DNA超分子水凝胶的粗粒化建模与模拟

DNA超分子水凝胶在生物、医学领域具有广阔的应用前景,基于计算模拟技术研究其分子结构与其宏观性能关系具有重要意义.归因于其复杂的结构和较大的相关时间空间尺度,目前针对DNA水凝胶的分子建模与模拟研究比较缺乏.本文建立了一种DNA水凝胶的粗粒化模型,采用分子动力学模拟的方法针对一种模块化纯DNA水凝胶进行了研究.模拟结果表明其凝胶态介观结构为多孔海绵状,其交联度与水凝胶的浓度成正相关,并得出了其转变温度的范围等.模拟结果与相关实验定性或半定量符合,表明该模型可能用于该模块化DNA水凝胶等类似系统的结构功能关系研究.     

含双曲超构材料的复合周期结构的带隙调控及应用

等频面的拓扑结构强烈影响光在材料中的行为.通常组成光子晶体原胞的材料都是介电材料,其等频面都具有相同的封闭拓扑结构.结构最为简单的光子晶体是由两种介电材料交替组成的一维光子晶体.然而,这种传统的光子晶体在横磁和横电偏振下的光子带隙将随着入射角的增大而向短波方向移动,既不利于全向带隙的产生与展宽,又使得基于光子带隙的一些应用限制在很窄的入射角度范围内.本综述利用双曲超构材料对电磁波相位的独特调控作用,在由具有开放的等频面的双曲超构材料和具有封闭的等频面的普通介电材料交替组成的复合周期结构中实现了随入射角零移以及红移的特殊带隙,为研制具有新型功能的光学器件提供了新机理.基于零移带隙,可设计具有固定带宽的全向反射器和宽角度的近完美光吸收器.基于红移带隙,可设计宽角度的偏振选择器和超灵敏折射率传感器.     

掺杂纳米半导体超微粒ZnS:Mn2+光学特性研究

九十年代对纳米尺寸(nanoscale)材料的光物理性质的深入研究,导致了介于微观与宏观物理间的新的学科一介观物理(mesoscopic physics)的产生.其科学义在于建立和发展介于原子分子和固体之间所谓介观系统(mesoscopic system)的量子理论,揭示介观物质特性及其相互作用本质,并利用介观特性探索新型结构和功能材料.以往对纳米半导体超微粒材料的研究主要集中于与本征特性相关的量子尺寸效应,或缺陷对超微粒本征特性的影响[1,2].超微粒中过渡金属离子中心发光性质研究首次报道于1993年[3,4]并指出这可能成为崭新的一类发光材料.     

纳米孪晶超硬材料的高压合成

超硬材料研究有两个重要难题一直备受关注:一是建立晶体宏观性能硬度与微观电子结构参数的定量关联,指导新型超硬晶体的设计;二是发现改进超硬材料综合性能(硬度、韧性和稳定性)的基本原理和技术途径,合成出综合性能更加优异的高性能超硬材料.首先从同时联系晶体硬度和电子结构的化学键出发,提出了共价晶体的压痕硬度为晶体中化学键对压头压入过程的综合阻抗的基本假设,建立了共价晶体硬度的微观模型并推广至多晶共价材料.在多晶硬度模型指导下,在高温高压条件下成功地合成出了纳米孪晶结构的立方氮化硼和金刚石块材,实现了硬度、韧性及热稳定性这三大工具材料性能指标的同时提高.另外,澄清了关于压痕硬度测量的长期争论.本文的研究为研发高性能超硬材料打开了一条新的技术途径,有望带来机械加工业和高压科学领域的新变革.     

分子设计与能带工程

本文先以晶体三极管为例，说明了能带工程的目的、任务及其产生的原因，然后分别介绍了当前能带工程中所采用的几种常用材料：半导体多元合金材料、异质结量子阱及超晶格材料，最后对近年来新发展起来的量子线、量子点以及介观结构系统的电子能带结构及其对今后在电子器件中的应用前景作了简要的论述．     

棒状分子聚合物溶液的微宏观数值模拟

利用微宏观耦合方法模拟了棒状分子聚合物溶液在平板Couette流动中的复杂流变行为,其中微宏观模型通过非均匀Doi理论来描述.数值模拟中,应用有限体积方法耦合求解了介观尺度上的Smoluchowski方程和宏观尺度上的流场守恒方程.数值结果不仅得到了若干种典型的流动类型,而且还预测了另外两种新的复合瑕疵结构.数值试验表明：棒状分子聚合物的流变结构主要依赖于De数、分子相对尺度以及溶液浓度常数的取值;并且De数对分子指向矢的翻滚周期、随流取向角等微观特性也均有明显影响. 关键词： 棒状分子 聚合物溶液 微宏观模拟     

模板技术制备一维纳米纤维及其阵列

以阳极多孔氧化铝膜为模板 ,制备了一系列一维结构材料及其阵列体系 ,材料的结构和阵列方式可调 .主要包括两方面内容 :通过功能单体的自由基聚合 ,制备了核壳结构的双重凝胶纳米纤维PDMA/PNH4AA及其阵列 ,控制氧化铝膜表面的润湿性 ,双重凝胶纳米纤维的核壳结构可以发生相反转 ,通过银离子与PNH4AA相的选择性复合 ,制备了柔性银纳米纤维或管 ;结合嵌段共聚物的自组装和无机物的溶胶 /凝胶过程 ,制备了一维有序介孔二氧化硅及其阵列体系 ,改变嵌段共聚物的浓度 ,可以控制二氧化硅的介观结构 .此材料易于进行异质复合 ,因而便于制备功能性一维复合材料及其阵列体系     

YFeO3的电子结构和光学性质的第一性原理研究

稀土正铁氧体YFeO₃呈正交钙钛矿结构,其晶体和纳米晶材料在电极材料、 传感器和光催化领域具有重要的应用价值.用平面波赝势方法,采用广义梯度近似、改进的Perdew-Burke-Emzerhof交换-关联势、 实空间超软赝势计算方案,研究了YFeO₃晶体的几何结构、电子结构和光学性质. 计算得到的晶格参量与报道的实验结果一致.通过对能带结构、态密度、介电函数、吸收系数和光电导率的计算和分析, 确定YFeO₃是直接能隙半导体,能隙E_g约为2.22 eV,阐明了YFeO₃晶体和纳米晶具有较好的可见光催化性能.     

Al，Mg掺杂GaN电子结构及光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论,采用广义梯度近似方法,计算了Al,Mg掺杂的闪锌矿型GaN的电子结构和光学性质,分析了其电子态分布与结构的关系,给出了掺杂前后GaN体系的介电函数和复折射率函数.计算结果表明掺有Mg的GaN晶体空穴浓度增大,会明显提高材料的电导率,而Al掺杂GaN晶体的载流子浓度不变,只是光学带隙变宽;通过分析掺杂前后GaN晶体的介电函数和复折射率函数,解释了体系的发光机理,为GaN材料光电性能的进一步开发与应用提供了理论依据.通过比较可知,所得出的计算结果与现有文献符合得很好. 关键词： GaN晶体 电子结构 光学性质 掺杂     

Ag,Zn掺杂对CdS电子结构和光学性质的影响

运用密度泛函平面波赝势方法和广义梯度近似, 对替代式掺杂Ag和Zn的闪锌矿CdS的超晶胞晶体结构、电子结构和光学性质进行了计算, 分析了其电子态分布与结构的关系,给出了掺杂前后CdS体系的介电函数和复折射率函数. 研究表明,掺有Ag的CdS晶体空穴浓度增大,会明显提高材料的电导率, 而Zn掺杂不改变CdS晶体载流子浓度; Ag, Zn掺杂体系光学带隙均变窄; 通过分析掺杂前后CdS晶体的介电函数和复折射率函数,解释了体系的发光机理. 关键词： 密度泛函理论 Ag,Zn掺杂CdS 电子结构 光学性质     

准晶结构的激光全息人工制作

报道了用激光全息刻写技术结合感光聚合材料体系制作介观尺度二维准周期结构(准晶). 并在前期工作的基础上，研究了不同曝光量对二维空气柱孔径的影响，不同偏振对准晶结构花样的影响. 实验结果显示，可以制作的二维准晶的空气柱孔径可达100nm，而且结构均匀，无缺陷面积大. 用此实验系统可以制作多种花样二维甚至是三维准晶结构. 目前，除激光全息刻写技术外，用其他传统精密机械加工技术来人工制作介观准晶体尚存在很大挑战性. 关键词： 准晶结构 光子晶体 激光全息技术     

最新科技动态

手征性介观多孔硅的合成及特性手征性广泛地用来描述有机材料,特别是生物分子、蛋白质等.但无机材料中大尺度手征性则很少见.最近中外科学家合作报道了在表面活化板上合成手征性介观多孔硅的结果及电镜结构分析,他们制备的材料具有螺旋六角棒状形态,直径130nm～180nm,长1nm～6n     

介观物理系统的统计物理和持续电流

本文讨论介观系统的统计物理一些基本概念 ,在一般教科书和文献都很少有解释到的。我们讨论自平均效应 ,它在介观与宏观系统之不同 ,对杂质作系统平均后热力学量在介观与宏观系之不同。我们较详细引介用格林函数和图解法计算介观持续电流。同样 ,我们强调宏观系统和介观系统不同之处 ,对介观物理系统从计算热力学量的角度来看需要特别考虑因素。     

一维光子晶体研究进展

一维光子晶体由于其制备的优势以及对光传播模式控制的优异性能使其在不同研究领域得到了广泛关注。文章介绍了一维介电以及金属－介电光子晶体的最新研究进展和应用前景,并系统综述了一维材料中全向能隙,布儒斯特角控制,超折射光学效应以及光子局域化等对光传输的影响。     

介观物理系统的统计物理和持续电流

本文讨论介观系统的统计物理一些基本概念，在一般教科书和文献教很少有解释到的。我们讨论自平均效应，它在介观与宏观系统之不同，对杂质作系统平均后热力学量在介观与宏观系之不同。我们较详细引介用格林函数和图解法计算介观持续电流。同样，我们强调宏观系统和介观系统不同之处，对介观物理系统从计算热力学量的角度来看需要特别考虑因素。     

冲击加载下金属铝中氦泡演化行为的相场模拟

氦泡等缺陷对金属材料动态强度的影响一直是动态强度研究关注的重点。将相场方法引入冲击加载下氦泡演化行为研究中,通过与晶体塑性理论耦合,建立了可描述冲击下氦泡早期演化行为的介观模拟技术。应用该方法,针对含氦泡的金属铝材料,从介观尺度对氦泡的演化行为及其对位错集体演化行为的影响进行了研究。结果表明:氦泡结构的非均匀性导致局域应力集中和塑性变形集中,局域塑性变形集中会导致沿冲击波传播方向发射稀疏波;从能量守恒角度上看,在材料变形过程中氦泡生长与塑性变形呈竞争关系,塑性耗散的快慢直接影响氦泡的生长速率,使其发生改变。研究结果可为解读含氦泡材料的宏观屈服强度和层裂行为提供理论支撑。     

模板技术制备-维纳米纤维及其阵列

以阳极多孔氧化铝膜为模板，制备了一系列一维结构材料及其阵列体系，材料的结构和阵列方式可调．主要包括两方面内容：通过功能单体的自由基聚合，制备了核壳结构的双重凝胶纳米纤维PDMA／PNH4AA及其阵列，控制氧化铝膜表面的润湿性，双重凝胶纳米纤维的核壳结构可以发生相反转，通过银离子与PNH4AA相的选择性复合，制备了柔性银纳米纤维或管；结合嵌段共聚物的自组装和无机物的溶胶／凝胶过程，制备了一维有序介孔二氧化硅及其阵列体系，改变嵌段共聚物的浓度，可以控制二氧化硅的介观结构．此材料易于进行异质复合，因而便于制备功能性一维复合材料及其阵列体系．     

祝贺刘尚斌教授荣誉退休专辑 代序

正光阴飞逝,岁月如梭,不知不觉中,刘尚斌教授已荣誉退休.刘尚斌教授是NMR领域的国际著名专家,他一直致力于发展固体NMR谱学方法及将这些方法应用于微孔沸石与介孔分子筛等具有孔洞结构材料的表征中.他建立了先进的31P探针分子和激光抽运超极化~(129)Xe探针分子NMR实验方法,并结合多种传统分析技术,研究了一系列从微孔、介孔到大孔催化材料的结构与性能.他在多孔材料的孔道结构和酸性的NMR表征,以及NMR方法在有机-无机复合材料和物质均相/多相催化转化应用研究等方面均做出了卓越的学术贡献.     

“介观”物理中的量子弹道输运和相干输运

 随着分子束外延技术的进步以及光学和电子束微刻技术的日臻完善,目前人们已能制造具有高电子迁移率的亚微米尺度的微结构器件。在毫K的低温下,高迁移率材料中的电子,接连两次非弹性散射间所走过的平均距离,称作电子的相位相干长度,可达到微米以上,超过微结构的尺度。这种系统的物理性质完全受电子的量子力学相干性所支配。由此,物理学中又开辟了一个新的分支领域,即“介观”(mcsoscopic)物理学。所谓“介观”系统,是指它的尺度与宏观系统相比显得足够小,但与原子-分子系统相比又足够大,是介于两者之间。“介观”系统中的电子输运过程,不能够用通常的求宏观系统的统计平均的方法来处理,而是表现为量子相干输运和量子弹道输运。     

二维光子晶体介观温光效应的研究

低维和介观物理系统的研究是凝聚态物理学中的重要研究方向,我们以二维三角晶格介质柱型光子晶体为研究对象,利用时域有限差分的方法,分析了其介观温光效应的影响:由于温度改变导致晶体介质的折射率和厚度发生变化,继而对光子禁带产生影响.结果表明:当晶体所处环境温度升高时,光子禁带发生整体平移(波长大的方向),禁带宽度变窄,禁带中心波长与温度变化存在线性关系,引入介观温光系数来描述该线性变化,得到理论数值γ=0.336nm/℃,这为二维光子晶体基光学器件的制备和使用提供了理论参考.