全国大学生物理实验竞赛之讲课比赛回顾与思考

从前期准备、备课过程、赛前练习以及答辩准备等环节,总结了参加全国大学生物理实验竞赛讲课比赛的经验,对如何高效且有针对性地完成参赛作品给出建议.备课前应研读课标和比赛评审标准.备课过程中着重考虑选择合适的教学手段,使用恰当的方式导入课程,提炼出课程重难点,重视物理思维,明确课程思政与科学前沿在课程中的重要性,理清讲课内容...     

Room-Temperature Magnetism Realized by Doping Fe into Ferroelectric LiTaO3

We synthesize LiTal-x FexO3-σ （LTFO） remain single phase up to x = 0.09 ceramics by the conventional solid-state reaction method. The samples The magnetic measurements show that the doping of Fe successfully realizes ferromagnetism of LTFO at room temperature. The dielectric measurements indicate that LTFO is ferroelectric, similarly to LiTaO3 （LTO）, but its ferroelectric Curie temperature seems to decrease with the increasing Fe content. By means of doping Fe ions into LTO, the coexistence of spontaneous electric polarization and spontaneous magnetic moment is realized at room temperature.     

碳纳米锥吸附Na的第一性原理计算

本文采用第一性原理计算结合从头算分子动力学的方法,研究了碳纳米锥(CNC)、B和N掺杂碳纳米锥(B-CNC和N-CNC)的稳定性,结果表明CNC、B-CNC和N-CNC均可以稳定存在.在此基础上分别研究了Na原子在CNC、B-CNC和N-CNC上的吸附行为.结果表明：1) Na原子在CNC五元碳环中心顶部位置的吸附最强,吸附能为-2.52 eV. CNC的能隙(Eg)为1.96 eV. 2) B和N掺杂CNC后,B-CNC和N-CNC的导电性均显著增强. 3)与CNC相比,Na原子在B-CNC上的吸附增强,而在N-CNC上的吸附则显著减弱.这表明B-CNC有望作为Na离子电池的负极材料.本文的研究结果对以CNC为负极材料的Na离子电池的研究提供了理论指导.     

Au@碳球复合结构中Au颗粒位置调控光吸收

采用时域有限差分（FDTD）法研究Au纳米颗粒@碳球（AuNPs@CS）复合结构的光吸收控制。发现Au纳米颗粒@碳球复合结构中Au颗粒的位置可以控制复合结构光吸收。模型计算中选取两粒Au纳米颗粒以最佳深度（0 nm）嵌入碳球表面。当两粒Au颗粒球心与碳球球心夹角为22.5°和45°时,复合结构光吸收较单一碳球光吸收明显增强;当夹角为315°、270°、180°、90°时,光吸收增量逐渐减小;当夹角为337.5°时,光吸收量低于单一碳球。这一结果主要归因于Au纳米颗粒位置变化可引起表面等离子体光强度和光散射方向的变化。改变碳球表面Au纳米颗粒的数量和位置,可以进一步调节AuNPs@CS复合结构的光吸收。     

Observation of Nano-Dots on HOPG Surface Induced by Highly Charged Arq+ Impact

Highly charged ions （HCIs） have huge potential energy due to their high charge state. When a HCI reaches a solid surface, its potential energy is released immediately on the surface to cause a nano-scale defect. Thus, HCIs are expected to be useful for solid-surface modifications on the nano-scale. We investigate the defects on a highly oriented pyrolytic graphite （HOPG） surface induced by slow highly charged Ar^q＋ ions with impact energy of 20-2000qeV with scanning probe microscopy （SPM）. In order to clarify the role of kinetic and potential energies in surface modification, the nano-defects are characterized in lateral size and height corresponding to the kinetic energy and charge state of the HCIs. Both the potential energy and kinetic energy of the ions may influence the size of nano-defect. Since potential energy increases dramatically with increasing charge state, the potential energy effect is expected to be much larger than the kinetic energy effect in the case of extremely high charge states. This implies that pure surface modification on the nano-scale could be carried out by slow highly charged ions. The mean size of nano-defect region could also be controlled by selecting the charge state and kinetic energy of HCI.     

Na_3AlF_6-Al_2O_3系熔盐离子结构的拉曼光谱研究

利用激光共焦拉曼光谱仪测定了不同氧化铝含量的Na3AlF6-Al2O3体系的常温与升温拉曼光谱,通过解析该拉曼光谱总结了其离子结构的种类以及随温度的变化规律,并对相应的拉曼谱峰进行了归属。结果表明当温度升至1173K及以上时,样品开始熔化并出现AlF63-→AlF4-的转化,同时伴有复杂离子的生成。将实验结果与模拟计算结合,发现在氧化铝含量较高的样品中存在络合离子Al2O2F42-。     

基于频率调制激光驱动的囚禁离子几何相位逻辑门

为了避免激光相位的起伏对几何相位逻辑门保真度的影响, 提出一种基于囚禁离子的量子几何相位逻辑门的新方案。该机制是利用一束频率调制的行波激光场作用于两个囚禁离子上实现的。它的优点有：操作简单,仅需一步就能实现。不灵敏于激光场的相位也不需要对囚禁离子进行个别寻址。     

TX-100和CTAB交换动力学的核磁共振研究

运用核磁共振(NMR)方法分别测定了表面活性剂辛基苯聚氧乙烯醚(TX-100)和十六烷基三甲溴化铵(CTAB)在不同温度下的临界胶束浓度.阐述了应用1D NMR线型分析方法对表面活性剂快交换体系平均停留时间的定量测量.实验测量了TX-100和CTAB胶束溶液中表面活性剂分子在不同温度下的平均停留时间.结果显示,平均停留时间随温度的增加逐渐减小,说明TX-100和CTAB分子进出胶束的速率随温度的增加逐渐加快.利用阿伦尼乌斯公式拟合,获得了TX-100和CTAB的表观交换活化能,TX-100的表观交换活化能为17.6 k J/mol,CTAB的表观交换活化能为75.3 k J/mol.对TX-100和CTAB平均停留时间和表观交换活化能进行分析,得出平均停留时间和表观交换活化能与分子结构的关系:表观交换活化能反映的是疏水相互作用和静电斥力的大小;而平均停留时间不仅受活化能的影响,还与分子结构有关.     

新型脱硅剂水合碳铁酸钙合成过程的光谱学研究

亚熔盐溶出一水硬铝石型铝土矿过程中需在高浓介质条件下脱除二氧化硅杂质,研究采用合成水合碳铁酸钙做为脱硅剂;因水合碳铁酸钙合成过程中会有碳酸钙、氢氧化钙、铁酸钙等副产物,故合成条件对水合碳铁酸钙含量及脱硅效果有重要影响。为了探讨反应机理并优化合成参数, 研究采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、电感耦合等离子发射光谱(ICP-AES)分析对合成过程产物进行了物相分析和脱硅实验。FTIR和脱硅过程元素分析表明水合碳铁酸钙在水溶液中为介稳物质,反应温度和反应时间对水合碳铁酸钙的合成具有重要影响,随时间和温度增加水合碳铁酸钙含量先增加后减少;单因素条件下最优的合成条件为, 反应温度30 ℃,反应时间16 h,反应液固比20,搅拌强度500 r·min-1;对最优条件下合成水合碳铁酸钙的物相结构进行了研究,表明水合碳铁酸钙为斜方六面体晶体结构,其中存在结晶水、羟基、Fe—O特征峰。     

带电多孔二氧化硅纳米颗粒在硫醇/磷脂混合双层膜上的非特异性吸附

制备了表面带阴/阳离子的多孔二氧化硅纳米颗粒, 通过QCM-D研究了颗粒在不同pH值环境下与磷脂膜的非特异性吸附情况. 结果表明, NH₂-MSN 在4–8的pH值范围内与磷脂膜相互吸引, 而COOH-MSN由于与磷脂膜的电性始终保持一致而无法发生吸附现象. 本研究能够帮助理解和预测纳米颗粒与细胞膜间的相互作用, 为药物输运提供载体, 有助于多孔二氧化硅纳米颗粒在药物输运体系中的应用. 关键词： 多孔二氧化硅纳米颗粒 磷脂膜 非特异性吸附 QCM-D