氦原子嵌入富勒烯过程的从头算研究

采用从头算方法,利用密度泛函理论(DFT)模拟不同路径、不同压力条件下He@C_(60)的形成过程.通过对He嵌入富勒烯的势垒进行研究发现,He原子进入碳笼最可能的路线是:He原子沿曲线路径靠近碳笼,然后沿六边形中心进入碳笼,并最终停留在碳笼中心.并通过模拟不同压力条件下He原子进入碳笼的势垒大小,简要探讨了合成He@C_(60)的最佳条件.并进一步研究了nHe@C_(60)(n=1,2,3)的反应势垒问题.     

氢、氮、铍、锂原子在缺陷富勒烯CX（x=58-62）中的吸附与渗透

碳富勒烯包合物由于潜在的应用前景受到广泛关注。我们采用第一性原理方法计算了氢、氮、锂、铍原子在不同碳富勒烯中的吸附和穿越。根据原子在不同碳富勒烯笼中的势能曲线,我们给出了原子穿越碳富勒烯笼的势垒和势阱,归纳出原子穿越碳笼机理分为插入机理、渗透机理以及插入机理和渗透机理的混合机理。     

单轴应变条件下Fe从α到ε结构相变机制的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法,研究了沿［001］方向单轴应变条件下Fe从体心立方结构(bcc,α相)到六角密排结构(hcp,ε相)相变的临界压力、相变路径、相变势垒以及相变过程中原子磁性的变化.结果发现:单轴应变条件下Fe从α到ε结构的相变路径与以前理论计算模拟给出的静水压力条件下的相变路径明显不同;原子磁矩沿着相变路径突然降低,同时伴随着能量和体积的突然变化,是典型的一阶磁性相转变,表明原子磁性的丧失导致了bcc结构不稳定而向hcp结构转变.对单轴应变下吉布斯自由能的计算表明,相变势垒随着单轴应 关键词： 相变 单轴应变 第一性原理 铁     

氢、氮、铍、锂原子在缺陷富勒烯C_x(X=58～62)中的吸附与渗透

碳富勒烯包合物由于潜在的应用前景受到广泛关注.我们采用第一性原理方法计算了氢、氮、锂、铍原子在不同碳富勒烯中的吸附和穿越.根据原子在不同碳富勒烯笼中的势能曲线,我们给出了原子穿越碳富勒烯笼的势垒和势阱,归纳出原子穿越碳笼机理分为插入机理、渗透机理以及插入机理和渗透机理的混合机理.     

分子动力学方法研究金属Ti中He小团簇的迁移

采用分子动力学方法模拟了不同温度下He原子及He团簇在金属Ti中的迁移特性,并计算了扩散前系数和激活能. 研究发现这种扩散的各向异性非常显著,具体表现在He原子及He团簇在不同方向上扩散系数的前系数完全不同,但它们的激活能却相同. 研究表明:在预测金属中He的扩散行为时,必须采用动态模拟方法才能得到准确的前系数,仅仅考虑势垒的静态模拟方法是不行的. 另外,还发现一个不同于直觉的现象,即较低温度下He二聚物的扩散系数比单个He原子的扩散系数大;此外,在所模拟的温度范围内Arrhenius方程能够很好地描述它们的扩散. 这说明动力学模拟对预测金属中He的扩散行为具有重要的意义. 关键词： 分子动力学 扩散系数 各向异性 氦     

Cu(111)三维表面岛对表面原子扩散影响的分子动力学研究

采用嵌入原子方法的原子间相互作用势，利用分子动力学方法计算了同质外延生长中不同层数的三维Cu(111)表面岛上表面原子扩散激活能，分析了三维表面岛的层数对表面原子交换扩散和跳跃扩散势垒的影响. 研究结果表明，二维Enrilich-Schwoebel(ES)势垒小于三维ES势垒，且三维ES势垒不随表面岛层数的增加而显著变化. 对于侧向表面为(100)的表面岛，表面原子沿〈011〉方向上的扩散行为，随表面岛层数增加而逐渐变化；在表面岛层数达到3层时，扩散路径上的势垒变化趋于稳定，表面原子扩散以下坡扩散为主. 对于侧面取向为(111)的表面岛，当表面岛层数大于3层后，开始呈现上坡扩散的可能. 关键词： 表面原子 扩散 分子动力学模拟     

金属原子催化作用下缺陷石墨烯薄膜的自修复过程

采用分子动力学方法,模拟了金属原子存在条件下缺陷石墨烯的自修复过程.模拟采用了Ni和Pt两种金属原子作为催化剂,通过改变系统温度,得到了多组模拟结果.观察对比了模拟结束时获得的原子构型图,并通过计算修复过程中石墨烯内5,6,7元环的数量变化,研究了不同金属原子对缺陷石墨烯的催化修复效果,发现在适当的温度(1600 K和2000 K)下,与无金属原子条件下的修复结果相比,两种金属原子都表现出了一定的催化修复能力,且Ni表现出的催化修复能力要优于Pt.为了探究其背后的机理,我们模拟了部分典型的结构演变.发现Ni和Pt原子分别会导致"环内跳出"和"断环"的局部结构转变,并且在不同温度下均表现出不同程度捕获碳链的能力.此外,观察了两种金属原子在平面内外的不同迁移行为,并通过绘制金属原子的迁移路线,计算其迁移量,进一步研究了两种金属原子不同的催化修复机理.研究结果有利于认识不同金属原子具有的不同催化修复效果,理解不同金属原子的催化作用机制,有助于针对缺陷石墨烯的修复选择合适的催化剂.     

碳笼俘获钇原子的激光消融质谱研究

将激光消融质谱技术应用于碳笼内部嵌入钇原子形成含钇碳笼包合物的研究．实验采用石墨/Y₂O₃组合棒电弧蒸发法制备含钇碳笼包合物．激光消融质谱实验结果表明，YC₈₂存在且聚集在样品表面，不同条件下制备的YC₈₂的产额不同．此外，还研究了YC₈₂在空气中稳定性的问题，并从理论上分析了YC₈₂存在的原因 关键词：     

邻晶面外延生长机制的动力学Monte Carlo模拟

用动力学Monte Carlo模拟方法研究了GaAs(001)邻晶面的外延生长机制.Ehrlich-Schwoebel势垒对邻晶面外延机制有重要的影响.模拟结果显示，低温下Ehrlich-Schwoebel势垒几乎能完全阻止原子向下一台阶面的迁移，高温下原子已能有效地克服势垒的影响并向下一台阶面迁移.在外延生长初期，原子几乎在台阶面上均匀分布.当表面覆盖度达到一定数量后，台阶成核开始.而由于Ehrlich-Schwoebel势垒的存在，在台阶的上侧台阶面上开始有原子的积累，而如果没有Ehrlich-Schwoebel势垒，台阶上侧台阶面上的原子也能被有效地耗尽.Ehrlich-Schwoebel势垒对邻晶面上的外延生长模式有显著的影响，将明显提高达到台阶生长模式的温度. 关键词： 外延生长模式 动力学Monte Carlo Ehrlich-Schwoebel势垒     

温度及深度对钛中氦泡释放过程影响的分子动力学研究

利用分子动力学模拟方法对温度及He泡深度给金属Ti内He泡的体积、压强和释放过程等带来的影响进行了研究. 首先, 通过研究室温下He泡在金属Ti内不同深度处的状态, 得到He泡的形状、压强、体积等物理量随其深度的变化规律. 发现He泡压强随其深度增加逐渐变大, 体积则逐渐减小, 但当He泡深度增大到2.6 nm时, 二者均维持在某个固定值附近. 然后对包含有He泡的Ti体系在温度作用下的演化过程进行了模拟, 发现不同深度处He泡从金属Ti内释放出来所需要的临界温度有很大差别, 总体来看He泡越深, 释放所需的临界温度越高. 但不同温度下He原子的释放速率没有明显差别, 释放过程几乎均为瞬间完成. 最后通过对He泡内部压强和其上方金属Ti薄层的抗张强度进行统计对比, 阐述了金属Ti 体内He泡的释放机制: 当He泡内部压强大于其上方Ti薄层抗张强度时, He泡就会将Ti 薄层撕裂, 从而使He原子得到释放.     

巴基球C60内嵌原子(Li,Na,K,Rb,Cs;F,Cl,Br,I)的稳定存在位置及其复合物的几何与电子结构

本文用量子化学EHMO/ASED方法对巴基球C60内嵌原子(A=Li,Na,K,Rb,Cs;F,Cl,Br,I)进行了计算。结果表明除Li、Na外,其它元素当置于C60笼中心附近时,复合物能量最低,最稳定;对于内嵌Li、Na原子的巴基球(Li@C60)及(Na@C60),当Li、Na位于围绕中心的一个球壳层(r～1.5A)内时最稳定。     

超声喷流Ar团簇生长演化过程及团簇尺寸轴向分布的实验研究

针对特定形式的喷嘴产生的Ar气体团簇,利用瑞利散射法研究了团簇的生长演化过程,测量了不同背压下空间轴向上的团簇尺度,得到了团簇尺寸随轴向距离与背压的关系.实验发现,在20—60 atm（1 atm=1013 kPa）背压范围内,距离喷嘴出口5 mm处,Ar团簇尺度最大. 关键词： 超声喷流 Ar团簇 瑞利散射 团簇尺度     

密度泛函理论计算内掺富勒烯M@C60H60(M=Li、Na)的几何结构和电子性质

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(generalized gradient approximation,简称GGA),对M@C_(60)H_(60) (M=Li、Na)几何结构和电子性质进行计算研究.发现M原子的平衡位置处在偏心位置处,并且稳定的存在于一个围绕中心的球体内;掺杂能计算表明:M@C_(60)H_(60)需要在一定的实验条件下才能被合成出来;电子性质分析表明:M原子掺入到C_(60)H_(60)中,对费米能级附近有一定贡献,并产生了1 μB的净磁矩.     

Path integral Monte Carlo study of(H_2)_n@C_(70)(n = 1, 2, 3)

The path integral Monte Carlo(PIMC) method is employed to study the thermal properties of C70 with one, two,and three H2 molecules confined in the cage, respectively. The interaction energies and vibrationally averaged spatial distributions under different temperatures are calculated to evaluate the stabilities of(H2)n@C70(n = 1, 2, 3). The results show that(H2)2@C70is more stable than H2@C70. The interaction energy slowly changes in a large temperature range,so temperature has little effect on the stability of the system. For H2@C70and(H2)2@C70, the interaction energies keep negative; however, when three H2 molecules are in the cage, the interaction energy rapidly increases to a positive value.This implies that at most two H2 molecules can be trapped by C70. With an increase of temperature, the peak of the spatial distribution gradually shifts away from the center of the cage, but the maximum distance from the center of H2 molecule to the cage center is much smaller than the average radius of C70.     

Thermal properties of the binary n-pentane-water 1 : 4 system

The thermal properties of binary n-pentane-water (1: 4, wt.) system, as well as hydrocarbon liquid-vapor and aqueous liquid-vapor phase equilibria, were studied in the temperature range between 303 and 674 K under pressures (up to 60 MPa) along nine different isochores. The phase-equilibrium lines and critical points for the system were obtained, and the phase diagrams are described.     

CO2 motion in carbon dioxide deuterohydrate determined by applying maximum entropy method to neutron powder diffraction data

Crystal structures of carbon dioxide deuterohydrate were studied by neutron powder diffraction at temperatures from 10 to 200 K. Maps of scattering length density distribution were obtained using a maximum entropy method (MEM), which clarified the motion of CO₂ molecules in the hydrate. In small cages, the carbon atom of the CO₂ molecule is at the center of the cage, and the oxygen atoms of CO₂ revolve freely around the carbon atom. In large cages, the carbon atom also is at the center of the cage, but the oxygen atoms tend to revolve around the carbon atom along the plane parallel to the hexagonal facets of the cage.     

内嵌复合物M@C60（M=Li,Na,K,Rb,Cs）的分子力学研究

利用分子力学方法计算了碱金属内嵌复合物Ｍ＠Ｃ６０中Ｍ与Ｃ６０之间的相互作用，考察了Ｍ在Ｃ６０笼内的平衡位置。研究表明Ｌｉ和Ｎａ的平衡位置偏离Ｃ６０分子的中心，Ｋ、Ｒｂ和ＣＳ的平衡位置在Ｃ６０分子的中心。平衡位置的确定取决于色散作用和排斥作用的大小。最后，讨论了碱金属原子进入笼内的可能机制。     

密度泛函理论计算内掺氢分子富勒烯H2＠C60及其二聚体的几何结构和电子结构

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(generalized gradient approximation,简称GGA),对内掺氢分子富勒烯H₂＠C₆₀及其二聚体的几何结构和电子结构进行了计算研究.发现无论是在H₂＠C₆₀单体,还是在其二聚体中,氢倾向以分子形式存在于碳笼中心处,且在室温下氢分子可以做自由旋转.电子结构分析表明,氢分子掺入到C₆₀和C₁₂₀中,仅对距离费米能级以下-8eV至-5eV能级处有一定的贡献,其他能级的分布和能隙几乎没有变化. 关键词： 几何结构 电子结构 密度泛函     

Properties of C60 polymerized under high pressure and temperature

60 polymers. Pure and mixed phase polymeric samples were synthesized by simultaneously subjecting microcrystalline C₆₀ powder or pellets to various pressures () and temperatures (). The optical spectra of the orthorhombic, tetragonal, and rhombohedral C₆₀ polymer phases are observed to be quite distinct and rich. These spectra exhibit numerous lines and an overall downshift in frequency relative to C₆₀ is observed, consistent with a loss of double bonds from the fullerene cage. The LDMS spectra of a sample synthesized at under hydrostatic conditions and , exhibited a succession of clear peaks at mass numbers corresponding to , similar to the LDMS data on the C₆₀ photopolymer. This is taken as further evidence for interfullerene bonds in these high-pressure polymers. The XRD pattern of this sample indicates the presence of a strong texture in the sample. Received: 14 November 1996/Accepted: 8 January 1997     

A study of the effects of mass transfer under quasi-spherical loading of a composite spherical sample

Metallography and electron probe microanalysis were used to study the structure of a composite ball, 60 mm in diameter, subjected to quasi-spherical shock-wave loading. The sample consisted of spherical steel and brass shells and a brass cylinder at the center. Converging shock waves were generated by a spherical HE charge, which was initiated at several points uniformly distributed over its external surface. The pressures at the surface and center of the sample were ～40 and ～100 GPa, respectively. Brass and steel were observed to penetrate into the narrow channels of the joints between the halves of the shells and into the compact material. The depths of penetration into the joints and compact material were 3.2 and 0.3 mm, respectively. Mass transfer occurred along the radius from the surface to the center of the sample and in the opposite direction. The mass transfer effects revealed are of hydrodynamic nature.