二维有摩擦颗粒体系振动态密度与玻色峰的研究

利用颗粒离散元方法,研究了由2048个有摩擦的单分散圆盘颗粒组成的体系在各向同性压缩条件下,颗粒摩擦系数μ对颗粒体系结构与振动特性的影响.结果表明:固定压强下,随μ的增大,区分德拜标度与态密度平台的过渡频率ω*与玻色峰频率ωBP均向低频移动,玻色峰高度D(ωBP)/ωBP逐渐增加.主要原因是μ增大导致颗粒体系无序程度增加(平均配位数减小)而在ω>ω*处出现了大量额外模式.模式分析表明:低频(ω<1.0)模式主要是以平动为主的混合模式,中频(1.0<ω<4.0)模式主要是以平动为主的混合局域化模式,高频(ω>4.0)振动模式几乎为纯转动的局域化模式;并且随μ的增大,低频下平动模式更加局域化,同时低频转动模式的贡献也逐渐增加,暗示在高摩擦系数下低频转动模式产生更重要的影响.

质子水合结构的振动态密度分析

使用基于多态经验价键模型的分子动力学模拟,对水溶液中质子的水合结构及其在质子传递过程中的动力学过程进行了研究.在价键模型的方法下,质子的水合结构主要以H9O4+(Eigen)以及过渡态的H5O2+(Zundel)结构形态存在,且在这两种结构中以Eigen的形态表现明显.通过对质子传递过程中不同水合结构的态密度频谱分析,发现一个在2000-3000 cm^(-1)范围内的明显连续的宽吸收谱带,主要归因于Eigen结构的贡献,这些特征峰的出现与水合氢离子第一溶剂化层内的强氢键作用密切相关.对于Zundel的结构,在1760 cm^(-1)处出现一个较为明显的肩峰,归属为质子传递模式的特征振动.通过对质子水合结构态密度频谱的分析,可望增强对于稀酸溶液红外光谱中的连续宽吸收带以及质子传递的微观动力学过程的理解.

非晶碳薄膜振动拉曼光谱的第一性原理研究

采用基于第一性原理的赝势平面波方法,对3个不同密度(2.6,2.9和3.2 g.cm-3)非晶碳结构的振动态密度和振动拉曼光谱进行了研究。结构模型由快速"液体-淬火"方法模拟得到,振动频率和本征模由线性响应理论决定,拉曼耦合张量由有限电场方法计算。计算结果表明:当密度从2.6增加到3.2 g.cm-3时,sp3碳含量从50%增加到84.4%,G峰向高频区偏移,D峰和G峰的强度之比ID/IG减小,T峰向低频区偏移且T峰和G峰的强度之比IT/IG增大。该结果与实验结果显示出很好的一致性。依据原子振动的分析结果证实:拉曼光谱的G峰和D峰均来自于sp2碳原子的振动贡献,且G峰是由任何成对的sp2碳原子的伸缩振动产生的,T峰来自于sp3杂化碳原子的振动贡献,G峰和T峰峰位随结构的色散是由键长变化导致的。

不同温度下二氧化硅纳米管的结构和振动性质的分子动力学模拟

采用三种势能模型，利用分子动力学模拟研究了在300-1600K内4、6和8元环的二氧化硅纳米管．结果表明，三种纳米管的末端环的稳定性随温度的升高而降低．通过振动态密度考察了二氧化硅纳米管的有效振动特性．以及不同温度下二氧化硅纳米管的红外光谱．

等规聚丙烯温度相关性热输运性质的分子动力学模拟

基于非平衡分子动力学方法,研究等规聚丙烯在常规使用温度下的热输运性质。结果表明,当热力学温度由270 K增加至390 K时,等规聚丙烯的热导率由0.247 W/(m·K)提高至0.305 W/(m·K),其速度自相关函数的第一个波谷深度的绝对值由0.485降低至0.456;等规聚丙烯在0~40 THz低频段的声子群密度有所减小;而40~47 THz和80~93 THz高频段声子群密度的波峰峰值虽然也有所减小,但峰宽往高频方向逐渐增大。

三维石墨烯-碳纳米管复合结构热导率的分子动力学模拟

采用非平衡分子动力学方法模拟了三维石墨烯-碳纳米管复合结构的法向热导率。结果表明相比于多层石墨烯,其法向热导率提高了一个量级,其界面热阻相比碳纳米管的接触热阻降低了一个量级,但是石墨烯和碳纳米管的界面形变又阻碍了三维石墨烯-碳纳米管复合热导率的进一步提高。通过其振动态密度和重叠能进一步探究了三维石墨烯-碳纳米管复合结构结构能量的传递及声子的局域化情况。结果表明,碳管的添加激发了更多中高频声子振动参与传热,但是依然是低频声子占据主导;验证了界面处的形变是阻止法向热导率进一步提升的主要因素。

基于分子动力学方法研究间规聚丙烯温度相关性的热输运性质

建立了间规聚丙烯的分析模型,基于非平衡分子动力学方法研究了常规使用温度下间规聚丙烯的热输运性质。实验结果表明,聚合度为50的间规聚丙烯可用于构建热导率的分析模型,能反映间规聚丙烯的真实性质且计算量适中。随聚合度的增加,间规聚丙烯分子的第1个波谷深度的绝对值略有增加,声子振动态密度在低频段0~20 THz的强度有所减小,在高频段80~98 THz的波峰强度增强。当温度由270 K升至390 K时,间规聚丙烯的热导率由0.202 W/(m·K)增至0.241 W/(m·K),速度自相关函数的第1个波谷深度绝对值由0.449减小至0.368,0~40 THz处的低频分量逐渐减小,而40~48 THz处的高频声子群的数量有所增加。

同步辐射核共振振动能谱学(下)：应用篇

文章上篇介绍了核共振振动能谱学的基础理论和实验方法。本篇将着重介绍其在铁基化学和铁基生物化学研究中的应用实例:首先讨论单铁玉红氧还蛋白溶液样品和晶体样品的核振能谱以及它们的对比情况;然后由简入繁,系统地叙述核振能谱学方法在铁硫蛋白、氢化酶、固氮酶等一系列重要的以铁硫为基础的多铁蛋白研究中的应用和相关的研究成果;作为非铁硫类蛋白的代表,作者也简述了一氧化碳肌红蛋白的核振能谱。以上述实例为基础,本篇最后综述了该能谱方法在理论上和实验上突出的优越性和它在国内外的发展前景。

同步辐射核共振振动能谱学(上)：原理篇

核共振振动能谱学(简称核振能谱)是一种以同步辐射为实验基础的新型的振动能谱学方法。与红外、拉曼等传统的振动光谱学方法相比,核振能谱在理论上和实验上具有一系列突出的特点和优越性,从而在各学科,特别是在铁基化学和铁基生物化学的研究中有着广泛的应用。文章分为上下两篇,上篇介绍核振能谱的基本概念、基本理论、实验方法和实验条件等基础内容,并以简单的四氯化铁离子([FeCl4]-)为例,演示由原始核振能谱到振动态密度函数(PVDOS)的分析流程。在选材上,文章侧重先进性、代表性和实用性;在叙述上,考虑到非同步辐射专业研究者的阅读需要,文章突出实验科学和应用科学的内容,力求简单明了、通俗易懂。下篇将系统介绍该能谱学方法在化学与生物化学中的应用实例。

基于分子动力学方法研究乙烯-丁烯共聚物的传热性质

建立了乙烯α-丁烯共聚物的物理模型,采用分子动力学方法分析了不同丁烯含量和丁烯嵌段分布对乙烯-丁烯共聚物的传热性质。结果表明,选用聚合单体数为60的乙烯-丁烯分子链模型可有效地反映聚烯烃弹性体的真实性质且计算量适中。随着丁烯摩尔分数由20%增加至80%,共聚物的热导率由0.2783 W/(m·K)逐渐下降至0.1728 W/(m·K)。此外,随着丁烯嵌段数越大,共聚物由嵌段共聚更多地转变为无规共聚的形式,其热导率降低,声子振动态密度由高频分量逐渐地转变为低频分量。

拉伸对聚乙烯分子链导热性能影响的分子动力学模拟

采用非平衡分子动力学(NEMD)方法模拟了沿主链方向被拉伸的PE分子链的热输运过程,研究了链长(L)和拉伸应变(ε)对其导热性能的影响,通过分析振动态密度(VDOS)与导热率的关系,进一步探讨了高分子链中热输运过程的微观机理.结果表明,随着L和ε的增大,PE分子链的导热率逐渐增大,且增加趋势逐渐变缓;VDOS图谱的高频峰反映原子的拉伸、弯曲振动等,其随ε的增大而减弱;低频峰与体系的热扩散有关,其随ε的增大先增强后减弱.

石墨烯取向影响石墨烯/硝酸盐复合材料传热性能的分子动力学模拟

采用非平衡分子动力学(NEMD)方法,以二元硝酸盐Solar salt(NaNO_(3)和KNO_(3)质量比为6∶4)为基体,石墨烯为填料,研究了石墨烯取向对石墨烯/硝酸盐复合材料界面热导的影响。研究发现,随着石墨烯平面与热流方向夹角的减小,体系热流密度升高、温差下降,界面热导从46.36 MW·m^(−2)·K^(−1)提升至80.03 MW·m^(−2)·K^(−1)。对复合材料中的原子振动态密度和微观结构进行表征,结果发现,随着石墨烯与热流夹角减小,界面处的热流从跨石墨烯平面运输转变为沿石墨烯平面的高效率运输,且加入石墨烯后硝酸盐会形成密度较大的致密层结构。同时,采用有效介质理论拟合了微观尺寸的石墨烯/硝酸盐复合材料热导率,结果表明,石墨烯平行于热流方向时复合材料热导率最高,且增加石墨烯体积分数及长度均有助于复合材料热导率的增强。