金属镥的热力学性质研究

依据物质的具体结构,考虑到原子振动的非简谐效应,从微观角度探讨金属镥的热力学性质.利用金属中原子的相互作用势,求出金属镥原子振动的简谐系数和第一、二非简谐系数,应用固体物理理论,导出金属镥的格林乃森常数、德拜温度、杨氏模量、摩尔定压热容量随温度变化的关系式.与已有文献中的计算结果比较,本文计算结果与实验值更接近.     

石墨烯蓄热和传热性能热稳定性随温度变化规律研究

考虑到原子振动的非简谐效应,应用固体物理理论,分析了影响石墨烯蓄热和传热稳定性的因素,得到了石墨烯自由能以及蓄热和传热性能的热稳定性温度系数随温度变化的规律,并探讨了原子非简谐振动对它们的影响.结果表明:(1)由于原子振动的非简谐项,石墨烯自由能随温度升高而增大,且温度愈高,非简谐效应愈显著;高于室温时石墨烯的自由能的热稳定性温度系数很小(∝10~(-7)),并随温度升高而缓慢减小;(2)石墨烯不仅蓄热量大、导热性好,并且其蓄热和传热性能热稳定性也很好,在300～1 000 K的温度范围内,蓄热和传热的热稳定性系数在0.020 0～0.001 3之间,且随温度升高而非线性减小;(3)原子非简谐振动对石墨烯的蓄热和传热性能的热稳定性有重要的影响,考虑到非简谐振动后,石墨烯的蓄热和传热热稳定性系数要比简谐近似的值稍大;(4)考虑到非简谐项对自由能等的影响,其结果比只考虑到对德拜温度影响的结果,与实验和其他文献结果更接近.     

Al纳米粒子表面能变化规律研究

在考虑原子作非简谐振动的情况下, 求出了纳米粒子的简谐系数和非简谐系数. 对纳米粒子的表面生成能作了详细的推导, 探讨了形状和原子数、非简谐效应对球形和直角形纳米粒子表面能的影响. 结果表明: 纳米粒子表面生成能与原子数、形状、原子相互作用势有关;表面能随原子数增大而增大, 原子数较小时变化较快, 原子数较大时变化较缓慢;表面能随温度升高而减小;直角形纳米粒子的形状因子f=1时, 表面能有最大值, f＜1时变化较快, f＞1时变化比较缓慢;相同情况下, 球形纳米粒子的表面能比立方形纳米粒子大. 考虑非简谐效应时的表面能要比简谐情况的小.     

原子非简谐振动对金属基外延石墨烯电导率的影响

考虑到原子的非简谐振动和电子-声子相互作用,建立了金属基外延石墨烯的微观物理模型,用固体物理理论和方法,研究了外延石墨烯电导率随温度的变化规律,以Cu,Ni金属基底外延石墨烯为例,探讨了基底材料和原子的非简谐振动对电导率的影响.结果表明:(1)金属基外延石墨烯的电导率随温度升高而减小,其中,温度较低时时,变化较快,而温度较高时则变化很慢;它的电导率包括声子的贡献和电子的贡献两部分,其中电子的贡献部分很小,且随温度的变化也小,而声子的贡献远大于电子且随温度变化较大.(2)基底材料和原子的非简谐振动对金属基外延石墨烯的电导率有重要的影响:简谐近似下,电导率随温度的变化较小,考虑到非简谐振动,电导率随温度的变化增大.温度愈高,非简谐效应愈显著.理论结果与其他文献的值以及电学理论相近.     

A1纳米粒子表面能变化规律研究

在考虑原子作非简谐振动的情况下，求出了纳米粒子的简谐系数和非简谐系数．对纳米粒子的表面生成能作了详细的推导，探讨了形状和原子数、非简谐效应对球形和直角形纳米粒子表面能的影响．结果表明：纳米粒子表面生成能与原子数、形状、原子相互作用势有关；表面能随原子数增大而增大，原子数较小时变化较快，原子数较大时变化较缓慢；表面能随温度升高而减小；直角形纳米粒子的形状因子f=1时，表面能有最大值，f〈1时变化较快，f〉1时变化比较缓慢；相同情况下，球形纳米粒子的表面能比立方形纳米粒子大．考虑非简谐效应时的表面能要比简谐情况的小．     

非简谐振动和吸附对金属基外延石墨烯吸附系统电导率的影响

考虑到吸附原子与外延石墨烯原子的相互作用以及石墨烯原子的非简谐振动,研究了外延石墨烯吸附系统的电导率随温度变化的规律.以吸附在Cu和Ni基外延石墨烯上的W原子的系统为例,探讨了原子非简谐振动和吸附对电导率的影响.结果表明:①金属基外延石墨烯吸附系统的电导率随温度升高而减小,不考虑声子-电子的相互作用和吸附时,系统的电导率随温度升高而增大,但变化极小;②声子-电子相互作用引起的电导率改变量随温度升高而减小,几乎与温度成反比;③吸附引起的电导率改变量在温度不太高(低于600 K)时可以忽略,而温度较高时则随温度升高而迅速增大,温度达到1 000 K时,吸附对电导率的影响可占总量的4.35%;④原子非简谐振动对系统的电导率有重要影响.简谐近似时,电导率几乎与温度成反比.考虑到原子非简谐振动后,电导率比简谐近似的值增大,温度愈高,非简谐效应愈明显.     

非简谐振动对 Fe1-x CoxSi合金热力学性质的影响

建立Fe1-xCoxSi合金的物理模型,应用热力学和固体物理理论,得到系统的吉布斯函数和自由能以及德拜温度、弹性模量、热容量随温度变化的解析式,探讨了非简谐效应以及杂质浓度对Fe1-xCoxSi合金热力学性质的影响.结果表明:(1)合金Fe1-xCoxSi的德拜温度和弹性模量均随温度升高而减小,但变化非常缓慢,而定压热容量随温度升高而非线性地增大,其中温度较低时,近似遵从T3次方定律;(2)Fe1-xCoxSi的德拜温度、弹性模量、定压热容量以及非简谐项对热容量的影响均随含钴杂质浓度的增加而增大;(3)若不考虑原子的非简谐振动,则合金的德拜温度和弹性模量为常量.在考虑到原子非简谐效应项后,则随温度变化而变化.温度愈高,杂质浓度和非简谐振动对合金热力学性质的影响愈显著.     

类石墨烯材料AlN单层膜德拜温度和热容量随温度的变化

在充分考虑原子非简谐振动的基础上,研究了氮化铝(aluminium nitrite, AIN)单层膜的键能、德拜温度和热容量随温度的变化规律.结果表明,研究相关热学参量时应考虑非简谐效应,温度越高,非简谐效应的影响越明显,第2非简谐效应的影响越显著. AlN单层膜的共价能、共价参量和极性参量均随温度呈非线性变化,在500～1 500 K的温度范围变化较快,高于1 500 K,变化逐步变缓,最终平稳.极低温下,键能随温度升高而线性地增大,高于150 K后,键能随温度升高而非线性地增大,且温度愈高,非简谐效应愈显著.德拜温度随温度升高而线性地增大.温度不太高时,定容比热随温度升高而线性地增大,温度较高时,定容比热随温度的升高逐步变缓.     

晶体结构相变非简谐效应研究进展

在介绍晶体材料结构相变非简谐效应的物理模型的基础上,论述了一维绝缘材料不可通约结构相变、二维二元合金结构相变和石墨烯材料半金属-反铁磁-顺磁态相变、三维拓扑材料结构相变和热电材料结构相变等晶体结构相变非简谐效应的研究情况,以及该课题组近20年来所采用的研究方法和所得的重要结论.阐述非简谐效应在晶体材料结构相变中的作用,最后展望了晶体结构相变中非简谐效应的研究前景,为新材料结构的预测设计和材料界面调控提供理论参考.     

EAM理论计算过渡族BCC金属二元合金的热力学性质研究取得进展

1984年后在密度函数理论基础上发展起来的嵌入原子方法(EAM)理论,在合金相理论中有着广泛的用途.1989年Johnson运用他所提出的EAM理论方法计算了过渡族FCC金属二元合金的稀溶解热和形成热,结果与实验数据及第一原理计算结果符合较好.但至今尚未见EAM理论对BCC金属二元合金热力学性质计算报道.我们使用1990年Johnson提出的BCC金属EAM模型的原有形式进行了计算,发现结果较差,与实验