内地核中C含量的第一性原理研究

基于第一性原理GGA-PBE方法计算了零温下Fe3C的状态方程和声速. 使用半经验方法确定了Fe3C在高压下的晶格和电子格林爱森（grüneison）参数. 将Fe3C的0-K等温线外推至内地核条件,发现需要3.1wt% 碳才能解释内地核的密度亏损问题. 计算出的Fe3C的纵波声速（Vp）高于纯铁,且横波声速（Vs）与纯铁相当,表明碳不是内地核中主要的轻元素.     

Fe-3.24％Si的状态方程和声速的第一性原理计算:地球内核Si元素的约束

硅(Si)被认为是地球内核的主要轻元素,但其在内地核中的含量仍然存在争议。为了探索内地核中Si的含量,应用第一性原理方法对Fe-3.24%Si(Si的质量分数为3.24%)进行了研究。构造了4种Fe-3.24%Si的超晶胞,研究了不同的晶胞大小和自旋对优化结构的影响。结果表明:在100 GPa以上,自旋对Fe-3.24%Si的密度无影响;而在100 GPa以下,考虑自旋时的计算结果更接近实验值。基于0 K下的声速、状态方程和相关热力学参数,计算了Fe-3.24%Si在内地核条件下的密度和声速。研究发现:Fe-3.24%Si的密度低于纯铁的密度,略高于内地核的密度;纵波声速及剪切波声速与纯铁的声速很接近,但均明显高于内地核声速,因此排除了内地核含有大量Si元素的可能性。     

高温高压下液态Fe-8.6 wt% Si的声速和密度：富Si地核的证明

在前人的研究基础上,我们建立了新的热力学模型来计算高温高压下液态Fe和Fe-8.6 wt%Si(简称Fe-8.6Si)的状态方程(EOS)和纵波声速(V_P).计算结果与静高压和动高压实验测量的EOS和V_P一致.在外地核环境下,液态Fe-8.6 Si的EOS和V_P同时与外地核的地震波数据一致.如果Si是外地核中唯一的轻元素,其含量不超过7.6～8.6 wt%.     

高压下Fe3C的磁性和声速性质

采用基于密度泛函理论的包含自旋极化效应的广义梯度近似方法研究了Fe₃C的高压弹性和声学性质. Fe₃C在压力作用下由铁磁基态转变到非磁性的高压态,相变压力约为73 GPa. 计算了Fe₃C 的Hugoniot线,并根据沿Hugoniot线的弹性常数计算了铁磁状态和非磁性状态的声速. 对比Fe单质,非磁性Fe₃C 的压缩波和剪切波声速与地核的地震波数据更为接近,证实了C元素是构成地核的一种成分.     

高压下Fe_(92.5)O_(2.2)S_(5.3)的熔化温度

采用反向碰撞法与光分析技术,测量了Fe_(92.5)O_(2.2)S_(5.3)(质量分数比)在208GPa下的声速,发现固态Fe_(92.5)O_(2.2)S_(5.3)的纵波声速在144GPa下开始减小,直到165GPa完全转变为液态体波声速,表明样品的完全熔化温度为(3 500±400)K。将该熔化温度作为参考点,应用Lindeman定律并外推至地球内外核边界可知,Fe_(92.5)O_(2.2)S_(5.3)的熔化温度为(5 000±400)K。通过比较Fe、Fe-O、Fe-S以及Fe-O-S的熔化温度,发现O元素对Fe熔化温度的影响很小,S元素对Fe熔化温度的降低与其含量成正比。如果外地核中S的质量分数为2%~6%,则地球内外核界面温度为5 000~5 400K。     

Cr、Mn、Co、Ni掺杂对Al13Fe4相稳定性和力学性能影响的第一性原理研

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,系统地研究了不同掺杂浓度下过渡族元素Cr、Mn、Co、Ni在Al13Fe4相中的占位情况、结构稳定性和机械性能. 计算得到所有的Al13(Fe24-xMx) (M=Cr、Mn、Co、Ni;X=1,2,4)相都具有良好的热力学稳定性和机械稳定性. 相同掺杂浓度化合物的形成焓按如下顺序减小：Al78(Fe24-xCrx) > Al78(Fe24-xMnx) > Al13Fe4 > Al78(Fe24-xNix) > Al78(Fe24-xCox).形成焓的降低增加了Al13Fe4相成核驱动力,Co和Ni有利于促进Al-Fe合金中Al13Fe4相形核,细化Al13Fe4相. 过渡族元素可以改善金属间化合物的脆性,增强塑性变形能力. 并且随着掺杂浓度的增加,过渡族元素的加入对脆性的改善呈先增大后减小的趋势.     

F_(113)、CCI_4及其混合液体的声速

从已得的F_(113)、CCl_4及其混合液体的声速经验公式,计算了F_(113)、CCl_4及其混合液体的声速.绘出了定混合比下的声速与温度的关系曲线和定温度下的声速与混合比的关系曲线.给使用这些声速者提供参考.     

Nd(Fe,Si)11Cx化合物的全电子计算(x=0,2)

采用基于第一原理的全势能线性缀加平面波加局域轨道((L)APW lo)方法对Nd(Fe,Si)11Cx化合物(x=0,2)的电子结构进行了计算,得到了化合物态密度和磁矩等信息.计算结果表明NdFe9Si2化合物中Si原子主要与4b和32i位Fe原子产生杂化,导致Fe原子磁矩减小.NdFe9Si2C2化合物C原子使32i位Fe原子磁矩进一步降低,同时减弱了Si原子的影响,使得4b位Fe原子磁矩增大.     

KZnF3:Fe3+体系局域晶体结构的理论研究

本文采用对角化三角场中d5组态完全能量矩阵的方法,研究了KZnF3Fe3+体系的局域晶体结构和EPR参量之间的关系.在分析中我们引入了双层配位模型,即配位体包括Fe3+离子最近邻的6个F-离子和次近邻的8个K+离子.计算表明KZnF3Fe3+的局域结构畸变源于一个K+离子沿C3轴方向(即[111]方向)向Fe3+离子的移动,从而诱导F-离子的位移,使得Fe3+-F-键与C3轴夹角发生变化.通过计算EPR的低对称参量D和(a-F),我们分别得出室温(T=300K)时的畸变角为△θ1=2.58°,△θ2=-1.4°和低温(T7=77 K)时畸变角为△θ1=2.85°,△θ2=-1.40计算结果与实验观察值△θ1=2.8±0.3°,△θ2=-1.1±0.3°相符合.     

高温超导体GdBa2Cu3O7－δ的穆斯堡尔研究

本文对掺0.5%Fe的高温超导氧化物GdBa₂Cu₃O_7－δ进行了大温度范围(1.4K－700K)的穆斯堡尔研究,分析了Fe的价态与环境.Fe在氧化物中存在四亚晶位(Fe(A)、Fe(B)、Fe(C)、Fe(D)),其中Fe(A)、Fe(B)和Fe(C)占据氧化物中Cu(1)的位置,只是氧配位不同;Fe(D)独占Cu(2)位置.Fe在亚晶位B和D上分别为高自旋4+和3+.在磁场的作用下,氧化物呈现织构效应.     

流体中声速的计算方法

由流体中纵波波速 C=(B/ρ)~(1/2)导得计算声速的基本公式 C=(((?)p/(?)ρ)_S)~(1/2)后,着重讨论了式中压强 p 不显合熵 S 时声速的计算方法.其结果对流体有普遍意义,特别是对难以得到解析的等熵方程式的尤有实用价值. 波速 C 与波长λ、颇率 v(或周期 T)称为描述波动特征的三个基本物理量.在波动部分的教学中,既要深入讲清波速的物理内涵,从加强应用的角度出发还要使学生会计算波速.从计算方法讲,一是用公式 C=λv=λ/T;二式是用公式 C=(B/ρ)~(1/2).前者适用于各种波,后者仅限流体中的弹性机械纵波.     

铁小檗碱化合物结构的密度泛函理论研究

本工作采用密度泛函理论(B3LYP)方法对铁小檗碱化合物的中性分子及离子进行了结构优化和频率计算.结果表明:无论是中性分子还是离子,铁小檗碱物化合物基态结构都是小檗碱基态结构中的与N原子相邻的C10原子上键合一个Fe原子形成的.其阳离子结构具有C_1对称性和~3A电子态;中性分子的基态结构具有C_1对称性和2A电子态;阴离子的基态结构具有C1对称性和5A电子态.当铁小檗碱物化合物的阳离子得到一个电子后,C(10)-Fe(26)及Fe(26)-H(44)的键长都有所变短;当中性分子得到一个电子变成阴离子后,C(10)-Fe(26)及Fe(26)-H(44)的键长都有所增加.     

超声波流量计测量流体声速的实验方法

为获取液体介质的声速值,设计了一种测定流体声速的实验方法,该方法利用时差式超声波流量计和标准流量校验设备同时对封闭管道中的液体进行流速测量,分别得到流速的测量值和真实值,从而计算出超声波流量计的仪表系数,并以此导出了一定条件下液体介质的声速值随仪表系数的变化关系式.利用该方法测量给出了0.17 MPa下四氧化二氮(N₂O₄)在7.6-19.4 ℃、偏二甲肼((CH₃)₂NNH₂)在6.5-25.2 ℃范围内的流体声速值,并为其他液体介质的声速测量提供了借鉴. 关键词： 超声波流量计 声速 仪表系数 温度     

W/Fe/CuCrZr热等静压模块组织及性能分析

为实现面向等离子体材料钨(W)和热沉材料铜铬镐(CuCrZr)合金的可靠连接,对纯铁(Fe)作为W/CuCrZr合金热等静压连接中间层的可行性进行了探索性研究.在850℃/150MPa/135min的热等静压参数下制作了W/Fe/CuCrZr合金的实验模块,分别对连接界面进行了焊接界面、微观形貌、组织成分及剪切力学性能...     

倾斜层声速简化计算

本文根据地层下边界倾斜角ф较小的情况,对张越等发表的任意倾斜层声速计算方法的研究(1992年第3期182—186)提出的求解方法进行了简化.     

R2Fe14B型永磁材料中第二磁晶各向异性常数对反磁化过程的影响

针对低温下各向同性Pr2Fe14B永磁材料的最小形核场问题,用数值计算法和近似解析解研究了第二磁晶各向异性常数K2对最小形核场的影响.研究发现,尽管对于Nd2Fe14B永磁材料一级近似的解析解与数值计算结果很接近,但是对于低温下各向同性Pr2Fe14B永磁材料则至少要用二级近似下的解析解才能与数值计算结果相接近.用有关最小形核场的计算结果很好地解释了低温时各向同性Pr2Fe14B永磁材料的矫顽力与最小形核场的关系.     

蓝宝石(α-Al_2O_3:Fe~(3+))体系基态分裂与局域晶格畸变的研究

2002年Scholz和Buzaré对蓝宝石晶体中Fe3+离子的基态分裂重新进行了EPR实验测量和研究,他们的初步分析表明在蓝宝石晶体中Fe3+离子的6A1基态分裂有可能同时与两个方向的畸变角(θ和φ)有关.本文采用对角化d5组态在C3点群对称下的252×252完全能量矩阵的方法,对蓝宝石晶体中Fe3+离子的光谱和EPR谱进行了系统的研究.计算结果表明蓝宝石体系中Fe3+离子的6A1基态分裂确实将明显依赖于两个方向的畸变角θ和φ,这一理论结果与Scholz和Buzaré等的实验相符合.同时,通过拟合Fe3+离子在蓝宝石体系中的实验光谱和EPR参量,确定了蓝宝石晶体中(FeO6)9团簇局域晶格畸变角θi的范围.     

一种基于连续核函数展开的跨声速气动力修正法

现有的跨声速修正面元目的 大多难以准确修正非定常压强系数的虚部.结合下洗修正目的 和连续核函数展开法(Successive Kernel Expansion Method),发展了一种新的修正目的.计算ONERA M6机翼的非定常气动力,与传统修正目的 比较,结果表明该目的 具有更高的精度.将改进的非定常气动力用于机翼的跨声速颤振分析,较好地预测了机翼在跨声速区域的非线性颤振特性.     

碳吸附于Fe（100）表面的第一性原理研究

本文采用自旋极化密度泛函理论计算了清洁Fe（100）表面及C吸附于Fe（100）表面三种结构: p(2×2)、c(2×2)及p(2×1)。清洁Fe(001)表面只有弛豫,没有重构。吸附C原子的Fe表面体系,最稳定位置为四重空位,空位吸附的C原子实际上与Fe成五重键,这与实验相符。通过对c(2×2)表面结构的电子态密度计算,发现C原子的s、p态与表面Fe原子的d、p及s态都有不同程度的相互作用,成键的主要作用为C2p态与Fe3dx2-y2、3dxy 态的杂化。     

钠玻璃与钛玻璃在静水压下的弹性性能

用超声脉冲重叠法测量了钠玻璃(float glass)和钛玻璃(SiO₂+8.4wt%TiO₂)从大气压到2GPa静水压条件下的纵波声速和横波声速.发现两种玻璃有不同的变化规律.钛玻璃的纵波声速和横波声速,与钠玻璃的横波声速都随压力的增加而减小;而钠玻璃的纵波声速随压力的增加先增大,后减小.这一现象不同于别的氧化硅玻璃.对实验结果进行了讨论,并计算了弹性模量在压力下的变化和Murnaghan状态方程参数. 关键词： 高压 超声 玻璃