钛乙烯储氢材料的热力学和动力学性质研究

之前的工作中已经预测了钛乙烯（C2H4Ti）储氢的几何结构,本文将继续利用密度泛函理论（DFT）和B3LYP杂化密度泛函方法来计算之前预测出的C2H4Ti(H2)n结构中的C2H4Ti和H2反应的焓变和自由能变。通过焓变和自由能变的计算结果,可以看出：钛乙烯在298K、250K、200K下可以稳定的吸附5个氢分子,同时放出大量的热量,生成的C2H4Ti(H2)n化合物在常温下也具有热力学稳定性。此外,本文通过Gaussian03中的伯恩近似分子动力学（BOMD）方法计算了C2H4Ti(H2)5化合物在298K、250K、200K三个温度下的动力学性质。通过动力学研究的结果,可以发现钛乙烯分子在常温298K下储氢时间不长;同时得到钛乙烯分子在200K下能长时间稳定吸附五个氢分子,这进一步表明降低温度对钛乙烯分子稳定储氢是有利的。     

Li-N-H储氢体系热力学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理方法, 系统地研究了Li-N-H储氢过程中各个化合物的晶胞参数、生成焓和化学反应焓. 结果发现优化后的晶格参数与先前的理论和实验研究符合得很好. 通过计算Li₃N, LiH, LiNH₂和Li₂NH在298 K的生成焓分别为-168.7, -81.0, -173.0和-190.8 kJ/mol, 进而计算得到整个储氢反应过程在T=298 K时反应焓为78.5 kJ/mol H₂, 这和他人计算得到T=300 K的结果75.67 kJ/mol H₂非常接近. 最后, 给出了储氢两步反应过程分别在T=298 K时的反应焓, 这些结果都与实验和他人理论计算得到的数据符合较好. 关键词： 第一性原理 热力学性质 Li-N-H 体系 反应焓     

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。     

氦热力学性质的分子动力学研究

 利用经典分子动力学和第一性原理分子动力学,研究了氦在高压下的熔化曲线、状态方程和非金属-金属转变。得到了氦在温度小于4.5 eV、 密度0.3~5.0 g/cm³范围内的状态方程,并把氦的熔化曲线的压强范围拓展到了50 GPa。氦的能隙宽度曲线表明,温度大大降低了氦的金属化密度。     

氦热力学性质的分子动力学研究

利用经典分子动力学和第一性原理分子动力学,研究了氦在高压下的熔化曲线、状态方程和非金属-金属转变。得到了氦在温度小于4.5 eV、 密度0.3~5.0 g/cm3范围内的状态方程,并把氦的熔化曲线的压强范围拓展到了50 GPa。氦的能隙宽度曲线表明,温度大大降低了氦的金属化密度。     

金属Ni的热力学性质的从头计算法研究

将分子动力学方法与基于第一性原理的COMPASS势相结合在0K到1300K范围内将Ni放在NPT和NPH系综中进行模拟,计算了弹性常量、压缩比、线性扩张常量等物理量。计算结果与实验数据良好相符,通过计算表明采取合理的方法和计算参数,Ni的热力学性质可以比较准确地计算出来,这可为实验和理论上进一步的研究提供有意义的参考。     

LLM-105的分子间相互作用和热力学性质

应用第一性原理可以计算含能材料0 K下的结构和物理性质,但温度效应的缺失通常会导致计算数据与实验结果产生偏差.同时,与温度相关的热力学参数是含能材料在宏观和介观尺度下建模的关键输入.为此,本文以高能低感炸药1-氧-2, 6-二氨基-3, 5-二硝基吡嗪(LLM-105)为研究体系,基于准简谐近似,采用色散修正的密度泛函理论研究温度加载下LLM-105的分子间相互作用和热力学性质.晶格参数和热膨胀系数的演化表明LLM-105分子间相互作用具有强烈的各向异性,其中b轴方向(分子层间)的膨胀率远高于ac平面(分子层内). Hirshfeld表面及其指纹图分析进一步证实LLM-105的分子间相互作用主要取决于O···H构成的氢键.结合Mulliken布居数和结构分析,温度加载下氢键相互作用的变化可诱发硝基旋转,并使得C—NO₂键的强度明显减弱,为高温分解反应的触发键提供了理论依据.此外,本文计算了等容和等压条件下的热容、熵以及等温和绝热条件下的体模量等基础热力学参数.其中绝热条件下的体模量与实验值吻合,同时体模量随温度的演化反映了LLM-105在温度加载下的软化行为.上述...     

分子动力学方法研究钛中预存缺陷对氦融合的影响

采用分子动力学方法模拟了在有预存氦空位复合物的体系中氦的迁移和融合,研究了氦融合的各向异性以及氦空位比和氦空位簇大小对氦融合的影响.研究发现:氦迁移的各向异性与体系中是否有氦空位簇无关;氦与氦空位簇的融合主要沿[001]方向;氦二聚物与氦空位簇的融合远快于单个氦原子与氦空位簇的融合.     

Pt-Ag合金纳米线热力学性质的分子动力学模拟研究

基于原子嵌入势(EAM),采用分子动力学方法,对临界尺寸下的Pt_(0.95)Ag_(0.05)合金纳米线多边形结构的熔化行为进行了计算模拟.结果表明:径向尺寸对Pt_(0.95)Ag_(0.05)合金纳米线的熔点影响较为显著,而长度对其影响较小;引入林德曼因子得到的熔点和用势能-温度变化曲线找到的熔点基本一致;合金纳米线的染色原子由外向内运动;综合分析发现Pt_(0.95)Ag_(0.05)合金纳米线以先外后内的模式进行熔化.     

NO分子宏观气体热力学性质的理论研究

采用量子统计系综理论,研究了基态NO分子宏观气体摩尔熵、摩尔内能、摩尔热容等热力学性质.首先应用课题组前期建立的变分代数法(variational algebraic method, VAM)计算获得了基态NO分子的完全振动能级,得到的VAM振动能级作为振动部分,结合欧拉-麦克劳林渐进展开公式的转动贡献,应用于经典的热力学与统计物理公式中,从而计算得到了1000-5000 K温度范围内NO宏观气体的摩尔内能、摩尔熵和摩尔热容.将不同方法计算得到的摩尔热容结果分别与实验值进行比较,结果表明基于VAM完全振动能级获得的结果优于其他方法获得的理论结果.振动部分采用谐振子模型对无限能级求和计算热力学性质的方法有一定的局限性,应当使用有限的完全振动能级进行统计求和.     

GaP相变及热力学性质的理论研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了闪锌矿和氯化钠结构的GaP的相变及热力学性质.对两种结构的能量体积曲线做公切线,得到了从闪锌矿到氯化钠结构的相变压力约为26.2GPa,与实验结果一致.通过准谐德拜模型得到了不同温度下体积和热膨胀系数与压强的关系,以及不同压强下热容与温度的关系.     

金属铍热力学性质的理论研究

使用第一性原理方法结合平均场模型研究了压力从0到150GPa、温度从0到1500K，金属铍六角密排结构(hcp)的热力学性质，包括铍的常态性质，等温高压物态方程，以及常压下平衡体积、体弹模量随温度的变化，Hugoniot曲线等.0K物态方程由广义梯度近似下的密度泛函理论计算，粒子热运动的贡献由平均场模型计算.由于铍的Debye温度比较高，计算自由能时考虑了零点振动能修正.计算结果与已有的静力学和冲击波实验数据符合得非常好. 关键词： 热力学性质 物态方程 第一原理计算     

块状NiSe2的电学，光学和热力学性质的理论研究

在密度泛函理论框架下通过平面波赝势的第一原理计算,研究了块体材料NiSe2的电学,光学和热力学性质.根据计算得到的立方晶体（空间群：PM3,No：200）的能量-体积曲线,获得了最低能量的最优结构.基于能带结构和电子态密度结构计算的结果表明,NiSe2为半金属.当有电磁波穿过块体NiSe2时,通过非自洽计算,分析介电函数的实部和虚部得到了能量损失函数谱,反射率,吸收谱,折射系数和消光系数.在准谐波德拜模型的基础上,我们还研究了NiSe2的热力学性质.     

A first-principles study on the structural, lattice dynamical and thermodynamic properties of beryllium chalcogenides

First-principles calculations, which are based on the plane-wave pseudopotential approach to the density functional theory and the density functional perturbation theory within the local density approximation, have been performed to investigate the structural, lattice dynamical and thermodynamic properties of zinc blende (B3) structure beryllium chalcogenides: BeS, BeSe and BeTe. The results of ground-state parameters and phonon dispersion are compared and contrasted with the experimental and theoretical data of previous literature. The phonon frequencies at the zone-center are analyzed. We also used the phonon density of states and quasiharmonic approximation to calculate and predict some thermodynamic properties such as entropy, heat capacity, internal energy and free energy of the B3 phase beryllium chalcogenides.     

新型多共轭链有机分子双光子吸收特性的理论研究

在密度泛函理论水平上,利用解析响应函数方法研究了以（4-{2-［4-（2-吡啶-4-乙烯基）-苯基］-乙烯基}-苯基）-胺为基本结构单元的单支、双支和三支共轭链有机分子的单光子和双光子吸收特性.计算结果表明,这三种有机分子都具有较大的线性和非线性吸收强度.在紫外-可见光区域,它们的单光子吸收谱都存在两个峰,这与实验结果符合较好.在近红外区域,多共轭链有机分子呈现出宽达300 nm的宽带双光子吸收,单支、双支和三支分子的最大双光子吸收截面比约为1.0∶2.3∶4.0,其中三支分子具有最大的双光子吸收截面101.73×10^-48 cm⁴·s.从理论上进一步证实,增加分子的共轭链可有效提高分子的双光子吸收特性.同时还给出了电荷转移态的电荷迁移过程. 关键词： 双光子吸收 响应函数方法 多共轭链有机分子     

The thermodynamic and kinetic properties of hydrogen dimers on graphene

The thermodynamic and kinetic properties of hydrogen adatoms on graphene are important to the materials and devices based on hydrogenated graphene. Hydrogen dimers on graphene with coverages varying from 0.040 to 0.111 ML (1.0 ML = 3.8 × 10¹⁵cm^? 2) were considered in this report. The thermodynamic and kinetic properties of H, D and T dimers were studied by ab initio simulations. The vibrational zero-point energy corrections were found to be not negligible in kinetics, varying from 0.038 (0.028, 0.017) to 0.257 (0.187, 0.157) eV for H (D, T) dimers. The isotope effect exhibits as that the kinetic mobility of a hydrogen dimer decreases with increasing the hydrogen mass. The simulated thermal desorption spectra with the heating rate α = 1.0 K/s were quite close to experimental measurements. The effect of the interaction between hydrogen dimers on their thermodynamic and kinetic properties was analyzed in detail.     

Effects of heavy impurities on thermodynamic properties of solid hydrogen

The influence of a heavy substitutional impurity on the thermodynamics of the rotational sub-system of solid hydrogen is studied. A splitting of 3°K is found for the rotational level of the orthohydrogen molecule with the heavy impurity as the nearest neighbour on the assumption that the heavy isotopic impurity suppresses short-range dynamic correlations. The contribution of impurity-orthomolecule pairs to the thermodynamics of the rotational sub-system is also studied. The calculated values are in a fair agreement with experiment.     

Theoretical study of elastic and thermodynamic properties of CuSc intermetallic compound under high pressure

The structural, mechanical and thermodynamic properties of copper scandium CuSc intermetallic compound under temperature and pressure have been investigated using the plane wave (PW) - pseudopotential (PP) approach in the framework of the density functional theory (DFT). The structural parameters at equilibrium, the elastic moduli, the mechanical stability criteria and the sound velocity are studied in the pressure range 0–12 GPa. In addition, the heat capacity, the Grüneisen parameter, the Debye temperature, the entropy, and the thermal expansion coefficient are studied for temperatures ranging from 0 up to 1000 K. The equilibrium lattice parameter found is around 3.261 Å. It is in good agreement with the experimental one of 3.25 Å reported in the literature. According to the generalized elastic stability criteria, we predict the occurrence of a phase transition of the B2-type structure at 25.5 GPa. At room temperature and zero-pressure, the isothermal bulk modulus and the Grüneisen parameter found were 80.86 GPa and 2.04 respectively.