椭圆形中空软颗粒堆积结构的有限元分析

本文用COMSOL有限元软件对椭圆形中空软颗粒自由下落过程形成的堆积结构进行模拟和数值分析,采用3个重要参数来描述软颗粒堆积结构,即填充率ρ、径向分布函数g (r)、配位数n.结果表明,堆积结构的填充率ρ与长径比η是非线性关系,填充率ρ与弹性模量E有单调递减关系,径向分布函数g (r)的尖锐峰表现出随着长径比η的增加而向左平移的特性,长径比η=1.0的圆形软颗粒取向是无序的,而长径比η≠1.0的椭圆形软颗粒取向是有序的,大部分软颗粒的长半轴都倾向于水平方向.本研究有助于提高对细胞等软物质堆积结构的几何和拓扑性质的理解,为分析软球壳等活组织和材料提供了计算依据.

链拓扑结构对嵌段共聚物结晶行为的影响

通过等量的聚乙二醇(PEG)和聚苯乙烯(PS)合成了H型(PS)2-PEG-(PS)2(PEG链接在PS链的中间)和线型PS-PEG-PS(PEG链接在PS链的一端)三嵌段共聚物,并通过X射线小角散射(SAXS)、X射线广角衍射(WAXD)、示差扫描量热仪(DSC)和偏光显微镜(POM)等手段研究了其结晶行为,结果表明2种共聚物中PEG的晶型相同,但是H型比线形结晶温度更低,PEG片晶厚度更小,在相同温度下PEG结晶速度更慢,这是由于H型分岔结构引起空间位阻较大所致.

亚硝酸钠多晶与粉末中铁电相变的研究

对NaNO2粉末与多晶材料的复介电常数随温度的变化情况进行了讨论,并研究了其铁电相变过程.结果表明:1)高温(420K以上)低频(100Hz以下)条件下,NaNO2粉末及多晶材料复介电常数的变化主要是由离子扩散引起的.而高频(105Hz,106Hz)复介电常数实部的值在相变温度附近基本与频率无关,能够反映材料的极化和结构信息.2)在443K^450K范围内,NaNO2粉末样品的激活能U为0.70eV,NaNO2多晶的激活能U为1.58eV,NaNO2多晶的激活能要大于NaNO2粉末的激活能,这说明NaNO2粉末与多晶中离子扩散可能起源于材料的本征缺陷.3)NaNO2粉末中铁电相变在复介电常数曲线上的表现比NaNO2多晶明显;临界温度Tc以上437K至440K范围内,NaNO2多晶的复介电常数实部随温度的变化曲线偏离居里-外斯定律,说明该铁电相变过程中存在反常现象,这一现象与NaNO2单晶的结果相吻合.

C与Zn共掺杂InI电子结构与光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理,对C、Zn单掺及共掺InI体系的电子结构与光学性质进行研究。结果表明:掺杂后体系发生了晶格畸变,但并未改变体系的稳定性;相较于本征InI体系,C-InI体系与C-Zn-InI体系的禁带宽度减小,元素掺杂使费米能级附近出现杂质能级,增加了原子轨道对费米能级附近的贡献,并产生了带尾效应,使得掺杂后各体系均发生了红移现象;其中,C-InI体系的禁带宽度最小;C-InI体系在可见光区域的吸收系数最大,且体系的静介电常数也最大;由此可以推测出C-InI体系的光催化性能最好,这为降解污染物提供了一种选择。

不同浓度稀土元素Y掺杂ZnO的电子结构的第一性原理计算

利用第一性原理密度泛函理论,对本征态的ZnO进行不同浓度的稀土元素Y掺杂,对本征态的ZnO进行结构优化,并计算、分析掺杂前后体系的电子结构和光学性质的变化.结果表明:随着Y掺杂浓度的增加,Zn_(1-X)Y_XO(X=0.125、0.25、0.375)体系形成能逐渐减小,稳定性逐渐增强,晶格畸变程度逐渐变大;随着Y掺杂浓度的增加,价带和导带都出现了下移,能级数目增多;Zn_(0.75)Y_(0.25)O体系和Zn_(0.625)Y_(0.375)O体系都出现了杂质能级,电子受激发更容易发生跃迁.

稳态剪切流中杆菌在粗糙表面吸附行为的有限元分析

使用基于流固耦合的有限元方法,从动力学角度研究了在稳态剪切流中粗糙表面对杆菌运动行为的影响.研究结果表明:杆菌有吸附、滑移和解吸附3种运动模式,且主要受剪切速率和粗糙表面障碍物高度的影响,同时初始位置、初始角度、粗糙表面障碍物密度也有一定的影响.在剪切速率较小时,杆菌受到的流体升力小于自身重力,其底部与粗糙表面接触,从而稳定吸附;然而,随着剪切速率增大,杆菌受到的流体升力可以与自身重力平衡,从而抑制了杆菌的吸附并使杆菌处于滑移状态;最后,当剪切速率超过临界滑移速率值时,滑移状态不再出现,而是变为解吸附状态.系统研究了杆菌在粗糙表面上的运动行为,并做了剪切速率和粗糙表面障碍物高度以及密度的相图,有助于理解杆菌在生物医学、环境修复中的沉积行为,以及杆菌在其他相关生理过程中的运动状态.

微孔聚氨酯弹性体力学性能的有限元模拟

利用COMSOL Multiphysics V4.4多物理场耦合分析软件,构建了微孔聚氨酯弹性体的二维计算模型.不仅计算了控制孔数不变改变孔径引起的孔密度的变化对应力的影响,而且还计算了控制孔径不变改变孔数引起的孔密度的变化对应力的影响.模拟结果发现孔密度是影响材料力学性能的重要因素,即当孔密度小于0.4时,应力随孔密度成线性增大,而当孔密度大于0.5时,应力随孔密度成非线性增大,泡孔的增韧作用显著.不仅如此,还发现减小泡孔孔径的波动范围有利于材料力学性能的稳定.

重力作用下软球壳堆积结构的有限元分析

基于结构力学的有限元方法,采用软球的面积和相邻球数分布研究重力作用下软球壳的二维堆积结构,并分析堆积结构的填充率、势能等特性。研究表明:软球壳堆积过程是无序的,并没有取向偏好。堆积结构有不同的类型,且不同类型对应不同的面积和相邻球数分布,其呈现多分散特征。堆积结构的面积变化率与堆积结构的势能正相关,面积变化率越大,势能越大,且结构类型的势能随着模量增大而减少。对于具有不同半径的双分散软球壳的堆积结构,软球的面积与相邻球数之间,呈现出近似线性关系,且结构中半径较大的软球数量越多,结构所具有的势能越大。本研究有助于提高对细胞等软物质堆积结构的几何和拓扑性质的理解,为分析软球壳等活组织和材料提供了计算依据。