声子态密度对掺稀土玻璃材料上转换发光强度的影响

用熔融法制备了碲酸盐玻璃(PWT)和锗酸盐玻璃(PWG),测试了它们的上转换发光。试验发现声子能量高的锗酸盐玻璃上转换发光强度远强于声子能量低的碲酸盐玻璃上转换荧光的“异常”现象。从物理模型及其物理意义上,并从Raman光谱定性分析得知,当基质材料的声子能量相差不大时,声子态密度对上转换发光强度起决定性作用,从而能对试验现象进行较为圆满的解释。

薄圆柱形纳米管中低激发态的局域声子态密度

应用解析方法,得到了薄圆柱体管近似纳米管在扭转、呼吸和弯曲等模式下的本征值和本征函数.分别计算了3种模式下低激发态的声子局域态密度张量,得到了其解析表达式.结果表明:扭转模式只对φ方向的态密度张量有贡献,呼吸模式和弯曲模式所对应的太密度张量截断频率均为C0/R.

Au-TiO_(2)光电极界面声子热输运特性的分子动力学模拟

为了研究光电分解水体系中具有热等离激元效应的Au-TiO_(2)电极的界面热输运特性,本文采用非平衡分子动力学方法研究了温度、界面耦合强度以及添加石墨烯层对Au-TiO_(2)界面热导的影响,并通过声子态密度对界面热导的变化进行了分析.研究结果表明,当体系温度从300 K增加到800 K时,Au-TiO_(2)界面导热系数增加了78.55%,这与更多的低频声子参与界面热输运相关,更多的热量传递到TiO_(2)上可促进界面反应.随着Au与TiO_(2)界面耦合强度的增大,界面热导率可通过TiO_(2)和Au的声子态密度的重叠程度得到优化.添加单层石墨烯可提高Au-TiO_(2)结构的界面热导,其中0—30 THz的低频区声子对导热贡献最大,但添加2层和3层石墨烯,石墨烯层与层之间的相互作用力阻碍了界面传热,且在低频区的声子数量有所降低,不利于热量在Au和TiO_(2)之间进行传递.

Mg_2Si的声子谱与力热性能的第一性原理计算

针对6xxx系铝合金的主要强化相Mg2Si的力热性能,采用密度泛函理论、第一性原理以及CASTEP软件进行了理论计算,得到了Mg2Si的平衡晶格常数、弹性系数、声子谱、声子态密度以及相关热力学参量,并对计算曲线进行了理论分析.结果表明:合金强化相Mg2Si的刚性较好,脆性较强,在合金中能起到强化作用.通过声子谱及声子态密度曲线可知,存在9条色散关系曲线,其中3条为声学波,6条为光学波,且频率在8.51 THz附近的格波振动较强.随着温度的增加,熵、焓均增加,而自由能减少.当温度低于200 K时,热容量随着温度的增加而明显增加;当温度高于400K后,热容量接近于常量,其计算结果与物理规律一致.

LiNiPO_4声子谱和热力学性质第一性原理研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论,对LiNiPO_4晶体的声子谱和热力学性质进行计算,并对其声子谱和声子态密度进行讨论.计算结果表明LiNiPO_4的晶体结构是稳定的.3类不同位置的O原子所起的作用各不相同.声子谱声频支和光频支的低频部分主要来源于Li,Ni原子,光频支的高频部分主要来源于P原子.

利用第一原理计算铝声子的光谱(英文)

利用线性响应方法结合新的相对论解析Hartwigsen-Goedecker-Hutter赝势和Troullier-Martins赝势,计算了铝的声子光谱和声子态密度.研究表明,理论计算结果和有效的实验值吻合较好.由两种不同赝势的计算结果表明,在高频区内应该考虑相对论效应.

氮化硼纳米管热输运性能的分子动力学模拟

采用基于声子散射理论的Boltzmann-Peierls声子传输方程(BTE)和非平衡态分子动力学模拟(NEMD)方法研究了氮化硼纳米管(BNNT)的热输运性能.分析了BNNT的热力耦合效应,通过BTE与NEMD两种方法相结合,分析了温度和长度对BNNT热输运性能的影响,并应用量子修正扩大了NEMD的研究范围.结果表明:随着拉伸或压缩应变的增加,BNNT热输运性能均呈降低的趋势.通过计算声子态密度(PDOS)在理论上分析了以上结果,发现在拉伸状态下,声子模式的变化是决定BNNT热输运性能变化的主要因素;在压缩状态下,热导率变化是由于模型发生明显的屈曲变形引起的.在低温段,BNNT的热输运性能受量子效应影响最初有一个线性增加的过程,当温度超过一定值时,其开始显著地降低;当BNNT长度小于120nm时,随着长度的增加,其弹道性能逐渐减弱,但仍主要体现为弹道特征,其热导率(κ)与长度(L)基本满足κ∝Lα这一关系.

单层黑磷拉伸热导率的分子动力学模拟（英文）

采用经典的分子动力学方法研究室温下机械应变对单层黑磷纳米带在不同方向上热导率的影响.结果表明,机械应变通过改变声子态密度和平均自由程从而影响纳米带热导率.施加在扶手椅型方向上的应变使得声子态密度的峰值略微降低,而平均自由程显著增加,导致纳米带的热导率在应变的作用下显著提高.在锯齿型方向上,应变作用使得态密度峰值增强而自由程却略微下降,导致纳米带热导率增加相对缓慢.该发现不仅探究了机械应变与热导率之间的关系,同时也提供了一种能够可靠地估计黑磷声子平均自由程的方法.

晶格振动模式密度研究

晶格振动模式密度(声子态密度)即单位频率间隔内的模式数,是反映声子在波矢空间分布疏密程度的物理量.为了准确地求出晶格热容量随温度的变化关系,必须用较精确的办法计算出晶格振动的模式密度,进而掌握材料的热力学性质.一般教材中对该部分的讲解晦涩难懂,本文从晶格振动的物理意义开始,分析说明并推导一维、二维、三维不同体系的晶格振动模式密度公式,进而求出德拜模型下不同体系晶格热容公式.

声子气的黏度

声子是介电固体中导热过程的主要载体,研究声子的黏性对正确预测纳米材料中的非傅里叶导热等现象有着重要意义.本文从热质理论出发,基于涨落耗散理论导出了声子气黏度的表达式:ηh=hv/3πλα,其中ηh表示声子气的黏度,v_a为声子平均频率,λ为声子波长,α为材料热扩散系数。预测了单晶硅在300 K时的声子气黏度,其参考值为4.8×10^(-9)Pa·s。并且与基于声子水动力学模型和气体动理论模型的声子气黏度结果进行比较,发现本文模型的结果比声子水动力学模型的结果大2个量级,而比动理论模型小5个量级。

基于确定论的ZrH_(x)中H热中子散射数据评价

ZrH_(x)由于具有较高的H含量和较好的慢化特性,在核技术中得到了广泛的应用,然而,ZrH_(x)中H的热中子散射数据的产生大多采用了直接数值模拟的方法,并未经过基于实验数据的评价。本文提出了一种与半经验声子模型相关的ZrH_(x)中H的热中子散射数据的快速确定论评价方法,通过采用广义最小二乘法将计算机模拟的热散射数据与实验数据进行调整来完成,实验数据采用总截面测量值和反应堆基准题的有效增殖系数(k_(eff)),结果表明,经过调整后ZrH_(x)中H声子态密度光学项的能量区间发生高能区偏移,所得到的总截面值与实验数据吻合较好,调整之后的2个TRIGA反应堆临界基准题的k_(eff)计算精度得到了改进。

从不纯样品的光谱中提取单一组分和结构的拉曼谱

X射线衍射谱和拉曼光谱均证实所用的SiC和GaN样品为不纯的非晶样品。通过新采取的减去经加权的“杂质”光谱的方法,从不纯的非晶样品的拉曼光谱中获取了纯非晶SiC和GaN的拉曼光谱,并由理论计算的声子态密度与减去“杂质”光谱的拉曼光谱很好相符,进一步证实减去“杂质”光谱的拉曼光谱确实是非晶拉曼光谱,从而表明新采用的扣除加权“杂质”光谱的方法是正确和具有广泛应用价值的。

第一性原理在热中子散射截面计算中的应用

第一性原理被应用在核工程领域关注的热中子散射材料的热中子截面计算中。本工作以Al和Bi金属的热中子截面制作为例,分别基于第一性原理冷冻声子法和密度泛函微扰法,采用VASP结合PHONONY程序计算了它们的声子色散关系和声子态密度。基于NJOY程序,在LEAPR中添加Bi相干散射处理,制作了Al和Bi的热中子散射截面库。结果表明:对于Al,相较于冷冻声子法,密度泛函微扰理论的声子态密度得到的热中子散射截面与ENDF8.0符合更好,对于Bi,采用密度泛函微扰法消除了冷冻声子法的虚频现象,得到的热中子散射结果与实验值符合较好。本工作从探索材料内部特征机理的角度提出了一种更基础、更有预见性的制作热中子截面的方法,为研究新型反应堆的核材料热化机理奠定了理论基础。

缺陷对氮化硅导热性能影响的模拟研究

通过反应或热压烧结制备氮化硅器件过程中,产生的晶格空位和杂质氧等缺陷会严重影响氮化硅材料的导热性能。为了探究空位和氧杂质对氮化硅材料导热性能的影响规律,利用分子动力学模拟方法设计了多种不同缺陷状态的氮化硅模型,分析了空位/氧杂质的比例、分布状态、晶格位置以及温度对氮化硅材料导热性能的影响。研究结果表明:随着空位/氧杂质比例的增加以及温度的升高,氮化硅体系的热导率都呈明显的下降趋势;当空位/氧杂质由原本随机分布逐渐向导热通路中间聚集时,氮化硅的热导率急剧降低;空位/氧杂质所处不同晶格位置,体系热导率有明显差异。另外,通过计算氮化硅模型的声子态密度,进一步验证了空位/氧杂质比例以及温度对体系导热性能的影响规律。研究结果为制备具有高导热性的氮化硅陶瓷提供了重要的指导。

~7LiH材料热中子散射数据研究

基于热中子散射理论,编制热中子散射数据计算程序Sirius。采用基于密度泛函理论的第一原理冻结声子方法,得到7Li H中7Li和H的声子态密度。利用Sirius程序和声子态密度,获取7Li H的热中子散射数据。理论分析表明,获得的数据合理。

Ni／Al层合结构热传导性能的非平衡分子动力学研究

采用非平衡分子动力学方法研究了[111]方向的Ni/Al层合结构的热传导性能.首先模拟了温度为300 K下[111]方向Ni/Al层合结构的热传导,通过分析界面处的声子态密度,发现交换热冷浴位置之后,层合结构的热参数基本没有变化,说明热冷浴的位置对结果影响不大.其次讨论了300 K下单层的Ni/Al层合结构的尺寸效应,计算结果表明随着系统尺寸的增大,界面热阻值逐渐减小并趋于平缓,并分别讨论了Ni和Al的热导率的尺寸效应;采用外推法计算了无限大系统下Ni和Al的声子热导率以及声子平均自由程,结合Wiedeman-Franz定律计算了Al和Ni的电子热导率,得到了Al和Ni的总热导率,并与实验值进行比较,结果与实验值在同一量级.然后讨论了传导方向为[001]和[110]时层合结构的界面热传导性,并和[111]方向的结果对比,发现界面热阻具有明显的各向异性.最后讨论了双周期层的Ni/Al层合结构的热传导性能,结果表明最靠近热浴的界面温度跳跃值最大,对应的界面热阻值最大,即对层合结构的热传导性能影响最大;与相同长度的单周期层结构对比,发现双周期层结构的热导率明显要小,因此可以通过增加材料的层数来提高隔热效果.