基于热力学理论的电介质性质研究

电介质材料在物理学的研究中具有非常重要的地位.文章由外电场对电介质作功出发分别推导了电介质所满足的热力学基本方程和Maxwell微分关系,并且由此出发导出了在绝热条件下电介质温度随电场强度变化的规律、介电常数的温度系数变化的规律、等温电致伸缩效应和压电效应的表达式.通过分析可以得出结论,对于介电常数的温度系数(TKE)小于零的电介质,在绝热条件下减小外电场时,电介质的温度将降低.因此利用这个效应可以使电介质通过绝热去电获得致冷效应.     

梯度应变对钛酸钡薄膜介电行为的影响

考虑膜中应变随位置的变化,应用Pertsev热力学理论,研究了BaTiO3薄膜介电常数随温度的变化。发现衬底与膜间热膨胀系数差和膜的沉积温度显著影响介电常数的值及其峰值温度,介电常数随沉积温度的降低而增大,计算结果与实验数据较好地吻合。     

铁电性和偶极子转向对电卡效应的影响

在外加电场作用下铁电体中各个方向的偶极子能级发生变化,其取向概率随之变化,对应于偶极子转向到电场方向.同向排列的偶极子发生耦合产生了铁电性,引起了可逆变化的铁电畴,导致极化强度呈电滞回线.本文用铁电体理论研究了电场作用下偶极子转向和耦合对电卡效应的影响.结果表明:电卡效应表现出温变的放热峰,主要由偶极子转向导致的熵变引起,随电场的增大移向高温,并从铁电相越过居里温度到顺电相.耦合铁电畴效应会产生放热,它随温度的升高而降低.数值模拟的研究结论能够说明相关的实验结果.     

弛豫铁电单晶PMN-PT的介电稳定性研究

实验研究了驰豫铁电单晶PMN-PT(67/33)分别在等静水压和定向应力的情况下,其介电性质的变化,分析了介电常数和介电损耗的变化趋势.结果表明,介电常数随静水压的增大缓慢增加,压力在10MPa内其相对变化小于2%,介质损耗均小于0.01;而在定向应力均匀增大的情况下,介电常数和介电损耗均出现峰值现象.     

德拜温度不为常数时晶体的热力学函数

确定了晶体的德拜温度随温度变化的普适关系,导出了在此关系下晶体热力学函数的表达式.在此基础上,研究了铟的德拜温度和定压热容量随温度变化的规律.结果表明:理论计算与实验值基本一致.其中,在低温段和高温段理论值与实验值符合得较好,而中间段符合得稍差.     

低温诱导轮空化特性数值计算研究

为研究低温诱导轮的空化性能,对液氮诱导轮空化流动进行了数值计算研究.数值计算采用了考虑旋转修正的FBM湍流模型和考虑热力学修正的Singhal空化模型.数值结果与实验进行对比,验证了数值计算方法的准确性.结果表明,随着空化数的降低,诱导轮空化分为无空化、间隙空化以及回流涡空化三个典型阶段.在研究选取的温度区间内(77.5 K≤T≤83 K),诱导轮不同空化阶段的分界点几乎不随温度变化.随着液氮温度的升高,诱导轮内部空穴体积呈现先增后减的趋势.对诱导轮空化热力学效应进行分析表明,当液氮温度较低时,热力学效应不显著,韦伯数主导着空化的发展;当液氮温度较高时,热力学效应增强,从而抑制了诱导轮内部空化的发展.     

CrN弹性和热力学性质的第一性原理研究

本文采用平面波赝势密度泛函理论方法研究了立方相CrN平衡态的结构和弹性性质,计算结果与已有的实验值和理论值符合较好.首次利用准谐德拜模型计算了CrN的热力学性质,得到了不同温度下,CrN的体积随压强的变化关系,以及德拜温度、摩尔热容量、熵和内能随压强及温度的变化关系.     

压电极化方向对磁电复合振子磁阻抗效应的影响

本文研究了压电体分别沿长度和厚度极化的磁电复合振子的磁阻抗效应.根据压电体的极化理论,在洛伦兹模型和德拜模型基础上,利用磁电耦合理论研究了磁电复合振子有效相对介电常数与磁场的关系,数值模拟了有效相对介电常数随磁场的变化.由磁电复合振子的磁阻抗与有效相对介电常数的关系,理论分析了磁电复合振子在谐振频率下的磁阻抗效应.在理论分析基础上,实验研究了"三明治"结构磁电复合振子的磁阻抗效应.实验结果表明,在谐振频率下,磁场在0～50 mT范围内,当压电体的极化方向为长度极化时,其磁阻抗随磁场的变化率是压电体厚度极化的22倍,实验结果与理论模拟基本吻合.在此基础上,对实验结果的磁分辨率进行了计算,在谐振频率下,压电体长度极化磁电复合振子的磁分辨率为2.76×10~(-12) T/μΩ,压电体厚度极化磁电复合振子的磁分辨率为78×10~(-12) T/μΩ,本研究为地磁场的探测提供了理论基础.     

冻土介电常数的实验研究

探讨了冻土介电常数的测量方法,通过实验初步研究了冻土介电常数随频率、温度和含水量的变化规律.     

热力学效应对液氮空化流动的影响

为了研究低温流体空化流动特性,采用数值计算的方法研究了液氮空化流动特性.计算中应用二次开发方法在商业软件CFX中引入修正的Kunz空化模型及能量方程,其物性参数随流场温度变化而不断更新.对绕翼型和对称回转体在液氮中的空化流动进行了计算,基于计算结果分析了热力学效应对空化特征的影响.结果表明,计算与实验的结果基本一致.当液氮工作温度接近临界点时,热力学效应更加显著.它主要表现在空穴变短、蒸气体积分数减少和汽液界面变得模糊.在空化产生的区域,流场的温度由于吸收蒸发潜热降低,在空穴尾部区域,空穴溃灭释放潜热而导致温度升高.同时发现,由于热力学效应温降在0.5～2.5K之间.     

Zn_(0.95)Co_(0.05)O的介电性质研究

通过在高温下(473~1 073 K)对离子电导率、交流电导率以及介电常数和损耗的测量,来研究Zn0.95Co0.05O体系的电学及介电性质,获得了体系的离子导电和交流导电的活化能,以及介电常数和损耗随温度和频率的变化关系.     

量子波动对CaTiO_3介电行为的影响

Barrett公式能较好的描述先兆性铁电体及其固溶体的介电常数随温度的变化特点.但在定量的描述上,对于CaTiO3其介电常数不能在整个温度范围内都与实验数据很好的相符,而且得到的居里温度是一个很大的负数.利用改进的Barrett公式,当CaTiO3晶体的零点振动能按照某一个规律由低温时一个较小值变化到较高温度时一个较大值时,上述问题可以得到圆满地解决.由此得到CaTiO3的零点振动是随温度变化的.     

具有复合结构颗粒的介电相互作用

讨论了电流变液分散相固体颗粒采取分层复合结构时可能对电流变效应产生的影响．分析过程基于介电极化理论．给出了电场作用下具有复合结构颗粒间的结合能、失配参数的解析表达式，分析了固体颗粒各层的材料性质、厚度、介电常数等因素变化对颗粒间结合能的影响．讨论显示：尽管复合结构颗粒的电流变液具有较为复杂的失配参数表达式，但与单一结构颗粒的电流变液相比，两者在颗粒间结合能的表现上十分类似，提示了以改善电流变效应为目的而采用复合结构固体颗粒作为分散相的建议缺乏理论依据．同时还发现，颗粒外覆层厚度的变化随介电常数的不同、对颗粒间结合能的影响具有正、逆两种效应．     

梯度应力对BaTiO3薄膜电性质的影响

通过求解弹性力学方程而得到薄膜的应力分布形式，并将其用于朗道热力学理论，以解释生长于张应力衬底BaTiO3薄膜的电性质.结果表明：在生长于镀铂硅衬底的BaTiO3薄膜中，a和aa相共存，但由于两相的自发极化均平行于薄膜表面而无法观测到其电滞回线；随着温度升高，BaTiO3薄膜的等效介电常数呈现出弥散特征，其理论结果与实验结果较吻合.     

介电弹性体复合材料的热力学和热机电稳定性

本文研究了硅橡胶介电弹性体复合材料的热力学和热机电稳定性.考虑温度、掺杂和电致伸缩变形的耦合影响,建立介电弹性体复合材料的介电常数模型,从而构建系统的电场能,基于此耦合发展的Ogden模型研究复合材料的热力学性能和热机电稳定性性能.结果表明,当电致伸缩系数减小,或材料常数比减小,或温度增加,或唯象学参数增加,或电致伸缩系数比增加时,介电弹性体临界名义电场增加,从而热力学系统的稳定性增强.这些结论对于硅橡胶纳米复合材料的设计和制备及其应用器件研究有巨大帮助.     

基于尺寸效应及温度效应的纳米ZnS热力学性质研究

材料粒度达到纳米级别时会产生特殊的表面效应及小尺寸效应，因此纳米材料往往表现出不同于本体材料的独特性质.该文着重在尺寸效应及温度效应上对ZnS纳米材料的热力学性质展开研究，探究了一种水热法制备出5种不同尺寸的纳米ZnS,并在不同温度下测定其在水溶液中平衡时的电导率.根据所得数据，以热力学循环法、溶解热力学理论以及电化学热力学平衡原理为基础，探讨了颗粒粒度和温度与纳米ZnS热力学性质之间的规律.结果表明：纳米ZnS的溶解热力学函数、摩尔表面热力学函数、偏摩尔表面热力学函数和规定热力学函数均与粒径、温度均具有良好的线性关系.该文进一步完善了溶解热力学理论，为涉及相关纳米材料的研究提供了理论支撑.     

铁电薄膜的介电性质

基于平均场近似的软模理论,研究了含有表面过渡层的铁电薄膜介电函数的实部ε'和虚部ε″的随温度变化的动态特性。实验结果表明,随着温度的升高ε'和ε″分别出现两个峰和一个峰。当表面过渡层的作用增大时,薄膜的平均介电常数实部和虚部的峰变宽,峰值降低而且峰位向低温区移动。     

次甲基硅SiH与HCl反应的热力学及动力学性质研究

在量子化学对SiH与HCl反应计算的基础上 ,运用统计热力学和Wigner校正的Eyring过渡态理论计算了该反应在 73 .1 5～ 1 873 .1 5K温度范围内的热力学函数、平衡常数、频率因子A和速率常数随温度的变化 .计算结果表明该反应在低温下具有热力学优势 ,而在高温下具有动力学优势 .该反应在研究的温度范围内是一放热、熵减少的反应 ,反应的速率常数随温度的升高而增大 ,而且服从Arrhenius定律 .     

氮化钒热力学性质的第一性原理计算

通过投影扩大波方法预测了氮化钒的热力学性质,计算的晶格常数和前人理论实验结果相吻合.通过准谐德拜模型获得了高温高压下相对体积、体弹模量、热力学常数和热熔的变化情况.结果表明,低温低压下,热力学常数随温度迅速增加,在较高的温度和压力下,增长趋于平缓;低温时,热熔与温度的三次方成正比,并且高温时接近于杜隆普蒂常数.     

交叉现象的热力学机制与传递公理

分别用经典热力学和非平衡态热力学方法证实在交叉现象中,首先由于一种强度量差的作用产生另一种强度量差,其次才有了对应广延量的流动.在磁热效应中,磁场的变化首先通过磁矩的变化产生温度的变化,只有温度的变化才能引起熵和热量的流动.在温差电效应中,温度差首先通过熵的变化产生电势差,有了电势差才有了电荷的流动.得出研究交叉现象的关键是寻找强度量之间的关系;给出研究交叉现象的方法,即传递公理与热力学分析相结合分析交叉现象.