测定阿伏伽德罗常量

阿伏伽德罗常量是物理学、化学的极其重要常数之一。现有多种方法测定。本文介绍用X射线粉末法测定晶格常量并算出阿伏伽德罗常量。     

1887年5月23日：拉乌尔和拉乌尔定律

 物质的原子-分子论要被全盘接受皆视能否将熟悉的物质宏观性质与个别分子特性连结起来而定,这从阿伏伽德罗（AmedeoAvogadro）提出,在相同的情形下,所有单位体积的气体分子数目相同开始。     

在芯片表面囚禁冷极性分子的多功能静电阱EI北大核心CSCD

提出了一种用一对金属平板电容器和4根半埋入绝缘介质的杆电极组成的用于囚禁处于弱场搜寻态的冷极性分子的静电表面阱方案。用有限元软件计算了单阱囚禁时的空间电场分布,发现芯片表面上方2.2 mm左右形成了一个三维封闭的静电阱。选用重氨(ND_3)分子作为测试分子,用经典的蒙特卡罗方法模拟了ND_3分子被装载和囚禁的动力学过程。模拟结果表明,当ND_3分子束中心速度为13m/s、装载时刻为0.576ms时,最大装载效率可达53%,被囚禁的冷极性分子的温度约为35mK;如果继续增大平板电极的电压,则原先的单阱将对称分裂为两个阱,两个阱中的分子数目比为1…1;通过改变中间两个杆电极的电压,可实现非对称分裂,以此来调节两阱中囚禁分子数目比;可实现在0%~100%范围内左阱和右阱的分子数目占总分子数目的比例的调节。该方案为进一步研究三维囚禁型冷极性分子静电表面干涉仪打下基础,对于精密测量和研究物质波干涉有着重要的意义。     

测量气体分子平均速率的一种简易方法

用一种简易的方法测量了常温下气体分子运动的平均速率.根据易挥发性液体的质量随时间逐渐减少的特点和盛放液体的容器加盖前后挥发的气体分子对容器作用力的变化,通过分析天平测量液体质量的改变得到挥发出来的气体分子对容器的作用力,利用变质量物体的动量守恒定理,测量得到了易挥发性气体分子的平均速率,实验结果较好地与理论值符合.     

过渡金属Pd掺杂AsP结构及其吸附甲醛和一氧化碳的性能研究

基于第一性原理方法,研究了单层本征磷砷AsP和过渡金属钯（Pd）掺杂磷砷AsP的结构,并对比研究了本征和掺杂后的AsP吸附甲醛（HCHO）和一氧化碳（CO）气体分子的稳定性、能带结构、态密度以及电荷差分密度。研究结果表明：经Pd掺杂后AsP由半导体转变为导体;本征AsP吸附一氧化碳最稳定的位置为P-As键顶上,吸附甲醛最稳定的位置为P原子顶上;本征吸附时气体分子与基底之间的距离在3 Å左右,气体分子与基底之间未形成化学键。过渡金属Pd原子掺杂AsP后形成两种结构,分别为Pd原子替换超胞结构中的As原子或P原子。两种掺杂结构分别吸附一氧化碳或甲醛气体分子时,除了Pd原子替换AsP中的As原子形成的结构吸附甲醛的吸附能未明显增加外,其余掺杂结构吸附一氧化碳或甲醛的吸附能和电荷转移较本征吸附时均显著增强,吸附CO分子时,C原子与Pd原子之间形成了化学键。特别是,Pd原子替换AsP中的P原子形成的结构对一氧化碳和甲醛气体分子的吸附性能明显强于Pd原子替换AsP中的As原子所形成的结构。     

几种不同分子速率分布中速率分布宽度与温度的关系

分析了几种速率分布函数中速率分布宽度与温度的关系,并指出温度反映气体分子速率分布宽度这一物理含义具有更普遍的意义.     

范德瓦耳斯（Van der Waals，Johannes Diederik 1837-1923）荷兰物理学家（Physicist，Netherlands）

1873年范德瓦尔斯的论文《论液态和气态的连续性》首次引起人们的注意，并为此而获得了博士学位。他认识到假定气体分子体积为零，且分子之间不存在引力，则理想气体定律就能从气体运动论导出。但考虑到上述假定均不真实，1881年给这个定律引入表示分子的大小和引力两个参量，得出一个更准确的公式。由于这些参量对每一种气体都不同，他继续研究而得出一个对所有物质都适用的方程。     

气体扩散方程解析解及在测定分子间势能的应用

设计了一新颖的分子动理论实验装置,根据求解在约束条件下的气体扩散方程的解析解和气体分子在升华时会对容器底部产生作用力的特点,设计了一种新颖简单的实验器材来测量分子间相互作用的势能,其实验曲线符合理论数据,误差分析后的补偿曲线所得结果可较为精确地与理论结果吻合。本实验常温下即可进行,且精度较高,适合快速材料性质测定及大学物理教学,以解决大学物理演示实验课关于学气体动理论的实验数量较少,且往往只涉及对热学微观过程的宏观模拟,而很少涉及气体动理论的实验,导致学生学习不够深入的问题。有利于学生对分子运动学问题的深入探索。     

单分子磁体中交换常数计算的新方法

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,在现有的单分子磁体交换耦合常数计算方法的基础上提出了一种新的计算方法.采用新方法计算两个原子之间的交换耦合常数时,首先分别设置这两个原子的自旋取向,然后再同时设置两个原子的自旋取向,计算出总能即可,而不用选取不同的自旋组态并求解线性方程组.方法特别适合含有数目很大的磁性原子的单分子磁体交换耦合常数的计算.采用新方法计算了Fe7和Fe20配合物分子的交换耦合常数.结果表明,Fe7和Fe20分子中的交换常数都为负,即反铁磁耦合时能量更低,这与类似分子的相关研究相一致.     

单分子磁体中交换常数计算的新方法

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,在现有的单分子磁体交换耦合常数计算方法的基础上提出了一种新的计算方法.采用新方法计算两个原子之间的交换耦合常数时,首先分别设置这两个原子的自旋取向,然后再同时设置两个原子的自旋取向,计算出总能即可,而不用选取不同的自旋组态并求解线性方程组.方法特别适合含有数目很大的磁性原子的单分子磁体交换耦合常数的计算.采用新方法计算了Fe7和Fe20配合物分子的交换耦合常数.结果表明,Fe7和Fe20分子中的交换常数都为负,即反铁磁耦合时能量更低,这与类似分子的相关研究相一致.     

范德瓦耳斯气体体积修正的新计算方法

范德瓦耳斯方程能够较好地描述实际气体的热力学过程,方程中的参数b是因实际气体分子的体积而引入的修正量.本文通过考察分子之间的相互碰撞事件,计算得到了范德瓦耳斯气体体积的修正值,约等于1 mol气体所有分子体积总和的4倍,结果与其他方法得到的结果一致.这是一种新的计算思路和方法.     

氙(Xe)原子在铂(Pt)表面吸附与脱附的分子动力论方法研究

运用分子动力论方法研究单原子气体分子(Xe)在固壁表面(Pt)的吸附与脱附。在构造了合理的气体分子与固壁表面相互作用势模型之后,运用随机经典轨道方法求解气体分子及固壁原子的运动方程,得到气体分子的运动轨迹及状态。结果表明,气体分子在固壁表面的吸附几率与分子的入射平动能量、壁面温度及气-固相互作用势模型的选取等因素有关,气体分子在固壁表面的脱附速率基本满足Arrhenius关系式。     

一种针对弱场搜寻态冷极性分子的可控静电表面囚禁方案

提出一种使用带电金属环和六个球电极和一个外加偏置电场实现对冷极性分子静电囚禁的新方案.计算装载和囚禁时空间电场分布.囚禁中心距离芯片表面的高度可以通过外电场和环形电极所加电压来操控.蒙特卡罗模拟表明对于中心速度为15 m·s^-1的ND₃分子束,装载效率可以达到70%,得到冷分子的温度大约为45 mK.当继续增加偏置电场强度时,单阱分裂为对称的两个阱.如果同时改变球形电极上所加电压,得到不对称的两个阱,可以借此来调节两个阱中所囚禁的冷分子数目的比例.为了易于理解,用蒙特卡罗方法模拟了装载、囚禁、分裂冷分子波包的动力学过程.     

气体分子平均相对速率与平均速率

给出气体分子的平均相对速率与平均速率关系式的一种简单推导过程。     

碰撞对钠分子梯形能级系统高位能级布居的影响

以氩气为缓冲气体,在实验上研究了碰撞过程对钠分子梯形能级系统高位能级两种布居过程的影响。对于双光子激发过程,由于消相碰撞,无多普勒加宽的洛伦兹尖峰随缓冲气体压力的增大而很快消失,加入少量缓冲气体时,碰撞激发过程对以多普勒宽度为特征的信号有一定的增强作用,但加入过量缓冲气体会由于消布居作用使信号减弱,对于主要通过碰撞实现高位能级布居的过程,加入缓冲气体对高位能级布居起关键作用,在速率方程近似下解释了上述结果。     

天鹅绒与碳纳米管阴极强流脉冲发射特性

在2 MeV直线感应加速器注入器平台上开展了天鹅绒阴极与碳纳米管阴极的强流脉冲发射特性综合实验。研究结果表明:天鹅绒阴极与碳纳米管阴极均具有强流脉冲发射性能,在1.61 MV的二极管电压下,天鹅绒阴极与碳纳米管的发射电流密度分别为84,108 A/cm2;启动时间分别为21,40 ns;放气量分别为0.29,0.91 PaL;放出气体分子数目与发射电子数目之比分别为64,225;两种冷阴极强流脉冲发射时的放气质谱相似。     

气体分子平均相对运动速率的推导

从相对速度的定义和气体分子的速度分布律出发,分别得到了气体分子相对运动速度和速率的分布律,简洁的给出了平均相对运动速率和平均速率之间的关系.     

碰壁分子的平均速率和平均能量

本文对气体系统内的碰壁分子的平均速率和平均能量为会么会大于系统内分子的平均速率和平均能量进行了定性解释，并求出了这两类不同平均值之间的一般关系，最后针对经典理想气体算出了定量结构。     

麦克斯韦妖气体容器中分子运动时间的计算

本文主要通过matlab进行模拟计算麦克斯韦妖中气体分子运行的时间。根据分子飞行时间提出了类比算法,和根据三维立体在二维平面的展开的镜像对称法,分别对两种方法进行计算,计算结果表明两种方法的气体分子运行时间几乎一致。得出结论,气体容器内分子运行时间与初始分子数无关。并定义了前80%的分子运动出射时间为有效时间。     

基于分子内电荷转移的多枝状荧光探针光学性质与响应机理分析

本文采用含时密度泛函理论研究了用于检测生物硫醇的荧光探针分子的光学性质.通过计算探针分子Mol.1、Mol.2和Mol.3与半胱氨酸和同型半胱氨酸反应前后的单光子吸收和发射性质,研究了碳碳三键和苯环结构对荧光探针性质的影响.随着给电子体三苯胺结构的逐渐完善和碳碳三键的加入,探针分子的振子强度逐渐增大,展现出了更好的荧光探针性质.同时,研究了不同侧枝数目对探针分子性质的影响,结果表明,相较于单枝分子Z1和三枝分子Mol.3,两个侧枝的探针分子Z2振子强度更大,检测效果更佳.增加了碳碳三键和苯环后的单枝新型探针分子Mol.4,相较于具有三枝结构的探针分子Mol.3,具有良好的探针性质,且结构更为简单.