液晶奇异的光学性质讲座 第一讲 光学各向异性的液体

一、液晶的混浊外观——强烈的光散射 在一百年前,奥地利植物学家莱尼茨尔首先发现了液晶,他在一封通信中写道:“这种物质(胆甾醇苯酸酪)具有两个熔点,在145.5℃时,它熔化成为一种雾状的液体;在178.5℃时则突然全部变成清亮的.冷却时先出现紫蓝色,但很快自行消失,物质又呈浑浊状液体,进一步冷却,紫蓝色再度出现,不久即固化成为白色的结晶块.”现在的知识告诉我们,胆甾醇苯酸在145.5℃和 178.5℃之间呈液晶态,第一次出现紫蓝色对应于蓝相,第二次则是胆甾相.现在已经发现有数千种物质呈液晶态,已知的液晶相不下数十种,蓝相和胆甾相只是其中的…     

蓝雾之谜

<正>为什么某些液体在降温时会变成蓝色已经困扰了科学家一个多世纪。正如Olive Henrich和Davide Marenduzzo所解释,解决这一"蓝雾"的谜团被证明是一项智力上的杰作,可能导致新型显示器件的产生。十九世纪初,奥地利植物学家Friedrich Reinitzer在他布拉格的实验室里研究苯甲酸胆固醇脂(C34H50O2)时,发现了一种奇异的现象。这种物质在室温下是固体,被加热到145.5℃时,熔化为混浊的液     

液体的过冷态演示

液体的实际结晶温度必须或多或少低于其固液二相平衡共存温度(即熔点),这种现象叫液体的过冷。也就是说,液态物质降温到熔点时并不立即凝固,而必须或多或少低于熔点才开始凝固。温度低于其熔点的液体叫做过冷液体。例如锑的熔点为631℃,而锑的溶液要过冷到590℃才开始结晶;很纯的水可以过冷到-40℃才结冰;镓的熔点是29.75℃,在静止时,它可以在低于溶点5°～15℃的情况下保持液态一年以上。     

液态合金NiAl凝固过程中微观结构转变的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法对液态NiAl凝固过程进行了研究 ,考察了不同冷却速度下液态NiAl结构变化特点 ,原子间相互作用势采用F S多体势 ,结构分析采用键取向序和对分析技术 .计算结果表明 ,冷却速度对液态NiAl结构转变有重要影响 ,在不同的冷却速度下 ,NiAl凝固过程出现了明显不同 ,冷速为 4× 10 13 和4× 10 12 K/s时 ,NiAl快速凝固为无序的非晶体结构 ;而在较慢的 8× 10 11K/s冷速下 ,NiAl凝固为晶态结构 .给出了不同冷却速度下液态NiAl结构转变的微观信息 .     

量子临界性简介

一般认为：在绝对零度时，电子将静止下来，不再移动．但当德国物理学家斯特格利希（Frank Steglich）等人将由镱、铑和硅组成的晶体在强磁场下向绝对零度冷却时发现它仍能导电．有科学家认为可能这时电子分裂了，故电流仍在流动．表现有此种费解行为的上述晶体并非首例，25年前，科学家们就意外地发现了似乎是存在着很重的电子的物质：行为异常的“高温”超导体——在温度高达138开时显示电阻为零有电流流淌的铜、氧和其他元素组成的复杂物质．近年来，物理学家们每隔几个星期就能发现一则这种奇异新物质的配方．现在，科学家们正在认真思考这种神秘现象产生的机制．     

科学家找到“光变物质”的简单方法

科学家布雷特和惠勒1934年曾提出,如果让两个光子通过撞击结合在一起,有可能变成物质,形成电子和正电子——这是最简单的＂光变物质＂方法。但他们也认为这只是理论,从未想过有人能实际证明这一预测。     

Cu50Ni50合金快速凝固的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟的方法研究了Cu₅₀Ni₅₀合金在不同冷却速度下的凝固过程,利用均方位移、径向分布函数和结构可视化等方法分析其微观结构.并对凝固模型进行拉伸模拟,通过应力应变曲线和直观结构变化分析其性能.研究表明：冷却速度对Cu₅₀Ni₅₀合金凝固形成的结构有较大影响,随着冷却速度的升高,凝固形成的结构中晶体含量减少,在较低的冷却速度下,如冷却1×10¹²K/s时,Cu₅₀Ni₅₀合金凝固形成晶体结构;在较高的冷却速度下,如1×10¹⁴K/s时,Cu₅₀Ni₅₀合金凝固形成非晶体结构,且非晶Cu₅₀Ni₅₀合金的抗拉性能要优于晶体Cu₅₀Ni₅₀合金.     

人类能创造自己的太阳吗?

 除固体、液体、气体外,物质还有第四种形态.这是一般人所不知道的“等离子体”.等离子体是一种什么东西呢?我们知道,在加热物体时,随着物体内部的粒子不断获得越来越多的动能,物质结构便会逐步遭到破坏:固体变成     

深空环境下液滴辐射相变过程分析模拟

太空中固体粒子比液体粒子对航天器危害性大,计算液滴相变时间和温度变化对评估粒子危害性有重要意义.本文建立了太空环境下液滴辐射相变模型,分析了三种相变凝固模型,估计了水滴蒸发量,考虑了太阳辐射对液滴温度变化的影响,分别计算了水和氧化铝液滴的温度变化.结果表明:液滴粒径越小液滴冷却速率越大,三种相变凝固模型的相变时间差别较小;水滴蒸发比例均大于10%,其蒸发量不可忽略;水滴受太阳周期性辐射时,其温度在50 K至266 K之间周期性振荡变化.     

冷却速率对Lennard-Jones体系凝固过程中结构与动力学性质的影响

用分子动力学模拟方法研究了五种不同冷却速率对Lennard-Jones体系凝固过程中结构与动力学性质的影响。采用两种不同的方法来确定玻璃转变温度Tg,并且对结晶温度Tc、径向分布函数g(r)、均方位移函数MSD与扩散系数D、平均配位数进行比较分析。结果表明：冷却速率影响Lennard-Jones体系凝固过程中的结构。当使用足够高的冷却速率冷却时,体系发生玻璃化转变,而且冷却速率越快,玻璃转变温度越高;当冷却速率较小时,体系形成晶体,而且冷却速率越慢,结晶温度越高,结晶程度也越高。同时发现,冷却速率对扩散系数和平均配位数也有很大影响,二者在体系发生玻璃转变时都有一个缓变的过程,表明了过冷液相区的存在。     

液态Ti-Al合金的深过冷与快速枝晶生长

采用电磁悬浮和自由落体两种试验技术研究了液态Ti-25 wt.%Al合金的亚稳过冷能力、晶体形核机制和枝晶生长过程. 试验发现, 即使电磁悬浮无容器状态下仍难以消除润湿角θ ≥60°的异质晶核, 合金熔体过冷度可达210 K (0.11T_L). β-Ti相形核的热力学驱动力随过冷度近似以线性方式增大, 其枝晶生长速度高达11.2 m/s, 从而在慢速冷却条件下实现了快速凝固. 理论计算表明, 随着过冷度的逐步增大, β相枝晶生长从溶质扩散控制转变为热扩散控制. 当过冷度超过100 K时, 非平衡溶质截留效应可使合金熔体发生无偏析凝固. 然而, 单靠深过冷状态不足以抑制β相的后续固态相变. 对于落管中快速凝固的直径77-1048 μm合金液滴, 其冷却速率最高达1.05×10⁵ K/s, 深过冷与快速冷却的耦合作用能更有效地调控凝固组织形成过程.     

1894年1月19日:杜瓦制造出固态气体

 科学家长期以来都为物质不同的状态而着迷,尤其在不同的温度与压力下,物质的状态会改变。19世纪末期,有一位苏格兰的化学和物理学家杜瓦爵士(SirJames Dewar)在这方面做了一些最具开创性的研究,将气体转变成液体和固体。     

初始温度和冷却速率对金属团簇凝固行为的影响

用分子动力学结合嵌入原子势研究了含有531个原子的Co₅₃₁, Cu₅₃₁和Ni₅₃₁团簇从不同初始温度以不同冷却速率凝固到200 K时的凝固行为. 结果表明初始温度和冷却速率对团簇的凝固点有很大影响. 初始温度越高, 冷却速率越小, 团簇的凝固点越高. 凝固条件的改变会对三种团簇的凝固结构产生不同的影响. Cu₅₃₁和Ni₅₃₁团簇尽管在不同条件下的凝固点不同, 但凝固结构都是二十面体. 而Co 关键词： 金属团簇 凝固 分子动力学模拟     

冷却速率对Lennard-Jones体系凝固过程中结构与动力学性质的影响

用分子动力学模拟方法研究了五种不同冷却速率对Lennard-Jones体系凝固过程中结构与动力学性质的影响.采用两种不同的方法来确定玻璃转变温度Tg,并且对结晶温度Tc、径向分布函数g(r)、均方位移函数MSD与扩散系数D、平均配位数进行比较分析.结果表明:冷却速率影响Lennard-Jones体系凝固过程中的结构.当使用足够高的冷却速率冷却时,体系发生玻璃化转变,而且冷却速率越快,玻璃转变温度越高;当冷却速率较小时,体系形成晶体,而且冷却速率越慢,结晶温度越高,结晶程度也越高.同时发现,冷却速率对扩散系数和平均配位数也有很大影响,二者在体系发生玻璃转变时都有一个缓变的过程,表明了过冷液相区的存在.     

原子振动提供的信息

组成液体、气体以及固体的原子都是处于运动状态的 .在许多物质中的原子在振动时的微小区别常会在物质的宏观性质上带来重大的差别 .例如材料中杂质原子的运动常常能决定该材料是不是一种有用的半导体 ;同样对原子运动的测定可以了解材料的高温超导性、非常磁阻和其他许多重要的物理性质 .近来东京大学、日本同步辐射加速器研究所、日本原子能研究所和大阪教育学院的科学家们联合发展了一种新的对原子振动的测量方法 ,这个方法超越了传统的测试技术 .它的关键点是能将核共振的非弹性散射进行更好地细化 .当X射线作用在粒子束时 ,它将顺序地…     

矩形腔内纯水凝固过程实验研究

应用PIV并结合温度变化研究纯水在矩形腔内凝固过程中的热自然对流.在侧壁和底部冷却条件下,水平温度梯度是液相区流动产生和发展的主要原因.随着冷却进行,主流区域出现新的对流涡,液相区出现流动反转现象;纯水的临界冰核尺度较大,发生过冷凝固;降低冷端温度可以强化热对流强度,提高凝固速度.     

非晶态合金的辐照损伤

非晶态合金也称之为金属玻璃。采用这个有点矛盾的名称,是因为它们在微观上具有类似于玻璃的无规则排列的原子结构,而在宏观上又具有良好的机械强度和光泽等金属特性。非晶态合金通常是熔融状态的金属或合金通过高冷却速率的淬火而制成。在这一淬火过程中冷却速率大于晶核形成和生长的速度,使它们来不及结晶便凝固,而继续保留了类似液体的结构。     

基于岩浆凝固的地壳动力学研究北大核心CSCD

地球在形成之初处于熔融状态,随着时间的推移,地球表面的岩浆不断冷却、凝固,发展成现在的圈层结构,并且地球物质的冷却及液-固转变依然在持续。通过对地震发生后地球日长变化进行统计分析,发现总体上地震后地球自转速率加快。分析认为,这一现象是由于地幔部分岩浆冷却凝固使地壳岩石圈下部体积塌缩所致。由此,建立了一个地壳动力学模型,以解释地壳各板块间的相互作用和相对运动,并且认为地震等地质活动的动力学成因主要是地球内部熔体持续凝固所导致的地壳下部体积收缩、压力减小,在重力作用下,构成地壳的各板块之间的相互作用加剧,原有力学结构失稳,发生大规模岩层错位、断裂,从而引起地震、火山爆发等剧烈的地质活动。通过建立热学模型和力学模型,验证了上述观点。     

物态浅说

 一、传统的说法──物质有三态物态是指物质在一定条件下所处的相对稳定的状态．按传统的、经典的观点,物质有三态：固态、液态和气态．当组成物质的原子或分子由于相互作用力的约束,只能围绕各自的平衡位置作微小振动时,表现为固态,固体在一定条件下能够保持一定的体积和形状;当分子或原子运动得比较剧烈,使其没有固定的平衡位置,可以作长程的漂移,但还不致分散远离时,表现为液态,液体在一定条件下能保持一定的体积,但不能保持其形状,液体的形状由容纳它的容器来决定;如果不但分子或原子的平衡位置没有了,而且能在空间作自由运动,能够互相分散远离,就表现为气态．     

快速凝固Cu-Sn亚包晶合金的电阻率及力学性能

定量表征了快速凝固Cu-xwt%Sn(x=7, 13.5, 20)亚包晶合金的电阻率和力学性能，理论分析了冷却速率与合金性能之间的关系. 研究结果表明，在急冷快速凝固条件下，随着冷却速率的增大，合金组织显著细化、晶界增多，对自由电子的散射作用增强，Cu-Sn亚包晶合金的电阻率升高. 当晶界散射系数取r=0.992时，可用M-S模型分析其电阻率.同时，细晶强化作用增强，合金的显微硬度和抗拉强度呈线性增大，并且细晶区显微硬度略大于粗晶区显微硬度. 冷却速率的增大使合金的伸长率减小，其值在1.0%—4.6%范围.