金红石相Fe3+/TiO2结构与磁特性分子动力学模拟

结合共价作用与量子修正,采用分子动力学方法,模拟计算了300K常压下金红石相Fe3+/TiO2晶体结构及能量参数.结果表明,当掺杂量达5.7mol%时,晶胞参数a与晶胞体积明显增大,八面体共棱部分消失,(110)晶面中的阴离子精细结构逐渐消失,阴离子均方位移与体系能量也明显增大.此外,结构畸变易形成氧空位桥基团(Fe3+-[F心]-Ti4+), 而呈铁磁性,随掺杂量增加,该基团取向变化而易形成反铁磁性,所获得了模拟结果与磁特性与实验结果基本一致.     

金原子纳米团簇的负热容现象的分子动力学模拟研究

文中采用微正则分子动力学方法模拟研究了原子数N=60到675之间的6种金原子纳米团簇从固态到液态的熔解过程,得到了势能和热容量随温度的变化关系.其结果表明,所模拟的6种团簇在熔点附近出现负热容,通过对这些团簇熔解前后的势能以及结构变化的分析,探讨了产生负热容的微观机制.     

四元Heusler合金NiMnFeGa中Fe原子的磁性贡献

用熔炼和甩带的方法制备了组分为Ni₅₀Fe_xMn_25-xGa ₂₅(x=0—25) 的系列样品.x射线衍射实验结果表明，当Fe取代Mn的含量x＜17时，用熔炼和甩带的方法均 能合成高度有序的L2₁结构的Heusler相.而当x＞17时，普通熔炼方法只能得到 低有序度的 γ相，只有采用甩带急冷的方法才能获得高度有序的纯L2₁结构的化合物.根据 交流磁化率 和分子磁矩的测试结果，初步分析了Fe原子对化合物磁性的贡献，认为Fe原子占据了Mn原子 的位置后，具有高于一般含铁合金的原子磁矩，可达2.55—3.55μ_B. 关键词： Heusler合金 50Fe_xMn_25-xGa_{25')" href="#">Ni50FexMn25-xGa25}     

Si(001)表面层及近表面层原子行为的分子动力学模拟研究

用分子动力学方法模拟了Si(001)表面。提出利用二维偶对相关函数分析方法研究表面层和近表面层原于的行为。硅原子间的相互作用势采用含有两体和三体相互作用的Stilli-anger-Weber势。模拟温度为300K,模拟结果和二维偶对相关函数的分析表明:表面层的大部分原子发生成键,键长为0.24nm;近表面层的其它几层原子仍保持原平面晶格构型。另外,对表面层和近表面层原子的弛豫问题也进行了模拟研究。 关键词：     

细胞尺度冰晶生长行为的相场数值模拟

细胞尺度的冻结损伤机制是实施低温手术及生物材料低温保存的关键,本文围绕低温条件下的微尺度冻结问题,应用相场模型对冰晶的形成过程进行了数值模拟,明确了相场模型相关重要参数的确定方法,并最终得到各向同性条件下,二维平面内冰晶的生长过程及其生长特点.     

纳米尺度圆柱绕流现象的分子动力学模拟研究

本文采用分子动力学模拟方法,利用Lennard-Jones(L-J)势能模型,模拟了Re为28时Ar流体流过Pt纳米圆柱的绕流现象.采用小步长时均值作为涡的瞬时值的方法,在纳米尺度、纳秒量级下得到了涡的周期性产生、组合、发展和脱落现象;在大步长时均条件下,得到了稳定的对称涡,表现出了绕流现象在不同时间范围内的不同特征.绕流过程还体现了流体的密度变化,圆柱上游密度大于下游密度、对称的两侧离轴线越远密度越大.结果表明,分子动力学模拟方法可以有效地细节刻画圆柱绕流现象.     

碳纳米管熔接金电极的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟方法,研究了单壁碳纳米管与Au电极的高温熔接. 模拟结果表明,用端口吸附了Au团簇的碳纳米管在高温下能很好地与Au电极熔接. 首先将Au团簇放置于碳纳米管开口处进行高温退火,退火温度在1100 K左右,Au团簇部分Au原子进入碳纳米管管内,吸入碳纳米管中的Au原子形成壳层螺旋结构的Au纳米线,管外Au团簇呈无定形结构. 然后将吸附了Au团簇的碳纳米管与Au电极进行熔接,高温退火后,碳纳米管与Au电极表面之间形成了稳固的熔接,熔接最佳温度在800 K左右. 关键词： 碳纳米管 金电极 分子动力学模拟     

粗糙壁面间界面换热的分子动力学模拟

采用非平衡态分子动力学方法研究了纳米尺度下固体壁面润湿性和粗糙元对固液界面换热的影响。固液界面由铂固壁与液体氩接触形成,并在固壁上分布着不同形状的粗糙元,包括三角形、矩形、正弦和随机形状,通过虚拟原子法将两侧固壁恒定于不同温度,通过USHER法使液体密度恒为定值。模拟结果表明：（1）润湿性越小、粗糙元面积比率越大,界面...     

纳米尺度下毛细流动的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟研究纳米尺度下壁面润湿性对毛细流动的影响,主要考虑纳米通道两侧壁面润湿性相同与不同两种情况。研究表明：两侧壁面润湿性相同条件下,毛细流动随着壁面润湿性增强而加快, 毛细高度随时间的变化早期偏离Lucas-Washburn理论,但后期与其预测符合。在纳米通道两侧壁面润湿性不同的情况下,液面会发生振荡,两侧壁面毛细高度也不相等,且液面振荡的幅度和两侧壁面毛细高度差都随着两侧壁面润湿性差异的增大而增大。基于能量转化分析,提出两侧壁面湿润性不同情况下纳米通道中毛细流动发生的条件以及毛细流动快慢的判别依据。研究结果加深了对纳米尺度下毛细流动机理的认识,并为相关工程应用提供理论参考。     

微观尺度下金属/气体界面RM不稳定性 自相似现象的分子动力学模拟

极端冲击加载条件下的RM (Richtmyer-Meshkov)不稳定性在惯性约束核聚变领域有重要的学术价值和工程意义。宏观动力学方法受限于极端条件下的模型和参数准确性而难以直接应用,微观分子动力学方法则受限于计算量而难以直接模拟宏观尺度现象。为了解RM不稳定性微观与宏观规律之间的联系,采用基于嵌入原子多体势(EAM)的分子动力学方法模拟铜-氦微观尺度界面在极端冲击加载条件下(活塞冲击加载速度6～15 km/s)的RM不稳定性现象,对比文献提供的近似条件下宏观模拟结果发现,演化过程在唯象上完全相似。进一步比较了不同尺度(7.3～145.0 nm)、不同冲击加载速度(11.7～20.6 km/s)、不同初始界面扰动(扰动振幅与波长之比0.20～0.05)条件下振幅发展规律,发现在相同冲击动力条件和边界条件下,RM不稳定性的振幅增长规律在计算尺度范围内完全自相似,主要参数的变化特征符合理论预测。尽管理论模型因简化而存在一定偏差,但是微观模拟获得的振幅增长规律与宏观现象有相似的变化特征。     

界面接枝羟基对碳纳米管运动和摩擦行为影响的分子动力学模拟

本文采用分子动力学模拟研究了界面间接枝羟基对碳纳米管在石墨基底上运动和摩擦行为的影响.结果表明:界面接枝羟基后碳纳米管所受的侧向力明显改变;仅石墨接枝羟基时碳纳米管侧向力波动增大;同时由于垂直碳纳米管与基底间接触面积小,碳纳米管所受的摩擦力随羟基含量的增加而增大;碳纳米管与石墨上均接枝羟基后体系中引入了氢键和库仑力作用,显著增加了界面间的摩擦,体系的滑移界面从碳纳米管与石墨间迅速转变为石墨层间,并且导致碳纳米管在垂直初始运动方向上也出现了滑移.     

汽液界面热毛细波的分子动力学模拟

用分子动力学模拟方法研究汽液界面性质,在NVT系综中,以氩原子为对象,对长方形模拟盒中汽液平衡系统进行不同温度下的模拟计算。计算结果表明,汽液界面存在热毛细波。界面上的热涨落将使界面变宽,它不仅与界面张力有关,还与温度、界面的横截面积有关。可以把汽液界面上热毛细波的均分根涨落值,作为汽液界面的宽度和粗糙度的指标。     

纳米尺度下Si/Ge界面应力释放机制的分子动力学研究

采用分子动力学方法研究了纳米尺度下硅(Si)基锗(Ge)结构的Si/Ge界面应力分布特征,以及点缺陷层在应力释放过程中的作用机制.结果表明:在纳米尺度下, Si/Ge界面应力分布曲线与Ge尺寸密切相关,界面应力下降速度与Ge尺寸存在近似的线性递减关系;同时,在Si/Ge界面处增加一个富含空位缺陷的缓冲层,可显著改变Si/Ge界面应力分布,在此基础上对比分析了点缺陷在纯Ge结构内部引起应力变化与缺陷密度的关系,缺陷层的引入和缺陷密度的增加可加速界面应力的释放.参考对Si/Ge界面结构的研究结果,可在Si基纯Ge薄膜生长过程中引入缺陷层,并对其结构进行设计,降低界面应力水平,进而降低界面处产生位错缺陷的概率,提高Si基Ge薄膜质量,这一思想在研究报道的Si基Ge膜低温缓冲层生长方法中初步得到了证实.     

汽液界面动力学行为与热力学性质的分子动力学研究

本文采用分子动力学方法研究了热平衡条件下的汽液界面的动力学行为和热力学性质。统计获得了界面区的密度、压力张量及温度的分布,并且从分子层次观察分析了界面结构和动力学特性。研究表明汽液界面是一个随时间起伏涨落的曲面,界面层的分子并不是处于液相和蒸汽相之间的一种过渡状态,从汽相到液相密度的连续变化是长时间的统计结果,汽渡过渡区的厚度与汽液界面区的密度涨落的范围是一致的。对于平衡条件下的汽液界面,由于汽液相变的影响,在紧贴界面处存在一个分子平均动能非平衡分布的区域。此非平衡区域的存在与汽液两相的宏观热平衡并不矛盾,但可能对蒸发／凝结流率的估计有不可忽略的影响。     

纳米尺度下流体剪切流动的分子动力学模拟

利用分子动力学方法模拟流体在两无限大平板间剪切流动过程。研究通道内加入不同体积分数纳米颗粒、体积分数相同纳米颗粒数目不同以及剪切速度对流体密度、速度以及界面滑移的影响。结果表明:近壁区流体数密度呈衰减振荡分布,由近壁区到主流区振幅逐渐减小,颗粒和流体的整体数密度在中心主流区呈抛物线分布。流体剪切应变率随颗粒体积分数的增加逐渐减小,同时剪切应变率和滑移速度之间呈近似线性分布。体积分数相同颗粒数目不同,颗粒在运动过程中呈线,性排列时,剪切应变率最大。随剪切速度的增加,流体滑移速度和滑移长度随之增大,但滑移长度增加量相对较小。     

铜原子纳米团簇热力学性质的分子动力学模拟研究

本文利用分子动力学模拟方法,研究了CuN(N=80、140、216、312、408、500、628和736)纳米团簇在热化和冷凝过程中结构和热力学性质的变化,模型采用的是Johnson的EAM作用势.模拟结果表明:铜团簇的熔点和凝固点随其尺寸线性增加,并逐渐向大块晶体靠拢;所有团簇的凝固点都低于熔点,出现凝固过程中的滞后现象;在熔点和凝固点附近,团簇都具有负热容特性,负热容是由相变前后团簇内部结构突变引起的.     

Hg2CuTi型Heusler合金Mn2NiB马氏体相变微观机理的研究

运用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了Hg2 CuTi型Heusler合金Mn2 NiB马氏体相变的微观机理。研究表明：伴随着Mn2 NiB马氏体相变的发生,产生了拉长型八面体的畸变。此畸变先是由中心离子Mn的t2g轨道电子的非均匀占据而导致的弱Jahn－Teller效应来驱动。随着畸变的进行, Mn离子的孤对电子由dx2－y2轨道转移到dxy轨道, x、y方向的配体受到的推斥力减小而内移,进一步加剧这一畸变过程,使得dx2－y2和dxy轨道受到配体的推斥力增加,能级升高,而dz2、dyz和dxz受到的推斥力减少,能级降低,从而消除eg 能级和降低t2g能级的简并,体系能量降低,最终体系畸变到一个稳定的马氏体相。     

Hg2CuTi型Heusler合金Mn2NiB马氏体相变微观机理的研究

运用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了Hg2CuTi型Heusler合金Mn2NiB马氏体相变的微观机理．研究表明：伴随着Mn2NiB马氏体相变的发生,产生了拉长型八面体的畸变．此畸变先是由中心离子Mn的 轨道电子的非均匀占据而导致的弱Jahn–Teller效应来驱动．随着畸变的进行,Mn离子的孤对电子由 轨道转移到 轨道, 方向的配体受到的推斥力减小而内移,进一步加剧这一畸变过程,使得 和 轨道受到配体的推斥力增加,能级升高,而 、 和 受到的推斥力减少,能级降低,从而消除 能级和降低 能级的简并,体系能量降低,最终体系畸变到一个稳定的马氏体相．