“材料基因组”方法加速热电材料性能优化

通过材料计算、数据库技术的整合与协同,可以快速甄别决定材料性能的基本关键因素,将这种方法用于材料的性能优化和新材料的设计,可以实现科学化"系统寻优"的材料基因组方法,显著加快热电材料的设计与性能优化。以填充方钴矿材料和类金刚石结构化合物为例,从电子和声子优化的不同角度,采用材料基因组方法从成百上千种可能性中快速筛选和制备出高性能热电材料,展示了材料基因组方法可显著加速热电材料研究的能力。     

In和Pr双填充方钴矿的电子结构及电传输性能研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了未填充型、In单填充型、In和Pr双填充型CoSb_3方钴矿热电材料的电子结构.结果表明:In和Pr双填充CoSb_3方钴矿热电材料可以较In单填充的材料进一步提升费米能级从而有更高的电导率σ,In和Pr双填充CoSb_3方钴矿热电材料导带底有In的5p和Pr的6s轨道产生的局部共振态叠加,进而使得其Seebeck系数更高.由于电导率和Seebeck系数的提升,使得In和Pr双填充能有效提高CoSb_3的功率因子.计算结果很好地解释了实验现象,阐述了双填充方式优化CoSb_3基方钴矿材料的热电性能内在物理机制.     

中子散射技术在热电材料研究中的应用

热电材料是一种可以直接将热能转换为电能的有效能源材料,具有较高稳定性及简单结构等特点,但是低的能效限制了它的应用。因此,如何有效提高热电材料的效率是当下一个研究热点。"声子玻璃-电子晶体"(即高电导率低热导率材料)概念为设计理想的热电材料提供了一个明确的思路:目前,剪裁能带结构和降低晶格热导是改善热电性能的两个主流方向。其中降低晶格热导的方法主要集中在微观上改变声子色散关系,包括掺杂点缺陷和重原子、构造复杂的晶体结构和衍生非简谐性原子键、引入ratteling原子等等。中子散射技术(包括中子衍射、非弹性中子散射、中子漫散射等技术)可以从晶体结构、原子占位、均方位移、结构内应力、声子色散关系与态密度等多方面研究与晶格热导率相关的微观机制,在热电材料的研究中起着重要的作用。     

压力对稀土元素Sm填充方钴矿化合物热电性能的影响

通过高温高压方法合成出稀土元素Sm填充n型方钴矿化合物SmxCo4Sb12（0〈x〈1）,并考察了在室温下Sm填充率对热电性能的影响规律.结果表明：SmxCo4Sb12化合物表现为n型传导;电阻率和Seebeck系数随着合成压力的增加逐渐增加;晶格热导率随着Sm填充分数的增加而降低,在Sm填充量为0.5时达到最小值.室...     

声表面波声子晶体中的能带结构及带隙类型

声表面波声子晶体对于实现声表面波的精确操控有着非常重要的应用价值.针对两大类最为主要的声表面波声子晶体的结构类型,即:"凹陷"孔洞阵列型和"凸起"柱体阵列型,采用三维有限元方法,数值计算并获得了基于压电铌酸锂基底的声表面波声子晶体的能带结构,同时验证了声子晶体中所具有的声表面波带隙,并进一步分析了这两大类声表面波声子晶体中的各种本征模式所呈现的特征.结果表明,在这两大类声表面波声子晶体中,均可以存在由于带边布拉格散射导致的声表面波的部分(方向)带隙甚至全(方向)带隙;在"凸起"型声表面波声子晶体中,更是存在由于"凸起"结构中的局域共振而导致的局域共振带隙.局域共振带隙的频率可以远小于布拉格带隙所具有的频率,同时,其频率范围仅由局域共振体本身的几何形貌及声学参数决定,而与声子晶体整体的晶格常数或对称性无关.     

TM-Zn金属间化合物结构稳定性的第一性原理研究

基于能带结构,提出Jahn-Teller效应的诱发条件.基于声子色散曲线,揭示晶格动态稳定性和简并振动模式产生劈裂的物理特征.基于电子局域化函数和束缚能,揭示原子成键特性.结果表明,TM-Zn(TM=Ni,Pd,Pt,Cu,Ag,Au)金属间化合物发生立方到四方的相变变形过程中,结构保持稳定.     

球磨工艺调控碲化铋基材料微结构及热电性能研究

碲化铋基化合物是室温附近性能最佳的热电材料,在余热回收以及固态制冷领域具有重要的应用价值. 其主要的制备方式是球磨法,各类参数的细微变化都可能影响材料的微结构和热电性能. 球磨时间作为重要的球磨参数既能影响粉末粒径的细化,也对材料的热电性能有所调控,因此亟需逐步分析球磨时间对晶体结构、粒径尺寸及产物热电性能的影响. 本文采用恒定的球磨转速,调节不同球磨时间制备碲化铋基材料. 通过晶体结构及粉体粒径的分析发现了晶粒对球磨时间的响应. 后续热电性能测试结果表明,增加球磨时间后粒径发生变化并导致了电子、声子输运模式的协同改变. 最终,有效提升了n型与p型碲化铋的最大ZT值,分别达到了0.91和1.11. 本研究工作系统总结了球磨工艺中关键参数对碲化铋材料微结构及热电性能的影响,为粉末冶金及热电学的交叉融合及热电转换技术的商业化应用提供了实验和理论参考.     

纳米晶格中载子的输运

以二维方形紧约束格子为模型，研究载子在纳米晶格中的输运动力学揭示了纳米颗粒的表面原子形貌对载子在颗粒中的局域与扩展有重要的影响．     

(Nd0.62 Li0.15)TiO3陶瓷的制备及其热电性能

采用固相反应法与无压烧结法相结合制备了ABO₃型钙钛矿(Nd_0.62Li_0.15)TiO₃晶体陶瓷材料,并对其热电性能进行了表征.高分辨率透射电镜观察显示,制备的材料具有纳米超晶格结构,导致材料表现出玻璃态热传导特征且热导率小于2W/(m·K),该玻璃态热传导源于超晶格结构形成的大量纳米域界面对声子的强烈散射.A位空位填充使材料的电子电导率得到了明显改善,但对材料的热导率影响不大.塞贝克系数因为TiO₆八面体的扭曲而受到一定的影响.在测试温度范围内,块体陶瓷在500K时得到了最高的无因次热电优值(ZT)0.019.     

Ⅰ-型笼合物Ba_8Ga_(16)Ge_(30)笼的应变声子谱

文章使用简化模型结合物理近似的方式对Ba_8Ga_(16)Ge_(30)进行应变声子谱的研究。采用合理简化的物理模型,由经典的晶格动力学理论得到了未加应变和加应变两种条件下的布里渊区声子谱。结果显示,沿第一布里渊区高对称方向有两支声学声子谱和六支光学声子谱。单轴拉伸应变下声子频率减小,单轴压缩应变下声子频率增大,而切应变导致LA声子增大,TA声子减小。据此提出采用应变的方式来调控该材料的热学性质,以期实现材料热调控的同时提高它的热电转换效率。     

中小学教师情绪智力与教学效能感的关系研究——以北京市朝阳区为例

通过问卷调查的方式考察了北京市朝阳区596名中小学教师的情绪智力和教学效能感情况。研究结果发现:(1)朝阳区中小学教师的情绪智力处于较高水平;(2)朝阳区中小学教师的教学效能感呈现中等偏上水平,其中个人教学效能感要高于一般教学效能感;(3)教师年龄、教龄、学校类型与教师情绪智力有关,性别、学段与情绪智力无关,年龄、教龄、是否担任班主任、学历与教师个人教学效能感有关,性别、学段、学校类型与教师教学效能感无关;(4)教师情绪知觉、情绪理解、情绪管理与个人教学效能感呈现显著的正相关,教师情绪理解和情绪管理能够正向预测教师个人教学效能感(解释率为31.4%)。     

保等价关系变换半群T_E(X)的秩

设TX为集合X上的全变换半群,E为X上一个非平凡的等价关系.令TE(X)={f∈TX∶(a,b)∈E■(af,bf)∈E}则它在映射的合成运算下做成TX的一个子半群.称TE(X)为保等价关系变换半群.现讨论对于一个特殊情况,即X是有限的且E只有两个等价类,分别含有r,l(l>r>1)个元.我先讨论同胚群G的秩,然后考虑的TE(X)秩.结果发现,这时TE(X)有一组生成元,含有Crl+7个元素,从而确定了TE(X)的秩不超过Crl+7.     

半群TE(X)中的一个同余

设ＦＸ表示集合上的全变换半群,Ｃｏｎ（Ｓ）表示半群Ｓ上的同余格,对Ｘ上任一非平凡等价关系Ｅ,令ＴＥ（Ｘ）＝（ｆ∈ＦＸ：Ａ↓（ａ,ｂ）∈Ｅ,（ｆ（ａ）,ｆ（ｂ））∈Ｅ）,据「４」,ＴＥ（Ｘ）构成一个α半群,且Ｃｏｎ（ＴＥ（Ｘ））可以 三个互不相交的完全子格,其中的一个为「Ｃ（Ｅ）〈Ｃａ（Ｅ）」,本文 ＴＥ（Ｘ）的同余τ,并证明了当Ｅ为单等价关系时,τ是「Ｃ（Ｅ）,Ｃａ（Ｅ）」中的唯一原子。     

倾斜井眼中感应测井的正演模拟与响应特征

倾斜井眼中,感应测井仪器在水平层状地层中产生的电磁场可以分解成相互独立的TE波和TM波叠加,且TE波和TM波求解完全两个标量微分方程确定.笔者给出了TE波和TM波的分解方法,以及地层中电磁场递推关系,导出了Marxwell方程组在各个地层中的严格解析解,并进行了数值计算.     

Peptide cyclization catalysed by the thioesterase domain of tyrocidine synthetase

In the biosynthesis of many macrocyclic natural products by multidomain megasynthases, a carboxy-terminal thioesterase (TE) domain is involved in cyclization and product release; however, it has not been determined whether TE domains can catalyse macrocyclization (and elongation in the case of symmetric cyclic peptides) independently of upstream domains. The inability to decouple the TE cyclization step from earlier chain assembly steps has precluded determination of TE substrate specificity, which is important for the engineered biosynthesis of new compounds. Here we report that the excised TE domain from tyrocidine synthetase efficiently catalyses cyclization of a decapeptide-thioester to form the antibiotic tyrocidine A, and can catalyse pentapeptide-thioester dimerization followed by cyclization to form the antibiotic gramicidin S. By systematically varying the decapeptide-thioester substrate and comparing cyclization rates, we also show that only two residues (one near each end of the decapeptide) are critical for cyclization. This specificity profile indicates that the tyrocidine synthetase TE, and by analogy many other TE domains, will be able to cyclize and release a broad range of new substrates and products produced by engineered enzymatic assembly lines.     

Metal-LHM-Metal三层对称平板波导的传输特性研究

在TE极化情况下,对芯层为左手材料,衬底层和覆盖层均为金属的对称平板波导（Metal—LHM—Metal）的传输特性进行研究．利用传输矩阵推导其导波条件,并采用图解法对其不同的传播模式和相应的电场分布进行分析．Metal—LHM—Metal波导结构不存在基模,支持导波同时也存在表面波,阶数m对电场分布有显著影响．     

Recent progress in thermoelectric materials

Direct conversion of heat into electricity through advanced thermoelectric(TE)materials has been one of the most attractive solutions to the severe environmental and energy issues facing humanity.In recent years,great progress has been made in improving their dimensionless figure of merit(ZT),which determines the conversion efficiency of TE devices.ZT is related to three‘‘interlocked’’factors—the Seebeck coefficient,electrical conductivity,and thermal conductivity.These three factors are interdependent in bulk TE materials,and altering one changes the other two.The difficulty in simultaneously optimizing them caused TE research to stagnate,until great reductions in thermal conductivity were both theoretically and experimentally proven in nanomaterials in 1993.In this review,we first introduce some TE fundamentals and then review the most recently improvements in ZT in different kinds of inorganic and organic TE materials,which is followed by an investigation of the outlook for new directions in TE technology.     

The first hominin of Europe

The earliest hominin occupation of Europe is one of the most debated topics in palaeoanthropology. However, the purportedly oldest of the Early Pleistocene sites in Eurasia lack precise age control and contain stone tools rather than human fossil remains. Here we report the discovery of a human mandible associated with an assemblage of Mode 1 lithic tools and faunal remains bearing traces of hominin processing, in stratigraphic level TE9 at the site of the Sima del Elefante, Atapuerca, Spain. Level TE9 has been dated to the Early Pleistocene (approximately 1.2-1.1 Myr), based on a combination of palaeomagnetism, cosmogenic nuclides and biostratigraphy. The Sima del Elefante site thus emerges as the oldest, most accurately dated record of human occupation in Europe, to our knowledge. The study of the human mandible suggests that the first settlement of Western Europe could be related to an early demographic expansion out of Africa. The new evidence, with previous findings in other Atapuerca sites (level TD6 from Gran Dolina), also suggests that a speciation event occurred in this extreme area of the Eurasian continent during the Early Pleistocene, initiating the hominin lineage represented by the TE9 and TD6 hominins.     

小链霉菌HCCB10043敲除硫酯酶基因的工程菌株构建及其代谢产物的研究

小链霉菌(Streptomyces parvus)HCCB10043的主要代谢产物为脂肽类化合物A21978C,其基因组序列中包括了非核糖体肽合成酶(NRPS non ribosomal peptide synthetase)、聚酮合酶(PKS polyketide synthases)以及NRPS-PKS混合的多酶体系基因簇,它们的共同特点是在代谢产物生物合成簇中连接有一个硫酯酶域,即TE(thioesterase)domain.硫酯酶可以使已经合成的化合物链的合成过程终止,并且具有水解释放成熟脂肽以及环化线性脂肽链的功能.通过对联二吡啶类代谢产物合成簇中TE基因的敲除构得工程菌株,工程菌发酵结果表明联二吡啶类代谢产物产量减少.     

Characteristics of onset and damping in a standing-wave thermoacoustic engine driven by liquid nitrogen

We explore characteristics of onset and damping in a thermoacoustic engine (TE) driven by cryogens instead of conventional heat sources above the ambient temperature by a comprehensive study of a self-made standing-wave thermoacoustic engine driven by liquid nitrogen. The experiments verify the feasibility of enhancing the thermoacoustic oscillation at cryogenic temperatures. The onset temperature difference along the stack of the TE significantly decreases, compared with that of a conventional TE driven by high-temperature heat sources. The resonance frequency of the cryogen-driven TE is smaller than that of the heat-source-driven TE, mainly due to the lower average temperature of the working gas. Experiments and calculations show that the temperature discrepancy between onset and damping is partly caused by the linear temperature distribution along the stack before damping, together with the nonlinear distribution before onset. These results will contribute to a better understanding of thermoacoustic oscillation and to the recovery of the cold energy of cryogens.