液态GaAs快速结晶过程中的微观结构演变

采用分子动力学方法对液态Ga As在1×10~(10) K/s冷速下的快速结晶过程进行模拟,并采用双体分布函数、原子平均能量、键角分布函数、二面角分布函数和可视化等方法对凝固过程的微观结构变化进行分析.结果表明:凝固过程中,Ga As的结晶温度T_c为1460 K,当温度高于T_c时,体系处于液态无规网络结构;当温度低于T_c时,Ga和As原子迅速形核结晶,形成闪锌矿为主的多晶结构,并在晶界处形成共晶格孪晶结构,其中晶界处形成一层纤锌矿结构.在温度低于520 K时,As原子偏聚形成简单立方结构As_8.     

粒介质在类固-液相变过程中的时空参数特性

颗粒介质的类固-液相变过程除受材料性质影响外, 还与其运动速率和密集度有密切关系, 而接触时间数和配位数是表征该相变过程中颗粒间相互作用的重要时间和空间参量. 本文采用三维离散元方法对不同切变速率和密集度下颗粒介质的动力学行为进行了数值模拟, 确定了颗粒材料在类固-液相变过程中接触时间数和配位数的参数特性和演化过程, 并结合宏观应力的分布特性, 进一步确定了颗粒介质在液态和固态相互转化中的动力学机理, 讨论了颗粒介质在由快速流动向慢速、准静态转化的相变过程. 通过对颗粒单元相互作用的细观数值模拟, 获取了颗粒介质在宏观上的动力学行为, 为研究其在不同相态下的本构模型提供了依据.     

金属玻璃异常放热现象与隐藏非晶相变研究进展

金属玻璃因其简单的金属键结合及原子密堆积结构而成为研究非晶物理的理想材料模型。解开玻璃形成液体的微观结构可以探寻玻璃形成能力的秘诀。许多非晶合金体系在玻璃转变点以上、结晶温度以下表现出异常放热现象,暗示在超过冷液相区间隐藏着非晶相变,这一现象的微观结构本质困扰了学界逾四十年。近来,中子和同步辐射散射等大科学装置的发展为揭示隐藏非晶相变的机制提供了原位、无损以及从原子到纳米级别的多尺度"探针"。最新研究发现Pd-Ni-P这一典型的具有异常放热现象的原型非晶合金在临界转变温度处发生了重入超过冷液体转变,其内在微观机制为中程有序结构的演变所导致的液-液相变。同时通过恰当的热处理,人们可以方便地调控这一类非晶合金的微观结构。经过统计几种具有异常放热现象的典型金属玻璃体系的热物理参数,发现异常放热峰可能与玻璃形成能力有一定的关联。金属玻璃中的异常放热现象及其隐藏的非晶相变为开发新型非晶合金体系并改进合金的性能提供了新的思路。     

正方平面羰基铑(Ⅰ)配合物的分子内取代反应对其稳定性的影响

合成了２种含有未配位原子的顺二羰基铑配合物,用ＩＲ的ＸＰＳ数据研究了其分子内羰基取代反应,以及该反应对其稳定性的影响,其分子内取代反应是可逆的,在遇热而且没有一氧化碳保护的情况下,该配合物中存在的未配位授体原子能够取代铑的末端羰基形成四配位结构,从而保护了铑佤合物不至因为末端羰基脱落而分解,提高了它的稳定性,在一氧化碳气氛下,结构又能够回复到二配位结构。     

熔态金属镓无序体系的结构研究

长期以来,由于实验测试和数据分析上的困难,对液态物质的性质和结构研究未能象研究晶态和非晶态固体物质那样有相应的发展。已发表的有关液态物质性质和结构的研究工作较少,至今对固—液相变的微观机理及液态金属和化合物的结构等许多问题仍不很清楚。液态是物质在自然界存在的主要形式之一,随着科学技术发展的需要,人们更为迫切地要求了解物质在液态时的结构和性质。研究液态物理中的问题愈来愈受到国内外的重视。液态物质的结构研究则是液态物理的一个关键问题。液态物质往往有很大的无序度,通常的结构测试手段难于得到有用的结构信息。由于X-ray absorption fine structure(XAFS)技术本身的特点,XAFS是研究无序体系结构很有效的方法,但目前研究液态物质取得的成果很少,主要有两方面的原因,一是要保持微米量级厚度的液态样品不漏光和不塌落较为困难;二是无序体系的XAFS数据分析需要选用适当的原子配位分布函数模型。本文用蒸发镀膜技术制备Ga样品,XAFS研究金属Ga从液氮温度一直到熔化为液态之后的结构变化。     

Cu(NH_3)_4Ag(SCN)_3的晶体结构

为了进一步探讨硫氰酸根在络合物中的结构化学特征,我们着手研究若干含硫氰酸根双金属络合物的晶体结构.先前已经研究过的Cu(NH_3)_2Ag(SCN)_3晶体结构显示出,Ag原子由6个S原子按八面体方式直接配位,而Cu原子具有三方双锥配位构型,即由三个硫氰酸根的N原子及两个NH_3的N原子形成五配位络合.此类构型对二价Cu是不多见的.这一含两     

不同桥连原子的半胱氨酸钼络合物对乙炔催化还原活性的研究

Schrauzer的钼-半胱氨酸体系,是固氮酶模拟物中研究得最深入的体系之一,最近,又发展成为钼-胰岛素体系,选择性有了进一步提高。关于这一体系的配位体结构和活性关系的研究已作了一些工作,其中,最重要的一点是硫的配位,即与钼相连接的配位基团必须带有—SH基才有活性。但关于桥连原子对活性的影响,则尚未见有报道。     

六方密堆晶体中填隙原子的有序结构

许多金属晶体呈六方密堆结构。当这类金属与其它原子较小的非金属元素形成化合物时,金属子晶格可保持六方密堆结构,非金属原子则占据填隙位置。实验上发现,随组分的不同非金属原子形成不同的有序结构,并且在一定温度下发生有序-无序相变。这对于材料的性能有重要影响。因此,研究非金属原子的基态位形对这类材料的设计具有重要意义。     

液态纯铁的微观原子模型

利用θ－θ液态金属Ｘ射线衍射仪研究纯Ｆｅ的液态结构，获得了衍射强度、结构因子、双体分布函数以及配位数和原子间距离。研究结果表明，在液态纯铁的结构因子曲线上也存在着顶峰（ｐｒｅ－ｐｅａｋ）。预峰的出现是熔体中存在中程序的标志。根据预峰的特性，提出了液态纯Ｆｅ结构的原子模型，即共享顶点体立方结构与无规密堆积原子分布的加和。     

配位聚合物[Nd2(C8H5NO4)3·4H2O]∞的单晶结构

报道了具有菱形隧道的配位聚合物: [Nd2(C8H5NO4)3@4H2O]∞的单晶结构. 它有两个晶体学独立的金属Nd(Ⅲ)离子中心, 每个金属Nd(Ⅲ)离子处于8配位的环境中. 8个配位的氧原子中7个氧原子来源于6个5-氨基间苯二甲酸有机配体, 另一个氧原子由配位水提供. 羧基通过η1,1和η1,3方式连接两个Nd3+. 晶体数据: 三斜晶系, 空间群, a = 1.03680(5) nm,b = 1.66934(15) nm, c = 0.88221(14) nm, α= 99.754(2)°, β= 111.169(4)°, γ= 85.400(4)°. 一部分配体在平行于ab面连接金属Nd(Ⅲ)形成分子梯, 另一部分配体沿着c轴分子梯构成菱形隧道, 同时配位水分子和氨基悬挂在隧道中.     

关于多电子原子及离子体系的一种新的理论模型(二)

用广义拉盖尔函数解径向方程的报道,至今尚未见到。本文把广义拉盖尔函数引进量子化学,第一次提出对求多电子原子、离子体系和单电子原子、离子体系径向波函数都适用的方法——广义拉盖尔多项式方法。并且,运用此法求得简洁的、可以和单电子原子、离子径向波函数表达式相类比的多电子原子、离子径向波函数的数学表达式。     

硅的新型亚稳金属性同素异形体

从理论上提出了硅的一种新型金属性亚稳相,并通过弹性常数和声子谱的计算验证了该结构在常压下的稳定性.该结构可以通过以?-La Si5为前驱物,将其中的La原子去除获得.该结构中隧道型空隙的存在使其密度低于金刚石型结构的Si-I相.在这种结构中,有40%的硅原子为5配位,其他硅原子为4配位.电子结构的计算表明该结构具有金属导电性.导电性主要由于5配位原子的存在导致价电子出现离域性.配位数的改变也使得硅原子之间发生了一定的电荷转移,出现离子性.该结构的化学键中同时存在共价性、金属性和离子性.     

冷冻浓缩过程冰晶夹带溶质浓度分布模拟

针对冷冻浓缩过程冰晶夹带造成该技术推广使用受限制的问题,采用国内外描述相变微观结构的相场模型,将体系视为水和溶质二元系统,建立冷冻浓缩过程冰晶生长的数学模型,耦合溶质场,从微观上模拟冰晶形貌演变,分析冰晶夹带溶质浓度分布规律.探讨模拟结晶时间、过冷度及模拟初始温度对冰晶夹带浓度分布的影响.结果表明:模拟结果与实验相符合.随着模拟结晶时间的延长,冰晶固液界面的溶质浓度增大,造成溶质夹带增加;过冷度小,溶质扩散率大,冰晶中溶质浓度小,过冷度越大,溶质向液相中扩散越不充分,冰晶中溶质浓度越大;模拟初始温度高,冰晶浓度分布小,模拟初始温度低时,其溶质浓度增大.适当控制这3种因素将减少冰晶的夹带率,降低冷冻浓缩过程的可溶性固形物损失.     

纳米硅光能隙的Raman表现

早期非晶硅振动谱的研究中提到非晶材料光学吸收能隙与Raman谱的关联.嗣后,Lannin又在非晶四族元素动力学和序结构的研究中明确地指出:光能隙(即Tauc隙)与其Raman谱中类横向光学模(TO-like mode)峰的半高半宽的变化有关,且与无序硅贝特点阵模型(Bethe lattice model)做了比较,发现无序随机网络中每个原子的sp~3轨道互作用起伏的减小致使带边变宽,进而引起键角分布函数g(θ)的变化,表现在Raman谱的位、形上.然而,g(θ)可以从对分布函数g(r)的近似得到:     

配位聚合物[Nd2(C8H5NO4)3·4H2O]∞的单晶结构

报道了具有菱形隧道的配位聚合物:[Nd2（C8H5NO4）3·4H2O]∞的单晶结构.它有两个晶体学独立的金属Nd（Ⅲ）离子中心,每个金属Nd（Ⅲ）离子处于8配位的环境中.8个配位的氧原子中7个氧原子来源于6个5-氨基间苯二甲酸有机配体,另一个氧原子由配位水提供.羧基通过η1,1和η1,3方式连接两个Nd3+.晶体数据:三斜晶系,空间群P1,a=1.03680（5）nm,b=1.66934（15）nm,c=0.88221（14）nm,α=99.754（2）℃,β=111.169（4）°,γ=85.400（4）°.一部分配体在平行于ab面连接金属Nd（Ⅲ）形成分子梯,另一部分配体沿着c轴分子梯构成菱形隧道,同时配位水分子和氨基悬挂在隧道中.     

Mn(Ⅱ)-HSA和Mn(Ⅱ)-BSA金属中心的结构研究

我们曾研究了Cu(Ⅱ),Ni(Ⅱ),Zn(Ⅱ),Cd(Ⅱ),Hg(Ⅱ)与HSA(Human serum albumin,人血清白蛋白)和BSA(Bovin serum alburmin,牛血清白蛋白)的相互作用,鉴于锰酶和锰蛋白在生物无机化学上的重要性,且迄今未见有关Mn(Ⅱ)与HSA和BSA相互作用的研究报道,本文在紫外区观察LMCT谱带,研究了1:1 Mn(Ⅱ)-HSA和Mn(Ⅱ)-BSA在生理pH下金属中心的结构.结果表明:浓度较低时,金属中心具有五配位的四方锥构型,浓度较高时则转变为四配位的四方平面构型;结合位置最可能位于HSA和BSA的N-端三肽段上,涉及四个含氮基团,第五个配位原子是Asp~1上的羧基氧.本文还计算并讨论了Mn(Ⅱ)及有关配位原子的光学电负性.     

铁(Ⅱ)-羟肟络合物的穆斯堡尔谱研究

羟肟类化合物能与Cu、Ni、Co、Fe等形成稳定络合物。羟肟类配位体与金属离子的螯合反应是通过酚羟基氧原子及肟基氮原子实现的。在配位体的结构-性能关系研究中,对决定σ配键强度的配位原子电荷密度的贡献已被广泛重视。我们曾用Hückel分子轨道法计算配位原子的电荷密度及有关键序,并对它们在萃取金属离子反应中的贡献作了评价。文献中对金属原子反馈特性影响的研究尚少记载。Burger等认为,由3d~5—3d~(10)过渡金属与双肟或水杨醛肟衍生物所形成络合物的稳定性受σ配键与反馈键的支配。     

水合锰(Ⅱ)结构的量子化学和ABEEM/MM研究

应用新一代可极化分子力场——原子-键电负性均衡浮动电荷分子力场ABEEM/MM,结合精密量子化学方法, 构建了精确的Mn²⁺-H₂O 相互作用的势能函数, 确定了相关参数.将该势能函数用于计算[Mn(H₂O)_n]²⁺(n=1~12)的结构和结合能, 得到了与量子化学一致的结果. 进一步对Mn²⁺水溶液进行ABEEM/MM 动力学模拟, 得到的Mn²⁺–O 径向分布函数的第一和第二最高峰分别处于0.218 和0.435 nm 处, 积分得到第一和第二水合层的配位水分子数分别为7.03 和17.74; 对于O–Mn²⁺–O 角度分布函数, 其第一和第二最高峰分别位于80°和140°附近, 这些结果与实验和其他理论方法的结果有很好的一致性. Mn²⁺的极化作用使得第一水合层中水分子的键长明显增长, 键角明显减小; 而Mn²⁺对第二水合层及外层水分子的结构影响较小. 分析体系的电荷分布表明, 与ABEEM-7P 纯水相比, Mn²⁺水溶液中参与形成氢键的氢原子和孤对电子的电荷变化较大, 且Mn²⁺和其邻近的水分子间存在明显的电荷转移.     

β-SiC(110)表面原子与电子结构的理论计算

用全势缀加平面波方法（FPLAPW）计算了β-SiC及其非极性（110）表面的原子与电子结构。计算出的β-SiC晶体结构参数。晶格常数和体积弹性模量与实验值符合得很好，用平板超原胞模型来计算β-SiC（110）表达的原子与电子结构。结果表明，表面顶层原子发生键长收缩和旋转豫特性，表面阳离子Si向体内移动而阴离子C向表面外移动，这与Ⅲ-Ⅴ族半导体（110）表面弛豫特性相似，表面重构的机制是Si原子趋向于以平面构型的sp^2杂化方式与其三配位C原子成键，C原子趋向于以锥型的p^3试民其三配位Si原子成键，另外表面弛豫实现表面由金属性至半导体性的转变。     

微孔晶体的晶化

从宏观和微观角度简要总结了微孔晶体晶化过程及晶化机理的研究,包括微孔晶体的成核与晶体生长(宏观角度)、晶化机理的主要观点、结构导向效应、研究微孔晶体晶化的主要技术手段及最新的研究思路和策略(微观角度).借鉴于致密晶体晶化行为的研究,微孔晶体的晶化过程分为成核与晶体生长两个阶段.在成核阶段,提出了晶核可以从液相(液相成核)、固相(固相成核)或固液相(双相成核)中成核,后被统一为"通用"成核机制.在晶体生长阶段,研究主要集中于生长模式.受制于当前较低分辨率和灵敏度的表征手段以及合成体系的复杂度,人们对晶体的成核与生长机制的认识还存在着极大的争议.在微孔晶体的晶化过程及晶化机理研究中,一项重要的内容是通过特定的表征手段确认在晶化过程中生成的小结构单元,包括色谱、电喷雾质谱、原位和非原位核磁共振、紫外拉曼光谱等.结合实验数据和理论计算可以确定一些单靠实验数据不能确认的结构单元.在微孔晶体的晶化过程中,结构导向剂起到了极其关键的作用.本文简要总结了结构导向剂的种类和导向的典型结构.最后介绍了新近提出的"反向进化"法,该方法可用于研究在晶化的早期阶段生成的小结构单元及晶化起点的结构.