密度泛函理论研究纯的及不同掺杂原子石墨烯和CaH_2分子相互作用

本研究采用密度泛函理论研究了纯的及V,Fe,Ni,Pd,Si,P,S和Cl掺杂原子的石墨烯和CaH_2分子之间相互作用.研究结果发现CaH_2分子与所有石墨烯表面均具有较大的相互作用,而CaH_2分子与掺杂石墨烯相互作用都大于与纯石墨烯的相互作用,在所有掺杂原子中,其中与Pd掺杂石墨烯具有最大的相互作用,S次之,其它掺杂石墨烯与CaH_2分子相互作用能力相差不大.这些结果表明虽然所有石墨烯均有助于CaH_2中H原子的脱附,但掺杂石墨烯脱附能力仍然大于纯的石墨烯.在掺杂原子中,Pd和S掺杂石墨烯对CaH_2中H原子的脱附效果最好,其它的掺杂原子脱附效果相差不明显.此研究结果将有望为CaH_2分子在石墨烯基材料中吸氢-脱氢行为提供有用的理论参考价值.     

密度泛函理论研究纯的及不同掺杂原子石墨烯和CaH2分子相互作用

本研究采用密度泛函理论研究了纯的及V, Fe, Ni, Pd, Si, P, S和Cl掺杂原子对石墨烯和CaH2分子之间相互作用. 研究结果发现CaH2分子与所有石墨烯表面均具有较大的相互作用, 而CaH2分子与掺杂石墨烯相互作用都大于与纯石墨烯的相互作用, 在所有掺杂原子中, 其中与Pd掺杂石墨烯具有最大的相互作用, S次之, 其它掺杂石墨烯与CaH2分子相互作用能力相差不大. 这些结果表明虽然所有石墨烯均有助于CaH2中H原子的脱附, 但掺杂石墨烯脱附能力仍然大于纯的石墨烯. 在掺杂原子中, Pd和S掺杂石墨烯对CaH2中H原子的脱附效果最好, 其它的掺杂原子脱附效果相差不明显. 此研究结果将有望为CaH2分子在石墨烯基材料中吸氢-脱氢行为提供有用的理论参考价值.     

石墨烯层间纳米摩擦性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了纳米尺度下石墨烯层间摩擦现象, 探讨了对称和非对称两种情况下双层石墨烯层间沿不同方向的摩擦性质. 研究发现对于对称的双层石墨烯, 层间摩擦沿不同方向同性; 摩擦因数依赖于正压力, 随正压力增大, 摩擦因数的变化曲线分为三个阶段, 在较小以及较大压力下, 摩擦因数遵循Amonton法则不随压力变化而变化; 而在中间3-6 nN阶段, 摩擦因数随压力增加线性增加. 整个研究压力范围内摩擦因数在0.05-0.25之间. 对于非对称性双层石墨烯层间摩擦, 不同压力下摩擦因数在0.006上下波动, 摩擦因数较两层对称性石墨烯大大降低. 上述研究结果与实验一致.     

碳纳米锥与刚体平面作用的分子动力学模拟

采用Brenner势的分子动力学方法,模拟了47°、69°及93°锥度碳纳米锥与刚体平面压缩、分离的全过程;获得了三种碳纳米锥与刚体平面作用过程中的构形演变、能量-变形曲线以及力-变形曲线;根据模拟结果,分析了它们承载能力以及变形能力的差异.研究表明,47°纳米锥压缩后,锥尖倒向一边,而69°及93°纳米锥锥尖内陷;47°及69°碳纳米锥产生永久变形时的最小压缩量分别为15%和19%左右,而93°碳纳米锥大于38.9%;三种碳纳米锥的最大承受载荷均为29nN左右.     

热脱附和气-质联用测定卷烟包装材料中的酞酸酯

建立热脱附-气相色谱-质谱的方法对卷烟包装材料中的酞酸酯(邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸二正丁酯和邻苯二甲酸正丁正辛酯)进行测定,采用正交实验优化了热脱附条件,优化条件为卷烟包装材料在100℃的热脱附系统(TDS)中热脱附4min,目标物随流量为50mL/min的载气进入-50℃的冷进样系统(CIS4)中冷却,脱附结束后CIS4升温至200℃将目标物挥发进入GC-MS中进行分离和鉴定.采用外标法进行定量,所得校准曲线的线性关系良好,4种酞酸酯在100℃时脱附2min的加标平均回收率范围为80%-90%,相对标准偏差分别为2.07%、3.57%、2.21%和6.38%.该方法样品用量少,前处理简单,重现性较好,可用于卷烟包装材料中酞酸酯的同时测定.     

钨中氢同位素热脱附实验的速率理论模拟研究

本文采用基于速率理论的模拟方法研究钨材料中氢同位素氘的热脱附谱. 热脱附数据来源于520 K下受等离子体辐照的多晶钨, 入射离子能量为40 eV, 剂量为1× 10²⁶ D/m². 通过调节速率理论中的俘获能、俘获率等参数, 最终获得与实验相符合的热脱附拟合谱. 拟合结果表明, 钨中俘获的氘存在于三种俘获态, 俘获能分别为1.14 eV, 1.40 eV和1.70 eV, 相应脱附温度峰值为500 K, 600 K和730 K. 这三个俘获能分别应对应于第一原理计算得到的空位俘获第3–5个氢原子的俘获能(含零点振动能修正)、空位俘获第1–2个氢原子的俘获能, 空位团簇对氢原子的俘获能. 模拟结果表明, 在本辐照实验条件下, 钨中空位及空位团簇是氘在钨中的主要俘获态.     

机械剥离折叠石墨烯粘附与纳米摩擦性质

本文用原子力显微镜研究了空气和氮气两种不同气氛环境下的机械剥离石墨烯粘附力,发现氮气环境下的粘附力更小,且石墨烯边缘的粘附力比内部区域大.在氮气环境下探究了折叠石墨烯粘附力与层数的关系及其摩擦性能,结果表明粘附力与折叠石墨烯层数无明显关系,折叠石墨烯各区域的摩擦性能都远超二氧化硅基底,且单层、单层上折叠、双层以及双层上折叠区域的摩擦系数依次降低,分别为0.049,0.031,0.023和0.021,摩擦力也依次降低,折叠处由于层与层之间的结合力弱于相同层数的石墨烯,摩擦性能有所降低,但未发现粘附力与摩擦力之间的明显关系.在采用尖针和球针测量粘附力时,测量历史不会对后续粘附力产生明显影响.对空气环境下出现的新鲜折叠石墨烯的研究表明新鲜折叠石墨烯的折叠区域摩擦力较未折叠区域显著增大.     

基于泵浦探针法研究VO_2薄膜多波段红外激光相变特性

用泵浦探针法实验研究了红外激光辐照二氧化钒薄膜的相变特性.首先利用氧源-分子束外延法制备了薄膜厚度分别为20nm、40nm、60nm的三组VO_2单晶外延薄膜,并且以10.6μm的CO_2连续激光作为泵浦光,分别以1 064nm和3 459nm的纳秒脉冲激光作为探针光,对这三组薄膜分别进行了辐照实验.实验发现三组薄膜相变后对1 064nm探针光的透过率降低量平均值分别为5.26%、6.2%、8.92%,反射率降低量分别为3.09%、6.56%、4.93%;对3 459nm探针光透过率降低量平均值分别为28.4%、47.78%、55.13%,反射率升高量平均值分别为6.65%、17.87%、7.49%.结果表明:利用分子束外延法制备的纳米级VO_2薄膜相变前后对入射激光为镜面反射;薄膜对3 459nm探针光的相变特性比对1 064nm探针光相变特性显著;薄膜厚度的增加会降低相变前透过率,但是对相变后透过率降低更为明显;薄膜对10.6μm CO_2连续激光相变前后始终保持几乎不透.研究结果可为薄膜的应用提供参考.     

碳纳米管的稳定性研究

石墨晶体结构遭到破坏时,总是碎化为微小尺寸的片状粉末.孤立的石墨烯片在其边缘存在大量的悬挂键,使得石墨烯片的能量较高,状态也不稳定.石墨烯片卷曲形成碳纳米管后,悬挂键减少,系统能量相应降低.另一方面,石墨烯片卷曲形成碳纳米管将产生相应的形变势能,形变势能的产生将抵消由于减少石墨烯片边缘上的悬挂键所带来的能量降低,使碳纳米管的能量可能高于石墨烯片的能量,导致碳纳米管结构的不稳定.在建立碳纳米管生成的力学模型并进行深入理论分析的基础上得出了碳纳米管可以稳定存在的最小直径约为0.32nm的结论. 关键词： 碳纳米管 稳定性 形变势能 键能     

CaS:Cu+磷光体的合成及发光性质

本文首先用X光电子能谱分析铜在硫化钙基质中是以一价形式存在的.在掺铜的硫化钙的激发光谱中,有三个吸收峰,峰位分别为268nm、307nm和400nm;在CaS:CuCu+的发射光谱中,产生四个发射峰,峰位分别为430nm、465nm、490nm和610nm.这四个发射峰分别由不同铜离子格位产生的.在Cas:CuCu+的热释发光曲线中,显示单一热释发光峰,峰值温度为120℃,该热释发光峰有可能用作紫外剂量材料.     

Thermomechanical properties of polymer nanolithography using atomic force microscopy

The temperature-dependent mechanical properties of polyethylene terephthalate (PET) polymers are investigated using force-distance curves, adhesion force, and atomic force microscope (AFM) nanolithography combined the heating techniques. The results show that the width of grooves on the polymers at 20-60 °C were in the range of 14-363 nm. The wear depth of the polymers increased with increasing heating temperature. A volume of 251.85-2422.66 μm(3) at a load of 30-50 nN with heating to 30-60 °C was removed, as compared to that of 26.60-70.30 μm(3) obtained at room temperature. The contact forces of PET started increasing at 9 nN, whereas the size of the holes was average at a pressure. The results may be of importance in explaining the heating relationship among adhesion force, volume removal rate, and pressure.     

Ultra broadband flat dispersion tailoring on reversed-rib chalcogenide glass waveguide

In this paper,we introduce a horizontal slot in the reversed-rib chalcogenide glass waveguide to tailor its dispersion characteristics.The waveguide exhibits a flat and low dispersion over a wavelength range of 1080 nm,in which the dispersion fluctuates between-10.6 ps·nm~(-1)·km~(-1) and +11.14 ps·nm~(-1)·km~(-1).The dispersion tailoring effect is due to the mode field transfer from the reversed-rib waveguide to the slot with the increase of wavelength,which results in the extension of the low dispersion band.Moreover,the nonlinear coefficient and the phase-matching condition of the fourwave mixing process in this waveguide are studied,showing that the waveguide has great potential in nonlinear optical applications over a wide wavelength range.     

丙烯醛在外电场中的解离性质

利用密度泛函理论（DFT）计算方法,在6-31G+（d,p）基组上,讨论C₃H₄O气体分子在受到外加电场（-10.28 V·nm^-1~10.28 V·nm^-1）作用时的结构特征和解离特性。计算发现,沿分子共轭单键的方向电场增强时,总能量增大,碳碳双键和碳碳单键的键长减小,碳氧双键键长增大,偶极矩减小;能隙E_G增加,红外吸收峰在不同的频率分别发生红移和蓝移,同时IR强度发生变化。分子解离性能表现为：势能壁垒随着外电场增大而降低,达到25.71 V·nm^-1时势能壁垒几乎消失,解离能随着电场增加而逐渐降低,说明在电场作用下解离难度逐渐减小。研究结果为C₃H₄O气体分子或含有该成分的混合物在外电场下的解离特性研究提供参考。     

Surface resistance measurements at the metal/electrolyte interface of Ag(100) and Ag(111) thin film electrodes

The conductivity of thin film metal electrodes with a thickness of the order of the mean free path of the conduction electrons (50 nm at 300 K) is sensitive to several processes on the metal surface (e.g. adsorption and desorption of ions). We developed epitaxially grown Ag(100)/MgO(100) and Ag(111)/TiO₂(110) electrodes of 20 nm thickness. The change in the surface resistance of Ag(100) thin film electrodes during adsorption of the halide ions Cl⁻, Br⁻ and I⁻ shows the different strengths of specific adsorption. We investigated the phase transition of thiocyanate (SCN⁻) on Ag(100) electrodes by combining the surface resistance method with voltammetric, capacitance and ex-situ XPS measurements. The influence of adsorbed uracil on the resistance of Ag(100) films was demonstrated. The surface resistance is very sensitive to small concentrations of metal cations (e.g. Tl⁺). The surface resistance of Ag(100) and Ag(111) thin film electrodes shows the typical difference in the stripping potential of Tl⁺ of about 100 mV.     

势能模型对石墨烯导热性质分子动力学模拟的影响

针对常用的Tersoff势、Rebo势和Airebo势,系统性地分析势能模型对分子动力学模拟计算石墨烯色散关系、声子态密度、群速度和热导率的影响. 结果表明：Rebo势和Airebo势描述的声子色散关系接近实验值,Airebo势对应的声子态密度与第一性原理计算的结果较为符合,Rebo势和Airebo势计算的Γ点处声子群速度高于Tersoff势. 采用Airebo势得到石墨烯热导率约为1 150 W·（m·K）^-1,与实验值相近. 综合各种影响,相比于Tersoff势和Rebo势,Airebo势能模型更适合计算石墨烯的导热性质.     

不同退火方式对Ni/SiC接触界面性质的影响

采用快速热退火(rapid thermal annealing, RTA)法和脉冲激光辐照退火(laser spark annealing, LSA)法, 在n型4H-SiC的Si面制备出Ni电极欧姆接触. 经传输线法测得RTA样品与LSA样品的比接触电阻分别为5.2×10^-4 Ω·cm², 1.8× 10^-4 Ω·cm². 使用扫描电子显微镜、原子力显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱等表征手段, 比较了两种退火方式对电极表面形貌、电极/衬底截面形貌和元素成分分布、SiC衬底近表层碳团簇微结构的影响. 结果表明, 相比于RTA, LSA法制备出的欧姆接触在电极表面形貌、界面形貌、电极层组分均匀性等方面都具有明显优势, 有望使LSA成为一种非常有潜力的制备欧姆接触的退火处理方法.     

紫外波段SiO2/Si3N4介质膜分布式布拉格反射镜的制备与研究

采用光学传递矩阵方法设计了紫外波段SiO₂/Si₃N₄介质膜分布式布拉格反射镜, 并利用等离子体增强化学气相沉积技术在蓝宝石(0001)衬底上制备了SiO₂/Si₃N₄介质膜分布式布拉格反射镜. 光反射测试表明, 样品反射谱的峰值波长仅与理论模拟谱线相差10 nm, 并随着反射镜周期数的增加而蓝移. 由于SiO₂与Si₃N₄具有相对较大的折射率比, 因而制备的周期数为13的样品反射谱的峰值反射率就已大于99%. 样品反射谱的中心波长为333 nm, 谱峰的半高宽为58 nm. 样品截面的扫描电子显微镜和表面的原子力显微镜测量结果表明, 样品反射谱的中心波长蓝移是由子层的层厚和界面粗糙度的变化引起的. X射线反射谱表明,子层界面过渡层对于反射率的影响较小, 并且SiO₂膜的质量比Si₃N₄差, 也是造成反射率低于理论值的原因之一.     

GaNAs基超晶格太阳电池的分子束外延生长与器件特性

采用分子束外延(MBE)生长技术生长了周期厚度不同的1 e V吸收带边的Ga N0.03As0.97/In0.09Ga0.91As应变补偿短周期超晶格(SPSL)。高分辨率X射线衍射(HRXRD)测量结果显示,当周期厚度从6 nm增加到20 nm时,超晶格的结晶质量明显改善。然而,当周期厚度继续增加时,超晶格品质劣化。对超晶格周期良好的样品通过退火优化,获得了具有低温光致发光现象的高含N量Ga NAs/In Ga As超晶格,吸收带边位于1 e V附近。使用10个周期的Ga NAs/In Ga As超晶格(10 nm/10 nm)和Ga As组成的p-i-n太阳电池的短路电流达到10.23 m A/cm2。经聚光测试获得的饱和电流密度、二极管理想因子与由电池暗态电流-电压曲线得到的结果一致。     

二硫化钼/石墨烯异质结的界面结合作用及其对带边电位影响的理论研究

采用基于色散修正的平面波超软赝势方法研究了二硫化钼/石墨烯异质结的界面结合作用及其对电荷分布和带边电位的影响.研究表明二硫化钼与石墨烯之间可以形成范德瓦耳斯力结合的稳定堆叠结构.通过能带结构计算,发现二硫化钼与石墨烯的耦合导致二硫化钼成为n型半导体,石墨烯转变成小带隙的p型体系.并通过电子密度差分图证实了界面内二硫化钼附近聚集负电荷,石墨烯附近聚集正电荷,界面内形成的内建电场可以抑制光生电子-空穴对的复合.石墨烯的引入可以调制二硫化钼的能带,使其导带底上移至-0.31 eV,提高了光生电子还原能力,有利于光催化还原反应.     

Geometric stability and adsorption property of hydroxyl group on graphene sheets

The stable geometrics and adsorption behaviors of hydroxyl (OH) groups on graphene sheets are investigated using the first-principles calculations. The single hydroxyl adatom has small adsorption energy and diffusion barrier on pristine graphene. The binding strength of the hydroxyl group increases with the coverage, and the aggregations of the hydroxyl groups reduce the structural bucking of graphene sheet. On the graphene with single vacancy (SV-graphene), the large trapping zones mean the adsorbed OH would be easily trapped at the vacancy site. The hydroxyl groups prefer to aggregate on graphene surfaces and form the water molecule, leaving the epoxy group on pristine graphene or oxygen dopant in SV-graphene, which is used to constitute the structural model of oxidized graphene. These results would provide us a useful reference to understand the atomic structure and adsorption property of functional groups on graphene sheets.