材料物理专业课程体系改革的思考

本文结合中国石油大学(华东)材料物理专业建设实际,阐述了近年来材料物理专业课程体系的改革经验,提出了课程改革的指导思想,总结了课程建设中几个方面的改革。经过多年来的探索和实践,教学体系的改革取得丰硕成果,促进了专业建设的发展。本专业课程体系的改革对同类专业的课程建设具有一定的参考价值和借鉴意义。

咪唑啉缓蚀剂在Fe(001)表面吸附行为的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了5种不同烷基链长的咪唑啉类缓蚀剂在Fe(001)表面的吸附行为和成膜机制,并对其缓蚀机理进行了深入分析.研究结果表明:咪唑啉分子的极性头基会吸附在金属表面上,而烷基碳链则背离金属表面,并通过自身的扭转形变实现稳定吸附;随着烷基链长的增加,缓蚀剂与金属基体的结合强度逐渐增加,所形成缓蚀剂膜的致密性也逐渐增大;致密的缓蚀剂膜能有效地阻碍腐蚀介质向金属表面扩散,从而达到延缓金属腐蚀的目的.5种缓蚀剂缓蚀性能的理论评价结果与实验结果吻合.

氨基酸缓蚀剂缓蚀性能的实验评价与缓蚀机制分析

采用静态失重和分子模拟相结合的方法评价3种氨基酸缓蚀剂的缓蚀性能,并对其缓蚀机制进行分析。研究结果表明:3种缓蚀剂缓蚀效率的顺序为半胱氨酸>缬氨酸>丙氨酸;3种分子的反应活性中心的分布基本相同;半胱氨酸具有两个亲电取代反应的活性中心,反应活性最高且缬氨酸比丙氨酸具有更强的反应活性;半胱氨酸的吸附稳定性最强,其次是缬氨酸,丙氨酸最差。3种氨基酸缓蚀剂缓蚀效率的理论评价结果为半胱氨酸>缬氨酸>丙氨酸,与实验评价结果完全吻合。

2-巯基苯并咪唑缓蚀剂对Q235钢的缓蚀性能研究

采用静态失重法研究了2-巯基苯并咪唑缓蚀剂在盐酸溶液中对Q235钢的缓蚀性能。结果表明,2-巯基苯并咪唑缓蚀剂具有良好的缓蚀性能,缓蚀效率可达94.0%以上;随温度的升高,缓蚀剂的缓蚀效率显著降低。为了进一步研究缓蚀剂的作用机理,运用量子化学方法计算了缓蚀剂的EHOMO、ELUMO、电荷分布、Fukui指数等表征分子活性的参数,结果显示,2-巯基苯并咪唑在水溶剂环境中以质子化形式存在,质子化后的分子具有更好的全局反应活性和局部反应活性,可在金属表面形成多中心的吸附,从而提高了缓蚀效率。

SDBS与HA缓蚀剂复配的实验与理论研究

通过静态失重法研究了十二烷基苯磺酸钠(SDBS)与六亚甲基四胺(HA)在盐酸溶液中对Q235钢的协同缓蚀效应,并采用分子动力学模拟从缓蚀剂膜抑制腐蚀粒子扩散的角度对其缓蚀机理进行分析.结果显示:SDBS和HA单独使用时,最高缓蚀效率分别为82.82%和79.46%,复配后最高缓蚀效率可达到92.78%;与两种缓蚀剂单独使用时相比,SDBS与HA复配后缓蚀剂膜体系中的自由空间明显下降,削弱了膜内缓蚀剂分子的自扩散能力,腐蚀粒子在缓蚀剂膜携带下的被动迁移也随之减弱;SDBS与HA复配能更有效抑制腐蚀粒子在缓蚀剂膜中的扩散,也就是说复配后的缓蚀剂具有更好的缓蚀性能.

腐蚀介质在缓蚀剂膜中扩散行为的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法,从缓蚀剂膜阻碍腐蚀介质粒子(H2O、H3O+和HCO3-)向金属表面扩散的角度,研究了4种1-R1-2-十一烷基-咪唑啉缓蚀剂(R1:羧甲基(A),羟乙基(B),氨乙基(C),氢(D))抑制碳钢CO2腐蚀的缓蚀机理,并对其缓蚀性能进行了理论评价.腐蚀介质粒子在不同缓蚀剂膜中的扩散系数、粒子与膜的相互作用能以及膜的自扩散性能的计算结果表明:4种缓蚀剂均可形成稳定的缓蚀剂膜,能有效阻碍腐蚀介质粒子向金属表面的扩散,达到抑制或延缓腐蚀的目的;随亲水支链(R1)极性的增加,缓蚀剂膜对腐蚀介质粒子扩散行为的抑制能力逐渐增强;同种缓蚀剂膜对正负离子H3O+和HCO3-比对中性的H2O分子具有更强的扩散抑制能力.综合计算及分析结果,4种缓蚀剂缓蚀性能的理论评价结果为A>B>C>D,与文献实验结果吻合.

磁性催化剂的研究进展

磁性催化剂是一种有着广泛应用的新型功能催化剂材料。磁性催化剂的载体由磁核和包覆层组成,磁核主要是软磁、硬磁铁的氧化物,包覆层主要有氧化硅,氧化铝,氧化锆等,主要应用于加氢精制、固体酸催化、生物催化等领域,特别是在采用磁稳定床用于己内酰胺加氢精制领域,以非晶镍为代表的磁性催化剂已成功应用到工业生产中,这为磁性催化剂的的大发展带来契机。

Xe(4d^(10))(e,2e)反应三重微分截面的理论研究

采用修正后的扭曲波玻恩近似理论,计算了共面不对称几何条件下Xe(4d^(10))(e,2e)反应的三重微分截面.散射电子能量为1000 eV,敲出电子能量为20 eV,散射电子角度分别固定在2°,4°和7.5°.理论计算与Avaldi等人的实验结果和扭曲波玻恩近似理论计算进行了比较,发现出射电子之间的后碰撞相互作用较弱,极化效应在反应过程中起着重要作用.

磁粉粒度对磁体强韧性和磁性能的影响

研究了烧结NdFeB磁体强韧性和磁性能与磁粉粒度的关系。结果表明:磁粉平均粒度从4.0μm减小到2.9μm时,磁体的晶粒尺寸减小,抗弯强度从212MPa增大到312MPa,增大了50%。磁体的Br和(BH)m在磁粉平均粒度为3.3μm时有最佳值。激光粒度分布表明平均粒度减小时磁体的iHc增大,Br和(BH)m减小,同时导致磁粉中微细颗粒所占的分数增多。当平均粒度增大时,磁粉中大直径颗粒占的分数增多,磁性能均降低。

电子碰撞Kr(4s^2)(e,2e)反应三重微分截面的理论研究

采用扭曲波玻恩近似,计算了共面对称条件下低能电子碰撞Kr(4s2)的(e,2e)反应三重微分截面.与实验结果比较后发现,极化效应和后碰撞相互作用在共面对称几何条件下的Kr(4s2)低能(e,2e)反应中起着重要的作用.

CF_3 Cl,CF_2 Cl_2和CFCl_3分子外价壳层轨道特性的电子动量谱学研究

通过比较相同电子成分轨道的实验和DFT-B3LYP/6-311+G*理论的电子动量分布,系统研究了CF_3Cl,CF_2Cl_2和CFCl_3分子外价壳层的轨道特性.研究结果表明CF_3Cl,CF_2Cl_2和CFCl_3分子的Cl(3p)孤对电子轨道随着Cl原子个数增多,分子内相互作用逐渐增强,Cl原子3p轨道电子动量分布的特征逐渐淹没;F孤对电子轨道和的电子动量分布在高动量区出现了一个弱结构,且随Cl原子个数增多和F原子个数减少逐渐消失,这可能是由于部分轨道C_Clσ键电子成分的贡献;除3a_1 轨道外,C-F成键轨道和的理论的电子动量分布均在低动量端低于实验结果,可能是由于"d-like"轨道低动量端的扭曲波效应;3a_1轨道理论的电子动量分布均在0.3a.u.<p<0.8a.u.范围内低于实验结果,可能是由于扭曲波效应和电子关联等效应的影响.

培养创新人才的实验教学模式的探索与实践

本文结合中国石油大学(华东)材料物理专业实际,阐述了通过四年实验教学不断线的实验教学模式,对本科生实践能力、协作能力、自主分析能力和创新能力进行的培养。经过多年来的探索和实践,这种实验教学模式取得了显著效果,学生的创新实践能力得到了较大提高。

银纳米线有序阵列的光偏振的理论研究

报道了组装在氧化铝模板中的银纳米线有序阵列光偏振的数值计算结果.进一步分析了阵列在可见—红外波段上显示光偏振的原因.通过适当选择纳米线的直径与间距,可以获得较大的消光比和较小的插入损耗。

大学公选课教学模式的探索与实践

分析了高校公选课建设和管理过程中存在的主要问题,提出了加强公选课建设和管理的四项措施,即重视开课前的管理,实行课程体系的动态管理,加强巡视检查制度和课程督导制度,制定公选课考核机制等,以确保公选课教学质量的进一步提高。

CH_3CN分子价壳层轨道电子动量分布的理论研究

采用密度泛函理论DFT-B3LYP方法,选用6-31G,6-311++G,6-311++G(d,p)和AUG-cc-pVTZ基组以及HF方法选用AUG-cc-pVTZ基组对CH3CN分子价壳层轨道电子动量分布进行了研究。理论计算与前人实验结果和利用Snyder和Basch波函数以及HF方法选用431G基组计算得到的理论的动量分布进行了比较。总体而言,除DFT-B3LYP/631G外,采用的其它几种计算均较前人理论计算与实验结果符合更好。对外价轨道7a1,1e和6a1,轨道电子的弥散效应很明显,而轨道的极化效应不明显,且7a1和6a1轨道的电子关联效应比较显著。对内价轨道,不同基组计算结果之间差别很小,表明内价壳层轨道极化和弥散效应很弱。

共面不对称几何条件下Xe 4d(e,2e)反应的理论研究

采用标准的扭曲波玻恩近似理论和修正后的扭曲波玻恩近似理论,计算了共面不对称几何条件下Xe4d轨道(e,2e)反应的三重微分截面。散射电子能量为1000eV,敲出电子能量为100eV,散射电子角度分别固定在2°和8°。理论计算与Avaldi等人的实验结果和理论计算进行了比较,发现两出射电子之间的后碰撞相互作用很弱,考虑极化效应会造成理论计算与实验结果产生很大差别,同时,散射电子和束缚电子之间的交换作用在反应过程中起着重要作用。

HPAM/PPG颗粒悬浮液驱油体系增黏机制的分子模拟

采用分子动力学模拟方法从原子分子层次考察聚合物HPAM/PPG(聚丙烯酰胺/聚丙二醇)颗粒悬浮液驱油体系的增黏性质。结果表明:当溶液中聚合物HPAM和PPG颗粒总的质量浓度相同的情况下,聚合物HPAM质量浓度占比增加时,体系提供更高的黏度;聚合物HPAM具有更大的回转半径,形成更多的交联,从而提供更高的结构黏度;较强的相互作用有利于形成稳定的水化层,实现水动力学增黏;—COO-形成的水化层中水分子数量更多,更容易形成水化层且形成的水层更稳定,对水动力学黏度的贡献更大;聚合物HPAM的亲水基团对水动力学黏度的贡献大于PPG颗粒亲水基团的贡献。

基于微观模拟的分子石油工程实验室研究与建设

为促进学科交叉融合的复合型人才培养,建立了基于微观模拟的分子石油工程实验室。将材料科学的多尺度模拟技术应用于石油工程领域,提出了分子石油工程概念,从分子层面和微纳尺度上研究和揭示非常规油气、页岩油气、深层油气的赋存与渗流机制等。以高水平科研项目为依托,培养石油工程类学生的理性思维和材料科学学科学生的工程概念,推动学生的跨学科培养。

双子表面活性剂自组装及黏度特性实验设计

设计了研究型实验——双子表面活性剂自组装增黏特性的实验设计。采用LAMMPS分子动力学模拟软件、VMD可视化软件及Origin绘图软件,构建了双子表面活性剂溶液模型,优化初始构建模型,模拟了其自组装形成蠕虫胶束的过程,并考察了不同剪切流速下的自组装行为和黏度变化。教学实践证明,该实验使学生掌握了LAMMPS分子动力学模拟软件的使用方法,培养了学生的科研素养。

晶体生长研究型实验设计与实践

依据材料科学发展前沿,设计"研究型晶体生长实验设计与实践"的材料制备及生长机理分析实验。实验设计包括实验过程、结构表征及结果分析分析3部分。在此实验基础上,可以对实验内容进行拓展,以满足学生培养中不同层次的需求。教学实践证明,综合型研究型晶体生长实验有助于学生熟悉晶体生长的基本理论和掌握基本的实验技能,了解学科发展最新动态,从而提升学生的科研能力和综合素质。