氟化石墨红外谱图的量子化学模拟

氟化石墨作为一种高储能材料广泛用于一次锂电池中,氟化石墨材料的微观结构影响其电化学储能性能.以量子化学模拟计算为基础,建立了氟化石墨类材料中微观结构单元与红外谱图特征频率的关系,指出了在氟化石墨类材料中,碳原子以sp2型杂化形式为主与氟原子形成氟碳键,石墨的氟化反应以形成氟碳比为1∶1的结梅较为有利,是氟化右墨材料中的主要成分.     

六硝基六氮杂异伍兹烷/2, 4, 6-三硝基甲苯共晶冲击起爆过程的分子动力学模拟

多尺度冲击技术可以准确的再现含能材料冲击起爆过程中冲击波阵面及反应区内的热力学和化学反应路径. 文本利用反应力场分子动力学(ReaxFF-MD)对六硝基六氮杂异伍兹烷/2, 4, 6-三硝基甲苯(CL20/TNT)1:1共晶沿<110>方向以6–10 km·s^-1的冲击速度进行冲击压缩模拟. 产物识别分析显示当冲击速度≥7 km·s^-1时, 冲击激发化学反应发生, 并且利用Rankine-Hugoniot守恒关系求得冲击起爆压力为24.56 GPa. 再者, 比较了冲击速度与粒子速度, 冲击速度与冲击诱发形变的关系, 当冲击速度为7–8 km·s^-1时, 冲击起爆发生, 系统经历弹- 塑性相变, 初级化学反应及次级化学反应, 并且相变与化学反应同时进行, 对于较高的冲击波速度(≥9 km·s^-1), 共晶系统内为过驱响应, 热力学参数均出现陡峭的梯度变化, 冲击波压缩材料直接阶跃至塑性变形阶段, 并且此阶段出现大量的碳原子.     

模板对异构体选择性生长的动力学控制作用与化学气相沉积金刚石的生长机理

阐述了模板的动力学控制作用对大尺度有序结构特别是亚稳相的生长，对自由能相差很小的异构体的选择生长所具有的重要作用.汲取现有金刚石生长理论的合理思想，以模板概念为基础给出了对化学气相沉积(CVD)过程的动力学热力学综合描述：1)碳原子在碳氢化合物中的化学势高于固相碳，气相碳氢化合物的碳原子有可能落到化学势较低的固态碳的各种异构体.2)气相碳通过表面反应实现向固相碳的转化.3)表面的模板作用是控制气相碳原子转换方式的主要动力学因素，不同的表面(石墨各种取向的表面及金刚石不同取向的表面)选择了落入其上的碳原子的结构方式及能量状态.4)因此,衬底的不同区域可发生几种不同的独立的表面反应过程,这些反应对应于不同表面的生长.5）而这些表面反应的方向性及速度受表面临域热力学因素的影响，反应的方向性决定了某种晶面是生长或刻蚀，在特定的温度、压强及各种气体分压下可以实现金刚石的生长和石墨的刻蚀.6)衬底局域晶格结构及键价结构和衬底表面气相的温度、压强及各种气体分压等热力学条件共同决定了成核的临界条件.7）与外界有能量和物质交换的等离子体系统，以及气相中发生的一系列化学反应，仅起到了维持某种固相表面生长所需要的非平衡热力学条件和化学条件的作用.金刚石和石墨表面具有的模板动力学控制作用，在特定热力学条件下主导自身外延层的生长方式；异质衬底的某些局域微观结构可以作为新相生长成核的局域模板；不同材料、不同的处理方法、及不同的化学环境下的衬底具有不同的局域微观结构，从而决定了多晶薄膜的取向优势. 关键词： 模板 异构体 选择性生长 金刚石薄膜     

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利用分子动力学方法模拟了碳原子与碳氢薄膜的作用过程。探讨了不同入射能量对碳原子与碳氢薄膜相互作用的影响。模拟结果表明碳原子与碳氢薄膜作用会在表面形成碳薄膜。随着入射能量的增加,碳薄膜厚度变薄。在碳薄膜中碳原子的成键形式主要为Csp2-Csp2和Csp2-Csp3,随入射能量的增加,碳原子键价结合形式从Csp2-Csp2向Csp2-Csp3转化。     

锐钛矿型氧化物XO2（X=Ti,Sn,Zr,Ir）表面氧化性对NH3气体光学气敏传感特性的影响

摘要 金属氧化物气敏传感材料一直是当今的热门研究课题,锐钛矿相金属氧化物XO2（X=Ti,Sn,Zr,Ir）是具有传感特性的常见材料。光学气敏效应是指气体分子吸附在气敏传感材料上,与表面氧空位发生氧化还原反应,由于光学性质发生改变而检测出气体的成分和浓度,因此,氧化还原反应的强弱是反应传感性能的核心原因。本文采用密度泛函理论(DFT)体系下广义梯度近似(GGA)第一性原理平面波超软赝势方法,分析和计算了含氧空位的锐钛矿相XO2（X=Ti,Sn,Zr,Ir）表面特性。通过以NH3为目标分子,研究分子表面吸附引起的氧化还原反应的机理,分析不相同的氧化物表面的几何结构、吸附能、态密度、差分电荷密度、电荷布居、电荷转移、光学性质等。研究发现：目标分子稳定吸附在氧化物表面后改变材料光学性质。SnO2表面对分子的吸附能最大,IrO2表面与分子的吸附距离最小。NH3分子与表面间存在电荷转移,其转移电子数目大小为:IrO2＞TiO2＞ZrO2＞SnO2,氧化物表面氧化性的大小为:IrO2氧空位＞TiO2氧空位＞ZrO2氧空位＞SnO2氧空位;比较吸收谱和反射谱发生变化最为明显的是TiO2表面。结论,在可见光范围内,波长在400~530nm时,SnO2表面光学气敏传感效应更好。而在530~760nm范围TiO2表面光学气敏传感效应更好。     

飞秒激光冲击AZ31B镁合金过程的数值模拟

采用有限元分析法对飞秒激光冲击AZ31B镁合金进行数值模拟,研究了激光冲击处理对镁合金变形过程的影响,分析了单脉冲激光冲击下材料内部的位移、动能、应力和应变的分布情况,得到了材料的瞬态速度和应变率变化过程.仿真结果表明,单脉冲飞秒激光冲击镁合金产生的塑性变形,可在材料表面形成微米级凹坑,中心点处最大位移为34μm,最大变形速度390m/s;在冲击初期,材料表面的应力和应变主要分布在冲击区域中心节点和边缘附近,并且得到镁合金的最大应力和最大应变率分别为955 MPa和1.8×106 s-1.研究结果能够为深入分析飞秒激光与镁合金作用时材料变形参量的变化规律提供数值理论依据.     

激光诱导2024铝合金表面动态应变检测

采用PVDF贴片传感器对脉冲激光作用下2024铝合金表面的动态应变进行了测量,分析了动态应变曲线的特性。结果表明,PVDF贴片传感器在动态应变测量中动态响应快,灵敏度高,可有效应用于脉冲激光诱导材料表面动态应变的实时测量。脉冲激光作用过程中,2024铝合金冲击光斑周围材料先受挤压,后压应变减小。脉冲激光作用结束后,2024铝合金冲击光斑周围材料表面粒子在卸载稀疏波和表面稀疏波的作用下不断往复运动,冲击光斑周围材料甚至受到了拉应变的作用。最后随着时间的推移,材料表面粒子的动态响应经反复震荡后逐渐衰弱形成最终的稳定状态。     

金刚石延(111)面生长的第一性原理研究

利用密度泛函理论(DFT)对碳原子在镍(111)表面吸附结构进行了计算，得到了吸附能以及态密度 (density of state, DOS)分布，分析了吸附在镍(111)面的碳原子和金刚石(111)面的碳原子的分波态密度(PDOS)，结果表明吸附在镍表面的碳原子具有与金刚石表面碳原子相类似的电子结构特点，即两者都存在孤对的和成键的sp³杂化电子,进而发现吸附在镍表面的碳原子极易与金刚石表面相互作用形成稳定的类金刚石几何结构. 关键词： 密度泛函理论 化学吸附 电子结构 金刚石生长     

扶手椅型碳化硅纳米管电子结构和光学性质的研究

本文基于密度泛函理论研究了扶手椅型碳化硅纳米管(SiCNT)的电子结构、成键机制以及其光学性质。研究结果表明:当碳和硅的原子比为1∶1时,SiCNT的结构最为稳定,并且表现出诸多的优良性质。通过分析计算结果我们发现,SiCNT是间接带隙材料,并且管子的带隙随着直径的增加而增加。从SiCNT的轨道图谱中我们看到碳和硅原子之间属于sp2杂化,同时硅原子周围的电子密度明显要低于碳原子周围的电子密度。对能态密度的计算我们得知碳原子和硅原子分别主导价带和导带。与其它纳米管(BN)有所不同,SiCNT的光学性质更接近于各向同性材料。     

电子束引起的残余含氧气体在镍(001)面上的吸附

当一束具有一定能量和强度的电子束轰击超高真空系统中残余的水汽、一氧化碳和二氧化碳时,将导致这些气体分子通过如下反应:H₂O→O_ad+H₂,CO₂→O_ad+CO,CO→O_ad+C_ad分解并共吸于镍表面。碳和氧的原子各自占据镍(001)面部份四重吸附位置,形成结构为p(2×2)或c(2×2)的许多独立的吸附畴,电子束轰击促进畴的成核、长大、连结和有序化。当氧和碳的原子占据了镍(001)面约一半的四重吸附位后,上述吸附反应将与导致氧和碳的脱附反应:C^*+O_ad→CO,O^*+C_ad→CO平衡,氧化镍与碳化镍开始成核。由于残余含氧气体中氧的含量超过碳,氧化镍成核占优势,使碳的吸附被排斥,已吸附的碳被排挤,形成电子束斑内氧高碳低、束斑外碳高氧低的“互补”分布。电子束轰击过程中碳的俄歇峰形的变化反映着碳原子与基底原子的不同结合状态。电子束的解离效应在吸附的初始阶段起重要作用,而其热效应对氧化镍的长大起重要作用。 关键词：     

高导无氧铜的高压与高应变率本构模型研究

基于Y/G及G/B为常数的假设,构建了高导无氧铜的七种高压与高应变率本构模型.对于高导无氧铜进行了平面冲击波试验,采用纵向与横向锰铜应力计记录了试件中的纵向与横向应力,从而得到了屈服应力历史.用所构建的七种本构模型进行了数值模拟,并与高导无氧铜的平面冲击波试验结果进行比较.结果表明,平面冲击波载荷下高导无氧铜的屈服强度对于压力、密度、温度以及塑性应变的依赖性是本构描述的关键.而由Hopkinson试验取得的高导无氧铜高应变率本构模型,并不适合描述平面冲击波载荷下的本构特性. 关键词： 本构模型 高导无氧铜 平面冲击波试验 锰铜应力计     

基于热膨胀性质的ZrO2 固体电解质性能与相关系模型

ZrO₂固体电解质室温下各相的相对含量、高温可相变量是决定材料抗热震性和导电性能的关键因素.固体电解质抗热震性与导电性能的匹配,对低氧含量下的钢水定氧起着重要作用.以此为前提,建立了电解质材料体系的抗热震性与室温相比例之间的线性模型,提出了其高温电导率与相变之间的演化模型.为制备用于测低氧活度的高精度冶金氧传感器提供参考依据.     

1+1/2对转涡轮低压动叶激波结构的研究

本文对1 1／2对转涡轮低压动叶中激波结构等进行了详细的数值模拟．通过对流道中静压和马赫数等参数的分析发现,当高压动叶外伸波扫过低压动叶流道时,低压动叶前缘吸力面处产生了一道脱体弧形激波,流道中吸力面上产生了一道正激波,在脱体激波和正激波之间,存在着较强的膨胀波,这种分布与跨音压气机叶栅中的波系结构相似．当高压动叶尾迹扫过低压动叶时,低压动叶吸力面的压力会产生明显的波动,出现一个随时间变化的低压区．     

入射激波诱导环氧丙烷爆炸特征研究

用自行设计激波管点火测试技术,实验研究了温度范围760-1380K间入射激波诱导下环氧丙烷的点火机理。利用激波管压力传感器测定了H*(486.1) 和O (470.5nm)随激波诱导强度变化的点火时间特征。实验结果表明：在低马赫数下氢氧自由基出现时间较接近,1.5-2.5马赫间随激波诱导强度增大而线性减小;而马赫大于2.5后,氧自由基的出现时间迅速减小,是由于高活化能的氧自由基的点火时间对强激波较敏感,而诱导强度大于3.5马赫后对两者点火影响区别就下明显了。实验数据将有益于含能材料点火时间的研究。     

入射激波诱导环氧丙烷爆炸特征研究

用自行设计激波管点火测试技术,实验研究了温度范围760-1380K间入射激波诱导下环氧丙烷的点火机理。利用激波管压力传感器测定了H*(486.1) 和O (470.5nm)随激波诱导强度变化的点火时间特征。实验结果表明：在低马赫数下氢氧自由基出现时间较接近,1.5-2.5马赫间随激波诱导强度增大而线性减小;而马赫大于2.5后,氧自由基的出现时间迅速减小,是由于高活化能的氧自由基的点火时间对强激波较敏感,而诱导强度大于3.5马赫后对两者点火影响区别就下明显了。实验数据将有益于含能材料点火时间的研究。     

不同起爆方式对含铝炸药水中爆炸近场冲击波压力的影响

 采用SJZ-30和GSJ-15型高速扫描相机,对端面点起爆、侧边点起爆和中心点起爆方式下,HLZY-1含铝炸药水中爆炸近场冲击波传播过程进行了实验观测,通过数字化方法得到了炸药近场冲击波沿狭缝方向的扫描曲线和冲击波压力变化曲线。研究表明,起爆方式对炸药水中爆炸初始冲击波峰值压力以及近场冲击波峰值压力的衰减有重要的影响。研究结果可以为水中兵器战斗部的设计以及毁伤效能评估提供参考。     

激光辐照固体靶产生等离子体反冲研究

提出一种通过诊断等离子体反冲动量来计算激光加载产生冲击压强的方法. 当强激光辐照固体靶表面时, 所产生的高速喷射的等离子体对靶具有反冲作用, 通过诊断等离子体反冲动量的变化可以计算激光辐照固体靶产生的冲击压强变化. 本文利用辐射流体力学软件研究了这种诊断方法, 模拟采用的激光功率密度为5×10¹²-5×10¹³ W/cm², 激光脉宽选取纳秒量级. 模拟结果表明该方法是有效且可行的.     

1+1/2对转涡轮中激波结构的数值研究

本文对1 1／2对转涡轮中激波及激波／叶排干扰等进行了详细的数值模拟。分析发现,1 1／2对转涡轮高压动叶流道中压缩波系与常规涡轮流道中的压缩波系存在明显的不同。1 1／2对转涡轮高压动叶吸力面60％轴向弦长处产生了一组压缩波,它与内伸波相交。在常规涡轮中,这组压缩波将不会出现;内伸波在吸力面的反射波很强,不能忽略。在常规涡轮中,内伸波的反射波可以忽略。由于尾迹及低压动叶的作用,高压动叶外伸波的影响范围和强度呈现周期性的变化。     

激光等离子体去除微纳颗粒的热力学研究

微杂质污染一直是影响精密器件制造质量和使用寿命的关键因素之一.对于微纳米杂质颗粒用传统的清洗方式(超声清洗等)难以去除,而激光等离子体冲击波具有高压特性,可以实现纳米量级杂质颗粒的去除,具有很大的应用潜力.本文主要研究了激光等离子体去除微纳米颗粒过程中的热力学效应:实验研究了激光等离子体在不同脉冲数下对Si基底上Al颗粒去除后的颗粒形貌变化,发现大颗粒会发生破碎而转变成小颗粒,一些颗粒达到熔点后发生相变形成光滑球体,这源于等离子体的热力学效应共同作用的结果.为了研究微粒物态转化过程,基于冲击波传播理论研究,得到冲击波压强与温度特性的演化规律;同时,利用有限元模拟方式研究激光等离子冲击波压强和温度对微粒作用规律,得到了颗粒内随时间变化的应力分布和温度分布,并在此基础上得到等离子体对颗粒的热力学作用机制.     

单体浓度对聚合物稳定铁电液晶稳定性的影响

制备了不同单体浓度的聚合物稳定铁电液晶器件,测试了震动实验和热稳定实验前后样品的排列织构、电光特性和对比度.用原子力显微镜研究了各样品的聚合物形貌,表明在器件内部形成了沿摩擦方向延伸的聚合物网络,并且随着单体含量的增加聚合物网络更加致密.由于聚合物网络体锚定的引入,使得铁电液晶分子在外力和温度场下的运动受到限制,聚合物体锚定的增强使聚合物稳定铁电液晶的稳定性也逐渐提高.实验结果表明,单体含量为4％时,聚合物稳定铁电液晶的抗震性和热稳定性良好,电光曲线为无阈值“V”字型,对比度达150∶1.