非平衡定态下吸附过程的热力学分析

从非平衡热力学理论出发,指出了有温差存在的非平衡吸附定态存在的可能性和所处的状态,分析得到了非平衡定态下体相和吸附相间的化学势差,并求出了相应的吸附熵和等量吸附热.计算了定态下吸附熵和等量吸附热相对平衡态的改变量,并与用平衡热力学计算得到的结果进行了比较.结果表明用非平衡热力学计算得到的吸附熵和等量吸附热的改变量不仅与温差还与吸附状态有关,而平衡热力学的结果只是温差的函数,与吸附状态无关.主要原因是把吸附和气体温度变化看作一个整体,考虑了两者间的影响,而平衡热力学方法则把定态吸附过程看作两个不相干的过程,未考虑两者间的影响.     

硫系Ge_(15)Te_(8l)S_2Sb_2非晶态半导体薄膜的电导特性

Ge_(15)Te_(81)S_2Sb_2薄膜的直流电导与温度的关系.观察到两个线性区域并遵从如下关系式:σ_(dc)=σ_(01)exp(-△E_1/kT) σ_(02)exp(-△E_2/kT)式中k是玻耳兹曼常数,T是绝对温度.实验得到:两个线性区发生转折的温度是244K左右.△E_1(0.494eV)为载流子在扩展态(T>244K)中输运的激活能,它与样品厚度无关;△E_2(0.267eV)为载流子在定域态(T<244K)中输运的激活能. σ_(01)=1.5×10~(-1)(Ω·cm)~(-1),σ_(02)=1×10~(-3)(Ω·cm)~(-1),σ_(01)/σ_(02)≈10~2表明扩展态与定域态中载流子的迁移率相差很大.在201～400K温度范围,测量了硫系     

量子速度极限研究进展

研究量子速度极限不仅有助于理解量子力学基本问题,而且在量子模拟、量子非平衡热力学等领域亦有重要意义.本文首先介绍了封闭系统中两个重要的量子速度极限——Mandelstam-Tamm界和Margolus-Levitin界以及封闭系统的量子速度极限统一界.在开放量子系统中,由于系统与环境相互作用,量子系统一般不能实现正交态演化,研究开放系统量子速度极限需要考虑初态与末态之间测地线的度量方式.本文讨论了基于不同几何度量所建立的量子速度极限以及开放系统的量子速度极限统一界.基于量子力学的规范不变特性,我们建立了一个新的量子速度极限界,将量子系统演化速度与几何相位关联起来,说明量子速度极限对量子热力学、几何操控量子系统动力学演化具有重要意义.此外,基于半经典Wigner函数表示,我们也建立了量子速度极限界.最后,本文回顾了外部环境与量子系统动力学过程对量子系统演化速度极限的重要影响,并对量子速度极限的下一步研究作出展望.     

碳烟与气态和吸附态NO_2反应的不同机制

在K/MgAlO催化剂上测试了气态及吸附态NO2与碳烟(soot)的反应,结合原位红外表征和第一性原理计算确认了反应中间物,对两类反应的差异进行了机理解析.结果表明,吸附态NO2的活性弱于气态NO2.吸附态NO2以硝酸盐的形式参与反应,导致出现了2个红外特征峰2234和2110 cm-1,分别归属为K位上的氰酸离子和MgAlO载体上的氰离子.此外,气态NO2的反应中间物异氰酸离子也得到证实.吸附态NO2(即硝酸盐)的反应受到K+静电场的束缚,倾向于形成氰酸离子,氰酸离子易裂解成氰离子迁移到载体上;气态NO2与碳烟反应则倾向于形成相对稳定的异氰酸离子.吸附态NO2较弱的低温活性可归因于K+静电场的束缚.     

激基复合物发光器件中三重激发态之间的湮灭过程

激基复合物中三重态湮灭形成单重态发光是一个相邻四分子间的相互作用过程,通常很难发生.本文通过近些年发展起来的有机磁效应这一灵敏的非接触式研究新方法,在单重态和三重态间的能量差(?EST)较小和给体分子三重态能量较高的激基复合物发光器件中观察到了三重态湮灭这一过程.器件光谱证明激基复合物激发态的形成,结果显示:温度大于100 K时,激基复合物器件的电致发光磁效应(?EL/EL)未呈现出高场下降现象;只有当温度降低到最低(20 K)时,器件才会呈现高场下降现象,且这一趋势,与器件的外加偏压(即注入电流密度)有关;?EL/EL随温度变化的这一趋势进一步证实了这一湮灭过程的存在.基于上述实验结果,初步探讨了在激基复合物发光器件中的三重态激发态间湮灭的形成条件.利用有机磁效应研究激基复合物发光器件中的微观机制对进一步提高器件的发光效率有重要的科学价值和潜在的应用前景.     

低温凝聚InSb膜超导电性的新结果

结晶态InSb是一种典型的半导体材料。Stromberg等把它在100℃下加压到27千巴,降温到77K,然后,撤去压力,仍然可以保持一个稳定的金属相。这个金属相在低温下具有大块超导体的性质。其T_c=1.89K,并且它的临界场Hc与温度T~2成近似线性关系。     

雾化高温分解法铜基催化剂合成甲醇的研究

在正常条件下,大块晶态α-Fe_2O_3在温度260K发生反铁磁-弱铁磁转变,自旋方向由晶轴[111]转向(111)平面,即Morin转变.高温(T>260K)下,因反向自旋间存在一夹角而呈弱铁磁性.许多实验研究证明:Mo(?)in转变温度是一结构灵敏量,它随     

活化热氛围下柴油喷雾多点自燃特性及影响因素的实验研究

利用高速摄影技术, 研究了柴油高压喷雾在活化热氛围下的自燃特性, 观察到了高压柴油喷雾在活化热氛围中的多点自燃现象, 初步探讨了不同协流温度下喷雾火焰的稳定机理, 分析了影响自燃的相关因素. 结果表明, 不同协流温度下, 柴油喷雾起升火焰的稳定机理不同. 低温协流条件下喷雾火焰的稳定受自燃现象的控制, 而高温协流下火焰的稳定是火焰传播速度和燃烧供应速度平衡的结果. 柴油喷雾着火滞燃期受协流温度的影响较大, 呈非线性关系. 协流温度低, 则随温度上升滞燃期迅速减小, 滞燃期由996 K时的16.9 ms下降至1048 K时的7.1 ms, 减小了约10 ms; 协流温度高, 滞燃期随温度上升而减小的趋势变缓, 温度由1048 K升高至1101 K时, 滞燃期仅降低4 ms左右. 喷油系统参数对柴油喷雾滞燃期存在一定的影响, 但影响程度与协流温度有关. 协流温度越低, 则滞燃期受喷孔直径、启喷压力和油泵转速的影响越大. 喷油系统参数对滞燃期的影响主要体现在两个方面, 即改善喷雾效果从而降低物理滞燃期, 以及由于喷雾锥角或贯穿速率增加导致的物理滞燃期缩短.     

纳米Fe-In2O3颗粒膜的磁性和巨磁电阻效应

采用射频溅射法制备了纳米“铁磁金属-半导体基体”Fe-In2O3颗粒膜，研究了Fex(In2O3)1-x颗粒膜样品的磁性和巨磁电阻效应，实验结果表明；当Fe体积百分比为35%时，颗粒膜样品的室温磁电阻变化率△ρ/ρ0数值达到4.5%,Fe0.35(In2O3)0.65颗粒膜样品的磁电阻变化率△ρ/ρ随温度（T=1.5-300K)的变化关系表达；当温度低于10K时，△ρ/ρ0数值随温度的下降而迅速增大，在温度T=2K时△ρ/ρ0达到85%，通过研究颗粒膜低场磁化率X（T）温度关系和不同温度下的磁滞回线，证实当温度降低到临界温度Tp=10K时，颗粒膜中结构变化导致磁化状态发生“铁磁态-类自旋玻璃态”转变，Fe0.35(In2O3)0.65颗粒膜样品的磁电阻变化率△ρ/ρ0在温度低于10K时的迅速增大，可能是由于纳米“铁磁金属-半导体基体”Fe0.35(In2O3)0.65颗粒膜样品处于“类自旋玻璃态”时存在特殊的导电机制所造成的。     

金属有机杂化型相变化合物四氯合锌酸二吡咯烷的设计合成和性质

利用有机含氮杂环小分子吡咯烷与氯化锌、盐酸反应,制备得到1例新颖的金属有机相变化合物——四氯合锌酸二吡咯烷.通过差热扫描量热(DSC)测试,在升温(339.5 K)和降温(320.5 K)过程中出现可逆的热力学相变峰和较大的的热滞(19 K),表明该化合物发生了可逆的一级相变.对其变温介电常数进行分析,室温下低介电态到高温下高介电态的转变进一步证实了化合物发生结构相变.通过变温X射线单晶衍射,研究了晶体在150和353 K晶体结构,揭示了其相变机理,表明锌离子的相对位移是该化合物相变的主要原因.     

定态迁移方程的Neumann级数解

本文肯定地答复了Nelson在第四次国际迁移理论会议上提出的一个问题(Trans.Theory Statist.Phys.,4(1975),3:Problem 13)。此外,还给出了定态和非定态迁移之间的某些内在联系。 非均匀介质中具连续能量各向异性的定态线性     

论磁流体力学广义欧姆定律的适用范围

目前,磁流体力学中采用的广义欧姆定律的形式为式中j为电流密度,v为流体速度,E与B分别为电场与磁场强度,c为光速,σ为电导率。这是定态形式的方程,但磁流体力学中无论定态与非定态问题通常均采用(1.1)来处理。对于非定态问题它是否适用?本文就部分电离气体的情况来进行分析。文献[2]得出在部分电离气体中,当电离与复合达到动态平衡时的非定态广义欧姆定律。对于磁流体力学的情况,它可化成     

液态银的比热和玻璃态转变温度的分子动力学模拟

采用以嵌入原子模型为基础的分子动力学方法对液态银的比热进行了模拟，得到了熔点以上液态以及过冷液态银的比热及其与温度的关系。模拟发现液态银的比热在950K左右存在一个峰值，相应地，对液态银结构的分子动力学模拟发现银的结构在该温度附近发生了转变，从而证实银存在玻璃态并据此确定出金属银的玻璃态转变温度。     

碳纳米管灯泡发光性能研究

采用长度为分米量级的双壁碳纳米管薄膜与长丝制成了碳纳米管灯泡, 并与钨丝白炽灯作对比, 研究了碳纳米管灯泡的发光效率、电工参数以及热稳定性能. 结果表明, 碳纳米管灯泡可以发出与钨丝白炽灯相同的白光, 在相同温度(1400~2300 K)下, 碳纳米管灯泡的光效比钨丝灯泡平均提高40%. 碳纳米管灯丝电阻随温度变化不明显, 并且具有较高的热稳定性能, 2300 K高温下通电24 h, 结构不发生明显变化.     

超导电性问题

超导电的现象是卡末林-翁纳斯在1911年发现的。他在研究氦温度下(指低于氦的沸点——4.2°K——的温度)金属的电阻时,发现汞的电阻在接近4°K 时突然变为零。以后又在23种纯金属与大量的合金上发现这个现象,这些物质转变到无电阻状态,即超导状态的温度是不同的,但这些温度都非常低。合金 Nb_3Sn 具有最高的临界温度(18°K),而合金 Bi_2Pt的临界温度最低(0.155°K)。不必说到在超导电性初发现的时代,当时还不存在关于金属电导的连贯一致的理论,即使在三十年代     

FeSe单晶的高压研究进展

FeSe及其衍生化合物是近年来铁基高温超导领域的研究热点.在常压下,FeSe会首先在T_s=90 K形成非磁性的电子向列序,然后在T_c≈8 K出现超导电性;对FeSe施加压力会诱导长程反铁磁序,在更高压力下实现Tc≈37 K的高温超导.澄清高温超导与正常态电子向列序和长程反铁磁序的关系对阐明高温超导机理具有重要意义.针对这一问题,利用立方六面砧高压装置对FeSe单晶开展了较详细的高压电输运性质测量,取得了重要进展.首先,绘制了FeSe单晶完整的温度-压力相图,具体展示了电子向列序、压致长程反铁磁序和超导相随压力的演化关系,观察到圆拱形的反铁磁相界T_m(P),并揭示3种电子序之间的竞争关系;对应电子向列序和反铁磁序被压制的临界压力,FeSe的超导转变温度T_c呈台阶式升高,最终在Pc≈6 GPa实现了T_c~(max)=38.5 K的高温超导.高压霍尔效应测试表明,在2 GPa附近向列序的消失和反铁磁序的出现伴随着费米面重构,正常态从电子型载流子主导转变为空穴型主导,而且霍尔系数在P_c(即T_c~(max)附近出现显著增强,表明临界反铁磁涨落对实现高温超导具有重要作用.结合第一性原理计算,进一步证实FeSe在高压下存在电子型与空穴型费米面,支持与FeA s基高温超导体系类似的费米面嵌套机制,对统一理解FeSe基和FeAs基高温超导机理提供了重要依据.     

利用有机磁电导分析红荧烯发光器件中陷阱辅助的三重态激子淬灭作用

本文制备了基于红荧烯(rubrene)分子的有机发光二极管,并测量了不同温度和注入电流下器件的磁电导(magneto-conductance,MC).实验发现器件的MC曲线随着磁场的增加主要表现出了3段变化,在室温(300K)低磁场(|B|6 mT)范围内,MC_1在小电流时表现为快速上升,在中等电流时先缓慢上升再下降,在大电流时则为缓慢下降;在中等磁场范围(6 mT|B|17 mT),MC_2在各电流范围均表现为缓慢上升;在高磁场范围(17mT|B|300 mT),MC_3在各电流范围均表现为迅速下降.随着温度的降低(以电流为50μA为例),低磁场范围(|B|6 mT),MC_1在温度为300 K时表现为缓慢上升,温度为250~150 K时则先缓慢上升再下降,温度为100~20 K时表现为缓慢下降;中高磁场范围(|B|6 mT)的MC_2和MC_3的线型则基本不变.对电流密度-电压特性曲线的深入分析发现器件中存在陷阱,由此说明器件中除了自由电荷对三重态激子的解离(Q+T→Q+e+h)以及极化子对间的系间窜越(PP~1?PP~3)作用以外,还包括陷阱辅助的三重态激子淬灭作用(即陷阱束缚的三重态激子与自由的极化子(Tt+P→S0+P_t)和陷阱束缚的极化子与三重态激子(T+P_t→S0+P)之间的作用),这4种微观机制的共同作用导致结构复杂的MC线型,且电流和温度对它们还有较好的调控作用.本研究不仅加深了对rubrene器件中三重态激子与电荷相互作用的理解,而且还丰富了有机磁电导曲线的表现形式.     

GaAs/Al_(0.3)Ga_(0.7)As短周期超晶格中负微分电导效应的观察

1970年,Esaki和Lsu提出了半导体超晶格的概念,旨在获得一个全新物理范畴的电子性质.由于超晶格中电子态之间的耦合,导致微带形成,载流子在这些微带中的输运将展现出新的物理现象,例如,Esaki和Lsu所预言的负微分电导效应.然而,后来在超晶格中载流子纵向输运实验上所观察到的低温条件下的负微分电导效应是由于高场畴或者级连共振隧穿引起的.最近,Sibille等人在GaAs/AlAs短周期超晶格中在室温条件下观察到Esaki-Lsu所预言的负微分电导效应.在本文中,我们给出了GaAs/Al_0.3Ga_0.7As短周期超晶格在300K和77K温度下的微带输运实验结果,两个温度下的实验数据均表现出清楚的负微分电导效应,而且77K温度下的微带电导明显地大于300K下的微带电导,这与理论的预言是相符的.     

纳米Fe-In2O3颗粒膜的巨磁光Faraday效应

研究了射频溅射法制备的纳米“铁磁金属-半导体基体”Fe-In₂O₃颗粒膜的巨磁光Faraday效应. 实验结果表明, 当Fe体积百分比为35%时, 颗粒膜样品的室温Faraday旋转角θ_F数值达到10⁵ (°)/cm数量级. Fe_0.35(In₂O₃)_0.65颗粒膜样品的Faraday旋转角θ_F随温度的变化关系表明, 当温度低于10 K时, θ_F数值随温度的下降而迅速增大, 在温度T = 4.2 K时Faraday旋转角θ_F达到10⁶ (°)/cm. 通过研究颗粒膜低场磁化率χ(T)与温度的关系以及不同温度下的磁滞回线, 证明当温度降低到临界温度T_P = 10 K时, 颗粒膜中发生“铁磁态-类自旋玻璃态”转变. Fe_0.35(In₂O₃)_0.65颗粒膜样品的Faraday旋转角θ_F在温度低于 10 K时的迅速增大, 可能是由于纳米“铁磁金属-半导体基体”Fe_0.35(In₂O₃)_0.65颗粒膜样品在处于“类自旋玻璃态”时存在sp-d交换作用造成的.     

以氦-4为唯一工质的1.8 K复合制冷机及其应用验证

量子信息技术和深空探测等领域的蓬勃发展,对2 K以下温区高可靠、长寿命、小型轻量化、高制冷效率低温制冷机的需求日益迫切,高频脉冲管耦合Joule-Thomson(JT)的复合制冷循环是实现这一目标的重要手段.目前国际上以该循环获得2 K以下温区的成功实践,均是在脉冲管分系统使用氦-4而JT分系统使用氦-3作为循环工质的情况下获得的.氦-3在地球上存量稀少、价格高昂,是阻碍这一循环在更广范围内实用化的关键瓶颈.本文对以氦-4为唯一工质的四级高频脉冲管耦合JT的复合制冷循环开展了理论与实验研究,分析了基于该循环获取2 K以下温度的关键难点和可行性,从采用间隙密封的直流线性压缩机的低压压力和多级间壁式回热器的低压侧压降损失入手,理论预测出在40 kPa系统充气压力下可实现1.1 kPa的压缩机吸气压力和438.6 Pa的低压侧总压降,从而能获得1.54 kPa的饱和蒸气压,此时采用氦-4节流可实现1.78 K的制冷温度.同时,在氦-4超流态工况下,分析了小界面温差的Kapitza热导对冷头蒸发器内超流氦热传递的影响,并给出了在此基础上JT循环参数优化的限制条件.设计出的制冷机的无负荷温度经过...