评<非平衡定态相图--人造金刚石的低压气相生长热力学>一书

<非平衡定态相图--人造金刚石的低压气相生长热力学>一书于2000年3月由科学出版社出版,这是复旦大学王季陶教授得到国家自然科学基金委员会优秀研究成果专著出版基金资助的出版物.书名中有两个关键词引人注目.其一是广为人知的"金刚石",自古以来它以其璀璨夺目而一直是人们心目中的宝石之王;到近代人们又认识到它是具有最高硬度和弹性模量的超硬材料,但它的其他优异性能和潜在的高技术应用还远超出一般人所知的范围.     

非平衡定态相图新概念及其应用——激活低压金刚石气相生长热力学

在激活的低压条件下，金刚石气相稳定生长的同时石墨会被腐蚀．这是近二三十年来国际上的一个热力学难题，甚至被认为是“热力学的悖论”．用非平衡热力学耦合理论可以给予很好的解释，并推导出非平衡定态相图的全新概念．在新型相图中金刚石在低压下是稳定相，而石墨被激活成为亚稳相．理论计算与文献报道的大量实验数据定量化地相符     

非平衡定态相图新概念及其应用

在激活的低压条件下，金刚石气相稳定生长的同时石墨会被腐蚀、这是近二三十年来国际上的一个热力学难题，甚至被认为是“热力学的悖论”，用非平衡热力学耦合理论可以给予很好的解释，并推导出非平衡定态相图的全新概念，在新型相图中金刚石在低压下是稳定相，而石墨被激活成为亚稳相，理论计算与文献报道的大量实验数据定量化地相符。     

现代热力学基础简介

从热力学基本定律的现代表达式 (diS≥ 0 ,diS是体系的熵产生 )能直接预测同时发生的反应有发生反应耦合 [diS1<0 ,diS2 >0和diS1 diS2 ≥ 0 ;diS1和diS2 是反应的熵产生 ]的可能 ,但是长期以来无法得到定量证明 .在激活低压气相生长金刚石的热力学研究中 ,发现该体系就是反应耦合的定量化例证 ,相应地得到了一个非平衡零耗散热力学 [diS1<0 ,diS2 >0和diS1 diS2 =0 ]的全新热力学分支领域 .非平衡定态相图的计算就是该领域的重要结果 ,并与大量的金刚石气相生长实验相符 .非平衡零耗散体系是在外界强制条件下的一种定态体系 ,强制条件减弱为零时就成为平衡体系 .现代热力学对开放体系相关的近代高新科技领域有重要意义 .     

人造金刚石低压气相生长的相图计算

用非平衡热力学耦合模型计算了由CH₄/H₂，CO/H₂和乙炔火焰等气相体系生长金刚石的相图．与经典平衡热力学理论计算结果不同的是这些相图都有一个金刚石生长区存在．相图中的金刚石生长区是实现金刚石气相生长的热力学基础，它的存在体现了超平衡氢原子等激活粒子对石墨的激活和对金刚石的稳定作用．计算的相图与报道的实验结果基本相符，因而对金刚石气相生长的理论和实验研究具有重要的指导意义 关键词：     

化学反应中非平衡定常态下的细致平衡问题

研究了化学反应中远离平衡的定常态的形成机制,证明了双变量化学系统的非平衡定态可能有细致平衡存在,但这种定态是不稳定的。 关键词：     

强迫耗散系统的有序结构和系统的发展(Ⅱ)，广义能量极小值原理和系统的发展

利用大气非线性动力学证明了广义能量极小值原理，进一步从理论上证明它是同大气非平衡 态热力学最小熵产生原理在物理上是一致的.前者表明，强迫耗散动力系统的终态广义能量 达极小值；而最小熵产生原理表明，远离热力学平衡态的开放系其终态时系统内部的不可逆 过程最弱.而且，系统广义能量达极小值和系统熵产生达极小值的终态一般是一个稳定的定 态，它对应着系统的某种有序结构.也就是说它是一个“低耗高效”的有序定态.大气系统作 为自然界一个典型的物理复杂系统，其最小熵产生原理和广义能量极小值原理隐示了自然界 复杂系统的一个一 关键词： 强迫耗散系统 能量极值原理 有序结构 动力系统     

相图及应用

 材料科学是一门重要的研究课题.而相图对于从事材料科学研究者来说,正如地图对于军事家一样重要.相图是一门古老而又年轻的科学.说它古老是因为从一百多年前就开始了相图的研究,说它年轻是指它与渗透到很多自然科学领域中的现代材料科学密切相关.举例说:要想知道怎样使廉价的石墨变成坚硬无比的金刚石?     

非高斯噪声激励下FHN神经元系统的定态概率密度与平均首次穿越时间

研究了非高斯噪声激励下的FHN神经元系统,应用路径积分法和统一色噪声近似得到系统的定态概率密度函数和平均首次穿越时间表达式.发现了加性噪声强度Q能够诱导非平衡相变的产生,乘性噪声强度D、偏离参数p及关联时间τ₀均不能诱导非平衡相变发生;非高斯噪声的存在缩短了细胞神经元系统静息态和激发态之间的转化时间,有利于神经元信息的传递. 关键词： FHN神经元系统 非高斯噪声 定态概率密度 平均首次穿越时间     

含可饱和吸收体的单模驻波激光系统的定态行为

具体给出了含可饱和吸收体的单模驻波激光系统的哈密顿(Hamiltonian)量和序参量运动方程,并对序参量的定态解做了线性稳定性分析。结果表明,驻波系统在阈值附近的定态行为(非平衡相变行为、双稳行为、临界点附近的指数行为等)与行波系统定性类似,但具体细节有异。特别不同于行波的是,驻波情形下三个定态解中的I_分支有可能实现。     

人造金刚石晶体生长机制的探讨

自然界中常见到的碳可分为金刚石晶型碳(如立方和六方金刚石)和非金刚石晶型碳(如石墨和无定形碳)等两种.人造金刚石就是通过外界条件如压力、温度等的变化,使非金刚石晶型碳转变成金刚石晶型碳. 人造金刚石的具体方法多达十余种,按晶体生长的特点可归纳为直接法、熔剂-触媒法和外延法等三种1).前两种方法是在金刚石稳定区实现的,后一种方法是在金刚石亚稳区进行的.图l[1,2]表示碳的P-T相图和三种方法人造金刚石的实验范围. 人造金刚石在实验室获得成功的可靠报导[3],至今已有十七年的历史,磨料级人造金刚石早已投入生产,优质大颗粒(多晶体…     

非线性漂移的Fokker-Planck方程的非定态解

本文用格林函数方法讨论Fokker-Planck方程的非定态问题,将标度理论的“标度区”和“最终时区”统一考虑。在标度理论的头两个时区,所得结果与标度理论的解一致。当t→∞时,所得的非定态解趋于Fokker-Planck方程的定态解,解决了标度区分布函数在稳定点发散的问题,避免了“标度区”和“最终时区”对接的困难。 关键词：     

金刚石的石墨化及其对炸药爆轰合成超微金刚石产出率的影响

 金刚石的石墨化对于炸药爆轰过程中金刚石的产出率有重要的影响。对碳相图进行了讨论,提出采用金刚石-石墨的动力学平衡线来评价炸药爆轰过程中金刚石的石墨化。通过数值模拟,对炸药爆轰过程中金刚石的石墨化进行了分析和讨论。     

热解碳化学气相沉积中的多重定态和非平衡相变的研究

讨论在热解碳化学气相沉积过程中出现的多重定态和非平衡相变这一典型的非平衡物理现象的机理和发展趋势.通过理论分析和实验结果的分析发现热解碳化学气相沉积的化学反应是一个典型的非平衡化学反应,其中在沉积过程中出现的生成碳黑的过程是一个典型的非平衡相变.在这一非平衡化学反应中,自由基的反应模型符合Schlogl模型.在这一非平衡化学反应中,有线性区和非线性区,线性区的产物是热解碳,而非线性区是碳黑.在线性区,反应速率方程是唯一的、线性的,而在非线性区,反应速率方程是多重的、非线性的. 关键词： 非平衡化学反应 非平衡相变 化学气相沉积 Schlogl模型 热解碳     

现代热力学的完整分类系统--非平衡非耗散热力学新领域

在同一体系中同时有多个不可逆过程时，不可逆过程之间会有相互影响，原来的非自发过程有可能在其他自发过程的影响下得以进行，这种现象就称为热力学耦合或反应耦合，长期以来，经典热力学把热力学第二定律的等式作为平衡体系的充分必要条件，其中隐含了一个前提性的假定，即经典热力学的对象只限于非耦合的体系，摈弃这一隐含的前提性假定以后，热力学自身就发展成为一个现代热力学的完整学术体系，适用于任何宏观体系（包括极其复杂的生命体系），现代热力学的完整学术体系中包含了一个崭新的非平衡非耗散热力学新领域，由于该领域属于热力学第二定律的等式部分，因此可以定量计算，并得到一系列理论计算的非平衡相图，与文献上报道的激尖低压金刚石合成等的大量实验数据相符。     

驱动场对非简并光学参变振荡器动力学特性的影响

研究了驱动场对非简并光学参变振荡器动力学行为的影响,通过计算系统的李雅普诺夫(Lyapunov)指数,发现当驱动场变化时,系统会出现定态、周期态、混沌态和超混沌态,并得到与各状态相应的驱动场取值范围。基于相图、Lyapunov指数谱和时间序列图的数值模拟也证实了计算结果,为进一步研究该系统的混沌反控制奠定了基础。     

化学反应系统定态的稳定性分析

化工行业中反应器的定态稳定性问题,是引人注目的研究课题,但从热力学角度研究,却是少见的。本文应用非平衡热力学理论进行了新的探索和尝试。 一、CSTR的数学模型及定态解 考虑放热反应: 1.5H_2+0.5N_2(?)NH_3假定反应在连续搅拌式反应器(CSTR)中进行,内部变量均匀。为简化,不计流体粘性作用及催化剂物性影响,并假设反应前后压力维持不变。     

由Hanusse定理的完整化而导出一个新定理

本文论述了非平衡统计热力学中Hanusse定理的完整化问题,并由此引导出一个新定理:“如果中间反应物至多只有两种,参加每一步反应至多只有两分子,则不可能由一个定态到达任何一个极限环。” 关键词：     

我的恩师王竹溪

王竹溪先生的许多弟子,可能对本文题目感到诧异.一个最多只能算＂门外弟子＂的后学,怎敢妄呼＂恩师＂! 由于高中毕业就被派往苏联读本科,在那里从矿山经济改学物理,我在国内没有母校和师友.然而,在感情上,北京大学（以下简称北大）是我的“母校”,王竹溪先生就是我最敬重的恩师．当然,最初的受教是靠自己钻研《热力学》和《统计物理学导论》这两本书．王竹溪先生关于遍历理论不是统计物理的基础;细致平衡可以保证总平衡,但总平衡不一定只由细致平衡保证;近平衡的三种非平衡过程的关系等种种论述,多年来指导着我的思维．     

三比特类GHZ态的Bell型不等式和非定域性

研究了一般形式类GHZ(Greenberger-Horne-Zeilinger)态的共生纠缠度及非定域性, 给出了类GHZ纠缠态的共生纠缠、Mermin不等式和Svetlichny不等式的解析表达式, 并通过数值计算讨论纠缠与非定域性之间的关系. 结果表明, 类GHZ纠缠态的共生纠缠和两个Bell型不等式描述的非定域性是一致的, Bell算符及其参量, 能够明显展示量子态的非定域特性. 关键词： 量子信息 类GHZ态 共生纠缠 Bell型不等式