基于接触势差法的表面功函数测试装置

利用接触势差法自行设计开发了一种新型的表面功函数测试装置。基本原理是参考电极与样品之间形成电容,计算流过参考电极与样品之间的电流,通过确定电流的零点来获得功函数。此测量仪器由函数发生、功率放大、振荡器等多个功能模块组成。能在空气环境中快速测量半导体、金属、金属氧化物薄膜的表面功函数。我们运用此装置成功地对有机电致发光的阳极氧化铟锡(ITO)薄膜、p型硅片的功函数进行了测量,得到了样品经过UV-Ozone处理前后功函数随时间变化的曲线,为器件的优化提供了依据。

检验库仑反平方定律实验中接触势的影响

分析基于同心导体球壳方法检验库仑反平方定律和光子静止质量的实验中接触势的影响,并分别给出了静态和动态实验中接触势对实验灵敏度的限制.

Pt修饰TiO_2纳米管的接触势与光电性能

采用碱熔-水热法在常压下制备了Pt修饰TiO_2复合纳米管(Pt-TNT),并对其微观组织形貌和性能进行了表征.结果表明,Pt-TNT主要由锐钛矿相和金红石相TiO_2组成,铂和氧化铂(Pt,PtO,PtO_2,记作PtO_x^(δ+))分散在TiO_2纳米管表面.Pt-TNT表面接触势为PtO_x^(δ+)-锐钛矿-金红石-PtO_x^(δ+)类型,Pt-TNT比表面积(BET)由原料的9.0 m^2/g增至41 m^2/g,增加3.55倍.傅里叶变换红外(FTIR)光谱中1047与1641 cm^(-1)处的OH弯曲振动峰是由Pt-TNT样品表面吸附δ-H_2O所致.表面光电压分析显示TiO_2表面光伏响应红移,在外电场作用下深能级上的束缚激子由带-带跃迁变为亚带隙跃迁.

接触势电源其内部电场的含义

首次提出电子等效扩散电场的概念,很好地解释了接触势电源外接负载时,其内部电场的确切含义.

地网接触电势和跨步电势的简化计算

本文利用地网接地参数通用计算程序(CGP3)的检验说明了现有国内外地网最大接触电势计算公式的误差,并将其计算的大量结果进行数学拟合,提出改进的新公式。此外,在均匀土壤计算公式和等值双层土壤电阻率的研究基础上,推导出了双层土壤地网接触系数和跨步系数的近似计算公式。它们的精度及使用范围都能满足工程实际的需要。

基于统一标定的势接触力计算

传统的离散元类数值方法存在处理角-角接触时接触力方向不确定、三维情形时接触计算极其复杂等问题。Munjiza提出的基于势的接触力计算方法很好地解决了这一问题,但同时存在势的物理意义不明确,计算出的接触力与物理直观不符、相同嵌入量计算的接触力大小不一致等问题。在已有研究的基础上,提出了一种基于统一标定的势接触力计算方法,该方法重新定义了势函数,即三角形单元内一点的势与该点到3条边的最短距离成正比。采用这种势函数定义可以对嵌入量进行统一表征。在相同的嵌入量下,计算的接触力大小是一致的,同时保留基于势的接触力计算方法所有优点。新定义的势函数,解决了原有势函数所存在的重大缺陷,只要重叠区域不变,计算的总接触力是不变的,接触力计算具有局部特性,而与划分的三角形单元的整体形状和大小无关,即新的接触力计算方法,具有更好的网格鲁棒性。该方法使得基于势的接触力计算方法建立在坚实的物理基础之上,意义重大。

势接触法中法向刚度系数取值研究及岩层运动过程模拟

采场上覆岩层的开裂和破断在力学上可归结为连续介质向非连续介质转化或非连续介质进一步演化。正确模拟岩层运动对于岩层稳定性控制和有关灾害预防具有极其重要的意义。在自主开发的拉格朗日元与离散元耦合连续-非连续方法中,只有法向刚度系数正确取值,势接触力才更可靠。为了模拟时间较长的开采过程和解决煤层离散单元形成的聚集体仍能承受超过自身承载能力的问题,采用了准静力模式和应力跌落方法。为了有助于正确选择适于模拟岩层相互作用的法向刚度系数,首先对其进行了标定,以考察嵌入引起的误差的影响。然后设计了4组(上相对较软-下相对较硬、两相对较软、上相对较硬-下相对较软和两相对较硬)两岩块撞击-平衡过程的数值试验,并以其中一组为例进行了重点分析。通过考察两岩块的嵌入量和上岩块下表面的平均应力的演化以及上块从运动到平衡的时长,最终得到了具有普适性的结果,即法向刚度系数与弹性模量的比值为15 m^(-1)时较为适当。为了检验上述建议值是否适于模拟采场岩层运动,以某煤矿1141工作面为例进行了计算。研究发现,在法向刚度系数取为建议值时,计算结果较为合理,且计算效率较高。

接触处理Munjiza方法在数值流形法中的应用

数值流形法(NMM)在接触处理过程包括:接触方式判断,包括点-点和点-线接触;开-闭迭代,确定块体系统的约束状态;以及接触传递,将有效的接触对传递到下一个时步。过程稍显繁琐和耗时,且与真实的物理接触状态有异。由Munjiza所提出的NBS(no binary search)接触检测算法,将单元映射到规则格子中,以链表结构将其有效地连接在一起,只在单元所在格子以及周围格子内部进行接触判断,接触检测效率大为提高,计算量仅随单元数线性增长,内存需求也很低。在计算接触力时以所定义的势为媒介,用重叠面积来衡量接触力的大小,属于分布式接触力,更接近于实际,避免了原NMM接触处理过程的繁琐。因此,将其作为一种平行的接触处理方法引入到NMM中,并以算例验证,证实了算法的可行性。

基于无人机航拍的景观平衡石模型构建及失稳过程模拟

景观平衡石在长期地自然侵蚀或人为扰动下,自身的稳定性也在持续劣化,一旦超过平衡界限,必将带来灾难性的后果。目前,景观平衡石的数值模型尚不能精确地描述其真实几何形态,同时已有数值分析方法在兼顾复杂接触处理以及真实时间的动态运动过程模拟方面尚有不足。因此,为了能够更为准确地评估景观平衡石在灾变启动后的运动特征,基于三维非连续变形分析方法(3D-DDA)构建了一套能够解决上述难题的完整的景观平衡石失稳全过程模拟体系。首先,基于无人机航拍建模技术生成真实的景观石和边坡的外貌形态;然后,根据所提取的点云信息,发展了一种复杂地质体的三维DDA模型的构建方法;进而,利用自主研发的基于接触势的三维DDA方法(3D-CPDDA)对景观石失稳灾害全过程进行了模拟;最后,得到了景观石的完整失稳运动轨迹和冲击速度等相关信息。

原子力显微镜中化学成键对力的贡献(英文)

迄今非接触原子力显微镜已经成为一个非常强大的工具.它不仅能够得到表面的原子周期结构,还能给出分子内部的化学键信息.针尖和样品之间的相互作用是原子力显微镜的有效信号,主要包括三种,即范德瓦尔斯相互作用、静电相互作用和化学键相互作用.本文在生长于Si(111)-7×7的铅薄膜上测量了针尖和样品之间的化学键相互作用.通过获取该相互作用随偏压的变化,并且利用抛物线拟合有效局域接触势的位置,我们发现它是随着针尖和样品之间距离的增大而减小的.这种趋势来自于针尖和样品之间波函数的交叠.从而可以得到电子的衰减长度.我们还测量到了该衰减长度随着铅薄膜厚度的变化会发生振荡,这种振荡归因于平顶楔形铅岛内电子的量子尺寸效应.

新型功函数测量系统的建立及其应用研究

采用接触势差法,设计并组建了功函数测量系统。该系统由信号发生单元、振动单元和检测单元组成,信号发生单元输出低频正弦信号使参比电极振动,调节振动单元偏压使检测单元输出信号为零,通过计算加载偏压和标准参比电极的偏差可得样品功函数值。用该系统测量了UV处理对ITO功函数的影响,发现ITO功函数的提高存在极限值并可改善有机电致发光器件(OLED)的性能。该系统可在空气中快速、准确测量表面功函数。

三维FEM/DEM中摩擦力的实施及验证

块体间的相互碰撞、滑移均涉及到摩擦力的问题,但原有的三维有限元/离散元(FEM/DEM)并未考虑摩擦力的作用,为解决这一问题,首先论述三维FEM/DEM中基于势的接触力,指出势是对嵌入及接触所存储能量的表征,势越大表示嵌入量越大,接触所存储的能量越大。然后,在原有三维FEM/DEM中加入经典的库仑摩擦,使得原有三维FEM/DEM可以考虑摩擦力。最后,通过有解析解的斜面滑块算例和拱桥垮塌算例验证实施库仑摩擦的正确性,结果表明斜面滑块算例的数值解与解析解很好地吻合;而拱桥垮塌算例表明FEM/DEM可以解决复杂的工程问题。