复合裂纹的应力强度因子有限元分析

讨论裂纹尖端的应力应变与应力强度因子的关系,建立计算复合型裂纹应力强度因子的有限元方法,应用有限元分析软件ANSYS计算Ⅰ型裂纹和Ⅱ型裂纹的应力强度因子以及裂纹尺寸和载荷对应力强度因子的影响。研究结果表明:ANSYS解与解析解很接近,误差很小,验证了复合裂应力强度因子计算方法的有效性;ANSYS解在裂纹较大和较小时误差相对较大,这主要与划分网格的精度有关,裂纹较大时网格不够密,裂纹较小时网格产生变形的影响,可以通过增加网格精度来减小计算误差。

面向物理拔尖创新人才培养的“电动力学”课程教学改革与实践

“电动力学”是物理学专业一门重要的主干课程,优质高效地开展“电动力学”课程教学工作对于培养物理拔尖创新人才起着非常重要的作用。为全面提高“电动力学”课程的教育教学效果,以适应物理拔尖创新人才培养目标的需要,本文从重组教学内容、创新教学方式、构建网络教学平台和改革考核方式等方面对“电动力学”课程进行了全方位的创新性教学改革与实践。

球壳状纳米介孔腔内药物释放特性的分子动力学研究

有序纳米介孔材料的有序性、大的比表面积、孔道均匀等特性使其在药物装载、吸附、释放等方面得到广泛的应用。近年来研究者对介孔材料在药物控释方面的研究主要是通过材料制备、表征以及吸附药物后介孔材料的性能测试等几方面实现的。大多数报道都是采用实验的方法进行研究,关于模拟计算方面的研究很少,力场的选择更是模拟计算的一项挑战。依据介孔材料的独特结构构建了球壳状纳米介孔腔内药物分子释放模型,通过分子动力学的方法计算分析了药物分子的释放特性,重点考察了药物分子大小、溶液环境、介孔腔结构特征对其释放特性的影响。

磷、铋掺杂半导体锗光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算,研究了不同浓度N型掺杂锗的电子结构和光学性质.掺杂元素分别为磷和铋,并对掺杂后的电子态密度和光学性质进行计算、分析.计算结果表明:N型掺杂会使得费米能级向导带方向移动.在低能区段,介电函数、折射率和吸收系数都受到影响,但到高能区后只有消光系数和吸收系数会被影响;反射率在整个能区都受影响,在中能区掺杂会使反射率提高,在低、高能区会减弱反射率;对损失函数的影响是掺杂浓度越高、损耗峰越小、峰值出现处能量越高.研究结果对N型掺杂半导体锗的光学应用具有一定的指导意义,可以根据上述结论有针对性地调节掺杂浓度和能量范围.

基于黑磷的微腔-波导耦合系统中类电磁诱导透明效应的主动调控研究

提出一种由一条直波导和两个一维光子晶体纳米梁微腔构成的微腔-波导耦合系统,其中一个微腔的上表面覆盖有黑磷,利用时域有限差分方法研究了该系统的传输和共振特性以及类电磁诱导透明(EIT)效应.数值模拟结果表明,通过改变两个微腔之间的距离可以实现对类EIT效应中透明窗口的被动调控.此外,在两个微腔之间的距离固定的情况下,通过调节黑磷的费米能级,可以实现对类EIT效应中透明窗口的主动调控.

基于光子晶体双微腔间接耦合系统的模式分裂现象研究

该文设计并提出了一种由两个谐振腔和一个光波导组成的光子晶双微腔间接耦合系统,采用时域有限差分法和耦合模理论对系统中的模式分裂现象进行了全光模拟.研究结果表明,通过改变两个谐振腔之间谐振差和相位差可以对模式分裂现象进行调制,模式分裂的特性表明在共振处存在慢光特征的反常色散.同时讨论了系统结构不发生改变的情况下,谐振腔表面折射率改变对模式分裂的影响.

无序度对一维长程关联无序系统中局域化-退局域化转变的影响

对长程幂律关联能量序列进行了修正,使其能体现出无序度在一维长程关联无序系统中的影响,并利用重正化群方法,计算了能反映该系统局域化-退局域化转变的Lyapunov指数.结果表明,在由于关联指数p的影响而在系统中出现的局域化向退局域化的转变中,无序度起着相反的作用.当关联指数p一定而无序度W增大时,系统中心能区范围内由于长程关联而引起的扩展态逐渐向局域态转变.当无序度W增大到某一临界值Wc时,系统中所有本征态均转变为局域态,此时系统中发生退局域化向局域化的转变,并且临界值Wc随着关联指数p的增大而增大.

DNA分子链的电子局域性质及电导的研究

将一维随机二元固体模型应用于DNA分子链,利用传输矩阵方法来研究系统电子态的局域性质并进而讨论系统的导电性质.对一个链长为50000个碱基对的DNA序列,数值分析了局域长度和电导随碱基对的摩尔百分数、本征能量和无序度的变化关系.结果表明,系统的局域长度和电导强烈地依赖于能量,在能带中心部分局域长度大于边沿部分.无序度也在一定程度上影响着局域长度,双方成反向变化的关系.对有限长度的DNA分子链,局域长度体现出明显的对碱基对摩尔百分数的依赖关系,对正常成分比例的随机DNA序列,在所有能量范围内系统的态都是局域的,系统的电导很小,系统呈现绝缘体行为.仅当一种碱基对在序列中所占比例很小时,系统中可以发现与特定分立能量值相对应的“扩展态”存在,处在这些态下的系统有较大的电导,但这些扩展态是不稳定的,在热力学极限之下会消失.

一维长程关联无序系统中的电子态

利用傅里叶滤波法在一维Anderson无序系统中产生了具有幂律谱密度公式s(q)∝q-p形式的长程关联随机能量序列,并利用传输矩阵方法计算了系统中引入了长程关联后的局域长度,同时应用负本征值理论对系统中的电子态密度进行了分析,并分别把计算结果与系统中不具有长程关联时的局域长度与电子态密度进行了比较.结果表明,长程幂律关联的引入对电子态的性质产生了很大的影响,当关联指数p≥2.0时,在系统能带中心范围内发生了部分局域态向退局域态的转变,而同时电子态密度也发生了很大的变化,出现了六个范霍夫奇点,系统的能带范围也相应地得到展宽.

准二维无序系统的电子结构

对形如Nt×Nl型准二维无序系统,只考虑格点之间的最近邻跳跃积分,采用特殊的格点编号方案,在单电子近似下,系统的哈密顿量可表示为简明对称矩阵,借助豪斯荷尔德变换将其约化为对称三对角矩阵,再利用负本征值理论及传输矩阵等方法,对系统态密度、局域长度及电导等电子结构特性进行数值计算.重点研究了准一维四平行链和五平行链无序系统,将结果与一维单链、准一维双链及三链系统进行对比,发现随维度的增加,系统的能带有所展宽,能态密度分布发生很大的变化,其峰值数量呈偶数规律增加.并且在能带中心处存在有局域长度大于系统大小的扩展态,处于这些态下的系统具有较大电导.从单链到多链,相当于扩大了系统的关联范围,使系统出现了类似非对角长程关联的行为.

含氮氟化类金刚石(FN-DLC)薄膜的研究:(Ⅲ)疏水性能分析

不同沉积条件下,在单晶硅基底上沉积了含氮氟化类金刚石(FN-DLC)薄膜,用静滴接触角/表面张力测量仪测量了水与FN-DLC膜表面的接触角.用X射线光电子能谱、Raman光谱和傅里叶变换吸收红外光谱(FTIR)分析了薄膜的组分和结构.用原子力显微镜观测了薄膜的表面形貌.结果表明,FN-DLC薄膜疏水性能主要取决于薄膜表面的化学结构、薄膜表面极化强度的强弱、以及薄膜的表面粗糙度的大小.sp3/sp2的比值减小,CF2基团含量增加,薄膜粗糙度增加,接触角增大;反之,则接触角减小.在工艺上,沉积温度和功率的减小,气体流量比r(r=CF4/[CF4+CH4])的增加,都会使水的浸润性变差,接触角增大.

含氮氟化类金刚石(FN-DLC)薄膜的研究:(Ⅳ)氮掺杂对薄膜结构的影响

不同条件下,在单晶硅基片上沉积了含氮氟化类金刚石(FN-DLC)薄膜.原子力显微(AFM)形貌显示,掺N后,薄膜变得致密均匀.傅里叶变换吸收红外光谱(FTIR)表明,随着r(r=N2/[N2+CF4+CH4])的增大薄膜中C—H键的逐渐减少,CN和C≡N键含量逐渐增加.X射线光电子能谱(XPS)的C1s和N1s峰拟合结果发现,N掺入导致在薄膜中出现β-C3N4和a-CNx(x=1,2,3)成分.Roman散射谱的G峰向高频方向位移和峰值展宽等证明:随着r的增大,薄膜内sp2键态含量增加.