原子非简谐振动对石墨烯/ZIF-67型复合材料蓄热性能及特征寿命的影响

利用石墨烯优良的特性与其他材料复合，可赋予复合材料优异的性质并兼具两者的优势；对石墨烯/ZIF-67型(CoO/RGO)复合材料的研究中，在考虑原子非简谐振动情况下采用固体物理学理论和方法，确定了该材料的德拜温度、定容比热和特征寿命随温度变化而变化的规律，并探讨了原子非简谐振动对上述指标的影响。结果表明：1) 石墨烯/ZIF-67型复合材料的德拜温度和定容比热的数值均随温度升高而增大，其中德拜温度随温度升高无较大变化，温度每升高1 K，德拜温度仅升高约0.003%；而定容比热随温度升高呈非线性增大，其中温度较低时定容比热变化较大，温度较高时定容比热有接近常量的趋势。2) 石墨烯/ZIF-67型复合材料的特征寿命约为232 d，并随温度升高而减少，但减少幅度不大，实际使用环境温度对该材料的特征寿命的影响很小。3) 若不考虑原子间的非简谐效应，石墨烯/ZIF-67型复合材料的德拜温度和特征寿命为常量；在考虑到原子非简谐振动项后，则它们均随温度变化而变化，且温度越高，非简谐效应产生的影响越明显；然而非简谐效应对该材料定容比热的影响不明显。研究结果有助于推动有关石墨烯/ZIF-67型复合材料的研究和应用。     

传感器多孔电极材料原子振动随温度变化规律研究

建立了氧传感器多孔电极材料的物理模型并求出原子振动的简谐系数和非简谐系数,应用固体物理理论和方法,得到多孔电极材料原子振动频率、阻尼系数与温度的关系,研究了原子对平衡位置的位移随温度和时间以及颗粒半径的变化规律,探讨了孔隙度和原子非简谐振动对它的影响.结果表明:(1)振动频率随温度升高而线性增大,表面原子的振动频率总小于体内原子;(2)原子的振动振幅随时间的增长而按负指数规律减小,减小的程度取决于受到的阻尼.阻尼系数随温度升高而增大,体内阻尼系数大于表面,是表面的1.414倍;(3)原子对平衡位置的位移随温度升高而增大,随时间的增长而按负指数规律减小,随着平均半径值的增大而非线性减小.孔隙度愈大,颗粒线度愈小,原子对平衡位置的位移愈大;(4)原子非简谐振动项对Pt电极材料原子的振动有重要影响:简谐近似下,原子振动频率和振幅均为恒量,与温度无关;考虑到非简谐项后,振动频率和振幅均随颗粒半径的增大和温度的升高而变.温度越高、孔隙度越大、颗粒半径越小,非简谐与简谐近似的差值愈大,即非简谐效应愈显著.     

原子非简谐振动对石墨烯吸附系统电荷分布的影响

建立了石墨烯吸附原子系统的物理模型,考虑到原子的非简谐振动和电子-声子相互作用,计算了吸附原子与石墨烯原子的相互作用能,用统计物理理论和方法,得到在石墨烯上吸附原子的概率和金属原子电荷填充数随温度变化的解析表示式.以碱金属为例,探讨了电子-声子相互作用和原子非简谐振动对电荷填充数的影响.结果表明:石墨烯吸附系统的电荷填充数随吸附原子距离的增大而线性地减小,随温度的升高和电子-声子相互作用能的增大而非线性地增大;若不考虑非简谐振动,则电荷填充数与位置、温度等无关.温度愈高、电子-声子相互作用能愈小,非简谐效应愈显著.     

线度和非简谐效应对Ag纳米晶热力学性质的影响

应用固体物理和统计物理的理论,考虑原子作非简谐振动,从微观角度研究了Ag纳米晶的热膨胀系数、格林乃森常数、化学势等随温度的变化规律.结果表明:①在简谐近似下,Ag纳米晶不会有热膨胀,其格林乃森常数为零,非简谐效应导致热膨胀系数和格林乃森常数都随着温度升高而增大,但变化较慢.②球形Ag纳米晶的化学势大于平面块状晶体的化学势,且粒子线度愈小,两者相差愈大;其中,由界面弯曲引起的化学势修正μ′e随粒径的减小而增大,粒径较大时,μ′e将不变.③球形Ag纳米晶受温度的影响大于平面块状晶体,总化学势随温度升高而减小,但变化缓慢,由界面弯曲引起的化学势修正μ′e随温度升高而增大,且温度愈高,μ′e的变化速度愈快.④非简谐效应影响纳米晶热力学性质的本质在于它改变了原子的相互作用势形式和总相互作用能.     

非简谐振动对纳米铁磁粒子表面能的影响

在考虑到原子作非简谐振动的情况下,先求出在均匀外磁场中单轴铁磁粒子原子振动的简谐系数、非简谐系数和粒子的自由能.再以球状纳米铁磁粒子作计算,以探讨粒子表面能随温度和粒径变化的规律以及原子非简谐振动对粒子表面能的影响.结果表明:铁磁纳米微粒的表面能随温度的升高和粒径的减小而减小,作者认为纳米微粒的小尺寸效应以及由此产生的晶格振动的非简谐效应和晶格振动软化,对纳米铁磁粒子的表面能有重要影响.     

ZnS类石墨烯热膨胀系数、弹性模量以及有效电荷变化规律研究

考虑到形变和原子的非简谐振动,用固体物理方法,研究了ZnS类石墨烯的热膨胀系数和弹性模量随温度的变化规律以及有效电荷和极性与形变的关系,探讨了形变和原子非简谐振动对它们的影响.结果表明:①ZnS类石墨烯的热膨胀系数为负值,数值在1.178×10~(-3)～22.323×10~(-3)K~(-1)之间随着温度升高而增大;而弹性模量在0.241 405～453.253 5 GPa之间随着温度的升高而增大.②简谐近似下,热膨胀系数为零,弹性模量为常量;考虑非简谐项后它们才随温度升高而变化,温度愈高,非简谐效应愈显著.③大小形变、剪切形变、单轴形变这3种形变中,大小形变对正有效电荷、单轴形变对负有效电荷影响最大,剪切形变对正、负有效电荷影响最小;④大小形变对极性的影响可达到70.4%,而剪切形变的影响仅为46.5%.     

形变和非简谐振动对SiC有效电荷和热膨胀系数以及弹性模量的影响

应用哈里森(Harrison)键联轨道法和固体物理方法,考虑到形变和原子作非简谐振动,得到六角形二维类石墨烯AN-B8-N化合物的热膨胀系数、弹性模量以及有效电荷的解析表示式;以SiC为例,探讨了形变和原子非简谐振动对它们的影响.结果表明:SiC的热膨胀系数和弹性模量均随温度升高而缓慢增大,但变化较缓慢;若不考虑非简谐项,则SiC的热膨胀系数和弹性模量均为零,非简谐效应是SiC的热膨胀系数和弹性模量均随温度升高而增大的原因;形变会使SiC的正负离子的有效电荷的大小均减小,减小幅度分别为14.5%和8.56%,形变对正离子有效电荷的影响大于负离子.在所述的大小、剪切、轴向拉伸、原子振动形变这几种形变中,以轴向拉伸形变对有效电荷的影响最大,以大小形变和剪切形变的影响最小.温度愈高,原子的非简谐振动效应愈显著,形变对SiC的极性和有效电荷的影响愈大.     

面心立方晶体的膨胀系数和弹性模量

以面心立方金属晶体Ag,Cu,Ni为例,讨论了非简谐振动对晶体的热膨胀系数、固体弹性模量的影响.结果表明:只有考虑到第二非简谐系数后,热膨胀系数随温度的升高而非线性地增大;弹性模量只与第一非简谐系数有关,而与简谐系数和第二非简谐系数无关.     

非简谐振动对二元系统溶解限曲线的影响

在实验测定热膨胀系数基础上,计算原子振动的简谐系数和非简谐系数;利用Collins模型,以TiCu为例,求出原子作非简谐振动下的热力学函数,研究它的溶解度随温度的变化和非简谐振动对它们的影响.理论计算与实验结果基本一致.     

晶体铟的德拜温度和格林乃森参量随温度变化规律研究

研究了原子相互作用势与晶体德拜温度的关系．考虑到原子作非简谐振动，得到了格林乃森参量随温度变化的规律．以晶体铟为例，探讨了晶体德拜温度随温度的变化规律，理论计算与实验基本符合．     

空穴浓度和基底对金属基外延石墨烯态密度的影响

以吸附在金属铜基底上的外延石墨烯为例, 研究了空穴浓度随温度的变化,探讨了空穴浓度和基底以及温度对金属基外延石墨烯态密度的影响。结果表明：(1)空穴浓度随温度升高而非线性增大,铜基底外延石墨烯的空穴浓度随温度的变化率小于石墨烯的相应值;(2)与石墨烯相比,基底的存在使铜基外延石墨烯的空穴浓度随温度的变化要迅速增大,态密度在电子能量为0时的值要增大,而态密度极大值相应的电子能量（称为最可几能量）变小;(3)铜基外延石墨烯的态密度随空穴浓度的增大和温度的升高而减小,其中,随空穴浓度的变化为线性,而随温度的变化为非线性。     

单层石墨烯储氢的蒙特卡罗模拟

用正则系综蒙特卡罗(GCMC)方法,在77～473K温度和0.1～10MPa压强下,对石墨烯上吸附氢分子进行模拟计算.结果表明:低温及高压条件有利于储氢.在10MPa压强下,随着温度增加,等量吸附热先减少后增加.当温度在291K时,等量吸附热值最低.     

温度场中非线性弹性地基上矩形薄板的3次超谐共振

为了研究温度场中非线性地基上矩形薄板受简谐激励的3次超谐共振问题,应用弹性力学理论建立其动力学方程,应用Galerkin方法将其转化为非线性振动方程.利用非线性振动的多尺度分析方法求得系统3次超谐共振的近似解,并进行数值计算.分析温度、地基系数、阻尼、几何参数、激励等对系统3次超谐共振的影响.发现随着阻尼的增加,幅频响应曲线的振幅减小;随着温度系数T1的增加,共振曲线的振幅增大;随着温度系数T0的增加,共振曲线的振幅减小.图8,参13.     

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.     

低温费米气体的数值计算

通过对Fermi-Dirac分布函数的线性近似处理,提出了低温费米气体的简单模型,并利用Mathematica5.0软件进行了编程计算,给出了化学势和内能等热力学量的近似表达式,与级数展开法进行比较,结果表明线性近似处理方法能够较为准确的定量描述费米气体的低温行为.     

泛函积分方法计算推广的Anderson模型的化学势

寻找能够越出平均场近似的理论方法是量子统计研究领域中的一个重要课题,泛函积分方法的研究提供了一种可行的超越平均场近似的重要途径。以推广的Anderson模型为出发点,利用泛函积分方法所得到的一阶谐波近似（FHA）,可以得到这一模型体系的化学势随载流子数密度的变化结果。势在一定的载流子密度下会出现非常明显的突变。关于化学势突变这一结果可以对最新的有关高温超导的理论计算结果进行修正,并且能够对高Tc超导体在这些点上掺杂效率的突变以及Tc与二维载流子相对浓度的普适关系进行解释。     

Theoretical Research on Thermoelectric Properties of Graphene Nanorings

Based on the tight-binding approach and the nonequilibrium Green's function method,the thermoelectric performance of graphene nanoribbons(GNRs) and graphene rings are investigated systematically.Thermoelectric properties show substantial dependence on graphene structure.The maximum value of thermoelectric figure of merit(ZT) in perfect GNRs declines exponentially with the increase of width JV except for metallic armchair GNRs with JV = 3/ + 2(i is an integer).In graphene rings,the ZT value is enhanced dramatically at room temperature,which oscillates with perpendicular magnetic field due to Aharonov-Bohm effect.The significantly enhanced ZT value makes graphene ring a promising candidate for thermoelectric applications.