MgH2-V体系H原子的扩散与吸附性能研究

基于MgH₂-5at%V机械合金化检测到VH_0.81/MgH₂相界的实验结果, 采用第一原理赝势平面波方法, 研究了MgH₂-V体系H原子的扩散与吸附性能. 结果显示: V合金化MgH₂形成VH/MgH₂相界, 靠近VH相区域的H原子形成的空位比未合金化时稳定, 而靠近MgH₂相区域的H原子形成的空位则不及未合金化时稳定; V合金化后, MgH₂-V体系中H原子在扩散过程中最大迁移屏障能较未合金化时减少, 即MgH₂-V体系较MgH₂相而言, H原子在其中更容易扩散; 对VH相而言, 容易形成V空位; 与H替代VH相中V原子相比, H原子更易以间隙位存在; 对于H原子通过VH/MgH₂相界的迁移, 以H原子占据VH相中的V空位时, 最为有利, 其次是H原子占据间隙位, 再次是H原子替代V原子位; 对VH不同表面吸附H而言, 物理吸附比化学吸附更容易发生, 与靠近MgH₂相区域表面吸附H比较, 靠近VH相区域表面H更容易被吸附.     

fcc金属(001)表面吸附二聚物自扩散的分子动力学模拟

采用基于原子嵌入方法的模型势, 通过静态计算和分子动力学方法系统地研究了fcc金属(001)表面吸附二聚物的自扩散现象, 除了一般的交换机制和跳跃机制外, 还观察到了一些新的扩散机制, 例如: 复杂(旋转)交换、协同跳跃及协同交换机制等. 在此基础上讨论了不同金属表面吸附二聚物自扩散的特点, 不同的金属表面不仅主导的扩散机制不同, 而且交换机制的机理也不同.     

低地球轨道环境中原子氧在航天器表面防护材料上的反应-扩散模型

基于过热原子氧撞击硅表面,在超薄氧化区产生低扩散垒与反应垒的部分阴性原子氧离子及其相应的电场和映像势致扩散增加等特点,通过变扩散系数及变反应率常数途径,完善Almeida-Goncalves-Baumvol（AGB）模型.据此,模拟了硅氧化膜的演化,与Tagawa等人的结果拟合显示,理论曲线与实验数据吻合;并浅析了扩散系数、反应率常数、衰减长度及调节参数等与原子氧的平动能、通量、温度以及切向通量等的相关性.模拟结果初步证实,本文构架的反应-扩散理论模型合理,可为LEO环境中抗原子氧防护膜厚度提供评估手段.     

α-铁和钒中级联碰撞的分子动力学模拟研究

低活化铁素体／马氏体钢（α-Fe）和钒合金都是重要的聚变堆第一壁候选结构材料．在高能中子辐照条件下，第一壁材料中缺陷的产生和微结构的演化极大地影响着其使用性能，因此相关研究具有重要意义．本文应用分子动力学方法详细模拟研究了BCC结构的α-铁和钒在辐照环境中的离位级联碰撞及其缺陷结构演化过程，发现铁和钒中的自间隙原子和空位缺陷数目有类似的变化规律，即在级联碰撞最初极短的时间内自间隙原子和空位缺陷数目就达到最大值，随后自间隙原子和缺陷发生复合并在2 ps内迅速减少，平衡后仅有少量弗兰克尔缺陷对存在．研究还发现提高温度和增大初级离位原子的能量都将延迟级联碰撞热峰的出现时间，并使热峰出现时的缺陷数目增多．两种材料的不同之处是在铁中进行的级联碰撞过程比钒中的更加剧烈，且铁中自间隙原子的稳定结构为〈110〉方向排列的哑铃状结构，在扩散迁移时旋转至〈111〉方向并以挤列子的形式沿着〈111〉方向迁移，最后又旋转至稳定的〈110〉方向；而在钒中自间隙原子的稳定结构为〈111〉方向排列的哑铃状结构，并很容易以挤列子的形式沿着〈111〉扩散．     

氢在Cr2O3中扩散机制的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法, 对H 原子在Cr₂O₃ 晶格中占据不同位置时的体系能量进行计算, 结果表明H 原子在Cr₂O₃ 晶格中的最稳定位置位于无原子占据的氧八面体间隙中心的两侧. 通过对比H原子在八面体间隙不同位置处所导致的Cr2O3 晶格畸变以及Cr₂O₃_H体系的态密度的变化, 分析了产生上述现象的原因. 通过寻找H 原子在 Cr₂O₃ 晶格中迁移路径和过渡态, 得到H 原子的扩散激活能为0.73 eV. 并利用分子动力学计算得到H 原子在Cr₂O₃ 晶格中的有效跃迁频率, 结合扩散激活能数据获得H 原子在Cr₂O₃ 晶体中的扩散系数.     

LiAlSiO4基固体氧化物锂离子导电材料的研制

以LiNO3、Al（NO3）3·9H2O和（C2H5O）4Si为原材料,通过以聚乙烯醇位聚合剂的化学合成方法制备了LiAlSiO4基固体氧化物锂离子导电材料.材料的X射线衍射分析表明,实验获得了具有四方结构的单相材料,晶格常数为a=b=0.5170 nm、c=0.6295 nm.所制备的材料体现具有锂离子导电性,同时得出材料的导电性与材料体系中存在的锂离子的空位有关,适当地调整体系中锂离子缺陷可以提高材料的锂离子导电性.     

镍金属中氢掺杂的电子结构

利用第一性原理数值方法,研究了掺H, H⁺和H^-面心立方Ni的电子结构. 在所用的两个团簇模型中,H作为间隙原子（或离子）分别占据八面体和四面体中心. 计算表明,前者被优先占据. H, H⁺和H-仅与第一近邻Ni原子形成化学键,键间由于电子转移彼此差别较小.团簇掺H⁺时不足的电子和掺H-时多出的电子基本上由较远的Ni原子提供和吸收. 掺杂大大减弱了其第一近邻原子间的相互作用,却只稍稍改变第一近邻、第二近邻间的相互作用. 这是H掺杂局域作用的表现,与氢脆密切相关.     

合金化元素Nb在铁 γ 相中的占位倾向及对晶界的影响

利用密度泛函理论框架下的离散变分DV和DMol方法, 根据单杂质固溶模型和结构缺陷复合模型, 研究了微合金化元素Nb在铁 γ 相中的作用. 分别计算了合金化元素Nb在晶体内、晶界和表面的杂质形成能, 结果表明: 与在体内占位相比, 晶界更适合Nb元素占据. Nb在晶界和在表面上的杂质形成能之差为 -0.39 eV < 0, 根据Rice-Wang热力学模型可以判定, Nb在铁 γ 相中可增强晶界结合. 原子间相互作用能和电荷密度计算表明, 当Nb原子占据晶界位置时, Nb与周围的相互作用减弱, 距Nb原子较近的跨晶界的基体原子间的相互作用加强, 从而使得晶界迁移变得困难, 在电子层次解释了Nb在铁 γ 相晶界上的拖拽作用     

水平梯度表面能材料表面上的液滴运动

通过化学气相沉积的方法（CVD），利用十二烷基三氯硅烷（C12H25Cl3Si）在硅基板表面上的自扩散方式，形成单分子自聚合薄膜，在硅基板上制取了梯度表面能表面．采用原子力显微镜对梯度表面能材料表面微观结构进行了测量．通过躺滴法，获得了梯度表面能材料水平表面上的微量液滴接触角的分布，并以此表征材料表面能的分布．使用高速摄像仪对液滴在水平放置的梯度表面能材料表面上的运动规律进行了测量．实验表明：水平放置的梯度表面能材料表面可驱使液滴从憎水侧向亲水侧迁移，单个液滴的运动速度最大可达40mm／s,液滴在梯度表面能材料表面的运动一般可分为加速运动区和减速运动区；当液滴峰值速度较小而减速运动较大时，液滴运动会呈现蠕动的现象．     

等离子体浸没式氧离子注入技术修饰ITO表面的研究

有机电致发光器件（OLED）具有自发光、低功耗、响应快、亮度高、可视角度大等特点,是下一代理想的显示技术及面光源.当前OLED广泛采用氧化铟锡（ITO）透明阳极兼出光窗口,然而,ITO表面功函数与器件内层有机材料最高电子占有轨道（HOMO）之间的势垒较高,器件工作电压高,导致能效偏低以及稳定性差等问题.射频等离子体处理ITO可获得一定幅度功函数提高（约0.4eV）,但仍未达到与有机材料最高电子占有轨道匹配程度,而且,处理效果时效性很短,只有数小时.而采用等离子体浸没式氧离子注入（PIII）技术修饰ITO表面,可精确控制氧离子注入剂量及深度,改变ITO表层氧、铟、锡3种元素原子比例.在不改变ITO薄膜主体透明性及导电性的基础上,表面功函数提高幅度达0.8eV,与主要的OLED空穴输运有机材料的HOMO能级匹配,并且,处理效果经过50h后未见明显衰退迹象.     

反应合成Ag(111)/SnO2(200)复合材料界面结构的DFT研究

根据 HTEM 原位观察的 Ag/SnO₂ 电接触材料的两相界面结构, 建立了 Ag(111)/ SnO₂(200)界面结构模型. 原子驰豫位移的计算结果显示, 驰豫引起界面原子严重错排, 破坏了点阵周期性排列. 界面区的O与Ag原子为达到稳定结构而彼此有靠近的趋势, 界面的结构驰豫是材料系统降低能量的一种方式. 界面附近态密度表明界面对材料的导电性有很大影响, 界面 O 原子的存在引起了材料导电性下降. 界面区域电子云和布居分析表明, 在Ag/SnO₂界面结构中未形成 AgxOy 化合物, 且界面会导致电荷分布不均匀, 在整个材料系统内形成微电场, 影响电子传输和材料的导电性. 计算显示 Ag(111)/SnO₂(200)界面结合较强, 界面结合能约为−3.50 J/m².     

迈向原子时间分辨的时间放大技术

如何观测碰撞类过程、爆轰类过程、高电压放电类过程, 如何观测和研究固体中声子和激子的衰变和迁移、光合作用的原初反应过程、原子壳层内的电子动力学行为, 这需要研究时间放大的理论和技术. 本文在短时间放大技术的基础上, 重点研究原子时间的光信息放大机理和极高速成像技术. 变像管极高速成像的时间分辨率已达亚皮秒量级（扫描型）, 成像频率已达 6×108~5×109 fps （分幅型）; 非管极高速成像能达到107~1014 fps的成像频率, 其高速形成机理涉及到利用光的速度、光的并行性, 利用光的振幅、位相、偏振、波长, 甚至要利用光子的量子特性; 电磁波和粒子波的级联系统里能够同时实现极高的时间分辨率和空间分辨率, 能突破光频波段海森堡测不准关系的制约.