键轨道中S轨道的特征

本文在前文工作的基础上,导出了键强度与ML_k型分子中央原子的键轨道中s轨道成份的一般关系式。讨论了键强度随s轨道成份的变化规律。结果表明,对于一定的杂化类型,只要s轨道成份一定,键强度就完全确定了。这为诸多揭示化学键性质与s轨道成份的关系式提供了最大重迭法理论基础上的论证。同时还得到了最佳杂化态及sp—sp~2—sp~3典型杂化的键强度顺序规律的正确结论。     

关于s-p型杂化指数的取值与应用探讨

在s-p型杂化中,杂化指数不表示参与杂化的原子轨道数,它仅表示杂化轨道中的s成分和p成分.杂化指数决定中心原子可能有的杂化态和分子的空间构(造)型.     

杂化轨道理论的研究——[Ⅰ]s—p杂化轨道的正交性

对于s—p 杂化,本文直接论证了各杂化轨道间的正交关系,就是两矢量间的垂直关系。即使是四维空间中sp~3杂化的情况,也可以算出或画出任二sp~3矢量间的90°夹角.关键在于讨论正交关系时,总可以撇开其他的矢量,任取二个矢量进行考察,使问题得以简化.各杂化轨道的极大值指向之间不相互垂直的原因,就在于s 轨道无确定的指向.文中定义了一个“翘起角”以说明空间关系,进一步明确了键角关系的计算方法,原则上仅决定于不含s 成份(纯p 轨道)的矢量关系。     

单壁碳纳米管中π轨道倾角对杂化轨道的影响

根据轨道杂化理论以及碳纳米管的几何结构,计算了(n,0),(n,n)和(n,m)3种单壁碳纳米管的杂化轨道,并给出了s轨道成分和p轨道成分与π轨道倾角的关系.     

缺陷对单壁碳纳米管电子结构调制的第一性原理计算

用密度泛函理论计算不同浓度点空位缺陷对扶手型和锯齿型碳纳米管电子结构的调制, 并对其键长、 缺陷形成能、 带隙及电子态密度进行分析. 结果表明： 随着缺陷浓度的增加, 邻近碳原子间化学键键长减小, 扶手型碳纳米管带隙打开, 由金属性质变为半导体性质, 锯齿型碳纳米管带隙逐渐变小; 碳原子缺失使缺陷附近未成键的悬键电子局域在Fermi能级附近形成额外的电子态而改变了碳纳米管的电子结构.     

团簇V_3BP成键方式及其磁学性质

基于拓扑学原理、DFT和B3LYP/Lanl2dz对原子簇V_3BP进行全过程优化,取能量相对较低的8种稳定构型,对其电子结构和轨道杂化进行系统研究。结果发现:P—B键的形成是由B-2s和P-3s轨道的s-s杂化导致的,而V-3p、V-3d、B-2p轨道的p-d-p杂化和V-3p、V-3d、P-3p轨道的p-d-p杂化导致了V-B、V-P键的形成。团簇V_3BP中还存在p-d-p-p杂化。团簇构型越相似,其态密度分布及在各处的贡献就越相近。V-3d轨道成单电子是原子簇磁性的主要形成来源;团簇构型p轨道未配对电子对构型1~(4)、1~(2)、2~(2)与3~(2)的磁性有一定贡献,对其他构型磁性贡献较小;s轨道成单电子所起贡献同样很小。此外,B、P原子的掺杂致使团簇的磁性降低。     

固体与分子经验电子理论中k公式的应用

作者曾考虑了s,pz,dz 轨道被价电子占据的几率 ,对固体与分子经验电子理论 (EET)中的k公式重新进行了量子力学推导 ,给出了一个新的k公式 .本文应用该公式分别对 3种可能的杂化 (s p杂化 ,s p d杂化和h态只有晶格电子的杂化 )进行了讨论 .结果表明 ,给出的k公式适应所有情况 ,且用该公式确定的固体原子杂化台阶的个数 ,比用EET给出的两个k公式确定的杂化台阶的个数少 ,初步解决了固体原子杂化态的不确定性问题 .     

杂化与键角

在大一基础无机化学教材中,所涉及的杂化问题,皆是关于2s 轨道与2p 轨道的杂化而言的,即几乎是杂化态 sp、sp~2、sp~3的类型问题,那末在中心原子不同的杂化态分子中,其键角和立体结构是怎样的呢?从实验的事实汇总于下列表一中.     

C/C复合材料的体积密度和石墨化度对硬度的影响

测试了几组典型的不同体积密度和石墨化度的C/C复合材料洛氏硬度值,研究了C/C复合材料的体积密度和石墨化度与其硬度特性的关系.结果表明:相同石墨化度的C/C复合材料洛氏硬度随其体积密度的增加而增加,相同体积密度的C/C复合材料洛氏硬度随其石墨化度的增加而降低;C/C复合材料体积密度对硬度的影响随其石墨化度的增加而减小;对体积密度为1.75～1.85g/cm3的C/C复合材料,可据其洛氏硬度的范围大致判断其石墨化度的范围;对一定体积密度和热处理温度的C/C复合材料,可通过洛氏硬度判断基体炭的微观结构特点.     

基于分子动力学模拟的含缺陷石墨烯力学性能的研究

基于分子动力学模拟的方法,研究了空位缺陷的位置、形状以及原子缺失率对石墨烯杨氏模量的影响。研究结果表明,单空位缺陷的位置对石墨烯杨氏模量有一定的影响,当施加应力方向与边缘缺陷的截面方向相同时,边缘缺陷比中间缺陷使得石墨烯的杨氏模量下降更少。研究结果还发现,映射横向长条状缺陷、映射纵向长条状缺陷、映射圆孔状缺陷和随机缺陷都使得石墨烯杨氏模量随着原子缺失率的增大而减小。对于映射圆孔状缺陷和随机缺陷,锯齿型石墨烯杨氏模量减小的幅度与扶手型的减小幅度相差不大。对于映射横向长条状缺陷和映射纵向长条状缺陷,锯齿型和扶手型石墨烯杨氏模量的减小幅度相差较大,这与石墨烯的手性矢量方向和条状缺陷方向是否一致有关。     

石墨烯薄膜拉伸性能的分子动力学模拟

通过分子动力学模拟,对单层和多层石墨烯薄膜在两个方向上的拉伸力学性能进行了研究,得到了相应的应力-应变关系以及拉伸破坏形态.对单层石墨烯薄膜,研究了薄膜尺寸对其拉伸性能的影响;对多层石墨烯薄膜,研究了薄膜尺寸相同时层数对其拉伸性能的影响.结果表明:单层石墨烯薄膜两个方向的弹性模量分别为1078.02GPa(扶手椅型)和1041.53GPa(锯齿型);在拉伸线弹性变形阶段,单层石墨烯薄膜是各向同性的,且薄膜尺寸变化对单层石墨烯薄膜拉伸性能的影响不大;多层石墨烯薄膜在拉伸过程中的应力-应变关系与单层石墨烯薄膜类似,且在拉伸线弹性变形阶段表现出比单层石墨烯薄膜更为明显的各向同性;扶手椅型石墨烯薄膜的破坏从一侧边缘开始,并沿45°方向向薄膜内部延伸,锯齿型石墨烯薄膜的破坏从两侧边缘开始,对称地向内部延伸.     

单层石墨烯薄膜拉伸破坏应变率相关性的分子动力学研究

采用Tersoff势对扶手椅型（Armchair）和锯齿型（Zigzag）单层石墨烯薄膜在不同应变率条件下的零温单向拉伸破坏过程进行了分子动力学模拟,预测了石墨烯薄膜拉伸破坏的应变率效应.结果表明,石墨烯薄膜的拉伸力学性能具有应变率相关性.当应变率低于5×10^9s^-1时,两种不同手性的单层石墨烯薄膜的拉伸过程经历了一次强化阶段,杨氏模量均随应变率的增大而减小,抗拉强度对应变率不敏感;当应变率高于5×10^9s^-1时,拉伸过程经历了二次强化,尤其锯齿型的,杨氏模量、抗拉强度和对应的拉伸应变均随应变率的增大而显著增大.在不同的应变率下,石墨烯薄膜具有不同的拉伸破坏变形机制.在低应变率下,石墨烯沿主断裂带断裂破坏,而在高应变率下,形成了缺陷簇,具有非晶化特征.     

石墨烯拉伸力学性能温度相关性的数值模拟

采用Tersoff势对扶手椅型(Armchair)和锯齿型(Zigzag)单层石墨烯薄膜在不同热力学温度下(0～3 000 K)的单向拉伸力学性能进行了分子动力学模拟,预测了石墨烯薄膜拉伸力学性能对温度的依赖性,并比较了不同温度条件下相同几何尺寸的扶手椅型和锯齿型单层石墨烯薄膜拉伸力学性能的差异.结果表明:石墨烯薄膜的拉伸力学性能和变形机制对温度有强烈的依赖性,2种不同手性的单层石墨烯薄膜的杨氏模量、抗拉强度、拉伸极限应变均随温度的升高而显著减小.石墨烯薄膜力学性能的各向异性也受温度的影响,当温度低于600 K时,扶手椅型石墨烯薄膜的力学性能优于锯齿型的;但当温度超过600 K时,特别是高温时,扶手椅型薄膜的力学性能的优势逐渐减弱,甚至低于锯齿型的.     

单层石墨烯力学性能尺寸效应的有限元分析

本文采用杆件系统模拟单层石墨烯结构,其中石墨烯的碳-碳共价键视为杆件,碳原子视为杆件之间的连接点。基于杆件系统的有限元方法,计算出单层石墨烯的杨氏模量、剪切模量和泊松比等力学性能参数。在此基础上,构建尺寸从小到大的8个单层石墨烯计算模型,求得各种尺寸下杨氏模量、剪切模量和泊松比等力学性能参数。通过分析这些力学性能参数随着尺寸变化而变化的结果,研究单层石墨烯力学性能的尺寸效应。数值算例表明,在小尺寸下扶手型和锯齿型单层石墨烯力学性能的尺寸效应显著,而随着计算模型尺寸的增大,尺寸效应出现弱化;并且相同尺寸的情况下,扶手型单层石墨烯的杨氏模量和剪切模量总是大于锯齿型的相应量。     

单层石墨烯温度效应的分子动力学模拟

在不同温度条件（0 K-3000K）下,采用AIREBO势函数对单层石墨烯薄膜的弛豫性能和拉伸性能进行分子动力学模拟,研究单层石墨烯在弛豫过程中温度效应对其原子结构的影响以及单层石墨烯在拉伸过程中力学性能与温度效应的关系.研究结果表明：单层石墨烯的弛豫性能和拉伸性能均对温度具有很强的依赖性.理想状态下,单层石墨烯的弛豫是一个原子结构的动态平衡过程,随着温度升高,石墨烯稳定性降低,弛豫过程中原子的波动起伏变得不规则和剧烈起来.在温度从0K上升到3000K的过程中,单层石墨烯的拉伸强度、拉伸极限应变和弹性模量值均呈现下降趋势,且锯齿型石墨烯的弹性模量对温度的依赖程度比扶手椅型大,薄膜的拉伸随温度变化表现出不同的破坏形态.     

局部扭转形变下典型armchair型石墨烯纳米带的力电特性

将密度泛函理论与非平衡格林函数方法相结合,选取了宽度为11根碳原子链、边缘H钝化的armchair型石墨烯纳米带为模型,系统研究了局部扭转形变对石墨烯纳米带力电特性的影响.结果表明,随着扭转角度的增加,armchair型石墨烯纳米带的结构依次经历了弹性形变、塑性形变直至完全断裂.局部扭转形变对armchair型石墨烯纳米带的力电特性有显著影响,表现出了依赖于形变过程的输运谱和伏安特性.     

锯齿型三角石墨烯电子结构的量子尺寸效应

使用紧束缚方法研究了锯齿型正三角石墨烯结构的量子尺寸效应.结果显示:该结构存在重简并的零能态,能隙(零能态与第一激发态之间的差值)随着边界尺寸的变大而减小.当边界尺寸较小时,能级是离散化的,能够取得的能带结构是分散的;当边界达到一定尺寸以后,能带布满整个空间,态密度与二维石墨烯整体类似.     

边界掺Be原子石墨纳米带的自旋输运性质研究

采用基于第一性原理和非平衡格林函数的输运计算方法,研究了4个原子宽度锯齿（zigzag）型纳米带在边界掺Be原子时对输运性质的影响.结果发现：石墨纳米带呈半导体特性,杂质原子抑制了附近原子的局域磁性,改变了完整纳米带的电子结构,2种自旋电子将表现出不同的透射情况,且在费米面附近尤为明显.通过计算散射区的分子自洽哈密顿量（MPSH）能谱,发现2种自旋电子能级不再简并,在外加偏压下纳米带产生自旋极化电流.同时,在偏压低于1.5 V时,其中1种自旋电子出现负微分电阻现象（NDR）.