明,C-CNTFET的截止频率可高达THz量级,另外,通过比较C-和HMG-CNTFET可以看出,CCNTFET增加欠叠栅后能够提高器件的开关速度,但不利于提高器件的开关电流比.在HMG-CNTFET中,欠叠栅的采用不仅能够同时改善亚阈值特性和开关电流比,还能降低输出电导.     

镉掺杂氧化锌纳米晶禁带宽度的尺寸效应和掺杂效应研究（英文）

本文采用超声化学法快速简便地制备了在量子限制区域的镉掺杂氧化锌纳米晶.X-射线衍射、透射电镜和红外光谱的分析结果证实纳米晶样品具有合金结构.当镉对锌摩尔比从0增加到2.0,纳米晶的尺寸从5.1 nm减少到2.6 nm,其禁带宽度先出现红移,然后蓝移,最后又发生红移.研究表明量子尺寸效应和掺杂效应可以很好地解释上述禁带宽度的变化.通过对比实验研究发现,超声空化产生非热力学平衡的化学反应条件以及三甘醇溶剂的配位性质对镉掺杂氧化锌纳米晶的形成起重要作用.     

镧系元素掺杂的高效率上转换纳米粒子的合成（英文）

上转换纳米粒子在近红外光激发下发射紫外/可见/近红外光,也称为反斯托克斯发射。这一独特的光学性质排除了来自于生物材料的背景荧光和散射光,为光学生物应用,如生物成像、光动力学治疗、药物输送等开辟了新的途径。为了实现更好的应用性能,在许多情况下需要高效率的镧系元素上转换纳米颗粒。一般来说,上转换纳米粒子的质量往往与其合成方法有关。在这篇综述中,我们将主要阐述上转换纳米粒子的各种合成过程,总结了几种获得高发光效率的上转换纳米粒子的有效途径。     

锰离子掺杂纯无机钙钛矿纳米晶及应用（英文）

胶体锰离子掺杂的纯无机钙钛矿纳米晶由于其优异的光电性质,使其作为一种新兴的荧光发射材料,被研究者们广泛研究。不仅如此,纯无机钙钛矿纳米晶的锰离子掺杂行为也揭示了由于掺杂过程和掺杂剂本身引起的新的光学性质。通过不同的合成方法和选择不同的锰前驱体可以实现不同的掺杂行为,以及由此引发不同的荧光性质。在高带隙钙钛矿主体中进行锰离子掺杂时,其中激发能量由钙钛矿主体转移到掺杂锰离子位点的d态,进而产生橙黄色d-d发射荧光。研究者们一直致力于理解锰离子掺杂过程并由此设计高效掺杂的纳米晶。这些锰离子掺杂的钙钛矿纳米晶由于具有独特的电子和光学特性使其在发光二极管和太阳能电池等应用中发挥了巨大的作用。结合之前的相关工作和进展,本综述重点总结了锰离子掺杂的纯无机钙钛矿纳米晶的合成方法、发光来源、发光机理和潜在应用的最新进展,并提出了未来潜在合理的研究方向。     

分子轨道法（PPP—CI）计算芳烃化合物的荧光光谱及激发态结构

应用分子轨道法（ＰＰＰ－ＣＩ）计算了２５种芳烃化合物的基太和第一激发单重态的π电荷分布，偶极矩，键级，以及各分子轨道的能级分布的变化。计算得到的分子吸收光谱波长与实验值非常一致。发现计算得到的荧光辐射能△Ｅｆｌ与荧光光谱波数νｆｌ；计算得到的分子激发过程中的平均键级变化△Ｐ与荧光量子产率△存在如下关系：νｆＬ＝７．０５６０△ＥｆＬ＋２３．３８２０（Ｋｃｍ＾－＾１）ｒ＝０．９８８１ ｌｎФ＝－０．８     

分子轨道法（PPP－CI）计算芳烃化合物的荧光光谱及激发态结构

应用分子轨道法（ＰＰＰ－ＣＩ）计算了２５种芳烃化合物的基态和第一激发单重态的。电荷分布、偶极矩、键级，以及各分子轨道的能级分布的变化。计算得到的分子吸收光谱波长与实验值非常一致。发现计算得到的荧光辐射能△ＥＬ与荧光米谱波数ｖｆｌ；计算得到的分子激发过程中的平均键级变化△Ｐ与荧光量子产率φ存在如下关系：＝７．０５６０△Ｅｆｌ十２３．３８２Ｏ（Ｋｃｍ－１）ｒ＝０．９８８１Ｉｎφ＝－０．８４０７Ｉｎ△Ｐ—４．００４４ｒ＝０．９０７９     

氮掺杂石墨烯纳米结构的等离激元激发（英文）

基于含时密度泛函理论,研究了氮掺杂石墨烯纳米结构的等离激元特性。吡啶型氮掺杂不影响石墨烯纳米结构的等离激元激发特性,而取代型氮掺杂主要基于石墨烯纳米结构对称性的改变和体系中电子密度的增加来影响石墨烯纳米结构的等离激元共振。相对于纯六角石墨烯纳米结构,在低能共振区,取代型氮掺杂六角石墨烯纳米结构的等离激元共振能量发生了红移。相对于纯矩形石墨烯纳米结构,在低能共振区,取代型氮掺杂矩形石墨烯纳米结构沿扶手椅型边界方向激发时,其等离激元共振能量发生了蓝移;沿Z字型边界激发时,其主要的等离激元共振模式受掺杂氮的影响较小。     

介观电化学反应的随机热力学（英文）

本文讨论了离子和电极之间发生的介观电子转移反应的随机热力学.基于反应速率常数与电极电势的关系,发现反应体系的热耗散β_q等于反应系统的动力学不可逆性减去体系的内部熵变项.尽管体系的热耗散对于电极电势存在线性依赖,由体系熵变△s以及热耗散β_q的加和定义的体系总熵变△s_t=△s+β_q仍满足传统的涨落定理     

分子发射光谱法测量微波等离子体气体温度（英文）

通过OH自由基A~2Σ~+→X~2Π_r电子带系分子发射光谱测温法,实现了对氩气、氮气、空气三种大气压微波等离子体气体温度的测量。探究了不同微波功率、不同气体流量下气体温度的变化规律,测量了氮气、空气微波等离子体羽流的轴向温度分布。实验结果表明,不同工作条件下微波等离子体核心温度普遍超过2 000K,空气微波等离子体可超过6 000K;同样工作条件下三种微波等离子体气体温度满足:T_(Ar)T_N_2T_(Air);气体温度总体上随微波功率增加而小幅增加,随气体流量下降而小幅降低;氮气与空气等离子体羽流温度沿轴向迅速降低。为验证分子发射光谱测温法的准确性,以热电偶测温作为比对,对温度较低的介质阻挡放电氩气等离子体进行了温度测量,实验表明,分子发射光谱法与热电偶所测结果十分接近。     

轨道角动量态的量子存储（英文）

轨道角动量(OAM)光束在精密测量、微小粒子的操控以及基础物理研究等领域具有重要的应用。基于OAM编码的光信息处理由于其大信道容量的优点成为经典和量子通信领域的研究热点,并已在近几年取得了许多突破性进展。在量子信息领域,量子中继是克服通信保真度随传输距离呈指数衰减、实现长距离量子通信的关键技术,其中用于存储量子信息的光量子存储器是组成量子中继的关键器件。尽管人们已成功实现了编码于偏振、路径、time bin等自由度的量子态的存储,然而到2013年以前,存储编码于OAM自由度的量子态的量子存储器仍未实现。近年来我们研究组一直专注于OAM量子态的存储实验研究。本文在概述了量子存储器的各项性能标准后,着重介绍我们组在OAM量子态存储方面取得的一系列研究进展:包括OAM量子比特(qubit)和量子三维态(qutrit)、二维和高维OAM纠缠态以及包含OAM自由度的超纠缠和杂化纠缠的量子存储。这些进展为未来构建高维量子信息网络奠定坚实的基础。     

LiBr分子基态光谱常数和分子常数研究（英文）

采用高精度的量子化学从头计算多参考组态相互作用方法(MRCI)和相关一致基,计算了Li Br分子基态的光谱常数(Re,ωeand De)和势能曲线.为获得更准确的结果,计算中还考虑了二阶Douglas-KrollHess相对论修正对Li Br分子基态的平衡键长、谐振频率和离解能影响.将计算得到的势能曲线拟合为Murrell-Sorbie解析势能函数形式,并进一步计算得到Li Br分子基态的其它光谱常数(ωeχe,αe,Beand D0).比较发现它们与实验值符合的非常好.通过求解核运动径向Schrdinger方程,找到了Li Br分子基态的全部振动态.还计算了每一个振动态的振动能级、经典转折点和惯性转动常数,这些结果与已有的实验值一致.     

磁控溅射法制备钴掺杂氧化锌薄膜室温磁学性质（英文）

钴掺杂氧化锌是室温稀磁半导体的重要候选材料,其磁学特性和钴掺杂浓度、显微结构及光学性质密切相关。磁控溅射具有成本低、易于大面积沉积高质量薄膜等特点,是广受关注的稀磁半导体薄膜制备方法。利用磁控溅射方法制备了不同浓度的钴掺杂氧化锌薄膜,并对其显微结构、光学性质和磁学特性进行了系统分析。结果表明:当掺杂原子分数在8%以内时,钴掺杂氧化锌薄膜保持单一的铅锌矿晶体结构,钴元素完全溶解在氧化锌晶格之中;薄膜在可见光区域有很高的透射率,但在567,615和659nm处有明显吸收峰,这些吸收峰源于Co2+处于O2-形成的四面体晶体场中的特征d-d跃迁。磁学特性测试结果表明钴掺杂氧化锌薄膜具有室温铁磁性,且钴的掺杂浓度对薄膜的磁学特性有重要影响。结合薄膜结构、光学和电学性质分析,实验中观察到的室温铁磁性应源于钴掺杂氧化锌薄膜的本征属性,其铁磁耦合机理可由束缚磁极化子模型进行解释。     

闭壳层金掺杂钛氧团簇阴离子解离氢分子研究（英文）

在气相条件下,研究金掺杂氧化物团簇与氢气分子的反应,可以从分子水平上理解加氢反应中金催化剂的作用.本文利用飞行时间质谱实验研究了闭壳层金掺杂钛氧化物团簇阴离子AuTi_3O_8和AuTi_3O_7活化解离氢气分子的反应.密度泛函理论计算结果表明,在AuTi_3O_8阴离子与氢气分子反应中,氢气活化是在过氧单元与金原子协同作用下实现的,这不同于此前普遍认为的晶格氧与金原子共同活化氢气分子机理.前线轨道分析进一步表明了过氧物种可以降低氢气解离过程中的能垒,这与凝聚相中的相关实验现象一致.     

二氯亚砜分子三体解离研究（英文）

本文利用飞秒时间分辨的质谱技术,研究了二氯亚砜分子在235 nm泵浦下的超快光解过程.实验记录了母体离子产率随泵浦-探测延迟时间的变化趋势,测得235 nm泵浦下的初始激发态寿命为166 fs.需要注意的是,实验中不仅观察到了二氯亚砜分子逐步解离过程还观察到了协同解离过程.     

分子轨道法计算三苯二恶嗪类分子的电子光谱

采用改进的半经验分子轨道法 (PPP SCF MO)计算了 15种三苯二恶嗪类染料分子的电子结构和电子光谱 ,计算得到的最大吸收峰波长与实验值较好的一致 ,计算得到的荧光跃迁能 ΔEfl 与荧光峰波数νfl 存在如下关系 :νfl =11 6 837ΔEfl+3 34 85 (k·cm- 1 ) ,r=0 95 47,并讨论了电子结构与光谱性能的关系。     

光学石英玻璃纳米划痕性能仿真研究（英文）

基于分子动力学方法,对石英玻璃进行了三维的纳米划痕仿真,用来研究其纳米加工性能。采用熔融-淬火的办法建立了石英玻璃的模型,并通过观察模型的截面图,分析了在制备过程中内部微观孔隙的形成过程和原因。在仿真过程中,观察了石英玻璃的变化和孔隙周围原子的运动,得到了切削力的曲线,重点研究了内部的微观空隙对划痕过程的影响。仿真结果表明:当石英玻璃冷却时,由于内部共价键的重组,会形成平均半径为0.25nm的微观的孔隙,而且其降低了石英玻璃的纳米加工性能,使得切削力的曲线发生一定程度的波动。当磨粒划过表面后,会在表面以下形成厚度为2nm的原子密集堆积区。由于稠密区的原子共价键键长的变化,失去了原有共价键的强度,所以会形成加工的损伤层。因此在对石英玻璃超精密加工时,应采用少量多次的加工方法来提高材料的加工性能。