二苯甲酮晶体的本征形态Ⅱ：当前形态学理论的讨论

分析了关于二苯甲酮晶体的理论计算形态和实验结果之间的差异原因。分析表明，分子间相互作用能的计算精度和晶体生长形态学理论模型判据的线性近似不可能导致差异的产生；而晶面网中的节点在该晶面法线方向的波动使闰于同一晶面片层内的分子间的作用力并非完全平等于该晶面，其垂直分量将贡献于晶面片层的附着能，只有其水平分量才贡献于该晶面的片层能。     

用改进嵌入原子法计算Cu晶体的表面能

用改进嵌入原子法(MEAM)计算了Cu晶体12个晶面的表面能.结果表明，密排面(111)的表面能最小.其他晶面的表面能随其晶面与(111)晶面夹角的增加而增加，据此可以粗略地估计各晶面表面能的相对大小.给出的几何结构因子的确定方法及结果可以直接用于计算其他面心立方晶体的表面能及其他特性.在Cu,Ag等面心立方薄膜中出现(111)择优取向或织构的机理是表面能的最小化. 关键词： 改进嵌入原子法 铜 表面能 计算     

单晶LaB_6阴极材料典型晶面的电子结构和发射性能研究

单晶LaB_6是一种理想的热发射和场发射阴极材料,其不同晶面表现出不同的发射性能.采用基于密度泛函理论的第一性原理计算分析了LaB_6单晶的(100),(110),(111),(210),(211)和(310)典型晶面的差分电子密度、能带结构和态密度,并对光学区熔法制备的高质量单晶LaB_6的上述典型晶面的热发射性能进行了测试.理论计算结果表明LaB_6各晶面结构的不同和电子结构的差异导致LaB_6发射性能具有各向异性,晶面内La原子的密度越大、费米能级进入导带越深、费米能级附近态密度越大及其在导带区域的分布宽度越宽、导带在费米能级附近分布越多,晶面的逸出功越低,发射性能越好.热发射测试结果表明,当阴极测试温度为1773 K,测试电压为1 k V时,(100),(110),(111),(210),(211)和(310)晶面的最大发射电流密度分别为42.4,36.4,18.4,32.5,30.5和32.2 A/cm~2,其中(100)晶面具有最佳的发射性能.     

不同取向的1,8-辛二硫醇分子的伏安特性研究

以1,8-辛二硫醇分子为研究对象,在第一性原理基础上,利用弹性散射格林函数方法,研究了1,8-辛二硫醇分子在金原子团簇上不同取向对该分子结电输运特性的影响.计算结果表明,分子与金原子团簇表面之间方位角的不同会导致分子结构、电子结构的改变,从而影响分子体系的电输运特性.当1,8-辛二硫醇分子S-S轴线与金(111)面的法线成25°夹角时,所得到的电流-电压曲线与实验值符合较好.     

名词浅释

知识与进展晶体对称轴和对称面 晶体是由按一定对称性排列成点阵的原子所组成.如果一个晶体结构对某个轴(或面)而言,按一定对称操作(如旋转或反射),便能使该晶体结构自身完全重合,则此轴为晶体的对称轴,相应的面为对称面.低密勒指数面、低标次轴 给出在一个晶面上的三个不共线的原子的坐标,就决定了该晶面的位置和取向,通常用密勒指数指明面的取向,因而把晶面记为(h,k,l),密勒指数低的面,也就是h,k,l值小的面,如立方晶体表面为(100),(010),(001),(100),(010)和(001),属于低密勒指数面。 晶体旋转对称轴可以分为一重、二重、三重、四重和六重…     

斜波压缩下RDX单晶的动力学特性

利用小型脉冲功率装置CQ-4,实现了RDX单晶(210),(100)两种晶向15 GPa内的斜波压缩加载.利用激光干涉测速技术,实验获得了RDX单晶样品与LiF界面的速度历史曲线.速度曲线表现出明显的三波结构,表明出现了弹塑性转变和a-g相变.分别计算了两种晶向的应力屈服极限和屈服强度,不同晶向的RDX单晶的屈服极限表现出明显的差别.并对斜波加载下的a-g相变特征进行了分析,两种晶向的相转变起始压力基本相同, a-g相变起始压力在3.5—4.0 GPa之间,相变起始压力至5 GPa内均为相转变区, 5—15 GPa为稳定新相.     

RDX/AMMO推进剂的分子动力学

利用分子动力学方法研究了含能材料环三亚甲基三硝胺(RDX)、3-叠氮甲基-3-甲基氧丁环(AMMO)和RDX/AMMO推进剂. 结果表明AMMO与RDX(010)面分子之间相互作用最强,其次是(100)和(001)面．用相关函数g(r)描述了RDX和AMMO之间的相互作用．计算了RDX/AMMO推进剂的弹性系数、柯西压、泊松比 等性能．研究结果表明,AMMO的加入能够改善RDX的弹性力学性能,它们的相对改善效应为(100)>(010)>(001)．RDX/AMMO推进剂的能量性能显示,AMMO的加入降低了RDX的比冲,但其仍高于双基推进剂.     

UO2 晶体中低密勒指数晶面表面能的分子动力学模拟

采用基于刚性离子势的分子动力学模拟方法初步计算了UO₂晶体中(100), (110)和(111) 3种低密勒指数晶面在300–1500 K范围内的表面能大小. 结果表明, 3种晶面的表面能大小随温度的升高而降低, 与实验结果趋势一致; 原子排列最紧密的(111)晶面具有最低的表面能, 3种晶面的表面能大小从高到低依次为(100), (110)和(111)晶面; 达到平衡状态下的表面层原子相对于体内原子层在表面的法线方向上发生了明显的压缩并且表面层原子的对称性也降低了, 表面原子的弛豫效应一直影响到了第5层. 计算研究结果将有助于深入认识UO₂燃料中裂变气体气泡的聚集长大以及燃料的辐照肿胀开裂行为. 关键词： 分子动力学 2')" href="#">UO₂ 低密勒指数晶面 表面能     

单晶CeB_6发射性能及磁电阻各向异性研究

采用X射线劳厄定向法对单晶CeB_6的(110),(111),(210)和(310)晶面进行了定向.系统研究了不同晶面热发射性能及磁场对电阻率的影响规律.结果表明,当阴极温度为1873 K时(110),(111),(210)和(310)晶面最大发射电流密度分别为38.4,11.54,50.4和20.8 A/cm~2,表现出了发射性能的"各向异性".RichardsonDushman公式计算逸出功结果表明,上述晶面中(210)晶面具有最低的逸出功,为2.4 eV.从实际应用来看,该晶面有望替代商业化的钨灯丝成为新一代的场发射阴极材料.磁电阻率测量结果显示,当晶体从[001]方向旋转至[011]方向时电阻率从73μ?·cm变化至69μ?·cm,表明电阻率在磁场中沿不同方向同样具有"各向异性"的特点.     

fcc金属表面能的各向异性分析及表面偏析的预测

本文将元素变量(φ^*和n_WS)和MAEAM相结合,从原子尺度上对10种fcc金属Cu,Ag,Au,Ni,Pd,Pt,Rh,Al,Ir和Pb的38个不同晶面的表面能进行模拟计算及各向异性分析. 结果表明,fcc金属的密排面(111)的表面能最小,则该晶粒取向优先生长,与实验结果和第一原理的LMTO-ASA计算结果一致;各个晶面的表面能均随着其他晶面与(111)晶面的夹角cosθ_(hkl)的增长而呈线性 关键词： FCC金属 MAEAM 表面能 表面偏析     

应变Si电子电导有效质量模型

采用K·P微扰法建立了应变Si导带能谷由纵、横向有效质量表征的E-k关系,并在此基础上,研究分析了(001),(101),(111)晶面应变Si电子的电导有效质量与应力、能谷分裂能及晶向的关系.结果表明,弛豫Si_1-xGe_x材料(001)面生长的应变Si沿[100],[010]晶向的电子电导有效质量和弛豫Si_1-xGe_x材料(101)面生长的应变Si 关键词： 应变Si K·P法 电导有效质量     

H2O分子在Fe(100), Fe(110), Fe(111)表面吸附的第一性原理研究

采用第一性原理研究了H2O分子在Fe(100),Fe(110),Fe(111)三个高对称晶面上的表面吸附.结果表明,H2O分子在三个晶面上的最稳定结构皆为平行于基底表面的顶位吸附结构.H2O分子与三个晶面相互作用的吸附能及几何结构计算结果表明H2O分子与三个晶面的相互作用程度不同,H2O分子与Fe(111)晶面的相互作用最强,其次是Fe(100),相互作用最弱的是Fe(110)表面,而这与晶面原子的排列密度相关.吸附体系的电子结构计算结果也得出了相似的结论.同时电荷布居分析表明,H2O分子与Fe表面相互作用时,O原子与基底原子之间的电荷交换使基底Fe原子表面带负电,导致表面电位降低,也促使Fe表面更易于发生电化学腐蚀反应.     

酸碱环境对TiO2吸附替硝唑的影响

基于密度泛函理论,研究了酸碱性条件下替硝唑在TiO2(101)和(001)晶面上的吸附特性.优化了替硝唑在TiO2(101)和(001)晶面的吸附结构,计算了最佳吸附位点,吸附能以及态密度.结果表明,当咪唑环上N(3)原子吸附在TiO2的Ti(5)原子上时,吸附能最大,为最稳定的吸附构型.通过对吸附构型的分析,我们发现C(2)-N(3)成键性质被削弱,且光催化反应中各构型价带与导带间电子跃迁均在可见光范围内.     

高压下NH_4ClO_4结构、电子及弹性性质的第一性原理研究

研究高压下NH_4ClO_4的结构和性质对于NH_4ClO_4在固体推进剂和炸药的安全应用具有重要意义.采用基于色散校正密度泛函理论的第一性原理方法,研究了0—15 GPa静水压力下NH_4ClO_4的晶体结构、分子结构、电子性质和弹性性质,计算结果与实验值具有较好的一致性.在压强为1,4和9 GPa时,NH_4ClO_4的晶体参数、键长和分子构型等均出现不连续变化,说明了在压强作用下结构发生变化.随着压强增加,氢键增多且作用增强,由分子内氢键向分子内和分子间的氢键转变;导带态密度峰值增加,电子局域性增强,晶体内N-H和Cl-O共价键作用增强,带隙增大,不同相变区域内带隙呈线性关系.0—15 GPa条件下NH_4ClO_4的弹性常数满足力学稳定性标准,采用Voigt-Reuss-Hill方法计算了体积模量B,剪切模量G和杨氏模量E,根据Cauchy压力和B/G值,说明NH_4ClO_4属于韧性材料,随着压强增加韧性增强.     

测定(hkl)面族中多级衍射等偏角的简易定向法

X射线定向仪,以往通常仅用于测定被测晶面与已知结晶面之间的偏差,因此它仅应用于晶体方位的修正测试.然而,要想利用它直接测定某未知晶面的真正θhkl,从而计算出d值并确定晶面指数,是很困难的.这是因为实测晶面往在与某结晶面有偏离,使未知晶面的θhkl无法确定.这样大大限制了它的应用. 为了解决上述问题,作者做过一些新的测试方法的摸索.本文仅对利用定向仪测定(hkl)面族中多级衍射等偏角的原理来确定晶面指数或取向的方法作一简要介绍. 一、原理与方法 因单晶体中同一(hkl)面族中不同级晶面的方向是严格一致的。因此不管晶面怎样偏离,同…     

臭氧修饰(001)晶面TiO_2纳米片及其光催化降解甲苯研究（英文）

本文系统研究了臭氧修饰对(001)主导晶面锐钛矿型TiO_2光催化剂降解甲苯性能的影响.利用自行搭建的光催化VOCs降解装置对催化剂光降解甲苯的性能进行了测试.通过多种表征手段,结合原位DRIFTS和DFT计算研究了臭氧表面修饰及甲苯吸附和降解机理.结果表明,用臭氧进行表面修饰可以显著提高(001)主导晶面TiO_2光催化降解甲苯的性能.(001)晶面上丰富的5c-Ti不饱和配位是臭氧分子的吸附位点,其解离后形成的Ti-O键与H_2O分子结合,在表面生成大量孤立的Ti_(5c)-OH.Ti_(5c)-OH是甲苯分子的吸附位,它的形成显著提高了对甲苯分子的吸附能力.在光照下Ti_(5c)-OH与光生空穴结合能形成·OH自由基.通过臭氧解离产生的O_2也可以与光生电子结合形成超氧自由基.这些具有强氧化性活性自由基的形成促进了对气相甲苯的光催化降解速率.     

RDX晶体结构与固相生成焓的理论研究

采用分子模拟的方法计算含能化合物的晶体结构和固相生成焓,有助于进一步从理论上计算其主要爆轰参数.本文通过密度泛函理论(DFT)与开放力场(OFF)相结合的方法计算了黑索金(RDX)的晶体结构和固相生成焓.首先采用分子力学(MM)和分子动力学(MD)方法对RDX分子进行驰豫和模拟;然后采用GGA-BLYP泛函,DNP基组对RDX分子进行几何结构优化;最后对优化后的分子进行Mont Carlo模拟退火、簇分析、晶体结构优化等步骤的计算得到能量最低的结构作为最终的晶体结构:空间群为PBCA,密度为1.8208,晶胞参数为a=13.6561,b=11.3015,c=10.500,α=90,β=90,γ=90,与实验值相符.在此基础上,利用DFT GGA-BLYP计算求得RDX的固相生焓为171.86 kJ/mol,与实验测定值168.9J/mol相比的误差为1. 8%.     

(001)面任意方向单轴应变硅材料能带结构

首先计算了(001)晶面单轴应变张量,在此基础上采用结合形变势理论的K ·P微扰法建立了在(001)晶面内受任意方向的单轴压/张应力作用时,应变硅材料的能带结构与应力(类型、大小)及晶向的关系模型,进而分析了不同单轴应力(类型、大小)及晶向对应变硅材料导带带边、价带带边、导带分裂能、价带分裂能、禁带宽度的影响.研究结果可为单轴应变硅器件应力及晶向的选择设计提供理论依据. 关键词： 单轴应变硅 K ·P法 能带结构     

高压下P42/mnm和Pnnm晶体结构SnO_2密度泛函研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波超软赝势法,用广义梯度近似(GGA)PBE交换相关泛函,对P42/mnm和Pnnm晶体结构SnO_2的力学性质进行第一性原理计算。计算表明,两种结构SnO_2的晶体结构参数与实验和理论值符合较好。随着压强的增大,P42/mnm型SnO_2的生成焓呈抛物线状缓慢增大,Pnnm型SnO_2的生成焓为一直线迅速上升。P42/mnm结构弹性常数随压强增加规律增大,Pnnm结构弹性常数无规律性变化,外界压强为11.06GPa时发生相变。两结构中低指数面中Pnnm结构的{100}晶面族之间滑移的可能性最大、最不稳定,{001}晶面族间结合最牢固。金红石型SnO_2维氏硬度计算理论值为10.49GPa,Pnnm结构为11.42GPa。德拜温度计算表明,结构对称性高低的差异,造成P42/mnm结构德拜温度在一个小范围内波动,而Pnnm结构德拜温度在8~10GPa内有突变,呈缓慢下降的趋势。     

分子空位缺陷对环三亚甲基三硝胺含能材料几何结构、电子结构及振动特性的影响

含能材料中的微观缺陷是导致“热点”形成并相继引发爆轰的重要因素. 然而, 由于目前人们对材料内部微观缺陷的认识不足, 限制了对含能材料中“热点”形成微观机理的理解, 进而阻碍了含能材料的发展和应用. 为了洞悉含能材料内部微观缺陷特性及探索缺陷引发“热点”的形成机理, 利用第一性原理方法研究了分子空位缺陷对环三亚甲基三硝胺(RDX) 含能材料的几何结构、电子结构及振动特性的影响, 探讨了微观缺陷对初始“热点”形成的基本机理. 采用周期性模型分析了分子空位缺陷对RDX几何结构、电子能带结构、电子态密度及前线分子轨道的影响. 采用团簇模型分析了分子空位缺陷对RDX振动特性的影响. 结果发现, 分子空位缺陷的存在使其附近的N–N键变长, 分子结构变得松弛; 使导带中很多简并的能级发生分离, 电子态密度减小, 并使由N-2p和O-2p轨道形成的导带底和价带顶均向费米面方向移动, 降低了能带隙值, 增加了体系活性. 前线分子轨道及红外振动光谱的计算分析表明, 分子缺陷使最高已占分子轨道电荷主要集中在缺陷附近的分子上, 且分子中C–H键和N–N键能减弱. 这些特性表明, 分子空位缺陷的存在使体系能带隙变小, 并使缺陷附近的分子结构松弛, 电荷分布增多, 反应活性增强; 在外界能量激发下, 缺陷附近分子将变得不稳定, 分子中的C–H键或N–N键较易先发生断裂, 发生化学反应释放能量, 进而成为形成“热点”的根源.