大学物理实验课程的情感教学研究

在大学物理实验课程教学中,教师要重视情感教学的作用,在课程中融入情感元素,通过创设与科学家交朋友的虚拟场景,介绍科学家的生平故事,讲述科学发现的历史背景等方式,满足学生在社交、尊重和自我实现与超越方面的不同层次需求,对学生的个人发展以及整体素质的提升都具有重要意义。

一种含钴POMCPs@Ti_(3)C_(2)T_(x)超级电容器负极材料的制备及性能

介绍了一种超级电容器负极材料.采用简便的一步水热法成功合成了一种多金属氧酸盐配位聚合物(POMCP1),并通过三电极系统测试其超级电容器性能.在电流密度为8 A·g^(-1)时,比电容达到了186.3 F·g^(-1);在电流密度为30 A·g^(-1)时,其比电容仍然维持在123.9 F·g^(-1).并将POMCP1与具有优异导电性的MXene材料Ti_(3)C_(2)T_(x)结合,由此产生的杂化材料称为POMCP1@Ti_(3)C_(2)T_(x).POMCP1@Ti_(3)C_(2)T_(x)表现出优异的比电容,在电流密度为8 A·g^(-1)时,比电容为521.7 F·g^(-1);在电流密度为30 A·g^(-1)时,其比电容仍然维持在402.8 F·g^(-1),表现出优秀的倍率性能,超过了该类别中许多其他材料,为开发基于多酸基配位聚合物作为超级电容的杂化电极材料提供了一种有效的途径.

一种嵌入钴铁合金的氮掺杂碳纳米管应用于锌空气电池

开发一种高活性、高稳定性的可逆析氧/氧还原反应(OER/ORR)双功能非贵金属电催化剂对于可充电锌–空气电池的商业化至关重要。在此,我们通过简单的热解策略,成功地构建了一种嵌入CoFe合金N掺杂碳纳米管(CoFe-NCNTs)的强效双功能氧电催化剂。钴铁合金作为双功能催化剂中最为优异的活性位点,而N掺杂碳纳米管又在增强导电性以及串联各个活性位点方面有着卓越的表现。因此,CoFe-NCNTs在ORR (E1/2 = 0.88 V)和OER (EJ=10 = 324 mV)分别表现出优异的氧催化性能。此外,基于CoFe-NCNTs的水性锌–空气电池的开路电压高达1.59 V,功率密度高达168 mW•cm−2,充放电稳定性高达800 h。

两种形貌的高储电性能ZnCo_(2)O_(4)电极材料

由于ZnCo_(2)O_(4)具有合成方法简单、成本低廉等优点,成为超级电容器领域的一种重要电极材料.通过水热、退火两步处理,制备了两种不同形貌的ZnCo_(2)O_(4)材料,并在三电极体系中测试其超级电容器性能.结果表明,花状形貌的ZnCo_(2)O_(4)纳米片微球比纳米片状ZnCo_(2)O_(4)的性能更好.电流密度1 A·g^(-1)时,ZnCo_(2)O_(4)纳米片微球电极的比电容高达3 005.0 F·g^(-1);电流密度20 A·g^(-1)时,比电容仍能保持2150.0F·g^(-1),电容保持率为71.5%.循环充/放电10000次后,电容保持率仍达到93.8%.该ZnCo_(2)O_(4)纳米片微球电极材料在超级电容器电极领域具有良好的应用前景.

香菜衍生的碳材料制备及其电化学性能

绿色可再生的废弃香菜富含异质元素且种植广泛容易获取,是一种有前途的碳源.通过简便的碳化活化处理,成功合成了香菜衍生的多孔碳材料(CDPCs).并通过调整KOH与碳材料的活化比例,制备了三种混合比例的样品,探索了最佳超级电容器性能的电极材料.在三电极系统下进行电化学测试表明,CDPC4-1电极在1 A·g^(-1)电流密度下,比电容可达到316 F·g^(-1);电流密度15 A·g^(-1)时,电容仍保持70.9%,且在此电流密度下经过5000次充放电测试后,仍能保持99.8%的初始电容.该绿色环保可再生的电极材料在超级电容器储能领域具有广阔前景.

Sr_(0.3)Ca_(0.7)MoO_(4):Tb^(3+),Eu^(3+)荧光粉的颜色可调发光和温度传感特性

采用共沉淀法合成了一系列颜色可调的单掺和共掺Sr_(0.3)Ca_(0.7)(MoO_(4))_(2)∶Tb^(3+),Eu^(3+)荧光粉。用X射线衍射和扫描电镜对荧光粉的晶体结构和形貌进行了表征。结果表明,Tb^(3+)和Eu^(3+)的少量掺入无杂峰产生,对样品的晶体结构几乎没有影响。研究了样品的发光特性和温度传感特性。在样品的发光特性中,证实了Sr_(0.3)Ca_(0.7)-(MoO_(4))_(2)荧光粉中Tb^(3+)向Eu^(3+)的能量传递。同时,通过温度依赖性发射光谱,证明所制备的Sr_(0.3)Ca_(0.7)(MoO_(4))_(2)∶Tb^(3+),Eu^(3+)荧光粉具有较好的热稳定性。计算了样品的绝对灵敏度和相对灵敏度,Sr_(0.3)Ca_(0.625)(MoO_(4))_(2)∶0.05Tb^(3+),0.025Eu^(3+)样品的相对灵敏度在514 K时最大值为0.861%·K^(-1)。此外,在紫外光激发下,通过调节Eu^(3+)的掺杂浓度,Sr_(0.3)Ca_(0.7)(MoO_(4))_(2)∶Tb^(3+),Eu^(3+)荧光粉的发光颜色可调谐。

莴苣叶基碳材料制备及其电化学性能

生物质衍生的多孔碳材料来源于农村生产活动的废弃物以及城市垃圾,具有资源丰富、可再生、价格低廉等优点,是一种重要的超级电容器领域的电极材料.选用莴苣叶作为碳源,通过碳化、活化等处理,制备了具有丰富孔隙结构的生物质衍生多孔碳材料.在三电极系统中测试其超级电容器性能,在0.5 A·g^(-1)电流密度下的电容值达到196.5 F·g^(-1),当电流密度为10 A·g^(-1)时,其比电容仍保持120 F·g^(-1).该材料具有较高的比电容及较好的倍率特性,在超级电容器上具有良好的应用前景.

ZIF衍生多孔材料电催化剂的制备与OER性能

有序多孔材料基电催化剂在能源转换领域具有重要作用.有序多孔材料可以暴露更多的活性位点,同时可以有效促进催化过程中离子的传输.采用沸石咪唑酯骨架材料(Zeolitic imidazolate frameworks,ZIF)为硬模板,通过造孔剂和胶束结合在ZIF纳米片上均匀地修饰有序介孔.复合胶束@ZIF纳米片经热处理和磷化后标记为P-MCS@ZIF,P-MCS@ZIF作为电催化剂对其进行析氧性能分析.结果表明,在电流密度为10mA·cm^(-2)时,P-MCS@ZIF的过电位为303mV,明显优于未经过造孔处理的参比样品,说明复合结构纳米片材料表面修饰有序介孔可以提高电催化性能.该方法为高性能电催化剂的制备提供了有效的参考.

多孔中空结构ZIFs衍生碳材料的可控制备

近几年,沸石咪唑酯骨架材料(zeolitic imidazolate frameworks,ZIFs)及其衍生物在电催化领域中被广泛应用,同时ZIFs纳米多面体具有多孔隙结构以及绿色、宏量的制备优势.因此,首先通过调节十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)表面活性剂的量来调控ZIFs的尺寸,再以ZIFs材料作为硬膜版,采用F127复合胶束为软模板,形成三维介孔中空结构多面体材料,最后对该复合材料做进一步碳化处理.碳化后的样品仍保持中空结构的立方体形貌,且可以看到清晰的中空多孔隙结构.这种复合材料可以应用于电催化领域,该研究策略为开发高效的电催化剂提供了一种新的方法.

柔性Ti_(3)C_(2)T_(x)薄膜电极的制备及其电化学性能

二维过渡金属碳化物(MXene)是一种性能优异的电极材料.其中,碳化钛(Ti_(3)C_(2)T_(x))具有较高的金属导电性、高电容性和良好的力学性能,是超级电容器电极的理想候选材料.通过可控且简单的策略制备出独立的柔性Ti_(3)C_(2)T_(x)薄膜电极,采用简单的水热法在Ti_(3)AlC_(2)粉末中选择性蚀刻Al制备Ti_(3)C_(2)T_(x)薄膜,并在三电极系统中测试其超级电容器性能.在电流密度为5 A·g^(-1)时,Ti3C2Tx薄膜电极具有376.3 F·g^(-1)的高比电容,当电流密度为50 A·g^(-1)时,其比电容仍保持283.5F·g^(-1),具有良好的倍率性能.结果表明,Ti3C2Tx薄膜可作为一种优秀的高性能超级电容器电极材料.

CNFs/g-C3N4/BiOI复合纤维的可控制备及其光催化性能研究

本文采用灵活的气固反应法,将超薄g-C3N4纳米层均匀组装在碳纳米纤维(CNFs)上,在室温下通过连续原子层吸附法原位生长BiOI纳米片,在CNFs上实现了g-C3N4/BiOI异质结构的组装和构筑。通过扫描电子显微镜和X射线衍射仪对合成样品的形貌及组成成分进行系统分析。利用模拟太阳光降解毒性Cr(VI)的水溶液对样品进行光催化活性分析。结果表明,CNFs/g-C3N4/BiOI复合纤维具有优异的光催化活性,在重金属废水处理等领域可能会有重要的应用价值。

CNFs/PANI复合纤维的可控制备及电化学性能研究

本文通过静电纺丝技术制备出电导率良好的自支撑碳纳米纤维网络(CNFs)作为电极内部的集流器,并在室温下采用重复化学原位聚合法在CNFs表面均匀沉积一层聚苯胺(PANI)聚合物,成功制备出一维3D的CNFs/PANI独立复合电极。采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对样品形貌和组成成分进行详细分析。在三电极体系下,CNFs/PANI复合电极的比电容达到了412 F/g,在经过5000次充放电循环后比电容仍保持初始比电容81%。

连续激光辐照GaAs材料损伤的数值模拟计算

基于热传导理论,构建了高斯分布的连续激光辐照GaAs材料的二维轴对称非稳态物理模型,且利用多物理场直接耦合分析软件COMSOL Multiphysics求解热传导方程得到了材料表面温度分布曲线以及光斑中心处温度沿厚度方向分布曲线,并得出GaAs材料的分解损伤时间与入射光功率密度的关系曲线.研究表明,在连续激光辐照下,GaAs材料可能会发生分解损伤,激光功率越高,材料被破坏所需的时间越短.理论计算结果与相关的实验结论一致,说明所建立的激光辐照效应模型具有科学性.

CrCN涂层在不同沉积温度下的摩擦学性能研究

利用多弧离子镀技术,在乙炔和氮气环境下,设定不同沉积温度(150℃、250℃、350℃、450℃),在316L不锈钢及单晶硅片上沉积Cr CN涂层,通过XRD、XPS、SEM、纳米压痕仪和UMT-3多功能摩擦磨损试验机等涂层的微观结构、力学性能和摩擦学性能进行表征.结果表明:随着沉积温度的升高,Cr CN涂层的硬度和模量呈现出递增的趋势,在沉积温度为450℃时达到最高,分别为24 GPa和354 GPa;摩擦系数和磨损率则呈现出先递减后递增的趋势,在沉积温度为350℃时达到最低,摩擦系数在大气和水环境下分别为0.38和0.23,磨损率在大气和水环境下则分别为1.717 1×10-6mm3/N·m和9.529 7×10-7mm3/N·m.同时,涂层在水环境中的摩擦系数和磨损率均低于大气环境中,说明水分子在摩擦过程中起到了较好的润滑作用.

基于三片曲面反射镜的离轴投影成像系统

采用调制传递函数和波前像差分析方法,设计了基于偶次非球面反射镜和Zernike自由曲面反射镜构成的放大倍数为80,相对孔径为2.8的三个离轴投影成像系统.其中第一片反射镜M1表面为凹面用于减小第二片反射镜的尺寸及获得高的对比度,而第二片反射镜M2和第三片反射镜M3表面为凸面用于校正系统像差及获得更短的投影距离.经软件设计与分析,三系统中基于三片Zernike自由曲面反射镜的成像系统光学性能最好,调制传递函数实现60lp/mm时60%以上,畸变小于2.0%.与其它文献相比,基于三片Zernike自由曲面反射镜系统可以更好地消除像差,缩短系统厚度,增大系统的可视角与相对孔径.

六维分数阶Lorenz-duffing系统仿真

设计一个混沌行为复杂且具有物理学特性的整数阶混沌系统很难。为了解决这个问题,在整数阶混沌系统中引入了分数阶微分算子,并设计了一个六维分数阶Lorenz-duffing混沌系统;还重点分析了该分数阶混沌系统的平衡点和稳定性以及系统的吸引子、分岔图和Lyapunov指数谱;最后,设计该分数阶混沌电路,并利用Multisim软件仿真分析了该电路。仿真结果表明,该分数阶混沌系统能够产生混沌信号。

原位构筑质子化氮化碳/碳化钛光催化制氢肖特基异质结

氢气因其具有高燃烧热、可再生性以及燃烧产物无污染等优势被认为是一种绿色可再生能源,是取代化石燃料的候选能源之一.然而,如何利用自然界中丰富的太阳能和水资源实现光分解水制氢的关键在于开发高效的光催化剂.在尺寸明确、能级带隙匹配的纳米材料间进行完美的界面复合(异质结构筑)是实现高效太阳能-氢能转换的最佳途径.石墨相氮化碳(CN)材料因其电子结构可调和化学性能稳定等特性被光催化界所关注.然而,氮化碳材料较弱的电学性能如电荷传输能力差及电子-空穴对复合率高导致其表现出较低的光催化制氢效率.基于此,我们用盐酸对氮化碳进行质子化处理,使材料表面电荷发生改变,从而实现氮化碳的电子带隙调节和电导率提升.在此基础上,将二维碳化钛原位负载于质子化的氮化碳(PCN)纳米片表面构筑肖特基结.PCN纳米片与碳化钛纳米片间的良好界面接触促进了电荷在材料界面上传输,进而加速了氮化碳材料的电荷分离,实现了氮化碳光催化剂活性的提升.Zeta电位测试结果显示,CN和PCN的表面电位分别为−9.5和27.3 mV,表明质子化处理可以有效改变材料表面电荷,并促其与碳化钛纳米片进行静电组装.该结果进一步得到了扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)的证实.改变表面电荷使氮化碳材料的能带宽度由2.53 eV(CN)减小到2.41 eV(PCN),增强了可见光区吸收.同时,PCN的光电流密度提升了约4倍,电子阻抗和激发态电子的辐射复合都显著降低.将PCN与碳化钛复合制得复合材料(PCN-x,x=10,20,40),实验结果表明5 g的PDN最佳负载碳化钛的量为20 mg(PCN-20).在标准太阳模拟器的可见光区(>420 nm),复合材料PCN-20的光催化水分解产氢量可达2181μmol·g-1,是CN催化剂的约5.5倍,PCN的2.7倍,并且经过5次产氢循环后PCN-20仍具有稳定的氢气释放速率.以上结果表明,氮化碳材料可以通过质子化处理以及与适量的碳化钛复合实现光催化产氢性能的提升,其中碳化钛在体系中起助催化剂的作用.该研究结果可为其他半导体光催化剂的性能优化以及非贵金属助催化剂的研究提供新思路.

一般情况下一维双原子链的求解及其色散关系

本文在简谐近似下采用原胞法求解一般情况下的一维双原子链的格波解和色散关系,讨论原子链结构参数对其色散关系的影响以及原胞内原子的振动特点。研究结果表明,晶格常数一定的情况下一维双原子链的色散关系与近邻原子相对间距无关;在布里渊区中心,长声学支格波近似为连续的弹性介质波,而长光学支格波近似为原胞内原子相对振动而原胞质心不动的驻波;在近邻原子间距和恢复力系数均相等的情况下,在布里渊区边界处短声学支格波和短光学支格波分别近似为波节在小原子和大原子的驻波。本文相关内容可为固体物理教学提供优质教学素材。

立方晶系中同指数晶列与晶面的空间取向关系

本文利用正倒格子关系分别在原胞基矢和晶胞轴矢坐标系下推证立方晶系中同指数晶列与晶面的空间取向关系.结果表明,在轴矢坐标系下立方晶系中同指数晶列与晶面垂直,在原胞基矢坐标系下同指数晶列与晶面的空间取向关系与具体的晶格结构相关.

Al-N共掺ZnO:Co纳米薄膜的制备及其性能研究

利用共溅射技术在石英玻璃衬底上沉积前驱体氮化物,在真空优于4×10-4Pa时、对前驱体氮化物分别在450℃、550℃、650℃温度下热氧化45min后获得Al-N共掺杂Zn O:Co薄膜,利用XRD分析薄膜样品呈六方纤锌矿结构,氧化温度为650℃结晶质量最好;使用双光束紫外/可见分光光度计测量薄膜的吸收谱,计算得到在热氧化温度为450℃、550℃、650℃下制得的薄膜样品带隙分别为3.18、3.06、3.10e V;利用振动样品磁强计对样品的磁性进行测试,结果表明样品在室温下具有铁磁性,当热氧化温度为450℃时,磁学性能最好。