自掺杂TiO2纳米管：液相制备及光催化性能

采用水合肼（N₂H₄·H₂O）作为还原剂,在液相环境中制备了自掺杂TiO₂纳米管阵列（NTs）。利用FE-SEM、EDS、XPS、XRD、Raman、UV-Vis/NIR分光光度法以及半导体特性分析系统（Keithley 4200 SCS）分别对样品的形貌,晶体结构,光学特性以及电学性能进行了表征。结果表明：通过这种方法制备的自掺杂TiO₂NTs在带隙中引入了大量的氧空位,创造了氧空位能级,从而提高了样品的电导率,有效提高光生电子-空穴对的产生、分离和传输。此外,由于氧空位的作用,使得TiO₂NTs的带隙变窄,增强了可见光吸收能力,致使样品具有较高的光催化活性,并通过降解甲基橙溶液对样品的光催化活性进行评估。结果显示当光照150min后,自掺杂TiO₂NTs对甲基橙溶液的降解率达73%,并且这种催化剂便于回收和重复使用。     

MoO3纳米带/RGO复合材料的制备及其电化学性能研究

以水杨酸为模板剂和还原剂,采用水热法制备得到了一种MoO₃纳米带/RGO复合材料。利用XRD、SEM、TEM、拉曼光谱、恒流充放电、交流阻抗等手段对样品的结构、形貌以及电化学性能进行表征。测试结果表明,MoO₃纳米带/RGO复合材料作为锂离子电池负极材料,在50mA·g^-1的电流密度下可逆比容量为1000mAh·g^-1,循环50次后比容量还保持在950mAh·g^-1,相比于MoO₃纳米带其容量保持能力和循环性能得到了显著改善。     

扶手椅型二硫化钼纳米带的电子结构与边缘修饰

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法, 研究了扶手椅型二硫化钼纳米带的几何构型与电子结构, 发现其稳定性与电子性质敏感地依赖于边缘修饰. 随着边缘修饰的H原子数增加, 纳米带变得更加稳定, 并在间接带隙半导体、半金属和直接带隙半导体之间转变. 纳米带的能带结构和电子态密度显示, 其费米能级附近的能带主要由边缘态贡献. 当二硫化钼纳米带两边用不同数目的H原子修饰时, 纳米带同时具有由这两种修饰引起的边缘态并且两种边缘态的相互影响很小. 研究了三类纳米带带隙与宽度的关系, 对于每个原胞修饰0个或8个H原子的纳米带, 带隙随宽度以3为周期振荡变化; 而对于每个原胞修饰4个H原子的纳米带, 带隙振荡不再具有周期并且振荡幅度变小.     

新型共轭高分子聚[吡咯2,5-二(3-甲氧基-4-羟基苯甲烯)]的合成与表征

本文采用两步法合成了一种新型共轭高分子聚 [吡咯 2 ,5 二 (3 甲氧基 4 羟基苯甲烯 ) ],其前聚物聚 [吡咯 2 ,5 二 (3 甲氧基 4 羟基苯甲烷 ) ]可溶于一般的极性有机溶剂 .通过红外、核磁、紫外光谱分析鉴定了产物及其前聚物的结构 .利用DSC与TGA测试分析了所合成聚合物的热学性质 .紫外光谱表明在聚合物链中引入醌式吡咯环结构有利于降低产物的能隙 ,其能隙为 1 14eV ,属窄能隙类共轭聚合物 .经碘掺杂后产物的电导率在半导体的范围内     

电场和应力作用下氮钝化扶手型氧化锌纳米带的电子结构和磁特性

采用密度泛函理论(DFT)方法,在LDA+U水平下详细研究了电场和应力作用下氮钝化扶手型氧化锌纳米带(NA8-ZnONRs)的电子结构和磁特性。对体系的电子结构和磁性进行详细的计算,结果表明：本征扶手型氧化锌纳米带(A8-ZnONRs)是无磁性P型半导体。氮钝化后NA8-ZnONRs具有铁磁金属性,其磁性主要来源于N2p轨道(2.56μ_B)和O2p轨道(0.69μ_B)电子的自旋极化,总磁矩为3.21μ_B。NA8-ZnONRs体系对X方向电场有较强的响应,通过调节X方向电场的幅度,可以有效调节体系的磁矩。在X方向电场作用下体系仍具有铁磁金属性,磁性也主要来源于N2p和O2p轨道电子的自旋极化。施加X方向应力作用后,体系仍表现为铁磁金属性。与NA8-ZnONRs纳米带磁矩相比,体系的总磁矩均发生了较大幅度的增长,表明体系对应力作用具有较明显的相应。但随着应力幅度的调节,总磁矩的变化较平坦。表明施加应力可以有效调节体系的磁矩,但在较小应力范围内,体系对应力变化的相应不明显。     

基于二维材料WX_2构建的范德华异质结的结构和性质及应变效应的理论研究

二维材料过渡金属硫属化物(TMDs),因其优越的物理化学特性及其在光电子器件、光催化等领域的潜在应用价值,得到了人们的广泛关注。基于TMDs材料可以构建具有不同性能的范德华(vdW)异质结,但构建的异质结由于其固有的能带带隙大小限制了其在全光谱上的响应,因而对其能带带隙调控变得十分重要。本文基于第一性原理方法系统地研究了WX_2 (X=S, Se, Te)从单层到体相的结构和性质,以及由此组装的vdW异质结构WS_2/WSe_2、WS_2/WTe_2和WSe_2/WTe_2的结构和性质以及应力应变对异质结构的能带带隙的影响。结果表明:结合HSE06泛函和自旋轨道耦合(SOC)效应的计算方案可以精确描述WX_2体系;异质结构WS_2/WSe_2,WS_2/WTe_2和WSe_2/WTe_2呈现type-II能带分类;在施加单轴或双轴的应力应变后,能带带隙大小发生相应改变,当晶格形变大于4%后,异质结构由半导体特性变成具有金属性。这些研究为光电子器件的设计提供了重要的指导意义。     

Sr2Si5N8∶Eu2+光物理性能及电子结构的研究

运用碳热还原氮化法(CRN)合成了Sr2Si5N8和Sr2Si5N8∶Eu2+粉体,所得到物相的XRD图谱显示,掺杂Eu2+后比掺杂前峰值向高角度方向偏移.荧光图谱显示掺杂后激发光谱处于紫外和近紫外光范围,发射光谱峰值处于红光处.利用第一性原理基于密度泛函理论的平面波赝势法计算了Sr2Si5N8与Sr2Si5N8∶Eu2+的能带结构与电子态密度,发现Eu2+的加入使得体系拥有了易于将能量以光子形式放出的直接带隙跃迁机制,并且使得整个体系带隙减小,结合实验结果,揭示了该体系材料的微观发光机理.     

基于声子晶体带隙特性的薄板减振设计

基于平面波展开法和薄板振动方程,计算了薄板型声子晶体的带隙和减振特性,通过与有限元软件的计算结果验证带隙计算的正确性,并进一步讨论了散射体几何形状及填充率、弹性模量比、密度比等对薄板型声子晶体带隙特性和减振的影响.结果表明正多边形散射体随边数的减小,第一带隙宽度逐渐增加,正方形散射体薄板减振效果明显.填充率对声子晶体带隙特性的影响不是线性的.随散射体基体弹性模量比数量级增大,第一带隙趋于低频,宽度降低.散射体基体弹性模量比较大时,密度比越大,第一带隙宽度越大,对应的薄板结构减振特性越好.     

土的工程力学性质的颗粒流模拟

基于颗粒流理论,引入不同的颗粒接触连接本构模型,分别建立了砂土和粘性土的颗粒流模型．通过颗粒流数值模型试验,对砂土和粘性土的室内平面应变试验及其剪切带形成和发展进行了数值模拟,分别对比了不同围压下颗粒流试样与室内试验的应力应变关系曲线,基本再现了砂土和粘性土试样应力．应变关系．通过砂土和粘性土PFC试样剪切带模拟表明,当围压较小时试样内部颗粒位移量小而且分布范围较广,当围压增大时,试样内部颗粒位移量也增大,而且发生较大位移颗粒的分布范围趋于集中,同时随着围压的增大试样内部形成明显的剪切带．无论砂土还是粘性土的PFC试样,随着围压的增加剪切带的形状趋于集中,而且剪切带宽度在减小．在围压很小时,试样内形成大的破坏区域,在围压较大时出现明显的线破坏区．这些规律基本与室内试验结果相似。     

高边坡结构可靠度的二次处理有限元分析

本文依据强度折减理论,利用MIDAS/GTS有限元软件,分析计算了高边坡结构的安全系数K,找到边坡滑裂带的位置。在此基础上,对有限元输入数据和输出结果进行二次处理,建立基本随机变量c,f与滑裂带中单元的最大(和最小)主应力σ1(和σ3)的拟合关系f1(和f3),将其代入高边坡结构的功能函数Z中,使Z由隐式形式变为显式。基于该显式表示的Z,利用Monte Carlo法计算滑裂带中所有失效单元的可靠指标β1,并将其单元面积A1作为权重系数,经过加权平均得到边坡结构的整体可靠指标β。上述方法使得结合有限元软件计算边坡结构的整体可靠度得以简化。经实例分析可知,本文提出的方法是合理可行的,可使边坡结构整体可靠性分析得以简化,也可为高边坡结构整体可靠性分析提供理论参考。