水化硅酸钙力学参数跨纳-微观尺度计算方法

为了准确高效地基于分子动力学模拟计算微观尺度高、低密度水化硅酸钙(C—S—H)的力学参数,选用7种常用的C—S—H晶体类似物结构和三种多孔介质力学模型进行对比分析研究。首先在纳观尺度通过分子动力学模拟得到C—S—H晶体类似物结构的体积模量、剪切模量、弹性模量和泊松比四个力学参数;并与第一性原理计算得到的结果进行对比,以此为基础,再应用多孔介质力学模型计算获得微观尺度高、低密度水化硅酸钙的相应力学参数;并与已有文献实测的高、低密度水化硅酸钙弹性模量进行验证。结果表明,与第一性原理计算相比,6种Tobermorite晶体结构模型的力学参数计算平均误差约20%; Jennite晶体结构模型计算平均误差达59%。采用C—S—H晶体类似物结构Tobermorite 14,结合Mehta或张俊彦的多孔介质力学模型进行模拟计算,效果最佳。C—S—H晶体结构类型对C—S—H跨纳-微观尺度力学参数准确性影响最大。提出的基于分子动力学模拟和多孔介质力学模型进行水化硅酸钙力学参数跨纳-微观尺度计算方法,避免了采用大规模分子动力学模拟获得高、低密度水化硅酸钙的微观力学参数,计算效率高且结果可靠。     

水乳环氧对水泥砂浆强度的影响

通过对水泥砂浆中掺加水乳环氧,研究了水乳环氧对水泥砂浆强度的影响;并在体系中掺加矿渣微细粉,成功地制备了环氧树脂聚合物水泥基材料。运用SEM、XRD等微观测试手段,初步研究了环氧树脂水泥基材料的微观结构,进而探讨了该聚合物对水泥基材料的改性作用与机理。研究结果表明,双掺水乳环氧和矿渣微粉改性的水泥砂浆具有较高的抗折强度和抗压强度。环氧聚合物和微细矿粉共同作用下的减水效应、密实效应、火山灰效应、填充效应以及固化交联作用能够赋予水泥基材料良好的力学性能。体系中水泥水化的主要产物为C—S—H凝胶和水化铝酸钙,而且水化产物多为凝胶体和徼细晶体．环氧树脂固化后。有机物呈网络胶状体。没有氢氧化钙特征峰出现。     

矿渣胶凝材料固结尾砂的微观实验

用X射线衍射、扫描电镜和热重!差示扫描量热方法表征了矿渣胶凝材料的水化产物和微观结构,研究了矿渣胶凝材料对尾砂固结过程的影响.微观实验结果表明:矿渣胶凝材料的水化产物主要为水化硅酸钙凝胶(C—S—H)、钙矾石(AFt)及少量的帕水钙石(Ca2Al4Si4O15(OH)2.4H2O)和沸石类矿物,随着养护时间的延长,矿渣胶凝材料在水化过程中发生晶体结构重组和重排;尾砂中的方英石、云母和碳酸盐类矿物(方解石、白云石等)是尾砂固结过程中的活性成分,能生成其他晶体矿物和胶凝状矿物,这是导致固结体微观结构不同的主要原因.     

水玻璃固化模拟月壤抗压强度增长机理分析

月球基地建设需要大量建筑材料,其中原位利用月壤能有效减少材料和运输成本。为了研究水玻璃固化模拟月壤抗压强度增长机理,分别进行了不同水玻璃掺量下的模拟月壤单轴抗压强度试验,X射线衍射和SEM(scanning electron microscope)电镜扫描试验,得到了水玻璃固化模拟月壤的单轴抗压强度变化规律,分析了能量变化特征和微观结构。研究结果表明：掺入适量水玻璃能提高模拟月壤的单轴抗压强度;采用掺量为5%的水玻璃,在85℃条件下养护28 d模拟月壤的抗压强度可达到3.23 MPa;此时模拟月壤的总能量和弹性能均达到最大值,随着水玻璃掺量不断增加,耗散能整体上呈现下降趋势。微观结构分析表明：水玻璃的碱激发作用和吸附作用所生成N—A—S—H凝胶、钙矾石(AFt)等水化产物填充在颗粒周围,松散的骨架颗粒通过凝胶胶结成致密的网状结构,从而使模拟月壤的强度得到提高。     

碳纳米管分子动力学模拟软件的开发

用分子动力学方法研究了碳纳米管的力学性质,开发了相应的模拟软件－分子动力学模拟软件包（Molecular Dynamics Simulator,MDSIM)。计算使用的原子间相互作用模型是Brenner势和改进的嵌入原子法（EAM）多体势,分子间相互作用模型是Lennard-Jones势。MDSIM软件包含碳纳米管分子动力学模拟所需的数据生成、模拟演化、数据处理和数据查看4个模块,具有较好的可移植性和可扩展性,适合对碳纳米管、C60、金刚石和石墨等材料进行分子动力学。MDSIM软件对扶手椅结构的单壁碳纳米管进行了模拟,结果表明其杨氏模量和拉伸强度大大高于传统的材料。     

一种基于第一性原理的4H-SiC结构缺陷计算模型

本文运用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算方法,根据原子尺度上的缺陷特性研究了4H—SiC的位错结构模型,并对4H—SiC基面位错的结构进行分析。建立了一种模型。文章简要介绍了4H-SiC材料中结构缺陷的分子动力学模拟方法,势能模型及主要技术细节。     

水泥加固高含盐软土的强度和微观结构研究

通过高含盐水泥土室内无侧限抗压强度试验,研究了Mg2 ,Cl-,SO42-离子含量变化对高含盐水泥土强度的影响及其变化规律;利用X射线衍射和扫描电子显微技术,分析了不同离子含量下水泥土的微观结构特征及其与水泥土强度的内在联系.研究结果表明,水泥土强度与C—S—H及C—A—H总含量存在很好的线性相关性;高含盐软土中Mg2 ,Cl-,SO42-含量变化不仅引起水泥土微观结构的差异,而且高含量对水泥土强度有不同程度的负面影响,这应引起工程应用中的重视.     

C—S—H中Al^3＋离子的固溶对表面吸附碱量的影响

研究了Al^3＋离子的固溶对C—S—H表面吸附Na^＋离子量的影响。实验结果表明，Al^3＋离子固溶于C—S—H结构中将使C—S—H表面所带的负电量增大，因而也就增大了C—S—H表面对Na^＋离子的吸附能力。     

Q相-C2S-C4AF-C12A7系列水泥水化性能的研究

对在实验室内烧成的Q相-C2S—C4AF—C12A7水泥熟料水化性能进行研究，试验结果表明：Q相-C2S—C4AF—C12A7水泥具备早强性，各龄期的抗压强度高于52．5普通硅酸盐水泥。经XRD和DTA分析，它的水化物主要是CAH10和C2AH8晶体、AH3凝胶和C—S—H凝胶以及一定量的AFt相。     

基于分子模拟的二氧化硅介电常数温度特性规律的研究

作者将分子模拟技术应用于材料介电性能研究中,以了解介电常数随温度变化规律的问题,从而有效地分析相关的微观结构特性.首先利用分子动力学对微观结构模型进行恒温下的分子动力学计算,然后对于该动力学结构模型再进行第一性原理计算,得到该温度下能带结构和介电常数等.通过改变分子动力学设定的温度,得到不同温度下材料微观结构的变化情况以及介电常数随温度的变化规律.作者分析了二氧化硅晶体微观结构和介电常数之间的关系,得到费米能量、禁带宽度和晶胞体积成反比关系的规律,建立了二氧化硅晶体介电常数和温度之间的关系.     

离子迁移动力学的计算材料学研究方法概述及其在锂离子电池材料中的应用

锂离子的迁移及扩散动力学行为是影响锂离子电池倍率性能的最重要的因素之一.计算材料学的发展为模拟锂离子在电池材料中的迁移及扩散提供了各种不同的计算方法,包括蒙特卡罗模拟、分子动力学模拟、绝热轨道方法和弹性能带方法等.讨论了这些方法的特点、适用范围、计算结果的精度和可靠性,并就这些方法在研究锂离子电池材料离子输运行为上的应用实例进行综述.     

成型压力对废弃物基地质聚合物制品性能的影响

采用压制成型法,利用工业固体废渣为原料,制备了一类能耗低、免烧的地质聚合物.研究了压制成型时成型压力对制品强度、体积密度、吸水率、软化系数、耐磨性、耐水性以及抗冻融循环的影响,并结合SEM及XRD分析试样的微观形貌和矿物组成.试验结果表明:成型压力对地质聚合物制品的性能有重要影响,制备该废弃物基地质聚合物制品的最佳成型压力为30 MPa.     

煤燃烧过程中钙基材料除砷脱硫的试验研究

文章以贵州高砷煤为研究对象,运用固定床管式炉对钙基材料在煤燃烧过程中的除砷脱硫性能及影响因素进行了系统研究,并对燃煤灰渣进行了X-射线衍射分析和扫描电镜观察,简单地探讨了钙基材料的除砷脱硫机理。实验结果表明:在燃烧温度为1 050℃,钙基材料用量n(Ca)/n(S)=2.0时,粒径越小的钙基材料除砷脱硫效果越好,钙基材料在一定的条件下具有良好的同时除砷脱硫的性能;其除砷脱硫的机理是钙基材料的加入促进了As2O3和SO2的扩散,并且与As2O3和SO2生成了Ca3(AsO4)2和CaSO4以固相停留在燃煤灰渣中,从而降低了砷和硫挥发进入大气的程度。     

地聚物基复合材料的制备及弯曲强度的研究

地聚物材料属于脆性材料,为了提高其韧性,以偏高岭土、水玻璃、聚氧化乙烯(PEO)为原料,首先将PEO高分子材料适量插入偏高岭土层片中,再通过碱聚合反应,形成地聚物基复合材料,结果表明,复合材料的弯曲强度有所增加;另外,分散剂、消泡剂的添加有利于复合材料弯曲强度的提高.     

高湿环境中磷尾矿基地质聚合物凝结硬化机理

为解决地质聚合物注浆材料在高湿环境中凝结硬化速率无法控制的问题,利用碱激发粉煤灰和磷尾矿制备地质聚合物注浆材料,研究其在采空区高湿环境中凝结硬化的主控因素。利用傅里叶红外光谱（Fourier transform infrared spectrometer,FTIR）、X射线衍射光谱（X-ray Diffraction,XRD）和扫描电镜 （Scanning electron microscope,SEM）对地质聚合物的凝结过程、硬化结构特征和反应机理进行分析,得出以下结论：地质聚合物注浆材料的凝结硬化受水固比、粉煤灰添加量、激发剂碱浓度和模数的影响,调节地质聚合物的凝结硬化主要利用凝胶体的生成-分布-固化过程。水固比过高凝胶体会被稀释,过低会难以控制凝结时间;适当提高粉煤灰的添加量会促进地质聚合物的凝结;激发剂碱浓度的提高有助于原料中硅铝和钙质溶解,增加凝胶体的生成量,碱过量会导致地质聚合物泛碱;激发剂模数的增大会使浆液中的气体和水分难以排出,降低地质聚合物中各物质间的相互作用,增加地质聚合物的凝结时间。当水固比为0.5~0.75,粉煤灰和磷尾矿的质量比为1~1.2,H2O和Na2O的摩尔比为20~25,碱激发剂模数为1.5~2时,制备的地质聚合物可以满足凝结硬化 的要求。     

从头计算分子动力学方法及其应用

从头计算分子动力学方法把密度泛函理论和分子动力学方法有机地结合起来,使电子的极化效应及化学键的本质均可用计算机分子模拟方法进行研究,是目前计算机模拟实验中最先进、最重要的方法之一。文章简述了从头计算分子动力学方法的基本原理,介绍了该方法在水、水溶液及其他氢键液体的结构与动力学研究中的应用。     

氩气热力学参数和输运系数的分子动力学模拟

运用一维分子动力学模拟的方法计算了由氩气分子组成系统的热力学参数和输运系数，并与相应的三维分子动力学模拟的结果及实验数据进行了比较，发现运用一维分子动力学模拟能够得到比较接近宏观真实系统的某些物理性质，并减少计算时间。该方法能够模拟计算分子数目更多的系统。因此，对所研究系统的某些物理性质来说，一维分子动力学模拟是一种有效的分子模拟方法。     

从头计算分子动力学方法及其应用

从头计算分子动力学方法把密度泛函理论和分子动力学方法有机地结合起来，使电子的极化效应及化学键的本质均可用计算机分子模拟方法进行研究，是目前计算机模拟实验中最先进、最重要的方法之一。文章简述了从头计算分子动力学方法的基本原理，介绍了该方法在水、水溶液及其他氢键液体的结构与动力学研究中的应用。     

Si60团簇及其衍生物的研究进展

在大量文献事实基础上,结合C60性质、合成等背景知识,着重评述了Si60簇及其衍生物的最新研究进展,其中包括对其结构的计算模拟结果、Si团簇结构稳定化的方法、Si60分子动力学模拟实验及Si团簇的制备方法,并通过与C60进行对比,得出一些规律,为Si60的研究提供了思路。     

基于微纳米摩擦学的超精密加工技术研究进展

回顾了超精密加工机理研究的几种主要方法，重点介绍了结合微观摩擦磨损和分子动力学模拟的微纳米加工材料去除机理的研究现状。在此基础上，简单讨论了微摩擦磨损与微纳米切削加工的关系，试图说明当切削深度小到接近于刀具的刃口半径时，微纳米切削加工中刀具与工件的作用过程近似于滑动摩擦作用过程，基于微摩擦学的微纳米加工机理的研究是合适的、有意义的。