甲烷水合物在不同温度下扩散及其结构的模拟研究

采用经典分子动力学研究了275 K至305 K时甲烷水合物体系的甲烷分子、水分子的扩散系数以及CH_4-CH_4、CH_4-H_2O、H_2O-H_2O、H_2O-CH_4的径向分布函数、配位数和氢键数等结构性质.结果表明,甲烷水合物的分子扩散和局部结构明显地受到温度的影响.甲烷分子间和水分子间倾向各自相互聚集,引起四种类型的配位数差异很大.     

多壁碳纳米管与基体之间界面热输运分子动力学模拟

碳纳米管与基体之间的热耦合对纳米结构界面热输运起主导作用。采用非平衡态分子动力学模拟了垂直生长多壁碳纳米管与Si基体之间的热耦合,得到界面热导的温度效应和作用力效应并利用声子输运理论进行了分析。低温下多壁碳纳米管与Si之间声子的态密度匹配较好,界面热输运能力主要取决于界面两侧低频声子的耦合振动,高温下近界面区域内热输运能力受高频声子的非弹性散射影响而逐渐增强。随着范德瓦尔斯力增强,界面热导线性增大。     

较宽压力范围内甲烷水合物的分子动力学模拟

利用GROMACS程序对0.1 MPa至30 MPa较宽压力范围内甲烷水合物体系进行分子动力学模拟.观察不同时刻甲烷水合物体系的分子分布状况,统计氢键数、径向分布函数、配位数等结构性质以及甲烷、水分子的扩散系数.结果表明甲烷水合物中水分子之间形成强大的氢键网络将甲烷包围并挤压,出现明显分相现象,导致压力对甲烷水合物中甲烷和水的局部结构和扩散系数的影响不同,并且甲烷水合物中甲烷的局部结构和扩散系数与纯甲烷体系差异很大.     

抛物量子线中极化子的光学声子平均数

采用线性组合算符法和变分法，在考虑电子—LO声子相互作用情况下，分别计算了抛物量子线中强、弱耦合情形下极化子的振动频率和光学声子平均数．数值计算结果表明，两种情况下，光学声子平均数都随耦合强度的增大而增大．强耦合极化子的振动频率和声子平均数随有效受限长度的减小而迅速增大。     

Rashba效应影响下半导体量子点中强耦合极化子的声子平均数

采用改进的线性组合算符方法，研究了Rashba效应影响下半导体量子点中强耦合极化子的光学声子平均数．导出在电子-体纵光学声子（LO）强耦合时抛物量子点中极化子的光学声子平均数、振动频率、相互作用能和有效质量随受限强度和Rashba自旋-轨道耦合常数的变化．数值计算结果表明Rashba自旋-轨道相互作用使极化子的有效质量、基态能分裂为上下两支，随耦合常数的增加极化子基态能量、有效质量表现为增加和较少两种截然相反的情形；Rashba自旋-轨道相互作用影响下强耦合极化子的光学声子平均数随量子点的受限强度、电子声子耦合强度增大而增大，极化子的相互作用能随受限强度的增加先急剧增加，当达到极值后随受限强度的增加而急剧减少．     

外磁场中的强耦合极化子性质

运用变分法系统地研究了外磁场下极化子的电声子耦合作用,其中具体考虑了电子和表面光学声子（ＳＯ）的强耦合作用以及与体纵光学声子（ＬＯ）的弱耦合作用,应用Ｈｕｙｂｅｒｔｃｈ提出的变分方法和二次么正变换,给出了电子－声相互作用能,数值结果表明：随着电子和晶体表面距离的增加,电子－表面光学声子相互作用能的数值减小,而电子－体纵光学声子相互作用能的数值增大;磁场增强,电子与两种声子之间的相互作用均增强。     

多支LO声子作用对量子点中强耦合极化子基态能量的影响

本文采用线性组合算符和幺正变换方法研究了量子点中极化子的性质,得到了极化子的基态能量.考虑多支LO声子之间相互作用时,研究了多支LO-声子对量子点中极化子基态能量的影响.结果表明：极化子的基态能量随量子点受限长度的增大而减小;量子点受限长度随振动频率λ的增大而减小.在不同的量子点受限长度下,极化子的基态能量随量子点振动频率的减小而增大.考虑多声子相互作用时,基态能量的附加能量等于电子与多支声子耦合.     

水环境下甲烷在不同润湿性石英表面吸附行为的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究水环境下石英表面润湿性对甲烷在石英狭缝中吸附行为的影响。结果表明:对于亲水性较强的石英表面,水分子优先吸附于石英表面,甲烷分子在狭缝中心发生团聚;而疏水性较强的石英表面,甲烷分子优先吸附于石英表面,水分子在狭缝中心发生团聚;当石英表面为中性润湿时,石英表面对这两种分子没有表现出优先选择性吸附。水、甲烷与不同润湿性石英表面的相互作用能表明,水/固相互作用是水环境下甲烷在石英狭缝中吸附构型改变的主要驱动力。     

甲烷水合物(可燃冰)结构-I的分子间势能的量子化学研究

采用H artree-Fork,4种DFT(BLYP,B3LYP,M PW 1PW 91,SVWN 5)和M P2方法研究了甲烷水合物结构-I的氢键和范德华能.甲烷分子取HF/6-31G(d,p)优化构型,水分子选用ST 2模型.水分子间的氢键能Ehb(l)和甲烷-水分子间的范德华能EvdW(l)作为正十二面体边长l的函数,用HF/6-31G(d,p)和4种DFT方法做计算,保持水分子和甲烷分子的构型不变,在几个关键点上选用M P2方法做了计算.计算中选用6-31G(d,p)基组,分别用完全平衡校正和不完全校正法进行校正,这两种方法给出了基组重叠误差(BSSE)的上限和下限.DFT/B3LYP方法计算的氧-氧距离RO-O=0.280 nm和碳-氧距离RC-O=0.392 nm最接近于实验值0.282 nm和0.395 nm.所有计算方法(HF,DFT,M P2)都表明,甲烷水合物结构-I是一个由超强氢键(30~36 kJ/m o l)组成的稳定结构,其氢键能远大于水分子二聚体和冰I4晶格中的氢键能((-22.6±2.9)kJ/m o l和(-21.7±0.5)kJ/m o l).这些数据为气体水合物的Lennand-Jones和K ihara势能函数提供了基本参数,可用于气体水合物的分子动力学模拟.     

甲烷水合物(可燃冰)结构-Ⅰ的分子间势能的量子化学研究

采用Hartree-Fork,4种DFT(BLYP,B3LYP,MPW1PW91,SVWN5)和MP2方法研究了甲烷水合物结构-Ⅰ的氢键和范德华能.甲烷分子取HF/6-31G(d,p)优化构型,水分子选用ST2模型.水分子间的氢键能Ebb(l)和甲烷-水分子间的范德华能Evdw(l)作为正十二面体边长l的函数,用HF/6-31G(d,p)和4种DFT方法做计算,保持水分子和甲烷分子的构型不变,在几个关键点上选用MP2方法做了计算.计算中选用6-31G(d,p)基组,分别用完全平衡校正和不完全校正法进行校正,这两种方法给出了基组重叠误差(BSSE)的上限和下限.DFT/B3LYP方法计算的氧-氧距离Ro-o=0.280 nm和碳-氧距离Rc-o=0.392 nm最接近于实验值0.282 nm和0.395 nm.所有计算方法(HF,DFT,MP2)都表明,甲烷水合物结构-Ⅰ是一个由超强氢键(30～36 kJ/mol)组成的稳定结构,其氢键能远大于水分子二聚体和冰Ⅰ4晶格中的氢键能((-22.6±2.9)kJ/mol和(-21.7±0.5)kJ/mol).这些数据为气体水合物的Lennand-Jones和Kihara势能函数提供了基本参数,可用于气体水合物的分子动力学模拟.     

有限温度下极性晶体中表面磁极化的有效质量

在磁场中有不少的极性晶体，电子和体纵光学声子的耦合弱，而与表面光学声子的耦合强。本文讨论电子和体纵光学声子耦合弱，与表面光学声子耦合强时温度对表面磁极化子的特性的影响，用改进的线性组合算符法研究表面磁极化子的振动频率和有效质量的温度依赖性。对AgCl晶体进行了数值计算，结果表明，极化子的振动频率和有效质量随温度的升高而减小。     

耦合强度和磁场对光学极化子平均声子数的影响

应用线性组合算符和幺正变换方法,研究磁场和耦合强度对光学极化子平均声子数的影响.数值计算表明：当电子接近晶体表面时,趋于弱耦合极限,光学极化子的平均声子数为零;当电子远离晶体表面时,振动频率和平均声子数均与磁场强度及耦合参数有关,且随磁场强度和耦合参数的变化而变化.     

声子之间相互作用对与形变势相互作用的表面磁极化子性质的影响

本文采用线性组合算符方法,研究与表面光学声子耦合强、与表面声学声子耦合弱的表面磁极化子的性质。导出了与形变势相互作用的表面磁极化子的振动频率和有效哈密顿量,讨论了电子在反冲效应中发射和吸收不同波矢的声子之间的相互作用对表面磁极化子性质的影响。     

气体水合物法开发高寒地区湖盐的相平衡预测

中国高寒地区年平均气温为气体水合物的生成提供了天然的温度条件,也为气体水合物法实现高寒地区湖盐的节能开发提供了可能.提出气体水合物法开发高寒地区湖盐的新方法,以van der Waals-Platteeuw模型为基础,结合杜亚和郭天民提出的计算Langmuir常数的三参数方程和计算电解质溶液中水的活度的Pitzer方程,预测饱和NaCl溶液中甲烷水合物、乙烷水合物和丙烷水合物的相平衡条件,对比饱和NaCl溶液凝固点,发现利用环境冷量实现气体水合物法开发湖盐具有实际可行性;与甲烷、乙烷气体相比,丙烷气更适合用于湖盐开发.     

GaAs／GaAlAs量子阱中磁极化子温度特性的研究

本文发展了Larsen的微扰理论,研究了任意磁场强度和有限温度下,GaAs/GaAlAs 量子阱中磁极化子的自陷能与磁场和温度的关系.同时考虑了电子与体内纵光学模(BO)和表面光学模(SO)声子的相互作用,结果表明:磁极化子的自陷与温度的关系与磁场强度的大小密切相关,对电于准二维系统,电子与SO 声子的相互作用起着很明显的作用.     

声子之间相互作用对磁场中晶体性质影响的研究进展

综述了近年来对电子在反冲效应中发射和吸收不同波矢的声子之间相互作用对磁场中晶体性质的影响方面的部分工作,在第一节中从磁场中电子一表面光学声子和电子一体纵光学声子系的哈密顿量出发,用线性组合算符和微扰法研究声子之间相互作用对弱耦合磁极化子的基态能量、自陷能和有效质量的影响,在第二节中研究了声子之间相互作用对与表面光学声子和体纵光学声子弱耦合的表面磁极化子的诱生势和有效质量的影响在第三节中研究了相应的声子之间相互作用对与表面光学声子耦合强,与体纵光学声子耦合弱的表面磁极化子的振动频率、诱生势和有效质量的影响,在第四节中研究了声子之间相互作用对与表面光学声子耦合强,与表面声学声子耦合弱的极性半导体中通过形变势的表面磁极化子的诱生势和有效质量的影响.     

极性晶体中表面磁极化子研究进展(Ⅰ)

本文综述了我们近年来在极性晶体表面磁极化子性质方面的部分工作。第二节中从磁场中表面极化子一声子系的哈密顿出发，用线性组合算符方法研究强耦合表面磁极化子的振动频率，基态能量和有效质量与磁场的关系。第三节中用线性组合算符法讨论了与表面光学声子耦合强，与体纵光学声子耦合弱的表面磁极化子的有效哈密顿量、振动频率和有效相互作用势的磁场依赖性。第四节中用线性组合算符和微扰法研究电子在反冲效应中发射和吸收不同波矢的声子之间相互作用对表面磁极化子性质的影响。