金红石型TiO2结构随温度变化的分子动力学模拟

常压下,采用经典离子晶体相互作用势模型,并进行量子化修正,对金红石型TiO2结构随温度变化进行分子动力学模拟,计算了键长、键角、均方位移、特征(110)面分布函数及TiO6八面体结构随温度变化特性.模拟结果表明,当温度由300 K升至1 800 K时,TiO2中阴、阳离子振动偏离原来的平衡位置,均方位移逐渐增加,形成晶体的热膨胀;尤其在温度高于1 000 K时,TiO2体系中Ti-O键、键角、均方位移等特征参数出现较明显的变化,特征晶面(110)及八面体构型出现扭曲,精细结构在一定程度上受到破坏,晶体的无序度逐渐增大,呈现出短程有序、长程无序的高温非晶结构特征,这些模拟结果与相关实验结果基本一致.     

三维欧氏空间中有限旋转群的分类与构造

本文证明和整理了R~3中有限旋转群的分类和构造。1,R~3中的旋转群是3×3正常正交矩阵群:2,R~3中正多面体旋转群有四种:正四面体群是四次交代群;正八面体群(正六面体群)同构于四次对称群;正二十面体群(正十二面体群)同构于五次交代群;正n边形群是二面体群;3,R~3中的有限旋转群只有以上四种。     

电子束蒸发沉积制备碳化硼薄膜的化学结构研究

采用了电子束蒸发在Si(100)片沉积了碳化硼(B4C)薄膜,并用傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)对薄膜样品组分和结构进行分析,以研究在不同基片温度和束流下对薄膜结构的影响.分析表明:薄膜中均含有1170cm-1,1660cm-1两个特征峰,分别对应于碳化硼中正二十面体和三原子链的结构.不同基片温度对薄膜化学结构无影响;而不同束流,形成的结构不同,主要体现在碳化硼的特征结构(三原子链和正二十面体)的形成,随着束流的增大,薄膜中二十面体结构显著增多,B的流失减少.     

铝、锆液固态转变和动力学性质的第一性原理分子动力学研究

采用第一性原理分子动力学(Ab Initio Molecular Dynamics,AIMD)方法研究了Al和Zr液固转变过程中的能量、偶关联函数、结构因子和键对分布的变化规律,获得了不同温度下两种金属液体的扩散系数和黏度.结果表明,AIMD计算得到的液态金属偶关联函数、结构因子和扩散系数与实验测量数据符合得很好.在冷速为5.0×1013和2.5×1013K/s时,液态Al分别在730K附近发生玻璃化转变或者形成有一定缺陷的fcc晶体结构.在平均冷却速率为4.3×1013和2.0×1014K/s的条件下,液态Zr在1200K时分别开始转变为热力学上亚稳定的bcc结构和玻璃相.Zr的液态和玻璃态结构中二十面体和bcc类型短程序是其主要拓扑短程序.     

60阶单群的一个简证

本文通过对正多面体回转分类的研究,简化前人对多面体回转群阶数和结构的讨论,并用以简捷地证出正十二面体(二十面体)回转群为60阶单群。 [定理1]正多面体回转群的阶数为uv,其中u为正多面体的面数,v为每一面的正多边形的边数。(因此,正四面体回转群之阶数为4×3=12,正六面体回转群的阶数为6×4=24,正八面体回群之阶数为8×3=24正十二面体回转群之阶数为12×5=60,正二十面体回转群之阶数为20×3=60)。     

液态Ca50Zn50合金快速凝固过程中微观结构的演变特性

采用分子动力学方法对液态Ca50Zn50合金的快速凝固过程进行了模拟研究.并采用双体分布函数、HA键型指数法、原子团类型指数法(CTIM)和可视化等方法对凝固过程中微观结构的演变特性进行了分析.结果表明：由于Ca，Zn原子的半径差异较大，导致总双体分布函数的第1峰明显分裂成为3个次峰，随着温度下降，半径较小的Zn原子互为近邻的几率明显增加.系统中1551键型所构成的二十面体基本原子团(12 0 12 0)的数量占绝对优势，对非晶态结构的形成起主导作用.系统中基本原子团的中心原子主要是原子半径较小的Zn原子.具有短程序的基本原子团之间大多以共顶点(VS)，共棱线(ES)，共面(FS)和相互交叉(IS)的方式相结合，在凝固形成非晶态的过程中，基本原子团大多以相互交叉(IS)的方式相结合，最后形成各种不同尺寸的、原子结合比较紧密、结构比较稳定的较大团簇.     

AuCu团簇分子动力学研究

根据D-B的嵌入原子法(EAM), 结合Johnson 双体势和Murrell多体势,对AuCu 团簇结构进行了分子动力学模拟.研究表明EAM 势函数可较好地描述非晶态合金体系.非晶态团簇形成中以多面体方式生长,无序态(采用二十面体及十面体结构)比有序态更稳定.     

合金纳米粒子生长形态的分子动力学模拟

选用Cu–Ag纳米粒子作为研究对象,采用分子动力学方法和嵌入原子模型模拟了将Cu原子注入到由Ag原子构成的纳米粒子的过程,研究了注入能量(10,30,50 e V)与纳米粒子结构的关系。采用共近邻分析技术对合金纳米的结构演变进行了研究。模拟结果表明:当入射原子动能为50 e V时,合金纳米粒子从截角八面体转变为二十面体结构。这种转变是因为入射原子与基底原子碰撞,促使系统温度升高。     

Zr50Cu50金属玻璃形成过程中自由体积与玻璃态转变温度关系的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟了Zr50Cu50金属玻璃的形成过程,并获得了不同温度下合金的原子构型.借助金属玻璃中自由体积量等于金属玻璃与对应晶体的体积差理论提出一种自由体积湮没速度法,对Zr50Cu50金属玻璃形成过程中的临界玻璃态转变温度Tc以及热力学玻璃态转变温度Tg进行预测.用该方法确定出的Tc(969.5K)与利用模式耦合理论计算获得的Tc(978.4K)接近;Tg(731K)与利用平均原子体积随温度变化关系曲线确定的Tg(725K)相近.运用自由体积湮没速度法计算的Tc和Tg无需计算各温度下的原子扩散系数,节省了计算时间.     

两种金属的势能曲面特征及与玻璃形成能力的关系

运用分子动力学模拟方法,采用镶嵌原子势,研究了金属cu和Ni。Al在发生玻璃转变过程中的势能曲面．我们计算了两种金属的内在结构（Inherent Structure简称Is）,发现它们的内在势能在整个降温区间分为三个阶段：高温时,内在势能在一个较高的能量值附近波动;当系统的温度降低到熔点温度（h）时,内在势能大幅度减小;当体系温度降到玻璃转变温度（Tg）时,内在势能变得平稳．本文将Cu,Ni3A1和Lennard-Jones Binary Mixtures（BMLJ）液体的内在势能进行了比较,发现金属势能曲面与BMLJ液体的势能曲面存在明显的差异,与BMLJ液体相比,Cu和Ni3A1在高低温的内在势能差值很小,尤其是Cu的内在能量几乎不随温度变化,其差值的大小反映了液体的动力学性质的强弱．文章统计了cu和Ni3Al在不同温度下内在能量的概率分布,并计算了两种金属内在结构的海森矩阵特征值的概率分布,发现Ni3A1的势能曲面比Cu的势能曲面更粗糙,更易形成非晶．我们提出了一个由势能曲面计算流变激活能的新方法,并计算了Cu和Ni3A1的流变激活能,发现它们的激活能都随着温度的降低而升高,但是Ni3A1的激活能随温度降低升高得更快,在玻璃转变点附近,Ni3Al的激活能比Cu的激活能要高,这与Ni3Al比Cu有更好的玻璃形成能力有着密切的联系．金属的势能曲面的特征决定了金属的玻璃形成能力．     

Liquid fragility——A key togoing deep into materials of glassy states

“Liquid fragility“ is a concept that has been widely used in the investigation on the glass community,though it was presented less than two decades ago. The concept enables the comparison between the glass-forming liquids with different dynamic characters by using a general criterion, in which the temperature scale is reduced by the glass transition temperature. In order to illuminate the significance of the concept in the fields of the glass transition,structural relaxation process and the structure of supercooled liquids, the accomplished progress and the faced challenges are summarized from different aspects such as on the correlation between dynamics and thermodynamic characters of condensed matters, on the energy landscape, on the nonexponential relaxation and on the theoretical model of microstructure and medium-range order. The tendency of investigation in “liquid fragility“ is also evaluated.     

[BF4]、[PF6]离子液体及其与DMF二元体系在293.15～353.15K下的密度和体积性质

为获得离子液体与有机物物理性质的数据,常压下,293.15～353.15K温度范围内,分别测定了1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([bmim][BF4])、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([bmim][PF6])2种咪唑类离子液体以及它们和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)构成的2个二元体系的密度。利用实验数据计算了溶液的超额摩尔体积(VE),结果均为负值,表明离子液体与DMF之间存在离子-偶极作用和填隙效应。分别用一次线性方程和二次多项式方程关联出密度随温度和DMF浓度的变化关系,结果比较满意。     

Observation of five-fold local symmetry in liquid lead

The local point symmetry of the short-range order in simple monatomic liquids remains a fundamental open question in condensed-matter science. For more than 40 years it has been conjectured that liquids with centrosymmetric interactions may be composed of icosahedral building blocks. But these proposed mobile, randomly orientated structures have remained experimentally inaccessible owing to the unavoidable averaging involved in scattering experiments, which can therefore determine only the isotropic radial distribution function. Here we overcome this limitation by capturing liquid fragments at a solid-liquid interface, and observing the scattering of totally internally reflected (evanescent) X-rays, which are sensitive only to the liquid structure at the interface. Using this method, we observe five-fold local symmetry in liquid lead adjacent to a silicon wall, and obtain an experimental portrait of the icosahedral fragments that are predicted to occur in all close-packed monatomic liquids. By shedding new light on local bond order in disordered structures such as liquids and glasses, these results should lead to a better microscopic understanding of melting, freezing and supercooling.     

纤维素在1-丁基-3-甲基咪唑系列离子液体中的溶解性能研究

合成了1丁基-3-甲基咪唑的乙酸盐（[bmim][Ac]）、乳酸盐（[bmim][La]）、乙醇酸盐（[bmim][Ga]）以及二氰胺盐（[bmim][Dca]）4种离子液体．测定了70℃时纤维素在这些离子液体中的溶解度，并利用。HNMR核磁研究了其溶解规律．借助傅里叶转换红外光谱（FTIR）、热重分析（TGA），对从[bmim][Ac]／纤维素溶液中再生纤维素的结构和热稳定性进行了表征．结果表明，4种离子液体中，乙酸根的氢键形成能力最强，离子液体[bmim][Ac]对纤维素的溶解效果最佳，而且在纤维素的溶解以及再生过程中，纤维素与[bmim][Ac]溶剂没有发生化学反应，与原料纤维素相比，再生纤维素大分子结构没有被破坏，热稳定性稍有降低．     

ZrCuAlMo大块非晶的制备及热稳定性研究

通过铜模吸铸法制备（Zr47Cu44Al9）100-xMox（x=0,1,2,3）大块非晶合金.利用X射线衍射、差热分析等,研究分析添加Mo对Zr47Cu44Al9合金非晶形成能力及热稳定性的影响.结果表明,Mo的添加量为2%时,合金具有最大的非晶形成能力,纯非晶试样的临界尺寸从4mm增大到6mm以上,8mm的样品只有微弱的衍射峰.Mo提高非晶形成能力的原因主要是抑制引起异质形核的CuZr相的析出与长大.利用Kissinger方法计算得到的其玻璃转变激活能Eg为278.57kJmol-1、晶化激活能Ex为392.46kJmol-1、晶化峰值的激活能Ep为376.97kJmol-1.与原合金相比,晶化激活能与晶化峰值激活能的数据都增大,说明Mo的添加不仅提高了原合金的非晶形成能力,同时也增强了合金的热稳定性.     

低密度玻璃化液体中力学模量与脆性的关联研究

利用低密度玻璃化液体的径向分布函数,导出过冷液体脆性与玻璃化温度、体模量和剪切模量的比值及与柏松比之间简单明确的关系.此结论定性地与实验结果一致.并为各种玻璃化液体的研究,提供有效的途径.     

Dynamics of supercooled water in confined geometry

As with most liquids, it is possible to supercool water; this generally involves cooling the liquid below its melting temperature (avoiding crystallization) until it eventually forms a glass. The viscosity and related relaxation times (tau) of glass-forming liquids typically show non-Arrhenius temperature (T) dependencies. Liquids with highly non-Arrhenius behaviour in the supercooled region are termed 'fragile'. In contrast, liquids whose behaviour is close to the Arrhenius law (In tau infinity 1/T) are termed 'strong'. A unique 'fragile-strong' transition around 228 K has been proposed for supercooled water; however, experimental studies of bulk supercooled water in this temperature range are generally hampered because crystallization occurs. Here we use broad-band dielectric spectroscopy to study the relaxation dynamics of supercooled water in a wide temperature range, including the usually inaccessible temperature region. This is possible because the supercooled water is held within a layered vermiculite clay-the geometrical confinement and presence of intercalated sodium ions prevent most of the water from crystallizing. We find a relaxational process with an Arrhenius temperature dependence, consistent with the proposed strong nature of deeply supercooled bulk water. Because water that is less supercooled has been established as highly fragile, our results support the existence of a fragile-strong transition.     

添加微量Y、La对Zr基非晶合金耐蚀性的影响

通过计算机编程建立Zr2Cu晶体相中以Cu原子为中心的原子团簇模拟Zr基非晶中二十面体原子团簇模型,应用实空间的递推方法计算了Zr2Cu晶体相中的费米能级及团簇中Cu与近邻合金元素Y、La、Zr的键级积分.结论分析表明:Y、La易于占据Zr-Cu晶体相中Zr原子,使非晶形成能力上升,同时可提高耐腐蚀性,因此,通过加入少量的Y、La元素可制备出具有较高耐腐蚀性能的Zr基大块非晶材料.