基于第一性原理计算的低维功能材料分子设计

低维材料具有高比表面积以及独特的物理化学特性,是未来能源、信息等技术领域的重要研究内容,但如何实现特定结构和功能是其实际应用的基础.分子是保持化学结构和特性的最小单元,从分子基元出发,可以实现低维材料结构预测以及功能导向的理论设计.本文综述了低维功能材料理论设计方面的研究进展,结合分子设计策略和第一性原理电子结构计算方法,针对特定结构和性能开展理论设计,预测了复杂二维单质晶体结构以及一系列低维新型光催化材料和自旋电子学材料,并揭示了低维材料功能和分子基元物性之间的对应关系,总结和展望了低维功能材料分子设计的优势与挑战.     

CALYPSO结构预测方法

凝聚态物质内部的原子排列方式,即结构,是深入理解其宏观物理和化学性质的重要信息.只根据物质的化学组分从理论上开展物质的结构预测是物理、化学和材料科学长期的期盼,但一直是个巨大挑战.基于结构对称性的分类检索思想,结合粒子群多目标优化算法,引入成键特征矩阵的结构表征方法,提出并发展了卡里普索(CALYPSO)结构预测方法,并在此基础上开发了拥有自主知识产权的同名结构预测软件包.该方法和软件只需给定材料的化学组分和外界条件(如压力),就可以预测材料的基态及亚稳态结构,并可以进行功能材料逆向设计.CALYPSO方法的高效可靠性已经在科研实践中得到了证实.目前该方法已经被广泛应用到三维晶体、二维层状材料和表面、零维的团簇等体系的结构研究领域,成为理论确定材料结构的有效手段.     

纳米结构金属晶界塑性机理的原子尺度模拟研究进展

纳米结构金属中富含晶界,对材料微观结构演化与宏观力学性能调控具有重要意义.厘清纳米结构金属晶界塑性变形的原子尺度机理,将之与材料宏观力学行为相联系,是纳米结构金属力学研究关注的核心问题.近年来,我们围绕晶界塑性变形机制及其影响因素,采用原子尺度模拟方法,探究了晶界诱导孪生与界面宏微观自由度的关联规律,揭示了晶界位错往复滑移主导的纳米晶体循环塑性机制,提出了孪晶界滑移诱导纳米晶体极端剪切变形,发展了取向依赖的晶界迁移和滑移转变模型,为纳米结构金属晶界行为预测与调控提供了新思路.本文梳理了晶界塑性原子尺度模拟的研究现状,总结了本团队从原子尺度探究晶界塑性变形机理的相关进展,指出了纳米结构金属晶界调控理论与力学表征的难点和挑战.     

高分子结构与性能

正高分子科学是研究高分子的形成、化学结构与链结构、聚集态结构、性能与功能、加工及应用的科学.高分子材料是现代工业和高新技术产业的重要基石,已经成为国民经济的基础产业和国家安全不可或缺的重要保证.高分子科学与材料科学、信息科学、生命科学和环境科学等前瞻领域的交叉与结合,对推动社会进步、改善人们生活质量发挥着重要作用.例如:高分子科学与材料科学的学科交叉,建立了以塑料、橡胶和纤维三大高分子合成材料为代表的传统高分子工业;高分子科学与信息科学的学科交叉,产生了以光电磁功能高分子为代表的新兴学科领域-塑料光电子学;高分子科学与生命科学及环境科学的学科交叉,形成了以     

《天然高分子科学与材料》

本书较全面、系统地介绍了天然高分子的来源、结构、性能、功能以及材料改性．主要内容包括天然高分子科学与材料领域的基本概念、理论、表征方法以及化学和物理改性的途径．全书共收集1000多篇参考文献，汇集了天然高分子领域的国内外最新研究成果，     

离子束辅助沉积碳氮薄膜的结构与性能

β-C_3N_4是人们根据理论计算而设计的一种目前在自然界尚未发现的新材料.β-C_3N_4具有类似于β-Si_3N_4化合物的晶体结构,其中碳原子为SP~3杂化结构,而氮原子呈现SP~2键原子组态.根据理论模型计算分析,β-C_3N_4应该有比金刚石更大的弹性模量和更高的硬度.β-C_3N_4所具有的结构与性能特征已引起了人们广泛的兴趣,对它将来的开发应用进行预测表明,β-C_3N_4化合物薄膜可望形成优于金刚石的既硬又光滑的新型膜系材料,并且有可能在航空航天等高技术领域获得重要的应用.     

《界面电子结构与界面性能》

作者:刘志林,李志林,刘伟东出版日期:2002年1月出版社:科学出版社定价:35.00元 本书阐述了合金中异相界面电子结构的计算方法,定义了表征合金相及相界面性质的电子结构参数——相结构因子和界面结合因子,讨论了相结构因子、界面结合因子与力学性能及相变增韧、弥散强化、加工硬化、表面改性。析出强化、相变与再结晶的关系,最后阐述了利用相结构因子、界面结合因子进行合金设计的方法. 本书可作为从事合金研究及设计的科技人员及材料。物理等相关专业的研究生和高校教师的参考书.《界面电子结构与界面性能》     

渗碳体价电子结构及其性质的分析

渗碳体Fe_3C是Fe-C合金的重要相组分。对它的研究是研究钢铁材料的基础。其晶体结构经多人测定结果基本一致,本文采用Lipson等的结果进行计算。由于晶体结构的复杂性,迄今对渗碳体的价电子结构研究的报道尚少。最近Haglund等人用LMTO方法对渗碳体Fe_3C的价电子结构及其某些性质作了较深入的讨论,但其中某些结果并不使人满意。本文利用余氏固体与分子经验电子理论,由Fe_3C的晶体结构直接计     

超分子配位化合物及其晶态聚集体的合成、结构与功能

超分子配位化学是当今化学学科的前沿研究中最为中心和发展最迅猛的分支之一.其中晶体工程,尤其是金属一有机框架材料的合成、结构和功能,正引起国内外越来越多的化学工作者的关注和参与.本文结合本课题组的研究成果,简要总结了超分子配位晶态聚集体的自组装合成、结构和功能方面的若干规律.主要介绍了原位反应与模板合成,调控构筑基元的尺寸、形状、连接性、相互弱作用等结构策略,以及发光金属一有机框架材料的热致变色、化学传感等功能,并简要阐述了构效关系,为今后进一步研究开发光功能金属一有机框架材料提供参考.     

贫钇YBa_2Cu_3O_(7—y)超导材料的结构缺陷研究

高临界温度(T_c)YBCO氧化物超导体在实际应用中所具有的潜在优势使这一研究领域仍十分活跃.大量研究表明:这种材料的原始化学配比对其超导电性有明显的影响.元素替代及非化学计量配比由于在纳米甚至原子尺度上引起成分扰动,将使钙钛矿型骨架结构中各晶位处格点排列发生局部变化,势必影响其超导行为.至今报道的所有T_c≈90K的123相氧化物均具有正交晶体结构、Cu-O链和Cu-O面,这些因素是维系超导电性的最基本结构特征.     

低维金属卤化物的结构与光学调控:化学合成与物理高压

金属卤化物作为一类新型光电材料,在发光二极管、太阳能电池、光电探测器、激光器等领域具有重要的应用前景.其晶体结构丰富且易被调节,通过在分子尺度上的控制,可由三维(3D)逐渐扩展至二维(2D)、一维(1D)及零维(0D).与三维金属卤化物相比,低维金属卤化物通常展现出更大的结构扭曲、更强的量子限域效应以及显著提升的激子结合能,使其成为在照明和显示领域备受关注的高效发光材料.现阶段,低维金属卤化物结构和光学性调控在依赖于传统化学手段的同时,也能够通过高压等物理手段完成.与传统化学调控手段不同,高压技术能够在不改变化学组分的前提下,对金属卤化物的结构和性能进行连续调制.本文首先介绍了传统化学手段对金属卤化物的结构和光学性质调控,随后讨论了高压技术在金属卤化物结构演变和光学性质优化方面的应用,重点阐述了其结构与光学性能之间的内在联系.本文为发光低维金属卤化物的合理设计与精准合成提供了重要的思路.     

电负性概念的新拓展

电负性概念1932年由Pauling提出, 它与分子中原子的极化率、软硬度、电荷分布等性质之间存在着密切的内在联系, 是人们判断物质性质的重要理论依据. 随着新材料的发展以及各学科之间的相互交叉与渗透, 电负性如今已成为在化学、物理和材料科学等领域均具有广泛应用的基本原子参数. 它的发展经历了原子电负性、离子电负性和键电负性三个阶段, 其中离子电负性是考虑了原子所处具体环境的价态元素电负性, 用于更精确地描述离子和化合物的各种物理化学性质; 键电负性是连接原子电负性和材料性质之间的桥梁, 它能帮助人们更方便、直接地建立材料的宏观性质和微观结构之间的定量关系. 离子电负性和键电负性的提出是对电负性概念的重要拓展, 它们在丰富和发展电负性理论的同时, 在新材料设计方面发挥了重要作用. 该文就电负性概念的研究进展及其在材料研究中的应用作了详细介绍.     

若干功能体系的定向设计与构筑

本项目基于"分子工程学"思想,以功能为导向,在分子水平上对结构进行设计与剪裁,最终实现特定功能体系(分子基体系、表界面体系、多孔体系、配合物体系、金属有机体系及分子反应体系)的定向合成、制备与组装.在分子自组装,表界面及能级结构的调控,多孔空间结构的设计构筑与合成规律,金属价态、基元构型、边臂协助的作用机制,化学键的可控断裂与形成等方面取得一些新进展,为促进化学以及环境、能源、材料及生命等领域的迅速发展提供科学基础.     

《铝硅矿物浮选化学与铝土矿脱硅》

作者:胡岳华王毓华王淀佐等出版:科学出版社2004年9月定价:60元本书揭示了一水硬铝石及铝硅酸盐矿物晶体结构、价键特性及溶液界面反应对其表面电性、润湿性、吸附性的影响及与正浮选和反浮选行为的关系;叶腊石、伊利石、高岭石表面各向异性和阳离子捕收剂在矿物表面吸附层疏水     

金属原子簇化合物结构规律的探讨

近年来,金属原子簇化学有了迅速的发展。已合成出含有从三到三十多个金属原子的原子簇化合物,其中以含有三到六个金属原子的为最多。这对合成化学,催化理论,结构化学和量子化学的发展起着相当大的促进作用,因此,国内外在不断进行合成新的原子簇化合物实验     

GaSb和InSb电子结构的Apw研究

具有闪锌矿晶体结构的GaSb和InSb这类Ⅲ-Ⅴ族化合物通常被认为具有sp~3电子结构,然而近年来大量涉及精确电子结构的实验表明,sp~3理论过于粗糙,GaSh和InSb构Mssbauer同质异能移明显不一样也是无法用sp~3理论解释的,从能带的观点来看,自由原子束缚在一起形成晶体将导致能带结构的产生,而且电子结构同带结构密切相关,由于GaSb和InSb带结构不一样,显然它们的电子结构不同。本文基于缀加平面波(Apw)能带计算方法研究了GaSb如InSb的电子结构,在Apw方法中,晶体势的Muffin-tin近似导致晶体电子波函数在原子核附近是类原子波函数,在原子之间的中间区域则为平面波,这是对晶体电子状态较真实的描述。     

聚芳醚酮晶体的高分辨象

为了从原子或分子水平了解高分子材料的晶体结构,我们利用高分辨电子显微镜对刚性链高分子聚芳醚酮进行研究。得到了聚芳醚酮晶体中分子链堆积的直观物理图象。 高分辨电子显微术既具有直观性又具有微观性特点,近年来这种方法在材料的结构研究方面发挥了巨大作用。对某些材料已得到了原子水平结构象。而高分子材料由于晶体不完整     

钙钛矿型催化剂的X光光谱及电子能谱研究

含稀土钙钛矿型化合物由于具有良好的晶体结构、独特的电磁性能以及很高的氧化、加氢等催化活性,作为一种新型功能材料受到了广泛重视。并且将其晶体结构、磁性、电导性以及表面性质与催化活性关联起来。调整其结构与性能的重要方法是改变A_xA′_(t-x)B_xB′_(1-x)O_(3±δ)中的A,A′,B,B′的种类,X的大小以及改变制备条件等,从而改变活性中心的种类、性质、价     

量子生物力学

量子生物力学是生物力学的一个新的分支.它利用研究微观结构状态下机械运动的量子力学基本原理、密切联系其他量子科学和量子统计力学,试图解释生物系统的微观现象,并预测其宏观性质. 对生物现象及其过程性质的每项深入的基础研究,都要达到微观水平.生物系统的所有结构材料,都起源于由于化学键而使原子相互结合,形成生物分子.在现代实验手段的基础上,证实了有机分子的化学与物理性质不仅决定于它们的初始结构,还决定于它们的立体化学构象及其变化.这种构象决定于分子的分散段绕键的旋转和键角的变形.对构象变化的研究、对各段运动的研究、以及对克服旋转中势阻的研究,都是十分重要的问题.     

华东理工大学结构可控先进功能材料及其制备教育部重点实验室

正华东理工大学结构可控先进功能材料及其制备教育部重点实验室长期围绕国家、地方及行业对新型结构可控先进功能材料的重大需求,开展先进功能材料的理性分子设计、精准可控合成、理论模拟与界面分析、先进制备与高端应用技术等研究,形成了"结构可控光电功能分子材料""多相催