J_1-J_2 簇的数值模拟

J_1-J_2 簇的数值模拟

一、J_1-J_2团簇的数值模拟研究(论文文献综述)

耿丽君[1](2021)在《钴/镍团簇的稳定性及气相反应研究》文中指出团簇科学是一门涵盖原子与分子物理、凝聚态物理、量子化学、表面化学及纳米材料等领域的交叉学科。深入研究尺寸依赖的团簇结构稳定性与反应性有利于揭示物质结构演变规律与纳米催化微观机制,也是研发功能性团簇基因新材料与新催化剂的前提和基石。过渡金属团簇具有特殊的d或f电子结构,往往表现出一些多样有趣的物理和化学性质,使其成为了当前团簇研究领域的最重要研究对象之一。但是这些金属的金属-金属键能相对于它们与氧的键能往往小很多、容易形成氧化物或带其它非金属杂质,从而导致其气相纯金属团簇的制备具有较大的挑战。然而,本论文的研究中使用实验室自主研制的实验装置,测得了 3d轻过渡金属气相钴/镍团簇的1-50个原子的阴离子、阳离子、以及中性物种的正态分布质谱,系统研究了这些尺寸依赖的钴/镍团簇的稳定性与气相反应。钴/镍在地壳中含量丰富,廉价易得,在工业催化、光电器件、能量转化、分子电子学等领域应用广泛。研究钴/镍金属团簇与小分子的反应有利于加深理解对表面吸附、化学反应过程及特殊稳定产物形成的微观机制,促进新型功能性团簇基因材料与器件的设计与制备。以下是本论文各部分的主要研究内容和重要发现与结论。(1)钴团簇Con±/0与氮气反应:超原子Co6+和超原子配合物Co5N6+科研人员在气相团簇的研究中发现了许多具有高对称结构和特殊稳定性的团簇新物种,并提出了“狭义和广义超原子”(Special and General Superatoms,狭义指遵循胶体模型的裸金属团簇;广义则包括杂原子/配体保护金属团簇)。本论文通过质谱观测Con±/0团簇与氮气的反应,发现Con+团簇阳离子比其阴离子和中性物种与N2反应更活泼,Con+团簇可以吸附一个或多个氮气分子。有趣的是,Co6+团簇在大量的氮气环境中未形成任何氮化物、表现出它的特殊稳定性;与此不同,Co5+团簇较为活性而且Co5N6+产物在质谱中占主导。结合密度泛函理论计算,揭示了 D3d高对称性的Co6+团簇具有开壳超原子(1S21P3‖1D0)稳定性、电子离域的芳香性、最高占据分子轨道-最低未占据分子轨道(HOMO-LUMO)间有较大能隙,以及反应性弱于其他Con+团簇的Co-N相互作用等特征;阐述了稳定的超原子配合物Co5N6+具有与Co5+团簇类似的超原子轨道特征以及增大了的HOMO-LUMO能隙。该工作为“狭义和广义超原子”的研究提供了典型范例,为设计稳定与高效的钴基材料提供了可靠的实验信息。(2)纯金属团簇Con≥3+与氨气的析氢反应催化分解氨制取氢气具有无污染的优点,是目前发展清洁、可存储、和可持续能源的重要研究方向之一。实验中,记录了Con±/0团簇与氨气反应的高分辨率质谱,发现阴离子Con-团簇具有惰性,而中性Con团簇能够吸附多个NH3分子,但阳离子Con≥3+的催化活化N-H键的性能最好。运用密度泛函理论计算从能量分析、电荷分析、部分态密度、势能曲线扫描、自然键轨道等多角度分析、揭示了钴团簇电荷依赖的反应性依次为Con+>Con>Con-。此外,通过动力学路径计算阐明了 Co+和Co2+在与氨气反应时无法为第二次氢原子转移提供活性位点、而Con≥3+团簇可以为氨分解脱氢提供协同活性位点,进而揭示了钴团簇尺寸依赖的反应活性。这项研究在金属表面吸附氨的析氢机理方面以及氨燃料电池的设计方面具有有用的理论指导意义。(3)中性Con团簇与氧气反应:金属氧立方Co13O8的发现探索稳定的团簇以了解从原子到宏观物质的结构演化并构造新材料是一项非常有趣但具有挑战性的工作。基于深紫外激光电离质谱技术,研究了中性Con团簇与氧气的反应,发现了特殊稳定的Co13O8新物种。结合DFT计算确认了Co13O8团簇具有立方的核壳结构以及较大的磁矩(30μB),解释了二十面体金属团簇Co13与O2反应形成Co13O8团簇的合理过程。运用分子动力学模拟,揭示了氧饱和的Co13O8在高温及更多氧分子的微扰下具有稳定性的机理。结合电子结构及轨道分析阐明了 Co13O8的特殊稳定性与其独特的立方结构、HOMO-LUMO间较大的能隙、以及立方芳香·性密切相关。本工作将这类新型的氧钝化金属团簇命名为“金属氧立方(metalloxocubes)”,它可成为构筑新基因材料的合适候选者。(4)镍团簇与氧气反应的研究:金属氧立方Ni13O8±通过研究Nin±团簇和氧气的反应,探寻了它们的反应模式以及金属镍氧化物的稳定性机制。实验发现,Ni13O8±团簇在Nin±团簇和氧气反应的质谱中占主导地位。DFT量子理论计算与分析表明,Ni13O8±团簇具有与Co13O8类似的立方结构及芳香性。与Co13O8不同的是,Ni13O8-和Ni13O8+团簇分别有16μB和12μB较低的自旋磁矩,它们分别对应的alpha自旋向上单电子数为15和11个。通过自旋布居分析揭示了Ni1308-团簇具有铁磁性、而Ni13O8+团簇具有亚铁磁性。此外,本研究表明,这类磁性团簇的稳定性与其具有超原子化合物的键合性质相关。这类稳定的、自旋电子数可调控的铁磁性/亚铁磁性的“金属氧立方(metalloxocubes)”可为自旋电子学、分子电子学、和催化等基因材料的研究提供理想的候选材料。

华泽嘉[2](2021)在《汪清油页岩热解特征及气体热载体干馏技术研究》文中指出“能源与资源”是人类永恒的主题。油页岩干馏可制取页岩油作为石油的补充能源。目前,国内主要应用抚顺式气体热载体干馏炉炼油技术获取页岩油,技术相对落后,油收率低,且油页岩浪费严重,污染环境,严重影响了油页岩的综合开发利用。因此,掌握油页岩的干馏炼油机理,研发先进的油页岩气体热载体干馏炉是需要重点解决的基础应用性关键问题,也是油页岩综合利用中污染物控制和高效节能的途径。本文以汪清油页岩为研究对象,采用实验研究与理论研究相结合的方法,紧密围绕汪清油页岩热解过程中气体释放特性与热解反应性,利用FLASHCHAIN模型预测热解气体产物的生成规律。深入探究油页岩气体热载体干馏热源——热解气体产物的生成规律,对气体热载体干馏炉内干馏过程进行三维数值模拟,并开发新型气体热载体干馏装置。本文从宏观到微观、从表观到本征全方位研究油页岩热解气体释放机理,并从实验研究到模拟计算和设计开发,最终研发先进的油页岩气体热载体干馏系统并通过工程化验证实验。本文主要工作如下:利用FT-IR及13C-NMR分析汪清油页岩有机结构的官能团与碳骨架结构分布。结合TG-FTIR结果,采用分峰拟合的方法探究汪清油页岩热解过程中热解气体的释放特性。利用TG分析结果研究汪清油页岩不同升温速率的热解特性。运用Friedman法、FWO法和DAEM模型计算油页岩低温热解的动力学参数。研究结果表明:-COOH官能团在200℃以上会分解生成CO2。热解温度超过600℃,碳酸盐裂解继续生成CO2气体,同时伴随有少量CO的析出。对于汪清油页岩热解,FWO法和Friedman法计算的表观活化能随转化率连续变化。两种方法的平均活化能分别为233.71kJ/mol和234.61kJ/mol。综合F检验和量准则检验得出Logistic DAEM模型适合求解汪清油页岩的动力学参数,低温热解活化能为238.67kJ/mol。探究汪清干酪根热解轻质气体的释放规律。结合FLASHCHAIN模型及密度泛函理论预测热解产物的生成特性与反应机理,研究干酪根在不同热解温度主要官能团变化规律,判断热解过程中析出气体的主要来源。研究结果表明:干酪根热解气体产物主要为低碳数烃类,还有少部分为CO2和CO。随着热解的进行,干酪根FT-IR中脂肪烃区域振动强度逐渐减小并最终消失。干酪根热解形成CO的过程,首先是脂基结构结构,其次是羰基结构,最后为醚键结构。无论是脂肪烃还是芳香烃结构,形成CH4的过程都是主要发生分子间H原子的转移,杂原子O有助于油页岩油母质发生热解形成CH4。干酪根分子的烷链支化度呈出先减小后增大又减小趋势,在470℃左右时-CH2-和-CH3的振动吸收峰面积之比最大为7.064。针对气体热载体式干馏过程使用Ansys-Fluent对其进行三维数值模拟,在Fluent中利用多孔介质模型,并采用自定义程序对炉内流动与传热传质过程进行模拟计算。研究结果表明:在固定床内流体流动的模拟研究中,采用以Ergun方程为基础的多孔介质模型和RNG k-□湍流模型能够较好的吻合干馏过程中的传热传质过程,研究结果可为气体热载体干馏炉设计开发提供理论依据。为确保干馏效果,提高气体与颗粒间的接触面积和时间,可在干馏段形成同轴或偏心轴撞击流分布方式的涡流。建立油页岩颗粒物料传热传质模型,预测床内温度、水分和挥发分随时间的变化规律。当进气速度和进气温度分别提升1.5m/s和1 00℃时,干酪根热解反应进程分别加快1600秒和600秒。当进气速度和进气温度分别降低1.5m/s和100℃时,干酪根热解反应进程分别降低1600秒和600秒。此外,在当进气温度分别提升或降低100℃时,热解前期的过程中水分最大蒸发速率则分别提升11.4%或降低24.7%。根据汪清油页岩及干酪根的有机结构及热解气体释放特性分析,以干馏过程数值模拟为基础,开发新型气体热载体干馏系统,并开展了中试实验。研究结果表明:干馏炉供热能力设计符合工艺要求,实际运行时热瓦斯平均供热温度为572℃,干馏炉内恒温段最高温度为520℃至550℃。入炉瓦斯平均温度与干馏炉内最高干馏温度差值为30℃至50℃,干馏炉保温效果较好,干馏炉热损失比较小。新型气体热载体干馏装置实现了干法排焦,半焦中水分为低于2%,可以直接作为循环流化床锅炉的燃料,瓦斯加热炉无积碳结焦问题。试验期间收油率为91.7%,为新型气体热载体干馏炉的工程化与大型化奠定基础。

王玉品[3](2021)在《分数阶非线性动力系统分形分析与控制》文中提出随着科学技术的日新月异,人们对大自然的认识不断深入,分形和分数阶系统已然成为当下的理论热点和技术前沿,是诸多领域特别是在交叉学科中对各类非线性过程和反常现象进行建模、刻画、分析和控制的有力工具,吸引着国内外众多学者的持续关注.一方面,以Julia集为代表的分形集直观地表征着系统状态的某些渐近性质,对其的分析和估计可以帮助人们更好地理解和把握系统的复杂性,而系统的某些性态需求也可以通过控制其Julia集来得以实现.此外,Julia集和扩散限制凝聚模型等本身亦是重要的分形研究对象,具有错综复杂的内部结构和异乎寻常的有趣性质.另一方面,分数阶系统通常用于刻画具有记忆性、遗传性或者非局部性的现象和行为.此类现象或行为具有本质的非线性和高度的复杂性,一般无法通过经典整数阶模型给出简洁清晰的解释.而且,越来越多的研究已经证实,自然界中多数系统本质上即是“分数阶,,的,通过传统方法得到的整数阶模型只能反映某些局部性质或得到一些粗略结果.因此,结合分形理论和分数阶系统理论,从分形视角研究分数阶系统,将分数阶元素引入经典分形,可为非线性系统理论的研究提供新的分析工具和控制方法,也可为非线性问题的动力学建模与应用拓展新的途径,具有十分重要的理论意义与现实价值.本文立足理论、服务应用,融合分形理论和分数阶系统理论,构建几类分数阶分形对象,从定性和定量两个层面探讨分数阶系统的分形动态性质,解决分数阶分形集的控制或同步问题,为进一步理解分数阶动力学以及描述自然界中的某些非线性现象提供新的视角和可行的方法.研究内容主要包括以下四个具体方面:1.基于分数阶Lotka-Volterra模型的连续分数阶系统Julia集的分形动态分析和控制.推广现有的分数阶Lotka-Volterra模型,设计耦合雅可比矩阵以分析系统均衡点的稳定性,定义模型的Julia集并讨论其分形特征,通过三种不同的控制策略实现Julia集的控制并进行比较,设计耦合项以实现两个具有不同系统参数的Julia集的同步.进一步,将分数阶Lotka-Volterra模型推广至复数域并引入动态噪声扰动,以研究系统空间Julia集的结构和性质;定义Julia偏差指数定量地分析几类动态噪声对系统Julia集的影响,并讨论Julia集的对称性以及噪声对其的破坏作用.2.基于分数阶差分Logistic映射的离散分数阶系统分形集的动态分析和同步.研究基于离散分数阶微积分框架的差分方程所导出的Logistic映射.通过Julia集和Poincare图,讨论映射的分形和混沌特征,并与定义的分数阶差分二次映射进行比较,阐明这些动力学现象所反映出的分数阶差分映射的记忆效应;设计耦合控制器以实现分数阶差分Logistic映射和分数阶差分二次映射之间的同步.进一步,提出传统映射分形集的分数阶化准则,并给出经典二次映射的Julia集和Mandelbrot集分数阶化的若干具体方案,同时比较分析这些推广之间的差异.通过可视化技术和维数分析,研究映射阶数对其分形集的影响.3.基于Mittag-Leffler函数的分数阶函数迭代Julia集的分形动态分析和同步.研究基于Mittag-Leffler函数的一类由分数阶函数所构成的不确定离散复动力系统的Julia集.推广几类经典的非多项式函数迭代的Julia集,讨论函数参数对集合分形特征的影响.提出一种直接适用于复动力系统的自适应控制策略以同步具有不同系统参数的两个系统的Julia集,并对其中的未知参数进行辨识.4.基于分数阶扩散限制凝聚模型的分数阶偏微分系统的分形动态分析.利用分数阶扩散机制,改进经典扩散限制凝聚模型,构造得到一类分数阶扩散限制凝聚以作为模拟分形生长的新方法.分数阶算子独特的记忆性最终可以宏观地反映为凝聚团簇的定向性,定义各向异性指数并结合分形维数量化模型阶数对凝聚行为和团簇结构的影响.综上所述,本文创新性地研究了几类基于典型分数阶系统的分形集,分析了分数阶分形的性质和特点,讨论了系统阶数对系统分形的作用,实现了分数阶Julia集的控制、同步和未知参数的辨识,改进了相关的可视化算法,扩充了分形理论研究的知识框架,丰富了分数阶系统的研究方法,为分形理论和分数阶系统理论的进一步应用提供了一定的技术支持,对更一般分数阶系统的分形分析和分形控制问题的研究也具有借鉴意义.

陆大宝[4](2021)在《电子束作用下固体和纳米材料中的电子激发研究》文中认为固体中原子的内壳层电子保留有元素依赖的特征能级信息,可以用作为材料元素种类的鉴定。与此不同的是,价电子往往通过公有化的方式存在整个材料体系中,它们最终形成的电子结构不仅依赖于原子的种类,而且与材料内原子的组合形态相关。材料中这些繁杂丰富的价电子结构赋予了材料不同的理化性质,例如导电性、光学性质和催化活性位点等等。如何对材料的价电子进行探测、表征与应用是目前凝聚态物理领域的研究重点之一。本博士论文的研究内容主要包括两个部分:一是从理论上发展了一套具有位置依赖的微束电子探针与材料非弹性相互作用的计算模拟方法。另一部分则是研究从实验二次电子能谱中找寻其在材料识别和非晶态碳材料的长程有序度表征的关键信息。具体内容如下:第一章总结和概述了研究电子与材料非弹性相互作用的几种理论框架,阐述了这些方法的适用范围以及优缺点,简要介绍了本文发展的半经典理论框架,最后回顾了二次电子激发理论的发展历程。第二章介绍了密度泛函理论的理论基础,包括基态密度泛函理论和处理激发态的含时密度泛函。第一性原理计算是本文中关于纳米团簇电子能量损失谱模拟表征局域激发性质的重要工具。首先回顾了经典的Hartree-Fock方法,然后引申出多电子相互作用体系中电荷密度的重要性。着重描写了密度泛函理论的思想基础,通过Hohenberg-Kohn第一定理和第二定理,建立一个无相互作用粒子体系来对应真实相互作用体系的求解思路。同时阐述了关于交换关联泛函的分类、赝势的构造和基组的三种类型表达。之后介绍了含时密度泛函的发展由来,着重介绍了通过Runge-Gross定理建立对含时外场与体系密度演化的一一对应关系,从而建立起了真实系统与无相互作用系统密度响应的关联。最后我们介绍了在含时密度泛函框架下利用线性响应技术计算材料光吸收的方法。第三章介绍了我们自主发展的一种半经典的理论模型,并运用于研究在汇聚电子束作用下纳米材料内电子的激发行为。这种方法可以有效地包含电子束的位置信息,从而解决了之前研究中难以考虑位置依赖信息的难题。使用此方法研究了 zigzag纳米石墨烯体系中等离激元激发贡献的来源。通过模拟的电子能量损失谱研究表明,该方法可以在亚埃尺度上表征材料内的电子激发情况,通过对不同入射位置的电子能量损失谱比较,指出边界态的激发的影响范围只有几埃。除此之外,针对超大体系电子能量损失谱的模拟,利用扩展的紧束缚哈密顿量模型,并结合投影势的计算技术,将位置依赖的电子能量损失谱模拟体系扩大到包含数千个碳原子的缺陷石墨烯超晶胞,从而解决了对超大体系进行位置依赖的电子能量损失谱模拟的困难。仔细地研究了单个氮原子、单个硼原子、单个碳空位下局域化杂质态的形成,模拟结果表明缺陷的存在还会导致体系π电子态重构。通过电子能量损失谱模拟发现电子束在缺陷位置入射时,氮(硼)掺杂可以有效地增强(抑制)电子激发的主峰强度,而碳空位缺陷则会导致低能激发的增强。大空间尺度下的电子能量损失谱模拟表明,石墨烯中单缺陷产生的电子激发局域影响通常在1个纳米以内。第四章对纳米石墨烯体系中单个碳原子杂化方式的改变对等离激元激发的影响进行了仔细地探讨。通过引入额外氢原子吸附的方式,发现内部或者边界碳原子从sp2杂化向sp3杂化转变时会明显的抑制体和边界等离激元的激发。进一步的分析表明,单个碳原子杂化方式的转变会造成诱导电荷和诱导电场的重构,并且这一现象即使在体系的尺寸达到2纳米时仍然显着。第五章中针对固体材料中二次电子发射问题,基于二次电子产生与固体电子结构存在关联性的思考,提出了在二次电子能谱中提取出可用于材料表征的特征信号思想。提出了更为科学的双对数微分谱处理方法,成功地提取出了隐藏在二次电子能谱中材料的指纹信息。结合机器学习中的支持向量机方法,在对50多种材料的识别中达到了 98%的识别精度。这一研究为构建基于二次电子的表面多分析手段打下了坚实的基础。第六章进一步将二次电子的双对数微分谱应用于sp2杂化的碳同素异形体的研究中,将之与俄歇电子能谱和反射电子能量损失谱对比,表明可以从二次电子能谱中提取出与材料长程序相关的信息。研究成果揭示了这些材料中二次电子激发具有同源性,运用相似性判据建立了基于双对数微分谱对非晶碳长程序的数值化表征技术。第七章中对本博士论文进行了系统的总结和展望。

张康宁[5](2021)在《非富勒烯有机太阳能电池多尺度激发态动力学及稳定性研究》文中研究说明有机太阳能电池因其具有柔性、轻质、半透明和可溶液加工生产等优势受到了广泛的关注。近年来,非富勒烯有机太阳能电池研究取得了令人瞩目的进展,其光电转换效率已经突破了 18%;这一进步显着地推动了其商业化的进程。然而,要想实现有机光伏器件的实际应用,一个关键的挑战是在光活性层足够稳定的情况下获得高的器件效率。目前,非富勒烯有机太阳能电池的光伏效率还低于钙钛矿太阳能电池且器件长期的稳定性也远未达到实际应用的标准。因此,为了进一步改善有机光伏器件的效率和稳定性,在本论文中,我们发展了揭示器件性能演化的多尺度激发态动力学新模型,构筑了超快光物理机制与超慢稳定性过程间的本质联系,以时间和空间为主要研究脉络,对激子扩散、空穴转移和非富勒烯受体动力学聚集等行为进行了深入的探索与讨论,具体研究内容如下所述:(1)氟化和氯化策略的应用催生了大量新型的有机功能材料,并在提高有机太阳能电池器件效率方面取得了巨大的进步。然而,在这些高性能有机光伏体系中,它们对光生载流子动力学的影响机制仍然不清晰。在本部分工作中,依托于PBDB-T、PBDB-T-2C1、ITIC和IT4F组成的2×2矩阵光伏体系,我们系统地研究了有无氯化的给体和有无氟化的受体之间的相互作用机制。实验结果表明给体的氯化可以增强激子的扩散和弛豫速率并且促进正极化子的提取。基于IT4F受体的光伏体系具有更加高效的电荷转移和更大数量的长寿命极化子,这非常有利于电荷载流子的产生。氟化和氯化的协同效应改善了激子的离域、减小了激子的束缚能和库仑捕获半径进而增加了电荷分离的效率并且降低了双分子复合的可能性。此外,同时应用氟化和氯化可以优化分子堆积和纳米尺度的相分离,从而促进激子的扩散、解离以及电荷的传输。本部分工作主要探索了氟化和氯化策略对于这些基本光物理机制的影响,不仅可以为高性能有机材料的发展提供新颖的视野,而且对加强器件效率有着积极的意义。(2)基于三元策略协同地应用富勒烯衍生物和非富勒烯受体各自的优势是一种同时改善器件效率和稳定性的有效方法。在本部分工作中,我们把ICBA作为额外组分掺入到高效率的PBDB-T-2F:BTP-4Cl中制备三元电池。接触角实验结果证实了 ICBA和BTP-4Cl具有较好的兼容性,这表明少量非晶态的ICBA主要分布在BTP-4Cl中从而形成混合良好的受体相,这显着地减小了由于过大的相分离导致的激子衰减损失,并且增强了三元共混薄膜形貌的稳定性。添加适量的ICBA不仅可以诱导其与BTP-4C1之间长程的共振能量转移,而且改善了 BTP-4C1和PBDB-T-2F之间超快的空穴转移速率,这促进了实际电池内更加高效的电荷产生。基于增强的光子捕获特性、促进的电荷转移效率、更加平衡的电荷传输特性以及更加稳定的微纳形态结构等优势,三元有机光伏器件展示出超过16.5%的平均效率和优越的光耐受性。本部分工作的研究结果表明使用富勒烯衍生物作为双功能添加剂在同时提高器件的效率和光稳定性方面具有巨大的潜力。(3)皮秒时间尺度上长程的激子扩散是有机光伏器件工作机制中的一个关键步骤;然而在三元有机太阳能电池中从较宽的时间尺度上调控这一过程仍然面临严峻的挑战。在本部分工作中,我们将球形的富勒烯衍生物PC71BM作为第三元分别引入到两种具有代表性的PM6:IT4F和PM6:BTP-4C1体系中,获得了同时加强的光伏性能和热稳定性;并且系统地揭示了激子扩散行为如何在从超快到超慢的时间尺度上得到显着地改善和维持。激子扩散的改善可以归因于两种不同的机制:1)双Forster共振能量转移促进了激子的定向扩散并且快速地猝灭了高能激发态进而稳定了“能量给体”。2)三元体异质结光活性层更加优化的多尺度形貌诱导了大量的给受体界面区域,缩短了激子扩散的实际距离并提高了微纳形态结构的稳定性。最终,应用激子-激子湮灭策略定量计算的双FRET效应诱导的IT4F单重态激子的扩散长度超过了 10 nm。本部分工作不仅从调控激子扩散的角度上为增强光伏性能和稳定性提出了新颖的策略,而且丰富了富勒烯受体的工作机理,为今后以非富勒烯受体为主的有机光伏器件的进一步发展提供了更多的选择和思路。(4)亚稳态形貌的衰减是现阶段有机光伏器件走向实际应用的一个重要挑战。在本部分工作中,我们通过使用多功能化的合金态来抑制Y系列非富勒烯受体在老化过程中的动力学聚集行为,进而实现了高性能三元电池的成功构筑。选取自稳定的聚合物受体PDI-2T和小分子给体DRCN5T作为第三组分,将类合金模型分别应用到高效率的PM6:BTP-4Cl二元本征体系的主给体和主受体材料中,同时提高了器件的效率和存储稳定性。在这两个三元有机光伏体系中,两种不同的工作机制可以揭示合金态的稳定性功能:1)受体合金增强了 BTP-4Cl分子的构象刚性,抑制了其分子内的振动,使高能激发态快速弛豫,从而稳定了 BTP-4C1受体。2)给体合金优化了 PM6聚合物的纤维网络微结构,抑制了 BTP-4Cl分子缓慢的动力学扩散和聚集。此外,基于优越的体异质结形貌稳定性,三元有机太阳能电池中的非辐射缺陷捕获系数大幅度降低,而且没有形成长寿命的捕获电荷。本部分工作的实验结果强调了可以通过构筑多功能化的合金态来增强三元有机太阳能电池长期稳定性的新型保护机制。

王子敬[6](2021)在《伴有异质凝结的气固相互作用数值研究》文中研究表明异质凝结现象在日常生活中广泛存在,近年来我国人民深受其害的雾霾污染就起始于大气颗粒物的异质凝结过程。真实条件下的异质凝结影响因素众多,现有的异质凝结理论在成核率、增长率、凝结核-液滴转换及演化规律等方面均存在不足。本文采用分子动力学(MD)方法,建立了基于气固相互作用模型的异质凝结微观研究体系,对伴有凝结的气固相互过程进行了直接模拟和精细建模探索,为完善异质凝结理论奠定了基础。利用分子动力学模拟研究了高饱和度水蒸气在不溶性纳米颗粒表面凝结的初期过程,主要关注颗粒表面曲率和润湿性的影响。结果表明,水蒸气成核存在两个线性阶段。在第一阶段中,水蒸气分子单体首先被壁面吸附,之后通过随机迁移运动,在表面上随机形成团簇。成核速率会受到朝向颗粒表面运动的分子数通量和吸附概率的共同影响。前者随表面曲率减小而降低,后者与气固相互作用强度成正比。在第二阶段中,表面同时会吸附空间中的水分子单体和同质凝结产生的水分子团簇。由于对小颗粒的空间限制,成核速率因吸附同质团簇而提高,因颗粒表面团簇融合而降低,导致此阶段成核速率基本上不受颗粒半径的影响。凝结前期团簇平均尺寸较小且在一段时间内基本不变,随后开始增长且生长速率逐渐增大。分子动力学计算量巨大,直接模拟真实条件下的异质凝结完整过程非常困难且效率极低。本文将异质凝结分解为分子尺度的气固相互作用与颗粒尺度的凝结增长等两个过程,对更基础的前一过程开发了基于GPU平台的分子动力学并行算法,使得计算时间降低两个量级,成功实现对气固相互作用过程的直接模拟。进而,以大量的直接模拟数据为基础,应用机器学习方法构建更精确的相互作用模型。对不可凝结气体与固壁的相互作用进行了直接模拟。结果表明,经典散射核模型均不能重现数值模拟结果。为此,以经典Cercignani-Lampis-Lord(CLL)模型为基础,建立了修正CLL(MCLL)、联合散射核(JK)等两种改进模型。MCLL模型放弃CLL模型调节系数为常数的假设,给定了调节系数与入射状态的定量关系,能够准确预测MD模拟统计得到的同方向反射-入射速度对概率密度分布。JK模型由三个调节系数为常数的类CLL散射核线性组合而成,能够准确捕捉反射速度与不同方向入射速度的相关性。与分子束的数值实验进行验证,新构建的散射核与MD结果均基本吻合。随后,改变气固相互作用强度,研究了伴有凝结的气固相互作用模型。针对大比例气体分子被颗粒表面吸附的现象,统计、分析碰撞次数与相互作用时间的特征,建立了可靠且精细的微观凝结判据,将气体分子与壁面作用之后的状态分为吸附和散射两大类,对前者建立了吸附概率模型,对后者以MCLL模型、JK模型为基础,建立了相应的非平衡散射核模型,获得了模型参数与相互作用强度的定量关系。

甄珍[7](2021)在《几种金属间化合物中超位错偶演化的原子尺度模拟》文中进行了进一步梳理金属间化合物具有众多优异性能,有望成为航空、航天等领域的多用途结构材料。位错是影响金属间化合物材料力学性能的主要因素之一。材料在疲劳等力学过程中,位错的增殖和湮灭及其与其它缺陷的相互作用决定材料中的有效位错密度,从而极大地影响材料的力学性能。这个过程中偶极型位错(以下简称位错偶)的形成演化起到关键作用,但受电镜分辨率等条件限制,针对位错偶,尤其是超位错偶的原子尺度实验研究相对较少,且多数模拟研究的模型设置并不能对应实际变形过程,所得到的位错偶构型失真并且与后续点缺陷扩散缺少联系。目前对于超位错偶的稳定形态、湮灭条件和产物及其对后续变形的影响还没有令人满意的回答。为此,基于原子模拟,本文系统探究了超位错偶影响材料塑性变形的微观机理。首先,考虑到γ-TiAl合金应用状态往往涉及高温、高应力的循环载荷,针对其中超位错偶在不同温度下的演化进行分子动力学模拟,分析其演化产物的结构状态,以期为后续研究材料塑性变形中所涉及到的蠕变和疲劳现象提供理论基础。通过计算模拟,在低温下超位错偶演化构型结果表明,非螺型超位错偶在低温下可转化为局部稳定的位错偶或重构核,而在高温下可通过短程扩散转化为孤立或相连的点缺陷团簇和层错四面体。γ-TiAl和α2-Ti3Al中的非螺型超位错偶分别表现出类似FCC和HCP金属的特征。在扩散明显的长程退火过程中,γ-TiAl中的60°超位错偶是稳定的,而α2-Ti3Al中的超位错偶的稳定性随超位错偶高度和取向角的增大而增大。其次,为了全面揭示超位错在演化时所产生的产物结构,采用分子动力学方法对Al基金属间化合物Ni3Al、Fe3Al和Cu3Al中超位错偶间自相互作用进行模拟计算。研究表明在低温下,超位错偶相互作用后的演化产物与超位错偶的高度和角度密切相关,形成空腔、重构偶极子和层错偶极子等复杂的结构,如果超位错偶高度较高,会形成经典的线性结构。高温下,高度为1d的超位错偶在Cu3Al中容易演化为点缺陷构型,而在Ni3Al、Fe3Al中则相对稳定。三个体系中非螺型超位错在高温和低温下演化结果相似,但在Ni3Al、Fe3Al中相对比较稳定;Ni3Al、Fe3Al和Cu3Al体系中超位错偶的稳定性随着位错偶高度的增加而增加。最后,γ-TiAl、α2-Ti3Al、Ni3Al、Fe3Al和Cu3Al体系中超位错偶向点缺陷的演化过程不但存在大量较低激活能的演化路径,而且存在少量激活能极低的奇特演化路径。将上述超位错演化构型结果集成到中尺度或本构模型中,可以很好地评价其对力学性能的影响。

许坤,王海川,孔辉,吴朝阳,张战[8](2021)在《一种新分组团簇动力学模型模拟铝合金中的Al3Sc析出》文中指出先详细介绍了未分组团簇动力学模型和已有的分组法,然后引入一种基于组内团簇密度对数线性分布的新方法。通过比较未分组和不同分组法的团簇动力学模型模拟300℃时Al-0.18%Sc (原子分数)合金中Al3Sc的析出动力学的数值解,证实新的分组法能在保持良好整体和局部精度的前提下显着节约计算成本。新分组法的计算结果与等温析出实验测量的析出平均半径和尺寸分布结果能够比较合理地吻合,预期它在大尺度析出模拟时前景良好。

王永超[9](2021)在《三维石墨烯网络材料的结构特征和力学行为》文中进行了进一步梳理石墨烯在微纳尺度上具有新奇的物理特性,比如面内超快的电子输运、高导热率和超强的面内力学性能等,使它成为一种在催化、吸附、电极、传感器件和复合材料增强等领域有潜在重要应用价值的纳米材料。然而,在制备宏观三维材料时,由于其很大的比表面积和层间吸附作用,容易发生团聚,导致器件性能难以达到预期。构建具有良好连接性的三维石墨烯网络结构是解决该问题的一个有效策略,实验中以石墨烯前体为基础制备了石墨烯组装泡沫,从块状含碳材料出发直接制备了闪热石墨烯、碳化物衍生碳和热解碳等具有石墨烯特征的无序网络结构,理论和模拟预测了石墨烯可以精细组装成有序共价连接网络。这些三维石墨烯网络结构材料在一定程度上继承了石墨烯的优良特性。石墨烯网络结构材料各种功能的实现要基于其自身的结构支撑,某些情况还涉及复杂的力学加载和变形,要确保性能稳定和耐久性,有必要进一步研究其力学性能和变形机制。目前实验手段还不足以提供对其微结构的清晰描述,这限制了性能的预测,对各种加载条件下的变形机制也缺乏必要的认识。由于共价连接网络具有较好的连接形式,在传递载荷方面具有优势,有望应用于轻质高强材料,研究其结构与力学行为对推动新材料性质的预测与应用有重要意义。本文使用分子动力学模拟的方法,研究了无序石墨烯网络和有序石墨烯网络的结构与力学行为。本文揭示了无序石墨烯网络结构形成的演化机制,回答了二维石墨烯如何组装成三维无序网络的问题。用分子动力学模拟研究了碳材料的高温反应过程,根据结构特征,经历了碳原子在局部形成随机取向的多环碎片、多环碎片外延生长并拼接成具有众多缺陷的网络骨架、骨架内的非六元环缺陷向六元环转化的三个阶段。根据最终结构的形貌,发现石墨烯通过五七缺陷的晶界和缺陷团簇在面内进行拼接,通过螺旋位错、Y/T结和碳碳孤键形成层间连接。系统研究了密度和反应温度对最终结构的石墨化率、局部曲率、堆叠形式、连接数量和孔隙特征的影响。随后,本文研究了无序石墨烯网络结构在拉伸、压缩和剪切加载下的微观力学行为,分析了变形机理,以及力学性能与密度之间的幂率关系。发现无序网络在不同加载方式的小应变情况下,都呈现线弹性变形,石墨烯发生可恢复的弯曲和旋转,而且低密度网络结构的平均转动角度更大。无序连接导致局部承载的同时,保留部分结构处于松弛状态,能将断裂破坏限制在局部,表现在应力-应变曲线中较长的塑性区间。无序石墨烯网络结构在低密度情况下也保持了接近于理论极限的模量和强度,克服了普通材料低密度下力学性能大幅恶化的缺点,凸显出共价连接网络相对于非共价连接网络在力学性能上的优势。将石墨烯和碳纳米管通过异质结连接成有序的层柱状网络,本文研究了其在单轴压缩和拉伸大变形下的离面力学行为。发现了该结构具有良好的弹性,在大应变下,石墨烯形成波浪状褶皱,提供了可恢复的大变形,同时导致结构的横向尺寸收缩,压缩时还伴随着碳管的倾斜,呈现出负泊松比现象。压缩和拉伸加载下失去弹性的变形机制不同,压缩下为层间成键和层间吸附,受到碳管间距影响,且压缩弹性在两种模式的临界点处取得最大值,而拉伸下为异质结处断裂,拉伸弹性随碳管间距增大而增大,提供了对有序石墨烯网络结构性能的新认识。本文的工作以微纳尺度视角给出了实验中难以观察到的三维石墨烯网络的结构形貌、不同加载下的变形机制以及结构参数对力学性能的影响,将有助于认识闪热石墨烯、热解碳和碳化物衍生碳的形成过程,指导实际材料的性能预测,为高性能三维石墨烯材料的设计和应用提供了思路。

王甘霖[10](2021)在《大气成核与纳米线生长的第一性原理研究》文中认为化学一直作为一门实验科学为大众所熟知。从量子力学建立,求解波函数,到密度泛函理论的建立,伴随着计算机技术的发展,计算化学也一直在蓬勃发展。微观体系的第一性原理研究已是涉及物理,化学,材料科学等研究必不可少的手段。成核与生长机理研究对理解气相颗粒物以及纳米材料的形成机理有重要意义。本论文就第一性原理应用于大气团簇成核和一维纳米线形貌调控机理做了详细研究探讨。第一章就研究中涉及的理论方法进行简介。包括密度泛函理论和团簇搜索算法的介绍。第二章对大气成核背景及现有研究做了综述。气溶胶影响空气质量,人类健康,生态系统乃至天气气候。初级气溶胶由自然或者人为直接排放到空气中,二次气溶胶通过不同的物理化学途径生成,被认为是大气颗粒物的主要来源而受到关注。人们对二次气溶胶的研究分为实地测量,实验室仪器探究和理论、模型研究等。一直以来,低挥发性物质被认为是大气成核的关键,如研究最多的是硫酸,碘氧化物和低挥发性的有机物。随着经济发展,城市环境污染加重,极大影响人类正常活动,城市污染物及环境的复杂性,使得以往的研究不能够很好的对城市中发生的新粒子成核现象进行解释。近年来,工业脱硫技术以及排放标准的提高,SO2的含量逐渐下降,但是NOX的排放量却在不断提升,城市雾霾成分硝酸盐所占比例不断提升。最新对硝酸-氨气体系成核研究认为,硝酸铵的饱和比才是凝结的热力学驱动力。第三章、第四章是利用第一性原理进行的以硝酸-氨气体系为载体的大气成核研究。对于酸碱体系,计算了含有四种硝酸和四种氨的体系。空气中含有大量的水分子,利用电子结构计算,研究成核物质的水团簇,以得到更准确的在不同相对湿度下的蒸发系数,从而更准确地模拟形成速率和生长路径,对成核过程有更深刻的认识。在我们的工作中,我们将水合物中所含的水分子数计算为5~13,以实现收敛。研究结果为不同相对湿度特别是较高相对湿度下的成核过程提供了更准确的描述。基于最优能量构型,进行了一系列的数据分析,包括水化分布、碰撞系数和蒸发系数。蒸发系数是最能直接反映团簇稳定性进而决定其成核生长情况最重要的参数。分析结果反映了相对湿度对团簇蒸发速率的敏感性及其对部分蒸发路径的影响。进一步的模拟得到的形成速率和生长路径表明,在污染物浓度较高、温度较低和相对湿度较高的条件下,形成速率显着提高。随着初始[HNO3]、[NH3]浓度、温度和相对湿度的变化,生长路径反映的成核机理也发生了变化。第五章实验合作组在实验上通过控制有机表面活性剂PVP(聚乙烯吡咯烷酮)和CPK(环戊酮)的比例,能够精准调控Te/Pd纳米线生长,我们利用第一性原理计算探究,给出微观的解释。我们模拟了2-吡咯烷酮(2P)和CPK在Te/Pd特定晶面的吸附能,通过计算测试发现这些分子结构中的氧与表面作用最强,以氧吸附在特定位点作为基准建立吸附模型,寻找最低构型,计算出相应表面吸附能。调控生长的内在机理就是不同分子在不同表面吸附能存在差异,从而控制表面活性剂的比例就能够精准调控纳米线的形貌。

二、J_1-J_2团簇的数值模拟研究(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、J_1-J_2团簇的数值模拟研究(论文提纲范文)

(1)钴/镍团簇的稳定性及气相反应研究(论文提纲范文)

中文摘要
ABSTRACT
论文中部分符号说明
第一章 绪论
    1.1 金属团簇概述
        1.1.1 轻过渡金属团簇概述
        1.1.2 重过渡金属团簇概述
    1.2 铁/钴/镍金属团簇
        1.2.1 铁/钴/镍金属团簇的结构
        1.2.2 铁/钴/镍团簇的反应性
        1.2.3 铁/钴/镍团簇的磁性及芳香性
    1.3 气相团簇的实验研究方法
        1.3.1 气相质谱实验技术概述
        1.3.2 中性光电离技术概述
    1.4 理论研究方法
        1.4.1 密度泛函理论(DFT)
        1.4.2 过渡态理论与反应路径的计算方法
        1.4.3 势能面全局搜索方法与团簇结构的预测
    1.5 本论文的选题背景与研究内容
    参考文献
第二章 Co_n~(±/0)团簇与氮气反应:超原子Co_6~+与超原子配合物Co_5N_6~+
    2.1 引言
    2.2 研究方法
        2.2.1 实验方法
        2.2.2 理论方法
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 质谱观测
        2.3.2 几何结构、电子结构、和能量计算
        2.3.3 超原子特征与稳定性
        2.3.4 芳香性
        2.3.5 钴-氮相互作用机制
        2.3.6 反应动力学
    2.4 结论
    参考文献
第三章 纯金属团簇Co_(n≥3)~±与氨气的析氢反应
    3.1 引言
    3.2 研究方法
        3.2.1 实验方法
        3.2.2 理论方法
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 质谱观测
        3.3.2 几何结构、电子结构、及能量计算
        3.3.3 钴-氨相互作用机制
        3.3.4 析氢反应的热力学和动力学分析
    3.4 结论
    参考文献
第四章 中性Co_n团簇与氧气反应:发现金属氧立方Co_(13)O_8
    4.1 引言
    4.2 研究方法
        4.2.1 实验方法
        4.2.2 理论方法
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 质谱观测
        4.3.2 几何结构、电子结构、及能量计算
        4.3.3 分子动力学模拟及反应动力学
        4.3.4 芳香性与稳定性
        4.3.5 Co_(13)O_8成键本质与稳定性
    4.4 结论
    参考文献
第五章 镍团簇与氧气反应的研究:金属氧立方Ni_(13)O_8~±
    5.1 引言
    5.2 研究方法
        5.2.1 实验方法
        5.2.2 理论方法
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 质谱观测
        5.3.2 几何结构、电子结构、及能量计算
        5.3.3 超原子特征与稳定性
        5.3.4 成键本质
        5.3.5 芳香性
    5.4 结论
    参考文献
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
附录: 中性苯/苯胺分子的光电离光解离研究
    参考文献
致谢
攻读博士学位期间的学术成果及获得的奖励
    学术论文
    参加的国内及国际学术会议
    获得的荣誉和奖励
附两篇已发表论文
学位论文评阅及答辩情况表

(2)汪清油页岩热解特征及气体热载体干馏技术研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
主要符号对照表
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景
        1.1.1 能源现状
        1.1.2 油页岩资源
        1.1.3 油页岩开发利用方式
        1.1.4 课题研究目的及意义
    1.2 油页岩热解有机结构与轻质气体释放特性研究现状
        1.2.1 热解有机结构研究
        1.2.2 热解气体产物释放特性研究
    1.3 干酪根分子模型构建及热解过程分子模拟研究现状
        1.3.1 干酪根分子模型构建研究
        1.3.2 热解构成分子模拟研究
    1.4 固定床热解过程数值模拟研究现状
    1.5 油页岩气体热载体干馏工艺现状
        1.5.1 巴西Petrosix干馏工艺
        1.5.2 爱沙尼亚Kiviter干馏工艺
        1.5.3 抚顺式干馏工艺
    1.6 本文主要研究内容
第2章 油页岩燃料特性与干酪根制备
    2.1 引言
    2.2 汪清油页岩
    2.3 油页岩特性分析
        2.3.1 样品来源
        2.3.2 元素分析及工业分析
        2.3.3 油页岩含油率评价
        2.3.4 油页岩灰分组成
        2.3.5 油页岩灰熔点
        2.3.6 油页岩比热容
        2.3.7 油页岩热稳定性
        2.3.8 油页岩密度
        2.3.9 油页岩可磨性指数
    2.4 油页岩干酪根制备与分析
        2.4.1 仪器设备和试剂材料
        2.4.2 实验步骤
        2.4.3 干酪根的基础特性分析
    2.5 本章小结
第3章 汪清油页岩有机结构与热解气体释放特性分析
    3.1 引言
    3.2 油母质平均单元结构分析
        3.2.1 ~(13)C-NMR核磁共振实验
        3.2.2 FT-IR实验分析
    3.3 油页岩热解气体析出特性
        3.3.1 TG-FTIR实验分析
        3.3.2 CH_4和CO热解析出规律
    3.4 升温速率对油页岩热解动力学的影响
        3.4.1 等转化率法
        3.4.2 n~(th)DAEM方法
        3.4.3 等转化率动力学计算
        3.4.4 n~(th)DAEM动力学计算
    3.5 FLASHCHAIN模型热解气体释放模拟研究
        3.5.1 FLASHCHAIN模型简介
        3.5.2 模型分子量计算方法
        3.5.3 预测公式
        3.5.4 模型预测与讨论
    3.6 本章小结
第4章 热解过程中轻质气体演化过程的分子模拟
    4.1 引言
    4.2 汪清干酪根热解页岩油分子组成结构研究
        4.2.1 干酪根热解收油实验
        4.2.2 页岩油分子组成研究
        4.2.3 页岩油分子结构研究
    4.3 汪清干酪根裂解产物分布与特征
        4.3.1 闪速裂解-气相色谱-质谱分析
        4.3.2 烃类化合物分布
        4.3.3 正构烷烃特征参数
        4.3.4 环烃和芳烃族化合物分布特征
    4.4 汪清油页岩干酪根热解过程的分子模拟研究
        4.4.1 理论基础
        4.4.2 软件介绍
        4.4.3 密度泛函理论计算模块
        4.4.4 参数设置
    4.5 汪清油页岩有机质热解过程中轻质气体形成机理研究
        4.5.1 汪清有机质干酪根结构分析
        4.5.2 汪清有机质热解过程中H_2形成机理的研究
        4.5.3 汪清有机质热解过程中CO_2形成机理的研究
        4.5.4 汪清有机质热解过程中CO形成机理的研究
        4.5.5 汪清油页岩热解过程CH_4形成机理的动力学分析
    4.6 本章小结
第5章 油页岩气体热载体干馏炉炉内特性模拟研究
    5.1 引言
    5.2 新型瓦斯布气装置
    5.3 炉内冷态流动的数学模型
        5.3.1 模型的提出
        5.3.2 模型
        5.3.3 方程离散化及单值条件
        5.3.4 多孔介质模型耦合考虑
        5.3.5 反应过程描述及数学模型
    5.4 干馏炉内流场模拟与分析
        5.4.1 模拟前的准备
        5.4.2 压力分布及分析
        5.4.3 速度分布及分析
    5.5 油页岩干馏过程数值模拟
        5.5.1 数值方法及模型
        5.5.2 模拟结果与讨论
    5.6 本章小结
第6章 新型气体热载体干馏工程化验证试验研究
    6.1 引言
    6.2 油页岩干馏系统
        6.2.1 干馏炉
        6.2.2 油气冷凝收油系统
        6.2.3 循环瓦斯加热炉
        6.2.4 测点分布
    6.3 油页岩干馏工程化验证试验
        6.3.1 入炉油页岩样品含油率
        6.3.2 试验运行
        6.3.3 页岩油收率
        6.3.4 页岩油油品分析
        6.3.5 循环瓦斯组成分析
        6.3.6 循环瓦斯加热器分析
        6.3.7 干法排焦
    6.4 本章小结
第7章 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 创新点
    7.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
攻读博士学位期间参加的科研工作
致谢
作者简介

(3)分数阶非线性动力系统分形分析与控制(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
主要缩写
主要符号
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 Julia集的分析与控制
        1.2.2 分数阶非线性模型
    1.3 预备知识
        1.3.1 Julia集与Mandelbrot集
        1.3.2 分数阶微积分
        1.3.3 离散分数阶微积分
    1.4 本文主要内容
第二章 分数阶Lotka-Volterra模型Julia集的分析与控制
    2.1 离散化与Julia集
    2.2 均衡点与稳定性
    2.3 系统Julia集的控制
        2.3.1 辅助参考反馈控制
        2.3.2 梯度控制
        2.3.3 最优函数控制
    2.4 系统Julia集的同步
    2.5 本章小结
第三章 噪声扰动分数阶Lotka-Volterra系统空间Julia集的动态分析
    3.1 分数阶复Lotka-Volterra系统的Julia集及其可视化
    3.2 噪声扰动分数阶Lotka-Volterra系统
    3.3 噪声扰动系统Julia集的结构变化
        3.3.1 Julia偏差指数
        3.3.2 Julia偏差图
    3.4 噪声扰动系统Julia集的对称性破缺
    3.5 本章小结
第四章 分数阶差分Logistic映射的动态分析与同步控制
    4.1 分数阶差分映射中的混沌与分形
        4.1.1 Poincaré图
        4.1.2 Julia集
    4.2 分数阶差分Logistic映射与分数阶差分二次映射的同步实现
    4.3 本章小结
第五章 分数阶二次映射的构造及其分形分析
    5.1 分数阶差分二次映射
    5.2 基于通用α-族的二次映射
    5.3 基于Grunwald-Letnikov分数阶微分的二次映射
    5.4 基于Riemann-Liouville分数阶积分的二次映射
    5.5 基于变阶数微积分的二次映射
    5.6 分形属性与记忆效应
    5.7 本章小结
第六章 分数阶函数迭代Julia集的自适应同步
    6.1 Mittag-Leffler函数、分数阶三角函数与分数阶双曲函数
    6.2 Julia集的分形动态分析
    6.3 Julia集的自适应同步
    6.4 例子
    6.5 本章小结
第七章 分数阶扩散限制凝聚的分形动态分析
    7.1 分数阶DLA模型
        7.1.1 扩散机制
        7.1.2 可视化分析
    7.2 定向性与维数分析
        7.2.1 各向异性指数
        7.2.2 分形维数
    7.3 本章小结
第八章 总结与展望
    8.1 工作总结
        8.1.1 主要贡献
        8.1.2 主要创新点
    8.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文
攻读博士学位期间参加的科研工作
攻读博士学位期间获得的奖励
学位论文评阅及答辩情况表

(4)电子束作用下固体和纳米材料中的电子激发研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 电子探针技术的应用
    1.2 电子-电子(e-e)相互作用
        1.2.1 经典方法
        1.2.2 全量子方法
        1.2.3 半经典方法
        1.2.4 二次电子发射的研究概述
    1.3 本论文的主要研究内容
第2章 密度泛函理论介绍
    2.1 密度泛函理论
        2.1.1 Hartrce-Fock(HF)理论
        2.1.2 密度泛函理论(DFT)
        2.1.3 含时密度泛函理论(TDDFT)
        2.1.4 TDDFT计算材料的光吸收
    2.2 本章小结
第3章 石墨烯材料中电子激发的局域表征
    3.1 纳米石墨烯的边界态激发表征
        3.1.1 研究方法
        3.1.2 中心位置入射
        3.1.3 对比光学结果
        3.1.4 不同位置入射
        3.1.5 线扫描以及edge等离激元的分布范围
        3.1.6 小结
    3.2 石墨烯中单缺陷附近的局域激发表征
        3.2.1 研究方法
        3.2.2 结果和讨论
        3.2.3 小结
第4章 氢吸附对纳米石墨烯等离激元激发的影响
    4.1 研究背景
    4.2 研究方法
    4.3 不同几何结构的石墨烯
    4.4 额外氢吸附对等离激元激发的影响
        4.4.1 光场极化平行与纳米石墨烯
        4.4.2 光场极化垂直与纳米石墨烯
    4.5 本章小结
第5章 基于二次电子信号的材料识别
    5.1 研究背景
    5.2 实验条件以及数据采集
    5.3 不同材料的二次电子能谱模式
        5.3.1 N(E)模式
        5.3.2 EN(E)模式
        5.3.3 N'(E)模式
        5.3.4 归一化N(E)能谱模式
    5.4 二次电子信号的“指纹信号”提取
        5.4.1 入射能量的敏感性
    5.5 机器学习在基于二次电子信号对材料进行识别中的应用
        5.5.1 机器学习的应用背景
        5.5.2 二次电子能谱的复杂性
        5.5.3 材料识别
    5.6 强鲁棒性
        5.6.1 一定时间间隔后测量能谱的识别
        5.6.2 扫描电子显微镜环境下的鲁棒性测试
        5.6.3 同素异形体材料以及同种单晶不同晶面
    5.7 本章小结
第6章 二次电子在碳同素异形体材料的长程有序度的表征
    6.1 研究背景
        6.1.1 碳材料的丰富种类和应用
        6.1.2 以往的相关研究
    6.2 sp~2碳材料样品
    6.3 sp~2碳材料的电子能谱
        6.3.1 二次电子EN(E)模式谱
        6.3.2 Auger电子EN(E)模式谱
        6.3.3 碳材料的反射电子能量损失谱
        6.3.4 碳材料的DDLS模式谱
        6.3.5 相似性判定和长程序数值化表征
    6.4 小结
第7章 总结与展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果

(5)非富勒烯有机太阳能电池多尺度激发态动力学及稳定性研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
符号表
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 有机太阳能电池简介
        1.2.1 有机太阳能电池的发展历程
        1.2.2 有机太阳能电池的器件结构
        1.2.3 有机太阳能电池的光伏参数
        1.2.4 有机太阳能电池的工作原理
    1.3 非富勒烯有机太阳能电池激发态动力学机制
        1.3.1 多时间尺度激发态过程研究的难点与重要性
        1.3.2 有机太阳能电池稳定性研究的难点与重要性
    1.4 本论文的研究思路和研究内容
    本章参考文献
第二章 有机太阳能电池中卤化对载流子动力学的作用机理研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验材料
        2.2.2 器件制备
        2.2.3 实验表征
        2.2.4 实验方法
    2.3 结果和讨论
        2.3.1 有机光伏材料的基本特性
        2.3.2 有机光伏器件的性能参数
        2.3.3 激子解离与电荷传输特性
        2.3.4 介电常数与载流子迁移率
        2.3.5 多时间尺度激发态动力学
        2.3.6 多空间尺度体异质结形貌
    2.4 本章小结
    本章参考文献
第三章 三元有机太阳能电池中形貌调制的空穴转移动力学研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验材料
        3.2.2 器件制备
        3.2.3 实验表征
        3.2.4 实验方法
    3.3 结果和讨论
        3.3.1 有机光伏材料的基本特性
        3.3.2 有机光伏器件的性能参数
        3.3.3 激子与电荷载流子的行为
        3.3.4 多空间尺度体异质结形貌
        3.3.5 电荷转移与能量转移机制
        3.3.6 形貌调制空穴转移动力学
        3.3.7 有机光伏器件的光稳定性
    3.4 本章小结
    本章参考文献
第四章 三元有机太阳能电池中改善激子扩散的作用机制研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验材料
        4.2.2 器件制备
        4.2.3 实验表征
        4.2.4 实验方法
    4.3 结果和讨论
        4.3.1 有机光伏材料的基本特性
        4.3.2 有机光伏器件的性能参数
        4.3.3 能量转移调制的激子扩散
        4.3.4 定量计算激子的扩散长度
        4.3.5 微纳结构调制的激子扩散
        4.3.6 激子扩散行为的热稳定性
        4.3.7 激子扩散调制机制普适性
    4.4 本章小结
    本章参考文献
第五章 三元有机太阳能电池中增强存储稳定性的作用机制研究
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 实验材料
        5.2.2 器件制备
        5.2.3 实验表征
        5.2.4 实验方法
    5.3 结果和讨论
        5.3.1 有机光伏材料的基本特性
        5.3.2 有机光伏器件的性能参数
        5.3.3 多时间尺度激发态动力学
        5.3.4 多空间尺度体异质结形貌
        5.3.5 有机光伏器件存储稳定性
        5.3.6 两种合金态的稳定性功能
        5.3.7 计算非辐射缺陷捕获系数
    5.4 本章小结
    本章参考文献
第六章 总结
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文
Paper 1
Paper 2
学位论文评阅及答辩情况表

(6)伴有异质凝结的气固相互作用数值研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 研究现状
        1.2.1 异质凝结现状
        1.2.2 气固相互作用现状
    1.3 本文工作
第2章 基于CUDA的GPU并行分子动力学方法
    2.1 分子动力学方法
    2.2 系综与控温方法
        2.2.1 系综
        2.2.2 控温方法
    2.3 边界处理
    2.4 并行加速方法
        2.4.1 GPU并行方法
        2.4.2 单算例并行方法
        2.4.3 多算例并行方法
    2.5 本章小结
第3章 分子尺度下的异质凝结研究
    3.1 模型与方法
    3.2 铜颗粒上的异质凝结
        3.2.1 水分子的吸附
        3.2.2 团簇稳定性和临界尺寸n~*
        3.2.3 成核率J
        3.2.4 团簇生长和生长率
    3.3 气固相互作用强度的影响
    3.4 本章小结
第4章 基于机器学习算法的散射核研究
    4.1 无凝结散射核的MD模拟
        4.1.1 模型和方法
        4.1.2 相互作用时间
        4.1.3 反射速度分布
    4.2 基于学习算法建立的修正CLL模型
        4.2.1 自定义误差函数的学习算法
        4.2.2 基于CLL模型的散射核
        4.2.3 联合散射核模型
    4.3 讨论与验证
    4.4 本章小结
第5章 伴有凝结的散射核研究
    5.1 MD模拟中的稳定吸附判据
        5.1.1 模型和方法
        5.1.2 碰撞次数与相互作用时间
        5.1.3 吸附判据
    5.2 吸附分子分布
        5.2.1 吸附概率和吸附率
        5.2.2 吸附分子速度分布
        5.2.3 吸附概率模型
    5.3 散射分子分布
        5.3.1 MD模拟结果
        5.3.2 基于MCLL的非平衡态散射核模型
        5.3.3 基于联合散射核的非平衡态模型
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 工作展望
参考文献
补充材料
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果

(7)几种金属间化合物中超位错偶演化的原子尺度模拟(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 金属间化合物
        1.1.1 TiAl金属间化合物
        1.1.2 X_3Al基金属间化合物
    1.2 位错对金属间化合物性能影响
        1.2.1 位错研究的发展
        1.2.2 位错对加工硬化的影响
        1.2.3 位错对材料蠕变的影响
        1.2.4 位错对材料断裂的影响
        1.2.5 位错对疲劳过程的影响
    1.3 位错偶
        1.3.1 位错偶的定义
        1.3.2 关于位错偶的早期研究
    1.4 本文研究的内容、目的和意义
第2章 计算模拟方法
    2.1 材料力学行为的多尺度模拟
        2.1.1 多尺度模型
        2.1.2 多尺度模拟中原子模拟的重要性
    2.2 分子动力学方法
        2.2.1 分子动力学原理及发展
        2.2.2 原子间作用势
    2.3 有限差分算法
        2.3.1 Verlet算法
        2.3.2 速度Verlet算法
        2.3.3 蛙跳算法
        2.3.4 预测-校正算法
    2.4 激发弛豫方法
        2.4.1 激发弛豫方法的基本原理及算法
        2.4.2 激发弛豫方法的改进
    2.5 长时间模拟方法
    2.6 边界条件
    2.7 模拟结果分析
第3章 TiAl合金中超位错的自相互作用
    3.1 研究背景
    3.2 模拟设置
        3.2.1 超位错偶构建
        3.2.2 晶胞尺寸
        3.2.3 温度与势函数
        3.2.4 激发弛豫(ART)方法
    3.3 超位错偶的低温演化
        3.3.1 低温下的亚稳和稳定构型
        3.3.2 超位错偶的低温稳定性
        3.3.3 低温时超位错偶与材料平衡构型的关系
    3.4 超位错偶的高温演化
        3.4.1 高温演化构型
        3.4.2 高温演化路径
    3.5 超位错偶能量及演化过程
        3.5.1 超位错偶的单空位形成能
        3.5.2 超位错偶高温演化过程
        3.5.3 演化产物
        3.5.4 超位错偶的演化路径
    3.6 模拟结果验证
    3.7 小结
第4章 X_3Al合金中超位错的自相互作用
    4.1 研究背景
    4.2 模拟设置
        4.2.1 晶胞尺寸
        4.2.2 超位错偶构建
        4.2.3 模拟设置
    4.3 X_3Al超位错偶的低温演化
        4.3.1 低温下稳定性
        4.3.2 超位错偶的形成能
    4.4 超位错偶的高温演化
    4.5 超位错偶能量及演化过程
        4.5.1 单空位形成能
        4.5.2 超位错偶高温演化过程
    4.6 超位错偶的演化路径
    4.7 对材料力学性能的影响
    4.8 小结
第5章 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果

(8)一种新分组团簇动力学模型模拟铝合金中的Al3Sc析出(论文提纲范文)

1 团簇动力学模型
2 粒径分组法
3 数值计算中的注意事项
4 模拟结果和讨论
5 结论

(9)三维石墨烯网络材料的结构特征和力学行为(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 石墨烯及其三维网络结构的研究现状
        1.2.1 石墨烯的性质
        1.2.2 石墨烯组装泡沫材料
        1.2.3 无序石墨烯网络结构材料
        1.2.4 有序石墨烯网络结构材料
        1.2.5 石墨烯网络结构材料的力学性能
    1.3 本文研究的问题
    1.4 本文各章内容
第2章 研究方法
    2.1 引言
    2.2 分子动力学模拟方法简介
        2.2.1 基本概念
        2.2.2 模拟过程
    2.3 本文使用的作用势场
        2.3.1 EDIP势场
        2.3.2 AIREBO势场
    2.4 后处理表征方法
        2.4.1 原子应变的计算
        2.4.2 碳环的表征与统计
        2.4.3 孔隙特征表征方法
第3章 无序石墨烯网络结构的形貌与孔隙
    3.1 引言
    3.2 建模与表征方法
        3.2.1 建模方法
        3.2.2 结构表征方法
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 DGN形成过程的微结构与孔隙演化
        3.3.2 DGN的形貌特征
        3.3.3 密度对结构及孔隙的影响
        3.3.4 反应温度对结构和孔隙的影响
    3.4 本章小结
第4章 无序石墨烯网络结构的力学行为
    4.1 引言
    4.2 模型与模拟方法
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 DGN的模量与泊松比
        4.3.2 DGN的拉伸力学性质
        4.3.3 DGN的拉伸变形
        4.3.4 DGN的压缩变形
        4.3.5 DGN的剪切变形
    4.4 本章小结
第5章 层柱状石墨烯/碳纳米管网络结构的力学行为
    5.1 引言
    5.2 模型构建与模拟方法
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 层柱状石墨烯/碳纳米管网络结构的线弹性力学性质
        5.3.2 层柱状石墨烯/碳纳米管网络结构的离面压缩响应
        5.3.3 层柱状石墨烯/碳纳米管网络结构的离面拉伸响应
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 主要创新点
    6.3 研究展望
参考文献
附录
    1 石墨烯包裹海绵清理石油的传热分析
    2 石墨烯/碳化硅复合材料的裂纹桥接增韧机制
    参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其它研究成果

(10)大气成核与纳米线生长的第一性原理研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 理论计算方法简介
    1.1 密度泛函理论
        1.1.1 Honhenberg-Kohn定理
        1.1.2 Kohn-Sham方程
        1.1.3 交换关联泛函
    1.2 团簇结构搜索概述
        1.2.1 ABCluster简介
        1.2.2 随机势能面行走方法(SSW)
    1.3 研究中使用的工具
    参考文献
第2章 大气成核概述
    2.1 引言
    2.2 新粒子成核机制及研究进展概述
        2.2.1 NPF实验室探究概述
        2.2.2 NPF的实地观测及相关概念
        2.2.3 理论研究方法:CNT与从头算方法
    2.3 硝酸-氨气体系研究现状
    2.4 大气成核研究内容及其创新点
    参考文献
第3章 硝酸-氨-水团簇结构,能量及稳定性分析
    3.1 计算细节
        3.1.1 结构搜索
        3.1.2 团簇稳定性分析
    3.2 结构构型
    3.3 水合分布
    3.4 碰撞速率与蒸发速率
        3.4.1 碰撞速率
        3.4.2 蒸发速率
    3.5 结论和小结
    参考文献
第4章 团簇生长速率及路径研究
    4.1 计算细节
    4.2 结果与讨论
        4.2.1 团簇粒子形成速率分析
        4.2.2 生长路径分析
    4.3 结论与小结
    参考文献
第5章 纳米线调控生长
    5.1 研究背景
    5.2 计算细节
    5.3 结果与讨论
    5.4 小结
    参考文献
第6章 总结与展望
附录
致谢
在读期间发表的学术论文及取得的研究成果

四、J_1-J_2团簇的数值模拟研究(论文参考文献)

  • [1]钴/镍团簇的稳定性及气相反应研究[D]. 耿丽君. 山东大学, 2021
  • [2]汪清油页岩热解特征及气体热载体干馏技术研究[D]. 华泽嘉. 华北电力大学(北京), 2021(01)
  • [3]分数阶非线性动力系统分形分析与控制[D]. 王玉品. 山东大学, 2021(10)
  • [4]电子束作用下固体和纳米材料中的电子激发研究[D]. 陆大宝. 中国科学技术大学, 2021(09)
  • [5]非富勒烯有机太阳能电池多尺度激发态动力学及稳定性研究[D]. 张康宁. 山东大学, 2021(11)
  • [6]伴有异质凝结的气固相互作用数值研究[D]. 王子敬. 中国科学技术大学, 2021(09)
  • [7]几种金属间化合物中超位错偶演化的原子尺度模拟[D]. 甄珍. 中国科学技术大学, 2021(09)
  • [8]一种新分组团簇动力学模型模拟铝合金中的Al3Sc析出[J]. 许坤,王海川,孔辉,吴朝阳,张战. 金属学报, 2021(06)
  • [9]三维石墨烯网络材料的结构特征和力学行为[D]. 王永超. 中国科学技术大学, 2021(09)
  • [10]大气成核与纳米线生长的第一性原理研究[D]. 王甘霖. 中国科学技术大学, 2021(09)

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J_1-J_2 簇的数值模拟
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