金属Al、Cu钝化机理电子理论研究

通过计算机编程建立水吸附Al和Cu的模型,利用实空间的Recussion方法分别计算了Al和Cu被H2O吸附前后系统的状态密度和能量变化,及表面金属原子与其近邻原子间的键级积分,并将两个计算结果进行比较.从结果中分析,金属原子的电子转移到H2O分子的O原子上.水吸附金属表面后,状态密度有所下降,次表面原子几乎不受影响,系统总能降低,系统变稳定.H2O使金属表面化学活性降低,并从键级积分计算结果中讨论了Al和Cu钝化膜的形成机理:水通过氧与金属表面原子成键后,表面金属原子与次表面原子作用增强,水中氧和氢原子相互作用改变的不同导致形成不同的钝化膜.     

过渡金属表面的成键特性及与几何结构的关联

提出了按第一与第二近邻微环境分类表面原子的方法,根据表面原子与体相原子近邻微环境的差异提出了表面原子轨道成键强度的概念,编写了相应的计算程序.这样,金属表面的化学吸附与催化性能可直观地与表面原子的几何特性相联系.这一方法也有助于建立过渡金属表面与原子簇的化学活性的关联.     

H在含杂过渡金属表面化学吸附的DV—X_α方法研究

本文把量子化学中的DV—X_α方法运用于掺杂过渡金属表面化学吸附的研究。用此方法计算了H在含杂W(100)面顶位吸附的电子结构、吸附体系的分子轨道能级和电子态密度以及杂质原子Re和Ta对化学吸附的影响。     

偶氮苯分子在银胶中的表面增强拉曼光谱研究

报道了偶氮苯分子的常规拉曼谱（NRS）及其在活性衬底银胶上的表面增强拉曼散射（SERS）谱,对它的拉曼特征峰进行了指认。通过偶氮苯的常规拉曼光谱和SERS谱的对比表明,偶氮苯分子是通过苯环和近邻的氮原子吸附于金属表面,分子近于垂直站立在金属表面。     

用Poincar截面研究近金属表面里德堡氢原子的动力学性质

用相空间分析方法研究了近金属表面氢里德堡原子的动力学性质.从Poincar啨截面看出,其动力学行为敏感地依赖于原子与金属表面间的距离d,随着d值的增减,系统的可积性会发生巨大改变.     

用Poincare截面研究近金属表面里德堡氢原子的动力学性质

用相空间分析方法研究了近金属表面氢里德堡原子的动力学性质.从Poincare截面看出,其动力学行为敏感地依赖于原子与金属表面间的距离d,随着d值的增减,系统的可积性会发生巨大改变.     

原子围栏中金属表面电子波函数的计算及图像模拟

首先用薛定谔方程求解被束缚在原子围栏中金属表面电子的波函数,包括圆形,矩形,跑道形的围栏.然后应用M atlab数学软件,利用有限元方法,借助于计算机分别模拟出三种形式围栏内金属表面电子的分布图,描述了原子围栏中金属表面电子的分布情况.最后,将计算机模拟图与用实验所绘图像进行比较.     

扫描隧道显微镜诱导吸附有甘氨酸的Cu(111)表面铜台阶的产生和运动

氨基酸是蛋白质的构成单元,它在金属表面的吸附为研究蛋白质同金属相互作用奠定了基础。吸附了氨基酸的金属表面会发生诸如重构改变或小面化等形貌的变化,但这些变化在吸附了氨基酸的全部金属表面都能够发生。在较大负偏压(|V_b|＞2.5V)的条件下使用扫描隧道显微镜(STM)扫描吸附有甘氨酸的Cu(111)表面,在扫描区域内原有铜台阶的形状发生了变化并产生了新的铜台阶。本文对甘氨酸在铜表面形貌变化中所起的作用进行了讨论。     

H_2在Ni_n(n=1-13)团簇表面吸附的密度泛函理论研究

合成气甲烷化这一过程是从合成气在金属表面的吸附开始的,但Ni基催化剂与气体的作用机理受实验条件的限制尚未能达成共识,所以有必要从原子尺度运用模拟方法来了解这个动态过程,从而优化催化剂及反应条件。本文采用密度泛函理论首次计算模拟了H2以不同方式和Nin(n=1-13)团簇作用的情况。对吸附能、净电荷及结构参数的分析表明:H2分子的H-H键平行接近于Ni团簇的顶点位时为分子态的非解离吸附,H-H键长从0.862到0.908,对比吸附前的键长0.750都有所增长,吸附能从-40 k J/mol到-80 k J/mol;作用于桥位和空穴位时,解离不需要活化,即为原子态吸附,吸附能范围从-61.87 k J/mol到-120.68 k J/mol。而H2分子以H-H键竖直方式作用于Ni团簇时,过渡金属Ni对H2的吸附活化作用很小,为物理吸附。可见,H2以H-H键平行还是竖直方式作用于团簇的何位点决定了吸附的类型,这成为Ni对H2活化作用强弱的关键;气体在催化剂表面的扩散对形成稳定的原子态吸附有利;H2被催化剂Ni活化后主要以原子态形式存在,这为探索甲烷化机理提供了理论依据。     

近金属表面里德堡氢原子的回归谱

采用闭合轨道理论研究了近金属表面里德堡氢原子的动力学性质,讨论了氢原子电子的运动性质随原子与金属表面距离d变化的情况.我们给出d=2000,n=25时近金属表面里德堡氢原子的所有闭合轨道,并算出标度能ε=-1.6,1280≤d≤2508.8时近金属表面里德堡氢原子的回归谱,这为以后的实验工作提供了理论依据.     

激光极化方向对氢负离子在金属面附近光剥离的调控研究

利用闭合轨道理论,研究了激光极化方向对氢负离子在金属面附近光剥离截面的影响。结果表明,当激光极化方向和金属面垂直时,光剥离截面的振荡振幅最大;当激光极化方向和金属面平行时,光剥离截面的振荡几乎消失。当激光极化沿其它方向时,光剥离截面的振幅在两种极限值之间变化。因此,可以通过改变激光的极化方向对负离子体系的光剥离截面进行调控研究。计算结果对于研究负离子体系在表面附近的光剥离问题具有一定的参考价值。     

不同加重材料对N80钢表面磨损的实验研究

对比考察了超微重晶石、普通重晶石、四氧化三锰与铁矿粉加重的高密度钻井液对N80金属表面磨损的影响;并利用扫描电子显微镜观察了磨损试件表面形貌;且利用表面粗糙度仪测试了表面粗糙度,探讨了不同加重材料的磨损机理。实验结果表明:超微重晶石对N80钢磨损量是普通重晶石的57.8%,四氧化三锰对N80钢磨损量是铁矿粉的43.8%。在高固相条件下,普通重晶石、超微重晶石、铁矿粉和四氧化三锰对金属表面的磨损主要表现为磨粒磨损、犁削作用、刨削作用和表面疲劳磨损。四氧化三锰和超微重晶石可以充填吸附在金属表面的凹凸处,可显著降低对N80钢表面的磨损程度,四氧化三锰可使得N80钢表面粗糙度降低到铁矿粉的50%。     

贴片电感高阻抗平面天线的频率特性

高阻抗表面允许天线直接置于其表面且进行有效的发射,其表面通常由一定形状的周期性排列的导电元构成,在某些频段具有非常高的表面阻抗,处于此波段的电磁波不能在高阻抗表面传播,形成某些频段的能带带隙.高阻抗表面的电感通常认为是由于金属化孔的存在所致,作者在实验中用贴片电感代替金属化孔,同样观察到带隙的存在,进而测量了使用贴片电感制作的高阻抗表面的带隙结构,并分析了贴片电感与中心频率间的量值关系.     

Preparation and characterization of SiO2 non-catalytic nucleation coating for the solidification of undercooled melt

SiO2 non-catalytic nucleation films were coated onto a ceramic substrate and the inner surface of a ceramic crucible by the Sol-Gel method. The surface morphology of the coatings was characterized with an atomic force microscope and a scanning electronic microscope. The non-catalytic effect of the coating on the heterogeneous nucleation of metal melts was tested through measuring the nucleation undercooling. Investigation results indicated that the prepared coating could act as a baffle-wall to prevent the metal melt from nucleating heterogeneously on the inner surface of the crystalline crucible. The tiny holes with a diameter below 2 μm and heaves on the coating surface have no evident effect on the undercooling of metal melts. For a poly-layer coating, the super-layer can cover the cracks in the sub-layers, which prevents the cracks in the coating from spreading in the direction vertical to the coating layers and thus eliminates the effect of cracks on the coating.     

金属表面涂覆干燥剂的防凝露研究

针对金属设备表面发生凝露问题,提出在金属表面涂覆硅胶干燥剂的技术方案,通过硅胶被动吸湿防止凝露产生.通过构建实验系统,用发生凝露的时间参数t表征此措施的防凝露效果.实验表明,涂覆硅胶干燥剂可延长t,当金属温度低于露点温度时,对应环境的露点温度越低,防凝露效果越好;当露点温度一定时,金属温度越高,防凝露效果越明显.进一步用吸附动力学模型对涂覆干燥剂金属样片的凝露过程进行分析,并计算了水蒸气扩散系数,其大小影响凝露发生的时间.结果表明,扩散系数与环境的水蒸气分压及硅胶自身温度有关.当硅胶温度相同时,水蒸气分压越小,扩散系数越小;当水蒸气分压相同时,硅胶温度越高,扩散系数越小,发生凝露所需时间越长.     

Diffusion mechanism in molten salt baths during the production of carbide coatings via thermal reactive diffusion

The diffusion mechanism of carbide-forming elements from a molten salt bath to a substrate surface was studied in this research, with particular focus on the processes occurring in the molten bath at the time of coating. Metal, oxide, and metal-oxide baths were investigated, and the coating process was performed on H13 steel substrates. Scanning electron microscopy and electron-probe microanalysis were used to study the coated samples and the quenched salt bath. The thickness of the carbide coating layer was 6.5 ±0.5, 5.2 ±0.5, or 5.7 ±0.5 μm depending on whether it was deposited in a metal, oxide, or metal-oxide bath, respectively. The phase distribution of vanadium-rich regions was 63%, 57%, and 74% of the total coating deposited in metal, oxide, and metal-oxide baths, respectively. The results obtained using the metal bath indicated that undissolved suspended metal particles deposited onto the substrate surface. Then, carbon subsequently diffused to the substrate surface and reacted with the metal particles to form the carbides. In the oxide bath, oxide powders dissolved in the bath with or without binding to the oxidative structure (Na₂O) of borax; they were then reduced by aluminum and converted into metal particles. We concluded that, in the metal and oxide baths, the deposition of metal particles onto the sample surface is an important step in the formation of the coating.     

不同材料逆古斯汉欣位移机理的对比研究

通过计算分界面附近的能流矢量曲线,对贵金属、超材料和负折射光子晶体表面的逆古斯汉欣位移的物理机制进行了研究.结果表明,虽然一定频率的入射光波在这3类材料表面反射时都能产生逆古斯汉欣位移,但逆古斯汉欣位移发生的物理机制完全不同.金属表面产生的逆古斯汉欣位移是因为TM偏振入射光诱导金属表面自由电子振荡,从而激发表面等离子体波;超材料表面产生的逆古斯汉欣位移是因为反射光束相对入射光束发生了相位突变;负折射光子晶体表面产生的逆古斯汉欣位移是光子晶体的等效负折射效应和周期性表面的综合作用,即全反射时激发了后向表面波.     

某城市表层土壤重金属污染的特征分布及评价

城市表层土壤环境的重金属污染问题是随着城市经济的快速发展和城市人口的不断增加而呈现的环境问题.分析了现代某城市表层土壤中的As、Cd等八种重金属在生活区、工业区、山区、主干道路区及公园绿地不同的区域的含量水平进行了分析,得出了不同区域重金属的污染程度,从而揭示了城市近表层土壤中重金属含量的空间分布特征.     

薄壁铜管无芯模钢球旋压缩径实验与有限元模拟

通过实验和有限元模拟的方法,研究了薄壁微小型铜管无芯模钢球旋压缩径过程中,铜管的成形特征和应力应变分布。结果表明,随着进给比的增加,已成形表面依次出现金属切向堆积和表面波纹等现象,缩径后铜管壁厚随之增加;旋压缩径后铜管金相组织呈现明显的分层现象,内层稀疏,外层致密,且外表面由于金属流动形成剧烈变形层;等效应力应变均大致呈层状分布,三向主应力均在钢球与铜管接触处达到压应力最大值。     

PdFe(110)电子结构及电催化性能的理论研究

利用密度泛函理论(DFT)的平面波赝势方法计算了不同注入电荷和掺杂Fe原子比例的PdxFey(110)表面原子结构和电子结构特性。结果表明,Fe原子比例对表面褶皱s影响较小,注入电荷数量对表面褶皱s影响很大;Fe原子掺杂使Pd的4d10轨道电子向低能级轨道移动,增加了d空穴。布居分析表明电极的表层电荷分布比金属态表面增多;Fe掺杂的表层电荷分布比不掺杂电极表面增多。电子结构分析表明,电极表面的s、p、d轨道电子和总电子均比金属态表面减少;Fe掺杂后,Pd和Fe的表面原子趋向于杂化构型,Pd表层原子向Fe表层原子发生电子转移,增加表面反应活性,有利于电催化反应。