金刚石结构与功能研究综述

金刚石是一种碳的同素异形体基于其sp^(3)共价结构,兼具各种卓越性能,是自然界最坚硬的材料,具有最大的热导率和最宽透光波段.传统的金刚石已经广泛应用于各个行业和领域,有趣的是,微量的元素掺杂会进一步丰富金刚石的性能,形成具有特殊功能的金刚石,如半导体金刚石和量子金刚石.这种集合了传统金刚石卓越性能的功能金刚石材料,在半导体器件、量子精密探测和量子计算领域具有巨大的应用潜力.该文介绍了金刚石的结构、性能以及功能金刚石的发展和应用,并探讨了半导体金刚石和量子金刚石所面临的机遇和挑战.

锇在高压下发生电子拓扑转变的拉曼谱学证据

5 d过渡金属元素锇(Os)在高压下的电子拓扑转变(ETT)一直存在争议。迄今为止,除个别基于高压同步辐射的X射线衍射数据外,并无其它能够支持Os存在高压ETT的实验报道。本文基于比较光谱学原理,在0~220 GPa内,研究了金属Os的高压晶格动力学行为。分析结果表明,Os的E 2g拉曼模压力系数(dωi/dP)在~110 GPa处发生突变,且mode-Grüneisen参数(γi)产生了相应的数值突降。高压下拉曼声子和mode-Grüneisen参数的突变位置与高压同步辐射衍射实验的异常点接近,这很可能与Os在高压下发生ETT有关。本文从晶格动力学角度讨论了Os的ETT特性,为Os的压致ETT提供了拉曼谱学的证据。

固态高分子等温物态方程的适用性

针对现有高分子等温物态方程形式多样且繁杂,判断物态方程适用性困难的问题,通过理论分析,建立了8个等温物态方程的自洽性判据,并通过B'∞=-1的条件,降低了等温物态方程参数的数量。通过代数原理,建立了物态方程参数数量和B(n)0的对应关系,提出高分子等温物态方程适用性的判断原则。对25个常用等温物态方程和12种高分子材料的数据进行验证,结果表明:在2参数方程中,Spencer方程优于其他方程,而Yan方程最具有发展潜力。

高压下Al基合金的凝固组织特征

研究了亚共晶或过共晶Al-Cu和Al-Si合金在5 GPa压力条件下凝固的显微组织特征。与常压相比,高压不仅会明显改变凝固组织形态,而且会使凝固组织尺寸发生变化,有时粗化,有时细化。凝固组织粗化还是细化与压力对液固两相区温度间隔的影响有关。当压力使液固两相区温度间隔增大时,凝固组织粗化,反之细化。此外,还提出了一种针对树枝晶和胞状晶两种不同形态组织的尺寸评价新方法。

多孔铁冲击温度的分子动力学模拟

采用Matsui和Anderson提出的Morse型有效原子对势及导带电子热激发能贡献 ,通过分子动力学方法 (MD)对多孔铁的冲击温度进行了数值模拟。计算时 ,采用了在一定冲击压力下多孔铁样品已转变为均匀介质的近似。多孔铁冲击温度的模拟结果与经合理修正后的热力学计算结果相一致。这个结果表明 :在一定的冲击压力下 ,多孔材料样品确实存在一个热力学平衡状态下的温度值。以上结论可能也适用于更高孔隙率的样品 ,当然这一观点还需要更多的实验结果给予证实。

高温高压下材料的本构模型

在SCG模型基础上对其温度软化效应项作了改进 ,所提出的新模型在熔点温度Tm 处满足剪切模量G(Tm) =0 ,从而提高了温度的适用范围。对Al和 93W作了计算 。

混合物冲击温度的数值模拟

介绍温度的数值模拟方法 ,采用三维动力学有限元程序模拟冲击压缩状态 ,分析了数值模拟的准确性。模拟了铜和铝两种金属单质组成混合物的冲击压缩性能 ,在分析了热传导影响后 ,计算了混合物的冲击温度和冲击绝热线。

静高压加载下LY12铝的超声测量与等温状态方程

利用“脉冲回波重合法”测量了多晶 LY12 铝在流体静压加载下的纵波与横波声速随压力的变化。并根据较低压力( <0 5 GPa)下的超声测量数据所确定的零压弹性模量及其对压力的偏导数,导出了LY12铝的 Murnaghan、Birch Murnaghan、Vinet三种不同形式的等温状态方程,发现由超声测量数据导出的 Vinet 状态方程能很好地描述面心立方(fcc)结构的铝与铝合金在较高压力(约200 GPa)下的压缩特性。此外,由超声数据计算了 LY12 铝在室温常压条件下的 Debye 温度为 430 97 K、热力学 Grüneisen 系数为 2 025、平均声模Grüneisen系数为2 379。

高密度流体He+H_2混合物物态方程研究

选择高密度流体He +H2 混合物作为研究对象 ,用Ree混合规则和vanderWaals单组分流体变分微扰理论加量子力学一级修正模型编制计算程序。作为对计算模型及其程序的检验 ,首先用已有的α exp 6优化势参数 ,计算了T =30 0K的He +H2 混合物的等温相平衡线 ,得到了与实验值和分子动力学 (MD)数值模拟一致的结果 ,然后进一步计算了 0～ 60GPa和 5 0～ 70 0 0K压力温度范围内的流体He+H2 混合物 (He∶H2 分别为 1∶1、1∶3、3∶1摩尔比 )的高压物态方程。与Monte Carlo模拟数据所进行的比较表明 ,在低温下 。

液氘Hugoniot曲线的理论计算

用液体变分微扰理论加量子力学修正和指数 6 (EXP 6 )相互作用势 ,计算了液氘的一次和二次冲击压力为 0～ 80GPa范围Hugoniot曲线。计算结果表明 :冲击压力与实验符合较好。但冲击温度明显高于实验值 ,对其偏高的原因进行了探讨。

高压下铝、铜、铅、钽的状态方程和电子转移

用缀加球面波方法研究了元素金属铝、铜、铅和钽的电子结构。由第一性原理计算获得上述金属的状态方程(T=0)与实验有较好符合。定量地讨论了压缩度V_0/V=1.0→5.0范围内发生的电子转移。对过渡金属(Ta)由于s、p带相对d带的移动,这种转移量较大;而另外三种金属只显示较小转移量则仅是接近Fermi能级处的状态杂化程度变化所致。

用Hugoniot参数和Morse势确定金属铁的物态

建立了利用冲击波实验测量得的Hugon iot参数和Morse势来确定金属铁的高压状态方程的方法,并用此方法计算金属铁的高压状态方程,特别是铁的结合能、热压和温度,所得结果比其它模型的计算结果与实验结论更为一致.

稠密氘气物态方程研究

用二级轻气炮作为加载手段 ,通过瞬态辐射高温计对样品氘的冲击压缩层的光谱辐射亮度历史进行测量 ,测得氘气中冲击波速度和冲击温度 ,并用离解电离平衡方程从理论上分析了冲击压缩下稠密气体的组分 ,理论计算的Hugoniot曲线及冲击温度和实验结果吻合。

比容可分性及其在自由电子气体模型中的应用

在巨正则统计系综中获得了系统比容可按哈密顿组成拆分的两类系统 ,即哈密顿完全可分或相互间存在联系的子系统的化学势可由相应的自由能得到。在此基础上讨论了金属自由电子近似模型中热电子对比容的贡献 ,并给出了相应的吴 经参数。

M-G模型的简化以及预热Mo实验结果分析

在Mie-Grüneisen(M-G)物态方程的基础上进一步推导出预热材料的Hugoniot参数表达式,使得利用M-G物态方程确定材料在不同初始温度下的Hugoniot参数更简洁方便。Miller和Duffy测量了Mo在初始温度1 400℃下的状态方程,其结果并不符合M-G物态方程模型,导致一些问题需要进一步研究。

关于材料稀疏区的零温物态方程

我们研究了材料在稀疏区的相互作用势,并提出了一个新的势形式,相应的冷压形式只有一个待定参数,它由常压声速来确定,所得的冷压曲线与常态、断裂、常压熔点以及临界点等条件下的冷压符合程度是令人满意的。

几种合金钢在高压下的状态方程

本工作测定了合金钢45CrNiMoV、GCr15和W18Cr4V在室温下、4.5GPa内的p—V关系,并给出了它们的 Bridgman 方程、格临爱森参数γ_0、体积模量B_0及B_0的压力导数B'_0。

Grüneisen状态方程的数值解及其应用

从Grüneisen状态方程、冲击绝热关系出发,给出求解相关微分方程组的Runge-Kutta法格式.研究钨材料的内部压力、Grüneisen系数、冷压、冷能与比体积之间的数值关系,得出Grüneisen系数、冷压、冷能及常温下压力随比体积的变化曲线.计算给出的压力-比体积关系同实验数据符合较好.在此基础上给出两个压缩状态(比体积分别为V1,V2)下压力随温度变化的曲线,说明温度的变化对压力的影响小于比体积变化的影响.

泡沫态硅橡胶冲击绝热线的近似计算

在孔穴塌缩模型的基础上,建立了计算泡沫态硅橡胶在不同初始密度下的冲击绝热线参数的理论方法。获得了泡沫态硅橡胶在两种不同初始密度下(0.52 g/cm3和0.92 g/cm3)的冲击绝热线,并与已有的实验数据进行对比分析。结果表明,建立的理论方法对于泡沫态硅橡胶的冲击绝热线计算是适用的。

基于α-肉桂酰环乙烯酮二硫缩酮的一类新型D-A有机发光材料的理论

用密度泛函理论B3LYP方法对四种新型D-π-A分子(PKD,NKD,TKD和CKD)进行基态几何构型全优化,计算分子的电离势IP和电子亲和势EA等相关能量。用含时密度泛函(TDDFT)方法计算吸收光谱,用单组态相互作用方法(CIS)优化四种化合物分子的S1激发态结构,分析其能量与发射光谱的关系。根据化合物组成的不同恰当地选择泛函计算分子的发射光谱,并与实验结果对照表明,计算结果比较可靠。