从头算方法研究面心立方铝在高温高压下的热力学状态方程

用从头算方法优化计算了面心立方铝的电子结构和总能,得到了它在零温下的状态方程和弹性性质.将得到的总能与晶格体积拟合到Debye模型,获得了非平衡态下的Gibbs自由能与温度、压力之间的关系,在此基础上计算了相应的热状态方程,利用Burakovsky-Preston-Silbar （BPS） 熔化模型计算了铝的熔化曲线.所有的电子结构和总能计算都是基于局域密度近似（LDA）和广义梯度近似（GGA）的平均得到的.计算得到的铝在高温、高压下的状态方程与一些热力学性质和熔化曲线同冲击波和静高压实验数据在225 G 关键词： 铝 热力学状态方程 从头算 熔化曲线     

石墨炉原子吸收光谱法测定水中的铝

采用石墨炉原子吸收光谱法,加入基体改进剂,测定水中痕量铝.铝在1.6-8.0μg/L范围内具有良好的线性关系.重点讨论了铝的灰化温度、原子化温度以及基体改进剂的选用对铝测定结果的影响,结果表明,相对标准偏差为2.1%-3.2%,回收率为98.56%-99.08%,具有良好的精密度和回收率.方法简便快速、结果准确.     

咪唑离子液体中离子热合成磷铝分子筛及其表征

用一系列咪唑类离子液体做溶剂和结构导向剂,通过离子热方法,合成了磷铝分子筛及过渡金属(Co,Fe)掺杂的磷铝分子筛.XRD和FT-IR表明所有产物均为方钠石(SOD)结构.元素分析表明Co和Fe进入了分子筛骨架中.系统考察了磷铝比、晶化温度和离子液体种类对产物性能的影响.结果表明较低的磷酸浓度和较高的反应温度(170-190℃)有利于分子筛的晶化过程.     

高温等离子体的状态方程及其热力学性质

高温下等离子体的状态方程及其热力学性质在天体物理、可控核聚变以及武器设计与破坏效应等领域有着广泛应用.本文主要回顾了高温等离子体在不同状态区域的状态方程的理论模型和处理方法.对于理想等离子体,离子之间的相互作用可以忽略,其状态方程较简单,已趋于完善.在超高温下,原子完全电离,离子和电子都可以采用理想气体状态方程描述;当温度不太高时,离子部分电离,可以采用Saha方程及其修正模型描述;原子在高度压缩状态下,其状态方程可以采用Thomas-Fermi模型及其改进模型得到.对于非理想等离子体,离子之间存在强耦合,还没有单一的理论模型能够在任意密度和温度范围内对离子之间的相互作用进行统一描述.量子分子动力学方法原则上可以在较大温度密度范围内给出可靠结果,但由于计算量太大以及高温下的计算存在收敛问题,也较难应用到温度较高的稠密等离子体区域.半经验的经典分子动力学方法虽然简单、计算量小,但只能在一定的区域范围内给出较精确的状态方程结果.在不同温度密度区域内采用不同的计算模型,再在空白区域进行插值从而得到全局状态方程在目前不失为一种简单有效的方法.     

铝纳米颗粒的热物性及相变行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了纳米金属铝在粒径为0.8-3.2 nm 时的熔点、密度和声子热导率的变化, 研究了粒径为1.6 nm的铝纳米颗粒的密度、比热和声子热导率随温度的变化. 采用原子嵌入势较好地模拟了纳米金属铝的热物性及相变行为, 根据能量-温度曲线和比热容-温度曲线对铝纳米颗粒的相变温度进行了研究, 并利用表面能理论、尺寸效应理论对铝纳米颗粒熔点的变化进行了分析. 随着纳米粒径的不断增大, 铝纳米颗粒的熔点呈递增状态, 当粒径在2.2-3.2 nm时, 熔点的增幅减缓, 但仍处于递增趋势. 随着纳米粒径的增大, 铝纳米颗粒的密度呈单调递减, 热导率则呈线性单调递增, 且热导率的变化情况符合声子理论. 随着温度的升高, 粒径为1.6 nm的铝纳米颗粒的密度、热导率均减小. 该模拟从微观原子角度对纳米材料的热物性进行了研究, 对设计基于铝纳米颗粒的相变材料具有指导意义.     

类锂铝复合机制产生X光激光的等离子体状态

本文从速率方程出发,讨论了类锂铝复合等离子体的激发态结构,衰减常数,反转率和小信号增益等表征介质增益特性的物理量以及它们随电子温度,电子密度和光子逃逸几率的变化。找到了进行类锂铝离子通过复合机制产生X光激光设计应创造的等离子体状态目标区域。还讨论了这些物理量随原子序数变化的定标律。     

纯铝熔体的微观动力学行为

利用反映原子多体相互作用的紧束缚模型及分子动力学计算机模拟技术,研究了液态金属Al的熔体结构与微观动力学行为。计算了纯金属熔体Al在不同温度下的双体分布函数,平均平方位移及速度自相关函数。模拟结果与实验结果吻合得很好,表明紧束缚模型能够描述纯铝熔体中原子间的相互作用     

合金的解剖：场离子显微镜原子探针材料分析

场离子显微镜原子探针是进行材料原子尺度微观组织结构分析的极有力工具．应用该技术可研究非常广泛的冶金与半导体问题．本文概要地描述了场离子显微镜原子探针的组成、类型、特性和工作方式；并以马氏体时效钢与高温超导体研究为例，讨论了该种技术在材料科学中的应用．     

铝弹丸超高速撞击防护结构的研究进展

以空间碎片防护为背景,回顾了超高速铝弹丸正撞击单层和双层铝合金防护结构的研究进展,讨论了目前针对超高速撞击的弹丸发射技术和数值模拟方法(如Euler方法、无网格方法等)的优缺点。数值模拟不仅建立在离散方法上,还需要提供准确的材料本构模型和状态方程。介绍了常用材料模型(包括Johnson-Cook、Steinberg-Guinan模型)和状态方程(包括Tillotson、ANEOS、SESAME、GRAY三相状态方程)。基于实验和数值模拟,目前对7 km/s以下的超高速撞击物理过程已经认识得比较清楚。对单层板,重点讨论了板的穿孔特征和孔径模型;对双层板,除了前板的穿孔外,还讨论了碎片云的分布特征、材料相变、碎片云的相态分布、弹丸形状的影响、碎片云的散布模型以及碎片云对后板造成的破坏特征。最后介绍了工程防护中较为重要的防护结构的弹道极限方程。单层板和双层板的弹道极限方程研究近年来取得了较大进展。本文回顾了国内外常用的弹道极限方程以及近年来新提出的理论模型和基于人工神经网络的模型等。     

铝火花放电的时间分解光谱

制作了一台电子控制的微秒级光谱时间分解器。研究了铝电极间的火花放电光谱,估计了火花通道中的温度及其冷却速率。观察了改变电感及电容时各类谱线的强度随时间的变化与离子谱线和氮线相比较,原子谱线的出现时刻和达到极强值的时刻随电容增大而推迟,离子谱线的出现时间则缩短。各类谱线的出现时刻似乎不因电感的变化而改变。火花温度似乎与能量进入火花隙的速度没有太大关系。     

水溶液体系铝硅酸钠微结构的拉曼光谱和量子化学从头计算研究

选取了代表性水溶液体系铝硅酸钠的典型试样:铝酸钠溶液、硅酸钠溶液、铝硅酸钠溶液,分别测定了它们的拉曼光谱。构建了系列铝硅酸钠溶液微结构模型,应用量子化学从头计算方法优化了空间几何构型,并计算了其拉曼光谱,计算结果分别与相应试样的实验拉曼光谱进行对比。结果表明:在高浓度条件下,铝酸钠溶液中铝物种的主要存在形式是Al(OH)-4(Q0)和Al2O(OH)2-6(2Q1),低浓度时只存在Q0结构的铝酸根离子,以4Q0聚集态的四水合分子形式存在;在2.0M Na2SiO3溶液中,硅酸钠团簇结构可能的存在形式是四水合Na2H2SiO4;在铝硅酸钠溶液中,铝硅酸根离子的形态是由Si-O-Si和Al-O-Si键以不同铝硅原子配比相互连接形成的环状或链状结构。     

液态铝基合金微观结构及其性质的分子动力学模拟研究

利用分子动力学研究了液态铝基合金Al80Fe20和Al80Cu20在 800~2200K温度范围内的微观结构和性质的变化。扩散系数的计算结果显示两合金有着不同的动力学行为。温度大约1400K以下液态Al80Cu20的扩散系数随温度的变化比Arrhenius关系所预期的要慢些,所得结果与Brillo研究小组的实验结果基本一致。当液态铝基合金的动力学发生异常变化时,其微观二十面体短程序的含量和作用也发生相应的变化。因此,熔体的奇特动力学行为可能由于其微观局域结构短程序随着温度的变化而异常地改变而引起的。     

飞秒激光诱导铝等离子体时间分辨光谱研究

在大气环境下利用中心波长800nm、脉宽为30fs的激光聚焦在铝靶上,测定了激光诱导铝等离子体中铝原子的时间分辨发射谱。在局部热平衡条件近似下,根据实验测定的谱线相对强度得到了等离子体的电子温度;研究了激光脉冲能量对等离子体电子温度的影响和等离子体电子温度的时间演化特性。同时,实验发现了394.4nm和396.1nm两条铝原子谱线存在较强的自吸收效应,实验结果表明随着激光脉冲能量的减少和延时的增加,自吸收现象逐渐消失。     

静高压加载下LY12铝的超声测量与等温状态方程

 利用“脉冲回波重合法”测量了多晶LY12铝在流体静压加载下的纵波与横波声速随压力的变化。并根据较低压力（<0.5 GPa）下的超声测量数据所确定的零压弹性模量及其对压力的偏导数,导出了LY12铝的Murnaghan、Birch-Murnaghan、Vinet三种不同形式的等温状态方程,发现由超声测量数据导出的Vinet 状态方程能很好地描述面心立方（fcc）结构的铝与铝合金在较高压力（约200 GPa）下的压缩特性。此外,由超声数据计算了LY12铝在室温常压条件下的Debye温度为430.97 K、热力学Grüneisen系数为2.025、平均声模Grüneisen系数为2 379。     

凝聚态物质状态方程的一个数值模型

建立了凝聚态物质的一个三项式状态方程：以Faussurier平均原子模型为基础计算电子热压和电子热能;以Cowan模型为基础计算离子热压和离子热能;用基于实验数据的半经验拟合公式计算物质的冷压和冷能。用实验数据检验了用平均原子模型计算的平均电离度。将状态方程与Hugoniot关系式相结合,计算了Be和Al的冲击绝热曲线,结果充分地展现出电子在高温、高密度条件下的壳层结构效应。     

液态铝基合金微观结构及其性质的分子动力学模拟研究(英文)

利用分子动力学研究了液态铝基合金Al80Fe20和Al80Cu20在800~2200K温度范围内的微观结构和性质的变化.扩散系数的计算结果显示两合金有着不同的动力学行为.温度大约1400K以下液态Al80Cu20的扩散系数随温度的变化比Arrhenius关系所预期的要慢些,所得结果与Brillo研究小组的实验结果基本一致.当液态铝基合金的动力学发生异常变化时,其微观二十面体短程序的含量和作用也发生相应的变化.因此,熔体的奇特动力学行为可能由于其微观局域结构短程序随着温度的变化而异常地改变而引起的.     

超晶格结构对铝硅界面热阻的影响

近年来,提高微纳电子器件的散热和原子尺度界面热输运性能受到了广泛的关注,很重要的原因是界面热阻导致的微纳电子器件发热制约了性能的稳定性。因此,我们提出利用超晶格结构来降低界面热阻的方法。本文采用非平衡分子动力学模拟的方法,研究了室温(300 K)下硅同位素超晶格结构对铝硅界面热阻的影响。计算结果表明利用硅超晶格结构可以明显地降低铝硅界面热阻。并且对结果给予了讨论,这有助于更好地理解界面热输运的机制。     

用Hartree-Fock-Slater-Boltzmann-Saha模型研究等离子体细致组态原子结构及其状态方程

用平均原子自洽势计算等离子体的自由电子背景，通过在Hartree Fock Slater自洽场原子结构中引入背景修正计算离子组态结构，为Boltzmann Saha方程提供能级参数，再通过调节共同的背景电子实现Saha方程与Hartree Fock Slater方程的耦合，自洽求解等离子体细致组态原子结构，提高Saha方程的计算精度.以碳、铝等离子体作为算例，分析了本方法的适用范围. 关键词： 原子结构 Boltzman Saha方程 状态方程     

铝和银在铱（111）宽范围吸附的稳定性、原子构型及电子特性研究

利用第一性原理密度泛函理论研究了铝和银在铱的111面的宽范围吸附特性。基于密度泛函理论计算了覆盖度在0.11ML到2.00ML的结构稳定性、原子构型及平均结合能。对于铝原子在铱111面的吸附,最稳定的结构是铝原子覆盖度为0.5ML位于密堆六方空位（hcp-hollow）,相应的结合能为-4.68eV;对于亚层铝原子的吸附,最稳定结构是铝原子覆盖度为1.00ML时位于octahedral位置,相应的结合能为-5.28eV。对于覆盖度为2.00ML的满覆盖度混合结构的表层及亚层吸附,最稳定结构是Al位于六方密堆及八方密堆位置,相应的结合能为-4.70eV。这意味着当铝原子以满覆盖度吸附在铱的111面上时,趋向于在铱的111面的亚层形成化学键,而非吸附于表层。相比于铝吸附在铱111面,银的吸附特性呈现出很大的不同,面心位置更为稳定,在覆盖度为0.25ML时其结合能为3.89eV,略微高出密堆六方位置处3.88eV的结合能。     

铝和银在铱（111）宽范围吸附的稳定性、原子构型及电子特性研究

利用第一性原理密度泛函理论研究了铝和银在铱的111面的宽范围吸附特性。基于密度泛函理论计算了覆盖度在0.11ML到2.00ML的结构稳定性、原子构型及平均结合能。对于铝原子在铱111面的吸附,最稳定的结构是铝原子覆盖度为0.5ML位于密堆六方空位（hcp-hollow）,相应的结合能为-4.68eV;对于亚层铝原子的吸附,最稳定结构是铝原子覆盖度为1.00ML时位于octahedral位置,相应的结合能为-5.28eV。对于覆盖度为2.00ML的满覆盖度混合结构的表层及亚层吸附,最稳定结构是Al位于六方密堆及八方密堆位置,相应的结合能为-4.70eV。这意味着当铝原子以满覆盖度吸附在铱的111面上时,趋向于在铱的111面的亚层形成化学键,而非吸附于表层。相比于铝吸附在铱111面,银的吸附特性呈现出很大的不同,面心位置更为稳定,在覆盖度为0.25ML时其结合能为3.89eV,略微高出密堆六方位置处3.88eV的结合能。