非简谐振动对SiC的热膨胀系数数和介电性能的影响

利用抛物型电子能谱模型,考虑到原子的非简谐振动,求出了SiC中原子振动的简谐系数与非简谐系数,用固体物理理论和方法,得到了SiC的热膨胀系数和格林乃森参量以及介电常数随温度变化的解析式,探讨了原子非简谐振动对的影响。结果表明：的格林乃森参量和热膨胀系数均随温度升高而非线性增大,而介电常数随温度升高而非线性减小;原子振动的非简谐项（特别是第二非简谐项）对的热膨胀等热学性质和介电性能有重要影响,温度愈高,非简谐振动项的影响愈大。     

非简谐振动对SiC的热膨胀系数和介电性能的影响

利用抛物型电子能谱模型,考虑到原子的非简谐振动,求出了SiC中原子振动的简谐系数与非简谐系数,用固体物理理论和方法,得到了SiC的热膨胀系数和格林乃森参量以及介电常数随温度变化的解析式,探讨了原子非简谐振动的影响.结果表明:SiC的格林乃森参量和热膨胀系数均随温度升高而非线性增大,而介电常数随温度升高而非线性减小;原子振动的非简谐项(特别是第二非简谐项)对SiC的热膨胀等热学性质和介电性能有重要影响,温度愈高,非简谐振动项的影响愈大.     

颗粒线度和非谐效应对传感器电极材料导电性能及其热稳定性的影响

本文考虑到原子的非简谐振动,应用固体物理理论和方法,研究了氧传感器多孔电极材料导电性能及热稳定性随温度和颗粒线度的变化规律,探讨原子非简谐振动和材料颗粒线度的影响.结果表明:(1)多孔Pt电极材料的电导率随温度的升高而非线性减小;电导率随颗粒半径的增大而非线性增大;电导率随时间增长而减小,但变化极小;(2)多孔Pt电极材料的电导率远小于Pt纳米材料的电导率,也小于块状Pt电极材料的电导率,且颗粒越小,颗粒线度效应越显著;(3)电导率的温度稳定性系数随温度的升高和颗粒线度的减小以及表面层参数的增大而非线性减小,即温度越高、颗粒线度越小、表面层参数越大,电极材料导电性的热稳定性越好;(4)表面层的存在使电导率降低,且降低情况与温度和颗粒线度有关,即颗粒越小,温度越低,电导率下降越明显;非简谐效应对电极材料的电导率几乎没有影响.     

石墨烯力常数和弹性波波速随温度变化规律研究

在哈里森键联轨道法框架下,考虑到原子的短程相互作用和原子的非简谐振动,建立石墨烯弹性模型并求出原子振动的简谐系数和非简谐系数。在此基础上,确定了石墨烯的力常数和弹性波波速随温度和形变势参量的变化关系式,探讨了原子非简谐振动对它们的影响。结果表明：（1）石墨烯的力常数和弹性波波速均随温度升高而非线性减小,但有不同的变化特征：在C11、C12、C44这三个力常数中,以C12随温度的变化最大,以C44的变化最小;纵波波速随温度的变化要大于横波;（2）石墨烯的三个力常数随形变势参量的变化有不同的特征：C11随η和γ的增大而增大、而C12则随η的增大而减小,随γ的增大而增大;C44随η的增大而增大,而几乎不随γ而变;（3）若不考虑原子振动的非简谐项,则石墨烯的力常数和弹性波波速均为常数。考虑到非简谐项后,不仅它们均随温度的升高而减小,而且,非简谐情况的力常数Cij和弹性波波速vi与简谐近似的值Cij0、vi0的差|Cij－Cij0|、|vi－vi0|均随温度的升高而增大,即温度愈高,非简谐效应愈显著。     

石墨烯力常数和弹性波波速随温度变化规律研究

在哈里森键联轨道法框架下,考虑到原子的短程相互作用和原子的非简谐振动,建立石墨烯弹性模型并求出原子振动的简谐系数和非简谐系数。在此基础上,确定了石墨烯的力常数和弹性波波速随温度和形变势参量的变化关系式,探讨了原子非简谐振动对它们的影响。结果表明：（1）石墨烯的力常数和弹性波波速均随温度升高而非线性减小,但有不同的变化特征：在C11、C12、C44这三个力常数中,以C12随温度的变化最大,以C44的变化最小;纵波波速随温度的变化要大于横波;（2）石墨烯的三个力常数随形变势参量的变化有不同的特征：C11随η和γ的增大而增大、而C12则随η的增大而减小,随γ的增大而增大;C44随η的增大而增大,而几乎不随γ而变;（3）若不考虑原子振动的非简谐项,则石墨烯的力常数和弹性波波速均为常数。考虑到非简谐项后,不仅它们均随温度的升高而减小,而且,非简谐情况的力常数Cij和弹性波波速vi与简谐近似的值Cij0、vi0的差|Cij－Cij0|、|vi－vi0|均随温度的升高而增大,即温度愈高,非简谐效应愈显著。     

外延石墨烯电导率和费米速度随温度变化规律研究

考虑到原子的非简谐振动和电子-声子相互作用,建立了金属基外延石墨烯的物理模型,用固体物理理论和方法,得到金属基外延石墨烯的电导率和费米速度随温度变化的解析式.以碱金属基底为例,探讨了基底材料和非简谐振动对外延石墨烯电导率和费米速度的影响.结果表明:1)零温情况下,碱金属基外延石墨烯的电导率和费米速度均随基底元素原子序数的增大而增大;2)外延石墨烯的电导率随温度升高而减小,其中,温度较低时时变化较快,而温度较高时则变化很慢,费米速度随温度升高而增大,其变化率随基底材料原子序数的增大而增大;3)原子非简谐振动对外延石墨烯的电导率和费米速度有重要的影响,简谐近似下,费米速度为常数,电导率的温度变化率较大;考虑到原子非简谐项后,费米速度随温度升高而增大,电导率的温度变化率减小;温度愈高,原子振动的非简谐效应愈明显.     

石墨烯力常数和弹性波波速随温度变化规律研究

在哈里森键联轨道法框架下,考虑到原子的短程相互作用和原子的非简谐振动,建立石墨烯弹性模型并求出原子振动的简谐系数和非简谐系数.在此基础上,确定了石墨烯的力常数随温度和形变势参量的变化关系式,以及弹性波波速随温度和形变势参量的变化关系式,并探讨了原子非简谐振动对它们的影响.结果表明:(1)石墨烯的力常数和弹性波波速均随温度升高而非线性减小,但有不同的变化特征:在C_(11)、C_(12)、C_(44)这三个力常数中,以C_(12)随温度的变化最大,以C_(44)的变化最小;纵波波速随温度的变化要大于横波;(2)石墨烯的三个力常数随形变势参量的变化有不同的特征:C_(11)随η和γ的增大而增大、而C_(12)则随η的增大而减小,随γ的增大而增大;C_(44)随η的增大而增大,而几乎不随γ而变;(3)若不考虑原子振动的非简谐项,则石墨烯的力常数和弹性波波速均为常数.考虑到非简谐项后,不仅它们均随温度的升高而减小,而且,非简谐情况的力常数C_(ij)和弹性波波速v_i与简谐近似的值C_(ij)~0、v_i~0的差|C_(ij)-C_(ij)~0|、|v_i-v_i~0|均随温度的升高而增大,即温度愈高,非简谐效应愈显著.     

活性炭超级电容器电极材料放电过程非线性特征研究

论述了活性炭超级电容器材料充放电性能的测试方法步骤和测试结果,在此基础上,通过模拟,确定放电电流随时间的变化规律.建立物理模型,用固体物理理论,从微观角度研究材料的电阻随温度的变化,进而得到活性炭超级电容器材料放电电流强度随温度和放电时间变化规律的解析式,探讨材料原子的非简谐振动对电极材料放电性能的影响.结果表明:(1)电极材料放电电流随时间的变化并不遵从将它作为线性元件处理时的按时间的负指数规律变化,而是非线性减小,减小的情况与温度有关;(2)活性炭超级电容器材料的电阻随温度升高而增大.增大情况与原子振动情况有关:将原子振动作简谐近似处理时,材料的电阻的倒数几乎与温度成反比,考虑到原子非振动后,其电阻随温度升高而增大的情况加剧,温度愈高,非简谐振动项的影响愈大;(3)本文提出的物理模型和采用的理论,能对活性炭超级电容器电极材料放电性能进行有效的研究.     

石墨烯低温热膨胀和声子弛豫时间随温度的变化规律

考虑到原子非简谐振动和电子-声子相互作用,用固体物理理论和方法研究了石墨烯格林艾森参量和低温热膨胀系数以及声子弛豫时间随温度的变化规律,探讨了原子非简谐振动项对它们的影响.结果表明:1)在低于室温的温度范围内,石墨烯的热膨胀系数为负值,随着温度的升高,其热膨胀系数的绝对值单调增加,室温热膨胀系数为-3.64×10~(-6)K~(-1);2)简谐近似下的格林艾森参量为零.考虑到非简谐项后,格林艾森参量在1.40-1.42之间并随温度升高而缓慢增大,几乎成线性关系,第二非简谐项对格林艾森参量的影响小于第一非简谐项;3)石墨烯声子弛豫时间随着温度的升高而减小,其中,温度很低(T10 K)时变化很快,此后变化很慢,当温度不太低(T300 K)时,声子弛豫时间与温度几乎成反比关系.     

非简谐振动对SiC类石墨烯热输运性质的影响

考虑到原子的非简谐振动,应用固体物理理论和方法,计算了SiC类石墨烯的简谐系数和非简谐系数,得到它的德拜温度、热容量和热导率等随温度的变化规律,探讨了原子非简谐振动对它的热输运性质的影响.结果表明:SiC类石墨烯的德拜温度随温度的升高而在117-126 K之间线性增大,定容比热随温度升高而非线性增大,热导率随温度升高而非线性减小,温度较低时变化较快,而温度较高时变化较慢,并随着温度升高而趋于常量;考虑到非简谐振动后,SiC类石墨烯的德拜温度、定容比热和热导率的值分别大于、小于和大于简谐近似的相应值,温度愈高,其差值愈大,即温度愈高,非简谐效应的影响愈显著;二维平面状的SiC类石墨烯的定容比热和热导率随温度的变化规律,与三维块状SiC晶体总体趋势相同,只是具体数值不同.     

非简谐振动对石墨烯量子电容和热稳定性的影响

采用固体物理理论和方法,研究了单层石墨烯的量子电容和它的温度稳定性随温度和电压的变化规律,探讨原子非简谐振动对它的影响.结果表明:(1)当电压一定时,单层石墨烯的量子电容和温度稳定性系数均随温度升高发生非线性变化,电压小于2.3 V时,量子电容随温度升高而增大,温度稳定性系数随温度升高由缓慢变化到很快增大,电压高于2.3 V时,量子电容随温度升高先增大后减小,而其温度稳定性系数随温度升高由缓慢变化到很快减小.温度一定时,量子电容只在电压值为0.4～2.8 V范围内才变化较小,而电压值大于2.8 V时,量子电容迅速减小并趋于0;(2)与简谐近似相比,非简谐项会使石墨烯量子电容有所增大,且温度愈高,两者的差愈大,非简谐效应愈显著,温度为300 K时,非简谐的量子电容要比简谐近似的值大0.33%,而温度为1 000 K时,差值增大到1.47%;(3)电压在1.5～1.8 V之间,而温度低于800 K时,石墨烯量子电容的温度稳定性系数最小且不随温度而变,储能性能的温度稳定性最好;(4)非简谐项会使它的量子电容热稳定性系数比简谐近似的值增大,且增大的情况与温度有关,当温度为400 K时量子电容热...     

Temperature-Dependent Debye Temperature and Specific Capacity of Graphene

The shot-range interaction and the atomic anharmonic vibration are both considered,and then the analytic functions of the Debye temperature,the specific capacity and the thermal conductivity of graphene with the temperature are obtained.The influence of anharmonic vibration on these thermal physical properties is also investigated.Some theoretical results are given.If only the harmonic approximation is considered,the Debye temperature of the graphene is unrelated to the temperature.If the anharmonic terms are considered,it increases slowly with the increasing temperature.The molar heat capacity of the graphene increases nonlinearly with the increasing temperature.The mean free path of phonons and the thermal conductivity of the graphene decrease nonlinearly with the increasing temperature.The relative changes of the Debye temperature,the specific heat capacity and the thermal conductivity caused by the anharmonic terms increase with the increasing temperature.The anharmonic effect of atomic vibration becomes more significant under higher temperature.     

Influence of Anharmonic Vibration on the Solubility Curve of the Binary Alloy

Taking TiCu alloy as an example, based on the measurement of thermal expansion coefficient, the harmonic vibration cpefficient and anharmonic vibration coefficient of atoms were calculated. With the help of Collins model, the author worked out the thermodynamic function and the solubility curve under the atomic anharmonic vibration. And, the influence of the anharmonic vibration was also discussed.     

热激发效应对界面摩擦的影响

论文主要从微观角度研究摩擦热产生的机理及摩擦热对摩擦性能的影响. 依据固体物理学中原子热振动理论, 以界面摩擦为研究对象, 从分析界面原子的受迫振动出发, 得出界面摩擦过程中原子的振动实际上是自激振动和受迫振动的叠加, 界面原子在非平衡状态下的热振动将导致声子的激发和湮灭, 进而导致摩擦热的产生, 摩擦界面的温度升高. 然后, 从温度对界面原子能级分布和跃迁的影响角度探讨了热激发效应对界面摩擦的影响, 分析得出如下结论: 温度低时, 界面原子处在激发态的概率随着温度的升高而增加, 导致摩擦系数随温度增加而增加; 温度在100 K附近界面原子处在激发态的概率出现峰值, 导致摩擦系数出现峰值; 当温度高于临界值后, 摩擦系数随温度的升高反而会降低. 最后将本文的理论分析的结果与他人的实验结果对比, 显示两者的趋势一致, 表明本文提出的理论和方法可行.     

空位缺陷对金属基外延石墨烯态密度和电导率的影响

考虑到空位缺陷的存在和原子非简谐振动,以铜、镍基外延石墨烯为例, 研究了金属基外延石墨烯空位缺陷浓度和态密度以及电导率随温度的变化规律,探讨了空位缺陷的影响。结果表明：(1) 空位缺陷浓度随温度升高而非线性增大,外延石墨烯的空位缺陷浓度及其随温度的变化率均大于石墨烯; (2) 与石墨烯相同,金属基外延石墨烯的态密度变化曲线对电子能量为0为对称,但空位缺陷的存在使态密度在电子能量为零时的值不为零,空位缺陷对导带态密度的影响大于价带;态密度随空位缺陷浓度的增大而线性减小,但减小幅度不大,而温度对石墨烯态密度几乎无影响;（3）金属基外延石墨烯的电导率近似等于电子声子相互作用贡献的电导率,并随温度升高而非线性减小;空位缺陷的存在使电导率有所减小,但只在较高温度下才明显。原子非简谐振动情况的电导率稍大于简谐近似的电导率,温度愈高,两者电导率的差愈大,即非简谐效应愈显著。     

热膨胀动态过程的理论和实验研究

 本文列出了一维点阵非谐振动的非线性微分方程组，并求出了这组方程在相应边值条件下的解析解。据此算出了该点阵的热膨胀系数和热膨胀动态过程的特征时间，同时说明了它的物理意义。关于金属箔的实验结果，可以作为这一理论预言的一个验证。这些结果还告诉我们，在高速加热时，即使温度均匀而且膨胀自由，热应力仍然存在，不过将很快弛豫。