乙醇分子在Bi(111)表面上的吸附和自组装

利用低温扫描隧道显微镜研究乙醇分子在半金属Bi(111)表面的吸附和自组装.在低覆盖度下,乙醇分子主要以单体和二聚体的形式吸附在衬底表面.随着覆盖度的增加,形成少量的分子链和大量结构稳定的六聚体结构.高覆盖度下的乙醇自组装结构经310K退火2h后,得到大面积的乙醇自组装薄膜.乙醇自组装薄膜的晶格常数是:a=630pm,b=380pm,θ=89°,这与乙醇晶体的晶格常数不同.乙醇自组装薄膜的形成得益于分子间的较强的相互作用,这种作用力可以主导分子与衬底间的作用.     

第一性原理研究锂修饰的类石墨烯碳氮纳米结构的储氢性能

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了锂修饰的类石墨烯碳氮纳米结构的储氢性能.结果表明该体系是一种理想的储氢材料,锂原子通过向衬底转移电荷而带正电,通过静电场的极化作用,每个锂原子可以吸附3个氢分子,其储氢的质量比可达11.5 wt%.氢分子的平均吸附能比较理想,可以实现在室温下可逆的储氢和放氢.     

强极化衬底下不同堆垛方式双层石墨烯能隙的研究

基于第一性原理计算,以强极性极化材料作为衬底,提出一种打开双层石墨烯能隙的有效方法.应用表面功能化的氮化硼极性材料为衬底,使以 AA 和转角形式堆垛的双层石墨烯,其能隙打开到 0.033 9 eV 和0.032 5 eV.当以AB方式堆垛双层石墨烯时,在该衬底下其能隙可达到0.430 eV左右;且此能隙随衬底与双层石墨烯之间的堆垛方式的不同而发生微小变化.这表明该方法一方面能够通过改变双层石墨烯自身的堆垛方式来有效的改变其能隙大小;另一方面在AB堆垛情况下通过调整衬底与相邻石墨烯的堆垛方式可以对其能隙在0.430 eV附近进行微调.该方法在完美的保持双层石墨烯结构完整性的前提下,能够获得适用于光电子器件的能隙.相较于其他方法,该方法更加切实可行,能够促进石墨烯在半导体器件中的应用以及石墨烯技术的发展.     

煤炭表面吸附甲烷的第一性原理研究

为了研究煤炭表面吸附甲烷的一般规律,从原子层面研究煤炭表面吸附甲烷分子的微观机理。先简化煤炭表面的分子模型,用Materials Studio软件建立煤体表面吸附甲烷的数值模型,用第一性原理方法的VASP软件计算了石墨烯在弛豫和非弛豫状态下吸附甲烷的电荷密度、吸附能等,同时计算了不同甲烷分子在石墨烯顶位和间隙位置的吸附能和态密度。计算结果表明:石墨烯吸附甲烷时,首选在C原子顶位吸附;吸附甲烷以后,石墨烯的导电性能消失,由导体变成了半导体或绝缘体;可以通过吸附以后的DOS图中能隙宽度预测吸附能的高低;随着吸附甲烷浓度的增大,体系吸附能逐渐降低,稳定性也降低。     

H2O分子在石墨烯扶手型边缘吸附的研究

类似石墨表面,石墨烯可以吸附和脱附各种原子和分子,石墨烯比石墨具有更大表面积,因此,石墨烯的表面性能被广泛关注. 然而较少被关注的是石墨烯边缘C原子的性能. 石墨烯边缘C原子由于存在未配对的电子,因此具有更强的反应活性. 本文采用了SelfConsistentCharge Density Functional Tight Binding(SCCDFTB)方法对H2O分子在石墨烯扶手型边缘的吸附现象进行了研究. 研究发现,石墨烯边缘的峰位C原子具有很好的吸附性,吸附能大约为-0.109~-0.768     

凸曲率衬底外延生长界面演化的晶体相场模拟

【目的】采用晶体相场模型模拟衬底分别为平面和凸面时外延层的生长过程。【方法】研究晶格错配度较大(ε=0.10)且衬底倾角较小(2~5°)时,系统自由能和外延层总原子数的变化,分析衬底曲率和衬底倾角对系统自由能曲线和总原子数曲线的影响。【结果】研究表明:衬底曲率为平面时,系统自由能随着倾角的增加而增加,外延层总原子数也随着倾角的增加而增加;衬底曲率为凸面时,系统自由能随着倾角的增加而减少,外延层总原子数也随着倾角的增加而减少。【结论】通过微调衬底的倾角能改变系统的自由能和外延层总原子数。     

Al,Si,P掺杂对Ge在石墨烯上吸附的影响

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了Al、Si和P掺杂对Ge在石墨烯上吸附的影响.Ge原子在完整石墨烯上吸附的最稳定位置为桥位,Ge的吸附改变了石墨烯中C原子的电子自旋性质;Al、Si和P掺杂石墨烯使衬底C原子发生了移动,且Si,P原子掺杂比Al掺杂石墨烯容易;杂质类型对Ge在石墨烯上的吸附位置有较大的影响,...     

CO2和CO分子在五边形石墨烯表面的吸附行为

五边形石墨烯具有多种优秀的特性,其较大的比表面积和非直接带隙可能有利于气体分子的吸附. 本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,逐步研究了两种常见的气体分子CO₂和CO在五边形石墨烯表面的吸附行为. 根据五边形石墨烯的结构特点,以及CO₂和CO的分子形态,CO₂总共有四种吸附方式,而CO则有六种吸附方式. 通过计算吸附能、电荷转移、吸附距离、能带间隙、电荷密度和态密度、分波态密度等指标,探究这两种气体分子不同方式的吸附情况. 结果显示,气体分子的不同吸附方式对吸附行为有明显的影响. 而且在同种情况下,CO普遍比CO₂分子有更好地吸附效果. 但由于气体分子与基底之间未能形成化学键,CO₂和CO在五边形石墨烯表面的吸附是比较弱的物理吸附.     

有机分子的低温成膜及厚度控制

近年来,随着表面研究的发展,对吸附于金属表面的各种有机分子薄膜性质的研究受到了广泛重视。在这些研究中,首先涉及到有机分子在金属靶(即衬底)上的成膜及膜厚度的控制问题。有机分子在金属靶上的吸附成膜一般可分为物理和化学吸附两种。化学吸附作用比物理吸附作用强得多,它可导致被吸附分子及靶表面分子结构上的变化。在一般条件下,物理     

甲醛在本征和金掺杂石墨烯表面的吸附：第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了单个甲醛气体分子在本征石墨烯和金掺杂石墨烯基底上的吸附特性,探讨了单个甲醛分子吸附在本征石墨烯和金掺杂石墨烯稳定构型上的吸附能、磁矩变化、电荷转移、态密度及化学键变化。结果显示,与本征石墨烯相比,金原子掺杂石墨烯可提高石墨烯基底对甲醛分子的吸附能力,产生明显的磁矩变化,增加电荷转移能力。此外,态密度(DOS)分析结果表明,甲醛分子与金掺杂石墨烯基底之间存在轨道杂化。     

原子非简谐振动对石墨烯吸附系统电荷分布的影响

建立了石墨烯吸附原子系统的物理模型,考虑到原子的非简谐振动和电子-声子相互作用,计算了吸附原子与石墨烯原子的相互作用能,用统计物理理论和方法,得到在石墨烯上吸附原子的概率和金属原子电荷填充数随温度变化的解析表示式.以碱金属为例,探讨了电子-声子相互作用和原子非简谐振动对电荷填充数的影响.结果表明:石墨烯吸附系统的电荷填充数随吸附原子距离的增大而线性地减小,随温度的升高和电子-声子相互作用能的增大而非线性地增大;若不考虑非简谐振动,则电荷填充数与位置、温度等无关.温度愈高、电子-声子相互作用能愈小,非简谐效应愈显著.     

绿片岩的单轴压缩各向异性蠕变试验研究

通过对锦屏二级水电站辅助交通洞的绿片岩单轴压缩蠕变特性试验,研究了轴向荷载方向与层理之间的不同关系对瞬时应变、应力应变关系、轴向应变速率、衰减蠕变持续时间和蠕变破坏机理的影响.研究结果表明:在相同低应力水平下,垂直于层理时的瞬时应变增量大于平行于层理时的瞬时应变增量,而在相同较高应力水平下垂直于层理时的瞬时应变增量小于平行于层理时的瞬时应变增量;同等应力水平条件下,垂直于层理时的轴向应变速率和衰减蠕变持续时间均小于平行于层理时的轴向应变速率和衰减蠕变持续时间.同时,当轴向荷载垂直或者平行于层理时,应力应变关系曲线均出现了压密、弹性变形、裂纹扩展和峰后破坏阶段,且蠕变破坏类型均属于脆性破坏.     

Bi,Se和Te吸附n/p型石墨烯电子结构研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了Bi,Se,Te在缺陷(单空位,B掺杂和N掺杂)石墨烯上的吸附结构及电子和磁性质.研究表明:在能量稳定的Bi(Se)/石墨烯吸附体系中,Bi吸附诱导产生磁性;在空位缺陷石墨烯上的吸附会改变费米能级处态密度分布,影响体系的导电性质;在B(N)掺杂吸附体系中,B比N对吸附原子的影响大;除Se在B掺杂石墨烯上吸附外,Bi,Se,Te在其它n/p型掺杂吸附体系中均显示磁性.缺陷增强了Bi,Se,Te与石墨烯之间的相互作用,对吸附体系的电子结构和电荷分布有较大的影响.     

Cu掺杂AlN的铁磁稳定性的第一性原理计算

文章采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法,结合广义梯度近似计算了Cu掺杂AlN的晶格常数、能带结构、电子态密度、铁磁态和反铁磁态的总能量,并通过平均场近似的海森堡模型估算了居里温度Tc。结果表明,Cu掺杂体系的能带结构呈现半金属性,半金属能隙为0.442eV。铁磁性是Cu原子的3d态与其最近邻的N原子的2p态通过p-d杂化作用而稳定的。当两个Cu原子相距最远且自旋平行排列时,体系具有最低的能量,估算出此时的居里温度高于室温,因此Cu掺杂AlN有望作为稀磁半导体材料。     

石墨烯上吸附金原子团的电子结构性能研究

金属原子吸附于石墨烯上可以改善石墨烯的物理性能.本文采用第一性原理研究石墨烯上吸附不同数目,不同结构的金原子团.研究发现,比起单原子吸附,石墨烯表面更容易吸附多个金原子.线性型吸附结构的原子间相互作用大,吸附能比其他结构有所增加,电荷转移量大,体系更稳定.体系的磁性大小也与吸附结构相关,直线型吸附结构无磁性,且吸附结构越不对称,净磁矩越大.研究表明,吸附不同结构的Au原子团,可以改变石墨烯本身的能带结构,使其具有金属性或者半导体性的电子性能,具有广泛的应用领域.     

Growth mechanism of liquid Hg/solid β-HgS metal-semiconductor heterostructures

Density functional theory (DFT) was utilized to simulate the reactions occurred in the mixture solution of cysteine and Hg(II) ions with the ratio < 2. Simulation result shows that Hg ions will coordinate to cysteine by the thiol groups with the form of S–Hg₂ and S–Hg₃, and moreover, the content of free Hg ions can only be reduced by these two forms. OH^? plays an important role in the growth of β-HgS, because its nucleophilic substitution reaction supplies plenty of Hg–S–Hg radicals, which will be adsorbed onto the surface of liquid mercury ball and form the precursor of β-HgS(111) plane. Three valent bonds adsorption of Hg–S–Hg radicals onto the surface of Hg ball has more adsorption energy (?32.768 kcal mol^?1) than that of two valent bond adsorption (?20.882 kcal mol^?1). Hg balls will stop growing after completely covered with Hg–S–Hg radicals and their size will be limited. The growth direction of β-HgS is parallel to the “repelling” force, that is [111] direction in β-HgS lattice. The calculated results are in good agreement with the experimental observations, demonstrating that the DFT method can be taken as a very useful tool to interpret the solution reactions that cannot be solved by conventional methods.     

二元链状分子吸附的Monte Carlo模拟

在格子模型中，采用计算机模拟方法了二元链状分子系统在固体表面的吸附行为。从微观角度获得了系统在达到平衡之前的动态吸附过程，得到了链长不等的两种键状 固体表面附近的总链节浓度与吸附构型浓度的平衡分布。研究结果表明，开始时，短链分子优先被吸附，此后逐渐被长链分子所取代；长链分子的吸附更有利于系统的稳定。     

银在M-掺杂石墨烯上吸附的第一性原理计算

Graphene is an ideal reinforcing phase for a high-performance composite filler, which is of great theoretical and practical significance for improving the wettability and reliability of the filler. However, the poor adsorption characteristics between graphene and the silver base filler significantly affect the application of graphene filler in the brazing field. It is a great challenge to improve the adsorption characteristics between a graphene and silver base filler. To solve this issue, the adsorption characteristic between graphene and silver was studied with first principle calculation. The effects of Ga, Mo, and W on the adsorption properties of graphene were explored. There are three possible adsorbed sites, the hollow site (H), the bridge site (B), and the top site (T). Based on this research, the top site is the most preferentially adsorbed site for Ag atoms, and there is a strong interaction between graphene and Ag atoms. Metal element doping enhances local hybridization between C or metal atoms and Ag. Furthermore, compared with other doped structures (Ga and Mo), W atom doping is the most stable adsorption structure and can also improve effective adsorption characteristic performance between graphene and Ag.     

超声波场影响Langmuir吸附相平衡的机理分析

从分子动力学规律出发,建立了Langmuir吸附系统在外场作用下的吸附相平衡关系式,并根据超声条件下吸附相分子的受迫振动和非吸附相分子的波动,分别讨论了吸附相分子及非吸附相分子在超声波场中获得的能量,结果表明:在超声波场中,吸附相分子比非吸附相分子获得更多的能量是Langmuir吸附平衡等温线降低的本质所在.理论结果进一步表明:当超声波频率一定时,Langmuir平衡吸附量随超声波场能流的增大而减少;当超声波能流一定时,可通过调节超声波频率达到吸附相分子的固有频率而使吸附相分子获得最大的能量,从而使Langmuir平衡吸附量最小.