低压下一种新的聚合氮结构

聚合氮作为潜在的清洁高能量密度材料有望取代传统的C、H、O、N含能材料,但是已发现的聚合氮结构无法保存到常规条件下.因此,获得能够存在于近常规条件下的聚合氮结构是人们比较关心的问题.本文结合第一性原理计算和CALYPSO晶体结构预测方法对低压下氮的结构进行搜索.在30 GPa下发现了一种由氮链和类连五唑构成的聚合氮结构,其空间群为Cm.通过焓差曲线分析发现, Cm聚合氮在10～35 GPa压强范围是目前发现的聚合氮结构中最稳定的相结构,其焓值较已知的偏转立方氮(cg-N)结构、N_6和N_8结构都低.声子色散计算和弹性常数计算表明, Cm聚合氮具有晶格动力学稳定性和力学稳定性;分子动力学模拟表明, Cm聚合氮在常温下卸压到一个大气压仍保持结构稳定.这预示着高压下合成的Cm聚合氮可能被截获和保留到常温常压条件下.     

碱金属叠氮盐晶体的密度泛函理论

对Li,Na和K叠氮盐晶体进行DFT-B3LYP计算研究,求得其能带和电子结构,探讨了结构-性能关系.从带隙约为0.23～0.25（a.u.）和前沿能带较平伏推知碱金属叠氮盐晶体为绝缘体.原子间重叠布居和电荷密度分析表明,碱金属离子与叠氮离子以典型离子键相结合.经基组叠加误差（BSSE）校正求得LiN3,α-NaN3和 KN3的晶格能分别为-852.30,-771.45和-614.78kJ·mol-1,与文献值相近.晶体前沿轨道主要由叠氮根端位氮原子轨道组成,金属离子对LUMO贡献极小;电子由HOMO向LUMO跃迁难于进行,根据“最易跃迁原理”可预测碱金属叠氮盐均较钝感.     

二胺基二硅烷及二氮杂环硅烷的合成、表征及其性质

通过二氯硅烷与碱金属的Wurtz偶联反应产物的氨解反应, 合成得到了二胺基二硅烷和二氮杂环硅烷化合物, 在表征合成化合物的基础上, 发现了Si-H键的红外吸收峰裂分. 通过红外光谱进一步研究了合成化合物的水解、缩合聚合反应过程, 观测到了Si-H键振动吸收峰的裂分转变. 通过对两种含硅氢键化合物的几种稳定的几何异构体进行密度泛函理论(DFT)计算, 结果表明化合物的红外光谱Si-H键振动峰的裂分, 是由不同的几何异构体同时存在所致. 合成化合物在空气中的水解、缩合聚合反应, 得到了一类新型的有机硅聚合物-聚二硅氧烷, 该聚合物的主链结构具有Si-O-Si和Si-Si交替存在的序列单元. 通过发光光谱分析, 证实了该类聚合物具有类似于聚硅烷的光致发光性质.     

硝基乙酸乙酯与苄基卤的O-和C-烷基化反应的研究

氮酸酯是一类鲜为人知的化合物,其突出的性质在于不稳定性.我们曾报道了对于氮酸酯化学研究的最新进展:(1)首次通过卤代烷对某一酸式硝基化合物(图1)的碱金属盐的O-烷基化反应合成了氮酸酯;(2)首次得到稳定的氮酸酯;(3)首次通过实验的方法(NOE)测定了氮酸酯的分子构型:(4)首次通过不对称O-烷基化反应得到只具有单一构型且为光学纯的手性氮酸酯.     

羰基化合物作为锂离子电池有机电极材料研究进展

随着锂离子电池从便携式电子设备到大规模储能系统的应用,开发具有高能量密度、功率密度和长循环寿命的锂离子电池成为研究的重点之一.而锂离子电池的性能很大程度上取决于电极材料.目前,广泛使用的无机电极材料普遍存在容量提升有限、能耗高和成本高等缺陷.因此,开发新型电极材料至关重要.与传统无机材料相比,有机电极材料具有结构可控、资源丰富、清洁环保和成本低廉等优势,近年来得到了广泛关注.其中共轭羰基化合物以羰基为活性基团,因其结构多样、理论容量高和反应动力学快而被广泛研究.本文从正极、负极、全电池三方面,综述了目前国内外已经开展的关于羰基化合物作为锂离子电池电极材料的研究工作,评述了这些化合物的电化学性能及其具备的优势和存在的不足,并指出了有机化合物作为锂离子电池电极材料需要解决的关键问题.     

类钙钛矿化合物(Ca/Sr)_2CuO_2Cl_2高压结构稳定性和电性质

利用金刚石压砧技术在0~31GPa的压力范围内研究了常温下K2NiF4型结构的(Ca/Sr)2CuO2Cl2化合物的结构稳定性和电性质.结果表明,(Ca/Sr)2CuO2Cl2化合物的晶格结构在高压下是稳定的,并且具有较大的各相异性压缩,得到了(Ca/Sr)2CuO2Cl2化合物的状态方程和体弹模量.电学性质测量表明,高压下Sr2CuO2Cl2样品可能有电子结构相变发生.     

二维材料的拉曼光谱研究进展

二维材料因其独特的结构与性质引起了科学家们的广泛关注.拉曼光谱是一种特征性强、快速、无损的材料结构表征方法,其在低维材料的结构表征方面具有独特的优势.本文主要综述了拉曼光谱在二维材料结构表征方面的研究进展.首先,系统介绍了二维材料结构和拉曼选律基础知识,并分析了二维材料的典型拉曼特征;其次,通过对二维材料的典型拉曼特征峰的峰位和峰强的分析,讨论了拉曼光谱测定二维材料的层数、边缘手性/晶格取向、合金成分等;然后,介绍了缺陷、掺杂、外界应力以及热效应对二维材料拉曼散射的影响;最后,结合二维电荷密度波材料相变过程中的结构和拉曼特征的变化,讨论了拉曼光谱在相变性质研究中的应用.     

共边铜氧链化合物Ca0.85CuO2高压下的结构相变

类钙钛矿结构化合物Ca_0.85CuO₂具有很奇特的结构特点: 它既含一维的共边铜氧链, 又存在由于Ca原子周期性缺位而形成的调制结构. 采用金刚石压砧高压装置(DAC), 对Ca_0.85CuO₂的多晶粉末样品, 进行了0~32 GPa压力范围的高压能散X射线衍射实验. 实验结果首次表明, 在15 GPa压力附近, Ca_0.85CuO₂发生结构突变, 相变是可逆的.     

含硅共轭聚合物电致发光材料研究进展

聚合物电致发光材料在通讯、信息、显示和照明等许多领域显现出巨大的商业应用前景, 十几年来一直是人们研究的热点. 最近含硅共轭聚合物在光电功能材料的研究开发中受到越来越多的重视, 一方面是由于硅原子以化学键形式结合到基于碳氢氮硫的传统共轭聚合物中, 能显著改变聚合物的电子结构和状态, 从而改善聚合物的光电性能; 另一方面, 硅是一种广泛应用于现代电子电器等行业的无机功能材料, 含硅共轭聚合物作为一种有机-无机杂化材料具有很高的研究和开发价值. 硅原子的引入对共轭聚合物的结构设计和光电性能改善提供了更大的空间和可能性. 本文根据硅原子在聚合物中的位置, 综述了硅作主链的聚硅烷和poly(1,1-silole), 硅与碳共同作主链的π共轭单体与硅的共聚物, poly(2,5-silole)及其共聚物和含硅桥的共轭聚合物, 以及硅作取代基的π共轭聚合物等含硅共轭聚合物在电致发光材料领域的研究进展, 讨论了其今后的发展方向.     

固体C_(60)电阻的压力效应

固体C_(60)的发现引起了人们很大的兴趣,它的研究已成为一个相当活跃的新领域。单个的C_(60)分子具有稳定的球形笼状结构,而固体C_(60)是靠范德瓦尔斯力结合的,是一种分子固体,其结构为面心立方。固体C_(60)的能隙约为1.5eV,相当于本征半导体。掺入碱金属后呈现超导电性,其超导转变温度可达33K。近年来,Duclos等和N ez-Regueiro等已在高压下对固体C_(60)的晶体结构和电学性质等进行了研究,他们都发现固体C_(60)在15GPa或20GPa以上的压力下有一个相变,而且在N ez-Regueiro等,他们还采用快速和非静水压压缩的方     

加热器顶置间接加热GeTe相变的四端口高速射频开关

针对传统加热器中置间接加热相变开关的固有切换速度缓慢难题,本文提出一种加热器顶置的射频开关新结构,即加热器顶置的间接加热相变材料四端口开关(four-port indirect heating phase change switch with a top microheater, FIPCS-T),通过热传导过程自上而下的定向性,建立了更加有效的焦耳热能量利用方法.新结构中不同射频参数的仿真表明, FIPCS-T结构对升温过程和淬火过程均能有效缩短相变材料达到临界温度的时间,升温过程比淬火过程的缩短更加显著.相比于传统中置间接加热相变开关, FIPCS-T的升温-淬火环节时间缩短20%以上,这不仅显著提高了切换速度,同时还降低了相变材料的重结晶风险,结合相变材料本身具有的高频低损耗特征及其器件结构设计的灵活性,从而可在微波、毫米波、太赫兹等超大范围频段内提供反射小、插损低和端口隔离度高的高速射频开关.尽管人们对GeTe相变材料在信息存储等方面的应用开展了多年研究,但其特殊相变特征能否解决未来射频开关面临的高性能需求,仍然存在诸多挑战.本文研究结果表明, GeTe热相变机理与PIN二极管...     

路径积分分子动力学模拟在相变问题中的应用

依据玻恩-奥本海默近似,理论模拟分子与凝聚态体系材料的性质,需要人们对电子结构和原子核运动两个层面的内容都进行尽量准确描述.目前,电子结构的计算已相对成熟,很多情况下密度泛函理论、传统量化或量子蒙特卡洛方法都能在量子力学的层面给出相当精准的结果;但就原子核运动的描述而言,绝大部分理论方法却还依赖于经典力学.越来越多的实验和理论工作表明,在很多材料的相变过程中,原子核的量子属性可能对相变行为产生重要的影响.将路径积分分子动力学方法与两相法、自由能计算等分子模拟方法结合,可以有效地处理相变问题中的核量子效应,进而对材料的相变行为进行准确地描述.本文将结合两个具体的例子,简要介绍近几年我们在该研究方向的一些工作进展.     

固体C_(60)在高压下的状态方程与相变

自从固体C_(60)被发现以来,人们已对固体C_(60)在常压下的性质进行了广泛的研究.近几年来,人们对固体C_(60)在高压下的晶体结构、电学性质与光学性质等进行了一些研究,观测到一些新的和有趣的现象.高压X光衍射测量和电阻测量表明固体C_(60)在大约15～22GPa范围内有一个相变.最近的研究还表明固体C_(60)在249K时也有一个相变,是从高温fcc结构变成低温sc结构,而且这个有序-无序转变温度随着压力增加而增加,所以在室温下,     

Fˉ体系中NaZr_2(XO_4)_3(X=P,As)的水热晶化

自从Hong等人发现了Nasicon相化合物Na_3Zr_2Si_2PO_(12)的超离子导电性能以来,人们对Nasicon及其相关结构的化合物进行了广泛的研究.这些化合物也表现出低热膨胀性能,可望作为抗热冲击材料和核废料储藏材料,NaZr_2(XO_4)_3(X=P,As)化合物是这一大类化合物的母体,其结构允许化学取代,从而能够得到许多同构化合物,这些化合物通常用固相反应法制备,较难以得到纯相和单晶.我们曾用水热法合成出纯相MTi_2(PO_4)_3(M=Li,Na,K),发现水热法优于固相反应法,F~-离子,作为矿化剂,对水热晶化有重要影响,我们曾在F~-体系中用水热晶化法生长出较大的完美的沸石单晶.本文描述了在F~-体系中用水热晶化法制备出     

塔里木盆地不同成因原油吡咯氮化合物的地球化学意义

含氮有机化合物是原油及生油岩中的一种非烃组分。它们大部分以杂环芳烃化合物形式存在。化学性质上,这类化合物主要分成为含吡咯环结构的中性氮系列和含吡啶环结构的碱性氮系列,两者之比约为3:1～4:1。原油中的含氮化合物对环境和炼制工业有不良影响,因而在这些领域对它们的分离和检测较早被人们重视。近年来,随着油藏地球化学的兴起和发展,国外一些学者发现含氮化合物可作为原油二次运移的示踪性指标。国内这方面的研究正在起步。本文报道塔里木不同成因原油中吡咯氮系列化合物含量和烷基咔唑化合物分布的差异性,并探讨其地球化学意义。     

金属有机杂化型相变化合物四氯合锌酸二吡咯烷的设计合成和性质

利用有机含氮杂环小分子吡咯烷与氯化锌、盐酸反应,制备得到1例新颖的金属有机相变化合物——四氯合锌酸二吡咯烷.通过差热扫描量热(DSC)测试,在升温(339.5 K)和降温(320.5 K)过程中出现可逆的热力学相变峰和较大的的热滞(19 K),表明该化合物发生了可逆的一级相变.对其变温介电常数进行分析,室温下低介电态到高温下高介电态的转变进一步证实了化合物发生结构相变.通过变温X射线单晶衍射,研究了晶体在150和353 K晶体结构,揭示了其相变机理,表明锌离子的相对位移是该化合物相变的主要原因.     

锂离子电池若干正极材料体系的研究进展

锂离子电池能量密度的提高与其正极材料密切相关,富锂层状氧化物及新型聚阴离子化合物作为下一代高能锂离子电池的正极材料已引起研究工作者的广泛关注.结合本课题组的研究工作,综述了这一领域的最新研究工作进展.重点针对材料结构、物理化学(尤其是电化学)特性、电化学反应机理的原位谱学研究以及材料组成-结构-性能之间的相互关系进行了总结、分析及评述.     

铅离子选择电极优异响应性大环化合物载体

基于国内外最新研究文献, 系统总结了应用于高性能铅离子选择电极的大环化合物载体, 具体涉及到冠醚、氮杂冠醚、硫醚、杯芳烃和卟啉等. 归纳了其分子结构特征, 重点论述了以提高铅离子选择电极性能为目的所做的取代改性规律. 指出在大环化合物中对称性地引入含有软碱配位中心如氮原子、硫原子和磷原子的取代基, 不仅能调节大环化合物的空腔大小和构型, 而且取代基还能够和空腔一起发挥协同络合作用, 实现对铅离子的选择性络合, 避免其他离子干扰. 迄今为止性能最优异的大环化合物衍生物载体是在氮杂冠醚中引入极性的氰基基团形成的N,N′-二甲基腈乙基二氮杂-18-冠-6载体, 它对铅离子的检出限低7.0×10^-8 (14.5 μg/L). 碱金属、碱土金属和过渡金属离子的干扰系数均在10^-4数量级及其以下, 其中汞离子的干扰系数低至为8.9×10^-4, 成为目前难得的能够真正排除银离子和汞离子干扰的少数载体之一. 依据现有研究结果, 提出了高性能载体分子的设计思路, 即在大环化合物中引入氮原子, 尤其是引入氰基或硫氰基或(亚)氨基而不是仅引入硫原子能够获得新型高选择性铅离子载体; 精心设计含芳香氮原子的环番也不失为新型铅离子载体的研究方向. 铅离子选择电极在电位滴定、流动注射电位测量分析、冶炼厂烟道排泄废气检测、岩石铅含量化验、尤其是在头发、血液、食用油、食品、水和空气等痕量铅的测定中展现出了广阔的应用前景.     

最小热阻原理在组合式相变材料蓄热过程优化中的应用

最小热阻原理为近年来火积理论中所提出的传热过程优化的新方法.本文基于最小热阻原理对组合式相变材料蓄热过程进行了优化.通过变分原理,获得了组合式相变材料最佳融化温度的通用表达式.在此基础上,进一步研究了相变材料数对火积耗散热阻和蓄热性能的影响,探讨了最小热阻原理用于组合式相变材料蓄热过程优化的可行性.定义了组合效率,考察了传热单元数和热容流率对火积耗散热阻的影响.结果表明,组合效率随相变材料数的增加逐渐提高,火积耗散热阻随传热单元数和热容流率的增加逐渐降低其提高与降低的幅度均逐渐减弱,该研究为组合式相变材料的遴选以及流动和结构参数的设计提供了理论指导.此外,基于最小热阻原理的优化分析,提出了相变蓄热过程的温差场均匀性原则,为组合式相变材料的优化提供了一种新的优化标准.     

非晶态GeSb_2Te_4薄膜在热退火过程中的FCC亚稳晶相和六方稳定晶相

一、引言 自1970年,Ovshinsky首次报道利用硫系合金薄膜的可逆结构相变来进行光学数据存贮以来,Te基合金由于具有大的光吸收、低的热导率和适当的晶化特性而得到了广泛的研究,如TeGeSbS,TeSeGa,TeGeSnAu,TeGe,GeSbTe等,其中以GeSb_2Te_4化合物半导体材料最具有吸引力。Yamada报道了GeSb_2Te_4材料的光记录特性,可用50(ns)激光脉