单轴应变对BaHfO3电子结构与光学性质的调制影响

从第一性原理出发,在广义梯度近似(GGA)下,采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势计算方法,着重研究了单轴应变对钙钛矿型陶瓷材料BaHfO3电子结构与光学性质的调制影响。研究结果表明:无应变作用时,BaHfO3是一种宽禁带绝缘体;施加单轴应变后其逐渐呈现半导体材料的特征。BaHfO3带隙随拉应变增加线性减小,压应变与带隙则具有明显的非线性关系。对光学性质的分析发现:施加压(拉)应变后,介电函数虚部尖峰增多(减小),光学吸收带边产生蓝移(红移)。此外,单轴应变作用下BaHfO3的静态介电常数和折射率均变大。上述研究表明施加单轴应变有效调制了BaHfO3的电子结构和光学性质,计算结果为应变BaHfO3光电材料的设计与应用提供了一定的理论依据。     

单轴应变下CaO和SrO电子结构和光学性质的第一性原理研究

为探究不同单轴应变条件对碱土金属氧化物CaO和SrO晶体材料电子结构和光学性质的影响,采用第一性原理计算方法,利用密度泛函近似理论,对晶体的能带结构、态密度和介电函数进行计算,并利用克喇末-克朗尼格关系得出晶体的光学常数.研究结果表明:无应变时,CaO和SrO晶体是宽禁带且具有直接带隙的绝缘体,施加单轴应变使晶体带隙的宽度变窄,导电性能增强,且单轴压应变对晶体电子结构的影响比拉应变对晶体电子结构影响明显.2种晶体均为各向同性材料,单轴拉应变使静介电常数变大,单轴压应变使静介电常数变小.光子能量在0~15eV时,2种材料折射率、吸收系数和反射率等光学谱的峰位和峰值均受单轴应变的影响较大,单轴拉应变使得各光学谱的峰位向能量低的方向移动,峰值升高;单轴压应变使得光学谱的峰位向能量高的方向移动,峰值降低.同时单轴拉应变使晶体静态介电常数和静折射率增大,压应变使之降低.研究表明单轴应变可以有效调节CaO和SrO的电子结构和光学性质.     

岩石单轴受压体应变与长期强度关系

为了验证可根据岩石单轴受压体应变最大值大致对应出岩石的长期强度这一观点,对4个砂岩试样进行单轴受压试验,采用千分表测出受压过程中的径向变形,计算出径向应变和体应变,得出岩样单轴受压时轴向应力-体应变曲线,结果表明:岩石单轴受压时发生的是剪切破坏,轴向应力-体应变曲线极不规则.得出的结论是无法根据岩石单轴受压体应变的变化特征确定出岩石的长期强度.     

一种多轴疲劳寿命预测的统一模型

基于SAE 1045中碳钢的单-多轴疲劳试验结果,在研究了扭转名义应力幅与拉伸名义应力幅不同比值时的多轴疲劳寿命预测模型之后,建立了统一的多轴疲劳寿命预测模型。发现：不同的扭转名义应力幅与拉伸名义应力幅之比导致不同的寿命预测模型,为寻求单轴模型与多铀统一模型的关系,假设单轴疲劳寿命预测模型中的疲劳强度指数和疲劳延性指数不变,而对疲劳强度系数乘以1．5435、疲劳延性系数乘以0．6713,以第一主应变幅取代单轴拉压应变幅,则修正后的单轴模型等价于多轴统一模型,利用修正后的单轴模型可以预测任意扭转名义应力幅与拉伸名义应力幅之比时的多轴疲劳寿命。     

煤破碎过程中表面结构演化与力学特性关系

利用电子万能试验机对四种典型块煤开展单轴压缩破坏实验,研究其应力应变及破坏形式等力学特性.利用高速摄像仪拍摄煤块表面细观结构图像,并计算分形维数以定量描述煤块在单轴压力载荷下表面细观结构,最终建立应力与表面分形维数的关系.结果表明:煤表面和内部存在大量孔隙、裂隙等缺陷以及其具有的不均匀性,导致其单轴压缩实验力学特性存在各向异性特征,破坏形式主要为沿纵向主裂隙的劈裂破坏;同种煤的最大和最小的应力强度值相差很大,不同煤种的力学参数也有整体的差异性.通过定义相对分形维数和相对应力强度发现单轴压应力与表面分形维数呈现非线性增长关系.     

Mg_2Si单轴应变的结构和电子性能

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了Mg2Si半导体沿[001]方向单轴应变下的结构、力学性质以及电子性质。计算结果表明:无应变时晶格参数和弹性常数与其他理论及实验值吻合的很好。施加应变后,其与应变方向垂直的晶格常数随应变值呈近似线性变化。通过应力-应变曲线和Born力学稳定性判据,确定了Mg2Si化合物在拉伸、压缩过程中的稳定范围和理想强度。Mg2Si的电子布居和电子态密度分析,表明Si-Mg之间的显示离子键特性,并给出了在拉伸压缩过程中Mg和Si原子轨道电子对总的态密度影响。     

表面修饰调控单层ZnS电子结构和光学性质

为了研究H,F修饰单层ZnS对其电子结构和光学性质的影响,建立了H修饰、F修饰以及H-F共同修饰单层ZnS晶体结构。采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了各二维材料的晶体结构、稳定性、电子结构和光学性质。计算结果表明,单层ZnS是一种准平面结构,经过修饰后则转变为褶皱六元环结构,且修饰后的ZnS具有很好的稳定性。电子结构表明,单层ZnS是一种直接带隙半导体,其计算能隙为2.625eV,H修饰ZnS会导致其能隙增大,且转变为间接带隙半导体,F修饰和H-F共修饰则使得ZnS能隙不同程度减小。载流子有效质量结果显示,单层ZnS为轻空穴重电子型半导体,H或F修饰会导致半导体的空穴有效质量显著增大,电子有效质量的变化则相对较小。光学性质表明,H,F修饰会导致ZnS的吸收边发生蓝移,其中F修饰,H-F共修饰(H与Zn同侧,F与S同侧)ZnS对短中波紫外线的吸收效果明显增强,表明其在未来光电子领域有着广阔的应用前景。     

混凝土单轴受力损伤本构模型

为了建立一种新的单轴受力下混凝土损伤本构模型,应用损伤力学理论,假设混凝土卸载刚度与初始刚度的比值和混凝土卸载后剩余的弹性应变能与总应变能的比值在数值上是一致的,由此将弹性模量损伤和能量损伤结合为一体,通过数值方法可确定混凝土单轴受力损伤变量的具体数值.在已有不同强度等级混凝土单轴受力的应力一应变全曲线统一计算方法的基础上,通过数值积分和拟合回归,建立了单轴应力状态下混凝土损伤演变方程和损伤本构模型.结果表明:该模型可描述混凝土单轴循环加载受力状态下的力学特性,与混凝土单轴受力试验结果吻合较好;该研究成果可望进一步应用于反复加载下混凝土结构非线性有限元分析中.     

超高性能混凝土单轴受压本构关系

为研究超高性能混凝土的单轴受压本构关系,分析比较了不同文献提出的超高性能混凝土单轴受压本构方程的异同,建议了统一的超高性能混凝土单轴受压本构方程形式.基于超高性能混凝土单轴受压试验数据,拟合得到计算峰值压应变和弹性模量的经验公式,并提出了超高性能混凝土单轴受压应力-应变曲线上升段参数的计算公式.结果表明:采用《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)中提供的本构方程形式计算超高性能混凝土的单轴受压应力-应变关系是可行的;轴心抗压强度在80~150 MPa范围内,当轴心抗压强度相同时,圆柱体试件对应的峰值压应变较棱柱体高5.0×10~(-4)~7.5×10~(-4),且轴心抗压强度越高两者差异越大;所提的峰值压应变、弹性模量计算公式和应力-应变曲线上升段参数计算公式具有较高的准确性和可靠性,可用于超高性能混凝土结构的工程设计.     

交换各向异性与单轴各向异性非共线时铁磁／反铁磁体系的交换偏置

采用能量极小原理及S-W模型研究了交换各向异性与单轴各向异性非共线时,铁磁／反铁磁双层薄膜体系的交换偏置．不施加外磁场时,根据能量与铁磁层磁化强度方向之间的关系,我们发现体系可以处于单稳态与双稳态两种不同的状态,是由交换各向异性与单轴各向异性之间的竞争决定的．体系处于单稳态还是双稳态直接决定着交换偏置的角度依赖关系．分析磁化过程发现,外磁场沿内禀易轴、内禀难轴方向施加时,磁滞回线的一支转换场发生突变,另一支转换场则保持连续,最终导致交换偏置出现阶跃行为．数值计算表明,交换各向异性的大小及方向对角度依赖关系均有很大影响;交换偏置场与矫顽场在阶跃点均具有较大的数值．交换偏置的阶跃行为决定于铁磁．反铁磁界面耦合系数、耦合方向、铁磁层材料的单轴各向异性以及厚度,是体系自身的一种性质．     

含单轴媒质和多层金属栅的多层介质结构电磁散射分析

应用有限元法结合Floquet定理分析含单轴媒质和多层金属栅周期性结构的多层有耗介质结构的电磁散射特性.首先对单层单轴媒质和带有单层金属栅的介质平板的反射系数进行了计算,数值结果与文献报道结果一致,验证了理论模型与计算程序的正确性.在此基础上,计算了含单轴媒质和三层金属栅结构的多层介质平板的散射参数.数值结果表明,该方法可有效地分析含单轴媒质的多层介质中任意形状周期结构的散射特性.     

三轴试验中混凝土的极限状态现象

设试验用的100 mm×100 mm×100 mm的立方体混凝土试块是各向同性的,当只施加应力球量时,试块只有应变球量产生,无应变偏量出现.试块的单轴强度为23 8 MPa.约定应力和应变拉为负,压为正.     

T225NG合金的高温单轴棘轮行为研究

在200、300、350、450℃等温度下对T225NG合金进行了单轴棘轮行为试验研究,分析了温度、应力幅值、低峰值应力棘轮历史对T225NG合金棘轮行为的影响.研究表明,在高温下峰值真应力具有对T225NG合金饱和棘轮应变控制的一元特性,饱和棘轮应变与幅值和先前的低峰值应力棘轮历史无关;在相同峰值应力下,温度越高则塑性应变累积越迅速,饱和棘轮应变越大;高温下T225NG合金出现异化的棘轮应变演化关系,现有本构理论难以描述.基于单试样多级加载试验方法,建立了一个用于预测T225NG合金单轴高温饱和棘轮应变的本构模型,该模型对试验数据有较好的相关性,可以较好地描述单轴棘轮应力与饱和棘轮应变之间的关系.     

动态三轴压荷载历史对大骨料混凝土动态单轴抗压强度影响

利用静、动三轴试验机对大骨料混凝土预先施加三轴压荷载历史,之后对经历荷载历史的试件进行同应变率的单轴受压试验,研究了大骨料混凝土的动态受压性能与所经历的加载速率(应变率为10-5~10-2 s-1)和应力比荷载历史的关系.所有试验的三轴压荷载历史中σ3均加载至2.8fc,且未达到材料的极限强度,但是大部分试件已产生了微裂缝和不可恢复的变形.试验表明:在单轴受压试验中,大骨料混凝土破坏会沿着已有的裂缝继续发展,破坏形态不同于单轴抗压的柱状破坏,而与三轴压荷载下的斜剪破坏极为相似.经历三轴压荷载历史后的大骨料混凝土的抗压强度随着侧压力的增加而降低,随着应变率的提高而提高.强度损失随着应变率的增加而减小,随着侧压力的增加而增加.     

掺杂和应变对硅纳米线电子结构与光学性质的调制影响

为了研究掺杂和应变对[111]晶向硅纳米线的电子结构与光学性质的调制影响,基于密度泛函理论体系下的广义梯度近似(general gradient approximation,GGA),采用第一性原理方法开展了相关计算。能带计算表明：空位掺杂和元素掺杂均引入杂质能级,形成了N型和P型半导体材料。单轴应变则进一步减小了带隙,增强了掺杂硅纳米线的导电性,但由于应变也修饰了费米面附近能级的形貌,能带曲率突变影响了体系的导电性能。光学性质计算表明：相比于空位掺杂,元素掺杂更有效地改变了SiNWs的介电函数、吸收系数、折射率与反射率等光学参数,而单轴应变则削弱了元素掺杂的影响。拉应变提升了光吸收的范围和强度,尤其是可见光波段,使掺杂硅纳米线成为优质光伏材料,压应变则降低了对紫外光波段的吸收效率。在紫外区域,拉应变和压应变对掺杂硅纳米线的折射率与反射率的影响相反,在红外和可见光区域影响则一致。本文研究结果为基于应变和掺杂硅纳米线的光电器件设计与应用提供一定的理论参考。     

单轴压强技术在超导研究中的应用

近年来,随着相关技术的快速发展,单轴应变或单轴压强技术在研究非常规超导体中被广泛地应用.在单轴压强或单轴应变研究中,样品沿着某个晶轴的方向发生应变,其物理性质也会发生相应的改变.通过研究这种改变,就可能获得超导或其他序的重要信息.和静水压相比,单轴压强对物理性质的改变主要和对称性有关,这使得单轴压强和单轴应变的研究特别适用于与对称性相关联的物理性质,例如,与旋转对称性相关的电子向列相.更重要的是,单轴压强技术也能够用于超导电性性质的研究.本文将介绍常用的单轴压强和单轴应变装置和技术,并介绍其在铁基超导体和其他超导体中的一些典型应用.表明单轴压强和单轴应变技术在研究电子向列相、超导序参量和其他一些竞争序方面具有独特的优势,并将随着相关技术的发展在超导及其他强关联电子体系研究中发挥更重要的作用.     

单层β12-硼烯双光子性质的理论研究

利用五带紧束缚理论计算了均匀模型、反演对称模型、反演非对称模型三种不同模型的单层β₁₂-硼烯的电子能带结构，利用光子-电子相互作用的二阶微扰理论计算了单层β₁₂-硼烯在可见光到近红外波段的双光子吸收谱，揭示了外加电场对X、K、M、Λ四个能带接触点附近电子能带和双光子吸收峰的调制作用.结果表明外加电场会带来简并能带的分裂，增强外加电场会使得双光子吸收峰发生蓝移且峰值被抑制；仅在反演非对称模型中M点附近施加正向电场且电场的能量在1.5～2.0 eV范围内时，因为双光子共振跃迁而出现吸收峰增强.     

单轴各向异性背腔式微带贴片天线的表面缝隙场分布及交叉极化方向图分析

为了研究单轴介质基片的各向异性性质对微带贴片天线辐射特性的影响,采用矢量有限元－边界积分法（Edge-Based FEM-BI）对填充单轴各向异性介质的背腔式微带贴片天线表面缝隙部分的切向电场分布及交叉极化方向图进行了计算及分析。计算结果表明仅当单轴介质的光轴沿贴片的法向方向（z轴）时,填充不同的单轴介质才会影响微带天线的场分布及最大交叉极化电平值,而当光轴沿x轴、y轴时,其影响可以忽略。     

氟化度及单轴应力对氟化石墨烯结构稳定性和能带的影响

采用基于密度泛函数理论的第一性原理,通过计算研究了四种(Chair、Zigzag、Boat、Armchair)双面全氟化石墨烯(N_C∶N_F=1∶1)构型,发现Chair型氟化后的石墨烯构型最稳定。在此基础上,系统研究了以Chair形式氟化时不同氟化度和单轴应力对氟化石墨烯结构稳定性与能带的影响.计算结果表明:氟化度越高氟化石墨烯结构越稳定,且双面氟化石墨烯较单面氟化更稳定。对构造的全氟化石墨烯体系沿X方向施加压(拉)应变时,石墨烯体系的起伏高度随单轴应变的增加而减小,导带底和价带顶均发生微小移动、带隙逐渐减小,带隙在轴向压应力作用下减小得更快.     

应变调控单层2H-MoS2的能带结构和光学性质

为了从电子层面分析应变对能带结构以及光学性质产生影响的机理,采用密度泛函理论研究了应变对单层2H-MoS₂能带结构、光学性质、载流子迁移率和光催化分解水的影响.结果表明：晶格拉伸后带隙由2.15 eV减小到了1.65 eV,而晶格压缩后带隙由2.15 eV增大到2.66 eV.随着拉应变的增大,吸收曲线产生了蓝移,压应变对光学吸收系数的影响刚好相反.电子的载流子迁移率比空穴的大10倍左右,所以光照下电子和空穴能够有效的分离.综合光的吸收系数和光催化制氢条件这两个方面的因素可知,应变在2%、-2%、-6%这三种情况下能够得到最好的光催化制氢效果.