绑定机构
扫描成功 请在APP上操作
打开万方数据APP,点击右上角"扫一扫",扫描二维码即可将您登录的个人账号与机构账号绑定,绑定后您可在APP上享有机构权限,如需更换机构账号,可到个人中心解绑。
欢迎的朋友
万方知识发现服务平台
获取范围
  • 1 / 100
  (已选择0条) 清除 结果分析
找到 4751 条结果
[博士论文] 韩楠楠
凝聚态物理 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:石墨烯作为一种典型的二维原子晶体,具有独特的狄拉克锥电子结构和近似无质量的超快费米子,可以用于构造超快电子器件和自旋电子器件等。但由于石墨烯半金属性的缺陷,近几年人们也开始关注一些其他的二维原子晶体,例如硅烯、硼烯、磷烯以及它们的同素异形单层等等。为了实现这些原子晶体的工业应用,高质量、高产量地合成二维原子晶体成为一个亟需解决的问题。利用计算材料学手段,模拟二维原子晶体的成核生长过程可以很好地预测实验所需条件,减少实验上的成本,促进新型二维原子晶体的制备和应用。
  基于密度泛函理论和经典晶体生长理论,本文研究了石墨烯在三元合金衬底Cu2NiZn上的生长过程。发现碳源乙烯在Cu2NiZn上的脱氢势垒小于在纯Cu表面上的势垒,意味着乙烯更容易在Cu2NiZn上脱氢成碳原子。碳原子聚合到一起会形成碳团簇,是石墨烯的初期晶核。碳团簇尺寸小于3的时候,其在Cu2NiZn上的形成能远小于在Cu上的。因此,碳原子更容易在Cu2NiZn上聚集成小团簇。并且,在Cu2NiZn表面的部分区域上,碳原子从表面到亚表面的渗透势垒几乎为零,这有助于碳原子溶解到合金衬底中。通过低温处理衬底,碳原子会析出衬底表面,促进石墨烯的合成。因此,Cu2NiZn衬底比纯Cu衬底更有望实现石墨烯的高量高质生产。此研究也为多元合金生长石墨烯提供了理论指导。
  考虑到石墨烯通常以异质结构应用于实际器件中,进一步分析了Cu表面上石墨烯沿六角氮化硼边缘的异质成核生长,以及石墨烯成核位点对制备的异质结界面质量的影响。研究发现,石墨烯倾向于沿六角氮化硼边缘线性生长,并且在硼边的成核势垒小于在氮边的势垒。在低碳源化学势条件下,石墨烯在六角氮化硼的硼/氮边的成核势垒远小于在Cu平台的成核势垒;反之,两者的成核势垒和速度比较接近。因此,将实验条件控制在低碳源化学势条件下可以促使石墨烯在六角氮化硼边缘成核,从而获得原子级连续的异质界面以及晶格取向一致的异质结构。
  作为石墨烯生长研究的延伸,本文还计算了α、β和γ相石墨炔与不同过渡金属—Ru、Rh和Pd衬底之间的相互作用。由于sp杂化键的出现,金属衬底可以很好地稳定这三种石墨炔。通过化学势相图可知,α相石墨炔在低碳源化学势条件下热力学更容易形成;反之,石墨烯更稳定。β和γ相石墨炔相对不容易形成。
  最后,模拟了蓝磷烯在Au表面上的前期成核行为。当原子个数达到4时,磷原子开始聚集,形成之字形链状结构。随原子个数继续增加到11时,磷团簇转变为基于五-六元环的一维链状。这种独特的成核行为是磷原子间的相互作用和磷与衬底原子间的相互作用的竞争引起的。通过对比蓝磷烯和黑磷烯分别与Au、Ag和Al衬底的相互作用强度,本文预测相对活性的衬底比较适合制备蓝磷烯,而相对惰性的衬底更适合生长黑磷烯。
[博士论文] 黄盈盈
凝聚态物理 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:甲烷水合物是甲烷气体和液态水在一定温度和压力条件下形成的一种固体包合物。它不仅在地球的永久冻土层、海底和大陆边缘沉积中储量丰富,而且在太阳系中气态巨行星的卫星和星云上广泛存在。因此,甲烷水合物一直是能源、环境、气候、高压等领域的研究热点。在不同的压强条件下,目前实验室中合成或者理论上预言了四种笼形甲烷水合物(Ⅰ型、Ⅱ型、H型和K型)和三种填充冰甲烷水合物(Ⅲ型、Ⅳ型和Ⅴ型)。在本论文第三章,构建了甲烷分子和水分子在不同化学计量比下的结构模型,结合蒙特卡罗模拟和带有色散修正的密度泛函理论计算预测了一个在动力学上稳定且化学计量比为(H2O)3(CH4)的Ⅵ型甲烷水合物。它是一个介于笼形相和填充冰相之间的部分笼形相,但是其质量密度和结构性质都非常接近Ⅲ型填充冰甲烷水合物。为了描述所有甲烷水合物在不同压强条件下的相对稳定性,我们构建了H-P(形成焓-压强)相图。在相图中,Ⅵ型甲烷水合物稳定存在于Ⅱ型笼形甲烷水合物和Ⅲ型填充冰甲烷水合物之间的压强区域。随着压强的升高,作为最稳定的甲烷水合相出现的顺序是K型、Ⅱ型、Ⅵ型、Ⅲ型。Ⅵ型甲烷水合物的发现不仅丰富了甲烷水合物的相图,而且将激励科学家们去探索更多的新型甲烷水合物。
  将甲烷水合物中的甲烷分子去掉后,可以得到一系列的超低密度冰固相。因此,研究重点由新型甲烷水合相的探索拓展为新型超低密度冰相的研究。水不仅在地球上是无处不在的,而且在太阳系中比如彗星、小行星以及巨行星的卫星上也是很常见的。因此,探索存在于不同环境条件下的不同形态的冰晶体对化学、生物学、物理学和行星学都有着重要的意义。在第四章、第五章,结合带有色散修正的密度泛函理论计算和经典的蒙特卡罗、分子动力学模拟,我们预测了两个具有超低质量密度的立方笼形冰相,将其依次命名为s-Ⅲ笼形冰(ρ=0.593g/cm3)和s-Ⅳ笼形冰(ρ=0.506g/cm3)。s-Ⅲ笼形冰的元胞是由两个二十六面体的大笼子—8668412和六个十面体的小笼子—8248组成。s-Ⅳ笼形冰的元胞中含有八个二十六面体的大笼子—12464418、八个十二面体的中等尺寸笼子—6646和六个八面体的小笼子—6246。对于这两种笼形冰,超大尺寸的二十六面体水笼子以及不同笼子之间的独特堆积方式使它们密度极低。把所有的低密度冰相(其密度值小于或者等于iceⅪ)考虑在内,我们采用TIP4P/2005水模型重新构建了水在负压下的P-T(压强-温度)相图。在s-Ⅱ笼形冰下方的极低负压区域内,s-Ⅲ和s-Ⅳ笼形冰取代了之前认为的s-H笼形冰,分别占据了高温部分和低温部分,因此在相图中产生了一个三相点(T=115K,P=-4882bar)。密度泛函理论计算表明,通过在二十六面体大笼子中添加合适尺寸的客体分子的方法,比如十二面烷—C20H20和富勒烯—C60,分别能够充分地稳定s-Ⅲ和s-Ⅳ笼形冰晶格。基于实验室中已经制备出了无客体分子填充的s-Ⅱ笼形冰晶体,并且将它命名为ice(ⅩⅥ),因此s-Ⅲ笼形冰和s-Ⅳ笼形冰很有可能是ice(ⅩⅧ)或者ice(ⅩⅨ)的候选结构。
[硕士论文] 李易臻
材料学 山东大学 2018(学位年度)
摘要:惯性约束核聚变(Inertial confinement fusion,简称ICF)是一种可控制的热核反应,是未来获取核能环保能源最有前景的手段之一。从长远看,ICF在解决未来人类能源短缺问题上具有实际应用前景,受到了世界各国的广泛关注。ICF中高功率激光器的重要光学元件是强激光频率转换晶体,对于频率转换晶体的要求是大尺寸且具有高的激光损伤阈值。尽管目前出现了各种新型的非线性光学材料,但是现在只有磷酸二氢钾(KH2PO4,简称KDP)和磷酸二氘钾(K(H1-xDx)2PO4,简称DKDP)类晶体能符合ICF的要求。
  12%-DKDP晶体的折返波长经过计算大致位于1.05μm,可用作带宽大于20nm的1.05μm激光的二倍频频率转换晶体。国内外对KDP和DKDP类晶体的生长性能进行了普遍的研究,但是关于低含氘量的K(H1-xDx)2PO4晶体的研究很少。本文系统的研究了低含氘量K(H1-xDx)2PO4晶体的结构,光谱,光学性质和高温相变。本论文的主要内容如下:
  1.利用垂直入射法测量了低含氘量K(H1-xDx)2PO4晶体的折射率,结果显示,随着氘含量的增加,晶体的折射率随之减小。针对K(H1-xDx)2PO4晶体的折射率与氘含量和波长间的关系,分别利用一次线性方程和Sellmeier方程进行拟合,拟合值与测量值之间的偏差非常小。通过求得的拟合公式可以计算出10%-18%氘化程度的K(H1-xDx)2PO4晶体在365nm-768.1nm波长的折射率,这提供了一种计算低含氘量的K(H1-xDx)2PO4晶体的非线性光学系数(例如相位匹配角和折返波长)的方法。
  2.通过透过,红外和拉曼光谱研究了氘含量对K(H1-xDx)2PO4光谱的影响。K(H1-xDx)2PO4晶体的红外波段的透过率受氘含量影响较小;K(H1-xDx)2PO4晶体在532nm处吸收低于设备测量极限;在355nm时,快速生长法获得的晶体会发生紫外吸收。根据红外光谱结果,K(H1-xDx)2PO4晶体中,O-H键与O-D键共存,O-H与O-D相互独立,彼此共存,没有相互作用。晶体的υ1振动模式的吸收峰和O-H/D键的β振动模式的吸收峰都随着晶体氘含量的增加逐渐向高波段移动,并通过线性拟合得到了晶体氘含量与振动峰位移之间的关系式。在200-1200cm-1内可以观察到K(H1-xDx)2PO4晶体存在2个拉曼峰,这主要是由于PO4团簇的内振动引起的。在低含氘量DKDP中,随着氘含量的增加,拉曼峰出现红移,拉曼峰的位移与晶体的氘含量成近似线性相关。
  3.对K(H1-xDx)2PO4晶体进行了激光损伤阈值的测试。测试结果表明,K(H1-xDx)2PO4的光学质量在10%-20%的范围内随着含氘量的增加而降低。晶体经过退火处理后,损伤阈值是未进行退火处理晶体的损伤阈值的1.3~1.4倍,退火处理对损伤阈值提升效果明显,退火后激光损伤阈值的增幅程度受氘含量影响较小。在532nm测试波长下的激光损伤阈值要高于1064nm测试波长下的激光损伤阈值。
  4.通过直接加热,热重差热分析,介电常数,红外光谱研究了氘含量对K(H1-xDx)2PO4的高温相变的影响。热重结果显示低氘化程度的K(H1-xDx)2PO4晶体在482K-487K之间开始分解。差热结果显示晶体的吸热现象起始温度比热分解点温度要低3~5℃。将晶体进行加热,发现氘含量为10%,12%,14%,16%,18%的K(H1-xDx)2PO4分别在469K,464K,451K,446K,441K的温度点附近由无色透明转变为无色不透明,推测晶体在此温度点发生了由四方相向单斜相的转变。测量了K(H1-xDx)2PO4从室温至483K之间的介温曲线,结果发现:K(H1-xDx)2PO4晶体存在两类高温相变,第一类相变Tp,相变温度随着晶体氘含量升高逐渐降低,第二类相变T1对氘含量的变化不敏感。通过测量晶体的红外光谱,发现10%-DKDP晶体在经过469K加热后的红外光谱与常温下的红外光谱特征峰基本相同,而在经过487K加热处理后晶体的红外光谱出现了两个新的特征峰。
[硕士论文] 廖涛
声学 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:声子晶体是具有弹性波带隙特性的周期性弹性介质,其具有滤波、隔振(声)、波导等功能。压电声子晶体是在纯弹性声子晶体的基础上引入压电材料,构造出具有机电耦合效应的复合材料结构。压电声子晶体具有一些不同于纯弹性声子晶体的特性。由于其特有的物理性质及潜在的应用价值,对于压电声子晶体的研究越来越受到重视。
  本学位论文设计了一种具有低频完全带隙的新型二维三组元声子晶体板结构,利用有限元方法结合布洛赫定理计算了色散关系、传输损失谱和位移场等,研究了由纯弹性材料构成的二维声子晶体板的低频带隙特性;此外,针对被动结构减振技术的不足,在所设计的模型结构中引入了压电材料构成智能声子晶体板结构,并研究了带隙及声波导的主动控制。
  论文首先从理论上设计了一种由涂有硅橡胶涂层的铅柱周期性连接在环氧树脂连接板上构成的新型二维声子晶体板,并研究了该结构的低频带隙特性。结果表明:与没有连接板结构的传统二维局域共振声子晶体板相比,新设计的结构在极低频率范围内具有更宽的带隙,并在高频获得多条完全带隙;第一完全带隙的影响因素少,带隙边界频率仅受相应振子质量和弹簧等效刚度影响,铅柱和连接板在带隙边界频率处的无振动耦合;能带结构中既有局域共振带隙也存在布拉格散射带隙,局域共振带隙出现在低频区域,布拉格带隙出现在高频范围内,局域共振机理和布拉格散射机理的共存可以赋予声子晶体更好的带隙特性;研究表明通过调整声子晶体板的几何参数,例如铅柱的半径和高度,可以有效地调控带隙的位置和宽度,带隙的控制可通过引入有效质量和应变能来解释。
  为了实现声子晶体带隙的主动调控,论文接下来将压电材料引入到新设计的周期结构中构成一种新型智能声子晶体板。结果表明:与二组元的传统压电声子晶体板相比,这种新型周期结构可以在较低频率范围内获得更宽的完全带隙,带隙宽度扩大了5倍;通过改变施加在压电散射体上下表面的电边界条件,可以同时对多条完全带隙进行调控,实现了对完全带隙的主动控制;压电散射体的几何参数对能带结构有很大的影响,通过调整散射体的半径和高度可以扩大第一完全带隙;压电效应对能带结构也有很大的影响,通过比较分析,发现压电效应有利于完全带隙的扩大和形成;此外,对电边界缺陷构成的二维声子晶体板波导进行了研究,研究表明,电边界缺陷可能导致完全带隙中存在多条缺陷频带,利用电边界条件的转换可以实现对不同频率弹性波传播的主动控制。
  本学位论文所研究内容能够为低频宽带隙的声子晶体研究提供可靠依据,研究结果亦可为主动控制传输、引导、切换和发射弹性波的声子晶体结构设计提供模型参考。
[硕士论文] 张睿平
控制工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:提拉法生长激光晶体是一种快速有效的生长方法,激光晶体提拉装置长期工作在超低速模式下,伺服系统受非线性摩擦力矩、速度编码器分辨率、电机振动力矩以及系统耦合力矩等干扰出现无规则振动现象。其中,非线性摩擦干扰是伺服系统产生低速爬行和抖动现象的主要因素,严重影响了成品激光晶体的质量。
  从机械结构优化和控制算法设计两方面对摩擦干扰进行抑制。机械结构优化上,采用滚珠丝杠作为传动机构,带有预荷载滚动直线导轨完成导向运动,提高了系统刚度,从机械硬件上尽量减少系统的摩擦干扰。控制算法设计上,经空间失量坐标等效变换,在两相转子坐标下对伺服系统进行矢量分析和空间矢量电压算法研究,进而对伺服系统控制结构中的各个模块进行建模,并对两相转子坐标系下的电压方程、磁链方程进行进一步的分析,将Stribeck摩擦模型作为系统非线性摩擦的干扰模型,最终建立了伺服控制系统的数学模型。对特定点的速度进行比例-积分参数调节,并总结出低速段控制器增益变化规律,根据这一规律提出变增益的列表控制方法对系统的非线性摩擦进行补偿。在系统中加入低通滤波器和数字陷波器来抑制系统共振,提高系统跟踪精度。
  仿真表明,变增益列表控制方法较好的抑制了系统低速爬行和抖动的现象。实测表明,通过提拉装置机械结构优化并在变增益列表速度控制器中加入滤波器和陷波器的方式能提高系统的跟踪精度,抑制了伺服电机在整个低速段的爬行和抖动。速度在低速范围无爬行现象,且最大抖动误差小于5%。等径生长过程无位错,等效直径最大误差为1.186%,最大误差小于1mm,符合实际生产的要求,能够生产出高质量的等径激光晶体。
[硕士论文] 郭家怡
材料学 山东大学 2018(学位年度)
摘要:铌酸盐晶体是晶体材料研究的主流之一,它具备良好的压电和铁电性能、电光效应和光折变效应等性质,在压电器件、激光倍频、热释电器件、电容器、电光调制器以及滤波器等方面都有着重要的应用。随着科学技术的高速发展,仪器设备开始趋于智能化、集成化、小型化和多功能化,这对晶体材料提出了更高的要求,因而新型铌酸盐晶体材料及其应用的探索研究对晶体材料的发展具有重要的理论和现实意义。探索更多实用化的铌酸盐晶体材料并研究它们的性能和应用前景是必要的,本文主要探索并研究了几种新型铌酸盐晶体TbNbO4、Ba6Ti2Nb8O30和Sr6Ti2Nb8O30,表征了它们的基本性能,探索它们可能的应用前景。主要的研究工作和结果如下:
  (1)晶体生长
  根据TbNbO4、Ba6Ti2Nb8O30和Sr6Ti2Nb8O30晶体不同的生长特性,设计了多晶料的合成、温场的结构、晶体生长工艺参数以及退火工艺等,利用提拉法成功生长出了体块的TbNbO4、Ba6Ti2Nb8O30和Sr6Ti2Nb8O30晶体。
  (2)TbNbO4晶体性能表征
  采用X射线单晶衍射仪对TbNbO4晶体进行了单晶结构解析,确认了生长的晶体为褐钇铌矿结构,单斜晶系。
  初步表征了TbNbO4的热学性能,例如材料的比热、热膨胀、热扩散以及热导率。研究发现,随着温度的升高,TbNbO4的比热呈线性增长,这说明TbNbO4晶体在高温下会具有更高的耐热性。TbNbO4晶体的热膨胀系数分别为αa=21.63×10-6K-1,αb=11.71×10-6K-1,αc'=-7.238×10-6K-1,这表明TbNbO4晶体具有明显的各向异性,属于c轴负热膨胀材料,并存在热膨胀系数为零的方向。零热膨胀材料在耐热冲击性能方面具有明显优势,一直是新材料研究的焦点之一。对提高军用电子器件和结构器件等的热几何稳定性具有重要意义,在仪器设备的精密控制等方面具有潜在的应用价值。
  测试表征了TbNbO4晶体的荧光光谱和吸收光谱。结果表明,TbNbO4晶体在392nm激发波长下,呈现出了四个属于Tb3+的特征发射峰,其中550nm处的发射峰强度最大,其发射半峰宽为13nm,有望实现541-554nm连续可调谐绿光激光输出。在300-1500nm的测试范围内TbNbO4晶体的吸收较弱,意味着它在此测试范围内具有较高的透过率。
  通过高分辨X射线光电子能谱对TbNbO4晶体中元素的结合能和价态进行了表征,这为后期探讨晶体微观电子结构对宏观性能的影响打下了坚实的基础。
  (3)Ba6Ti2Nb8O30晶体性能表征
  对Ba6Ti2Nb8O30晶体的热膨胀性能进行了研究,发现Ba6Ti2Nb8O30晶体具有较强的各项异性,且沿着c轴方向出现了负热膨胀。
  利用谐振法测量并计算了Ba6Ti2Nb8O30晶体部分电弹常数。室温下Ba6Ti2Nb8O30晶体的相对介电常数ε33/ε0、机电耦合系数k31、弹性柔顺常数s11、压电系数d31和d33分别为106.99、18.04%、4.2×106pm2/N、11.38和65pC/N。Ba6Ti2Nb8O30晶体具有优良的压电性能,可用于制备压电器件,如滤波器、谐振器以及传感器等。
  表征了不同频率下BTN晶体的相对介电常数ε33/ε0以及介电损耗tanδ33与温度的关系。结果表明BTN晶体的居里温度Tc为250℃,这时的相对介电常数高达2×104。室温下BTN晶体的相对介电损耗较小,但随着温度的升高具有明显的波动。
  研究了BTN晶体的电滞回线,得到了测试条件下BTN晶体的矫顽电场、剩余极化以及自发极化的参数值为1.0kV/mm,0.75μC/cm2和0.6μC/cm2,在此测试条件下BTN晶体具有较弱的铁电性。
  测试了BTN晶体的热释电系数。40℃时BTN晶体的热释电系数为138.71μC/(m2·K),随着温度的升高热释电系数在130℃时达到了最大值为363.95μC/(m2·K)。BTN晶体具有良好的热释电性能,可用于红外探测器等热释电器件的制备。
  根据BTN晶体热释电系数和c轴的热膨胀曲线的变化情况,发现BTN晶体会在一个较宽的温度范围内发生相变,因而具有弥散相变的特征。
  (4)Sr6Ti2Nb8O30晶体缺陷分析
  退火后的Sr6Ti2Nb8O30晶体具有明显的缺陷,对表面(不透明)和内部(透明)晶体的物相进行了分析,发现晶体表面的组分存在偏差。分析了缺陷出现的原因并提出了改善晶体质量的初步方案,在后续的工作中需要提升STN晶体质量并对其性能进行研究。
[硕士论文] 王欣
材料学 山东大学 2018(学位年度)
摘要:晶体材料的三阶非线性光学效应——受激拉曼散射(Stimulated Raman scattering,SRS)具有激光变频作用,可拓宽现有激光波段,获得波长范围涵盖可见、近红外甚至中红外波段的激光输出。同时,受激拉曼散射光源有与激光相同的高单色性、高方向性和高相干性等优点,可在医学、军事、能源乃至人类日常生活等方面发挥重要作用。因此,研究新的拉曼晶体,利用现有激光,来获得新波段激光输出成为当今材料领域的一大热点。
  受激拉曼散射为非弹性过程,产生较大热量和各种热效应,影响晶体损伤阈值和激光器件设计,因此,所需受激拉曼材料需要高热导率实现热量的有效传输。钨酸锌(ZnWO4)晶体具有黑钨矿机构,根据爱因斯坦-德拜模型的分析,可能具备高热导率,同时,钨酸根可产生有效的拉曼增益,具有较大增益系数;该晶体具有合适的熔点,可以用提拉法(Czochralski,Cz)生长得到大尺寸、高光学质量的晶体,具备不易潮解、常温下质量稳定、透过波段宽等优点,因此,ZnWO4晶体可能是一类优秀的受激拉曼晶体。但是,到目前为止,ZnWO4晶体的基本物理性质尚未得到系统研究,特别是其SRS的性能研究尚处空白。
  本论文面向受激拉曼散射技术对宽透过光谱、大增益系数以及高热导率拉曼晶体的需求,研究了新型受激拉曼散射材料——钨酸锌晶体,生长了ZnWO4晶体,表征了其综合性能,包括结构、热学、光学、拉曼光谱等,证明该类晶体具有较高的热导率、大的拉曼增益系数、宽的透过光谱,是优秀的受激拉曼散射晶体;研究了其受激拉曼散射性能,实现了其腔外黄光拉曼散射和2.25μm受激拉曼激光输出。相关研究提供了一类综合性能优秀的受激拉曼散射晶体,可能在受激拉曼散射特别是中红外方面有重要的应用。主要工作如下:
  一、ZnWO4晶体生长
  1、采用提拉法成功生长大尺寸、高光学质量的ZnWO4晶体;所用原料纯度为4N(99.99%)的ZnO和WO3。
  2、对晶体生长过程进行优化,并对影响晶体质量的因素以及提高质量的方法进行分析,掌握高质量ZnWO4晶体生长技术;优化晶体生长过程中籽晶、温场形状、生长气氛、生长速度、退火等工艺参数,成功实现高光学质量ZnWO4晶体的生长,最大晶体尺寸为Φ35mm×70mm,为后续研究奠定了材料基础
  二、ZnWO4晶体基本物理性质分析
  1、表征了ZnWO4晶体的结构;将X射线粉末衍射(X-ray powder diffraction,XRD)所得数据与标准衍射卡对比,两者相互吻合。可以确定生长得到的ZnWO4晶体为单斜结构,C2/h点群,P2/c空间群。通过计算得到具体的晶胞参数为a=4.6920(A),b=5.7186(A),c=4.9284(A),以及β=90.642°。
  2、测试了常温下ZnWO4晶体的密度;用浮力法测得晶体密度为7.862g/cm-3;理论计算得到晶体密度为7.892g/cm-3,两者相吻合。并计算密度随温度变化的关系。
  3、系统表征了ZnWO4晶体热学性质,包括比热、热膨胀、热扩散系数、热导率,其中,沿c轴的热导率达到了5.412Wm-1K-1,这一数据是BaWO4和SrWO4的两倍,可有效传输受激拉曼散射过程中产生的热量,验证了该类晶体具有高的热导率、大的热聚焦长度,有利于受激拉曼散射过程中的热传导和受激拉曼散射器件设计。
  三、ZnWO4晶体光学性质研究
  1、研究了室温下ZnWO4晶体的吸收光谱和红外透过光谱,发现该晶体在432nm到6.17μm范围内,透过率高达80%,红外截止边为9.8μm,覆盖可见、近红外和中红外波段,适用于从可见到中红外宽波段受激拉曼散射。
  2、研究了室温下ZnWO4晶体自发拉曼光谱;包括正常态及不同几何配置下拉曼光谱,并分析其不同振动模式下的拉曼谱线,为后续受激拉曼散射性能研究提供了理论参考。
  四、ZnWO4晶体受激拉曼散射性能表征
  1、研究了532nm基频光的腔外黄光受激拉曼散射性能,通过532nm基频光得到558.9nm受激拉曼散射激光输出;当泵浦光能量达到0.28mJ时,得到558.9nm受激拉曼散射光的能量为0.07mJ,转换效率为25%。
  2、研究了LD泵浦作用下,晶体的腔内受激拉曼散射性能,通过ZnWO4晶体的受激拉曼散射效应,得到2.25μm受激拉曼散射光;在泵浦光重频为2.5kHz、输入功率为30W时,拉曼激光输出功率为187mW,脉宽为5.7ns,研究显示出该类晶体在宽波段受激拉曼散射方面的前景。。
  通过上述研究,本论文证实了ZnWO4晶体具有优良的受激拉曼散射效应,是一种优秀的受激拉曼散射晶体,并预测了其在中红外波段的潜在方面有重要的应用。
[硕士论文] 李金
物理学 山东大学 2018(学位年度)
摘要:1987年光子晶体的概念被首次提出,一经面世就受到各界广泛的关注。光子晶体能够控制电磁波的特性,使其表现出重要的研究价值。周期性的光子晶体会像半导体一样产生能带结构,可以有选择性的控制电磁波的传播。如果在其中插入缺陷层,则会在光子禁带中出现缺陷模。缺陷模频率的电磁波可以百分百的透射。在光子晶体的缺陷内,电磁场因被两边势垒局域而叠加增强,光吸收率因而增加。非线性光学效应也是依赖场强的一种光学现象,增强电磁场会使原本不能激发某种非线性光学效应或者需要很大光强才能激发的非线性光学效应的阂值极大地降低。
  光学Tamm态(Optical Tamm States,OTSs)是一种电磁表面态,一般出现在金属和光子晶体或者不同光子晶体之间的交界面附近。当出现光学Tamm态时,特定频率的电磁场会在交界面附近达到最高值,随着与界面越来越远,电磁场强度呈指数衰减。但金属薄膜由于在一般环境中极易被氧化而使器件的性能改变或失效,这会使金属的介电常数发生改变,因而选取可以替代金属的非金属材料实现光学Tamm态具有重要的意义。透明导电氧化物(TCO)薄膜在红外波段是金属的一种非常理想的替代品。比如铟锡氧化物(ITO)、铝锌氧化物(AZO)、镓锌氧化物(GZO)等。TCO的介电常数曲线和金属的类似,并由于本身就是氧化物,所以不怕暴露在环境中。另外,TCO薄膜的材料参数可以通过改变掺杂比例和实验条件来调节,在红外波段的损耗可以比金属的小很多,因此在红外波段是激发光学Tamm态的一种很好的材料。
  论文第二章在理论和实验上研究了缺陷中心含石墨烯的一维光子晶体的光学特性。特定频率的光波在光子晶体的缺陷内会有很强的电磁场局域,缺陷内电场强度的大小会随着光子晶体结构的改变而发生变化。我们设计了含缺陷的对称和非对称光子晶体两种结构,将石墨烯插入缺陷内,石墨烯对缺陷频率的光波的吸收率将大大增加。其中,我们可以通过增加或减少光子晶体周期数的方法来调节缺陷频率光波的局域电场强度的大小,得到局域电场强度和吸收率的关系。
  论文第三章主要研究石墨烯在光子晶体中的增强非线性光学效应。针对第二章中缺陷内含石墨烯的两种不同光子晶体结构,并根据缺陷频率光波的局域电场强度与吸收率的关系,研究了光学双稳态的阈值与局域电场强度的关系,在理论上得到了含石墨烯的光子晶体结构中实现最小阈值的条件,这对利用高非线性光学系数的石墨烯研制新型的增强非线性光学器件具有重要的科学意义。
  论文第四章主要在实验上研究了含透明导电氧化物的光子异质结构中的光学Tamm态。本章主要利用透明导电氧化物薄膜在红外波段具有类金属的光学参数,将厚的透明导电氧化物薄膜与全介质光子晶体组成光子异质结构,在红外波段验证了这种电磁表面态。本章中,我们分别使用三种透明导电氧化物(ITO、AZO、GZO)代替金属,在实验上证明含这三类材料的光子异质结构中都可以激发光学Tamm态。
[硕士论文] 吕亚东
材料学 山东大学 2018(学位年度)
摘要:硫氰酸镉锌[ZnCd(SCN)4,简称ZCTC]晶体是一种重要的双金属硫氰酸盐配位化合物。在硫氰酸汞锰、硫氰酸汞镉、硫氰酸汞锌[MnHg(SCN)4、CdHg(SCN)4、ZnHg(SCN)4,分别简称MMTC、CMTC、ZMTC]和ZCTC四种晶体中,ZCTC晶体截止波长最短,并且透光波段的范围最宽,在微型蓝紫光激光器领域具有广泛的应用价值。同时ZCTC是高度扭曲的非中心对称的晶体结构,且具有的-C=N-伸缩振动可产生大的拉曼频移(>2000cm-1),将有利于通过一阶斯托克斯直接获得高效的近中红外拉曼激光,使得ZCTC晶体具有更加卓越的功能应用,如压电和受激拉曼散射(SRS)。本论文以优化ZCTC晶体生长方法、探究ZCTC晶体新功能应用为目的,对ZCTC晶体生长溶液的稳定性、晶体的电弹性能和热学性能等进行了深入的探宄,并结合第一性原理计算,使用Material Studio软件对四种晶体的结构进行了优化,计算了其弹性常数。
  1.ZCTC晶体的生长
  使用高纯的原材料合成了ZCTC晶体原料,溶解后从溶液中采用恒温蒸发溶剂法和溶液缓慢降温法进行ZCTC晶体的生长。使用显微结晶的方法研究了ZCTC晶体在水溶液中的生长习性,确定了适合晶体生长的最佳pH值,对具有最佳pH值的ZCTC晶体的生长溶液进行了溶解度曲线的测定,并对生长溶液的稳定性进行了研究。实验表明,从水溶液中生长ZCTC晶体的最佳条件应控制pH值在3-5范围内,选择用降温法生长晶体时的生长温度区间定为30-50℃,使用恒温蒸发溶剂法进行晶体生长,晶体的尺寸可达到51×15×12mm3。在生长的ZCTC晶体中,发现了具有宏观二维成核生长的晶体。孪晶缺陷的存在主要归因于ZCTC晶体中,Cd(Ⅱ)离子,既可以与N原子配位,也可以与S原子配位,因而在ZCTC晶体的结构中可存在ZnN4、CdS4,CdN2S4三种畸变的多面体结构。
  2.ZCTC晶体的电弹性能及热学性能
  按照四方晶系4点群晶体物理学坐标轴的选轴原则,确定了用于弹性常数测定的晶体的切型,并测量了晶体的弹性常数及相对介电常数随频率的变化关系。ZCTC晶体具有适中大小的相对介电常数(ε11=8.97和ε33=9.31),较大的弹性柔顺常数(s33=11.58pm2/N,s44=151.06pm2/N和s12=119.70pm2/N)
  使用激光闪光法测量了ZCTC晶体的热扩散系数,依据晶体的热膨胀系数,计算了不同温度下ZCCT晶体的密度,依据公式求得ZCTC晶体的热导率。ZCTC晶体的密度随温度升高而线性下降,沿[001]和[100]方向的热导率随温度由303K上升至423K时分别由1.3683和0.8469W·m-1·K-1下降至0.8739和0.5356W·m-1·K-1。
  3.理论计算
  采用Material Studio软件的CASTEP模块优化了ZCTC、MMTC、CMTC和ZMTC四种晶体的晶体结构,计算了晶体的弹性常数,并结合ZCTC晶体的实测数据,对比了理论结果与实际结果的差异,分析了原因,为以后寻找更优的计算方法奠定了基础。
[硕士论文] 张远卓
材料科学与工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:Al-Ni-Co系准晶是二维准晶的一种,学者们对其结构有许多研究,但是对其电子性质和态密度的研究较少,为了探究其结构与电子性质之间的关系,本论文基于透射电子显微镜高分辨Z衬度像实验结果,构建了Al-Ni-Co系准晶b-Ni相和5f相的准单胞模型,并利用第一性原理计算研究了其基态能量、电子性质和态密度,分析对比了不同过渡金属元素(TM)原子占比模型的计算结果。得到结论如下:
  1.基于密度泛函理论,研究了Al-Ni-Co系十边形准晶相b-Ni结构的10f模型中的NinCo40-n(n=0~40)准单胞团簇,对n=0,8,16,24,32,40这六个结构进行几何优化发现,其内圈原子都向内收缩。优化后的结构中圈TM原子外接圆直径为13.0(A),内圈TM原子外接圆直径为4.3(A)。通过分析这些准单胞团簇的结构与能量的关系发现,过剩能在Ni原子占比超过50%时显著增大。且Co偏向于占据中圈,准单胞团簇的过剩能随着中圈Co比例增大而降低。态密度分析发现费米面附近处存在赝能隙,且Co原子占据外国的结构比Co原子占据内圈的结构拥有峰值更高的总态密度曲线。
  2.研究Al-Ni-Co系十边形准晶相5f结构的5f_1模型中的NinCo40-n(n=0~40)准单胞团簇,对n=0,8,16,24,32,40这六个结构进行几何优化,发现其对称破缺。基于5f_1模型进行调整,构建5f_2模型,同样对不同Ni原子占比结构进行几何优化,发现内圈原子位置向内收缩,且其仍保持五次旋转对称性,各个模型优化后结构相似,中圈TM原子外接圆直径为12.7(A),内圈TM原子外接圆直径为4.3(A)。通过分析5f_2模型的结构与能量关系发现,Ni原子偏向于占据外圈,过剩能在Ni原子占比超过50%时急剧增加。随着外圈Ni比例的增加,团簇过剩能升高。
[硕士论文] 郭永康
应用化学 河南师范大学 2018(学位年度)
摘要:超分子化学主要研究的是两个或多个组分通过分子间的弱相互作用而构建的有序分子聚集体。近年来,由于超分子体系在医药、信息、材料等领域表现出的良好应用前景引起研究者的广泛关注。合理利用分子间相互作用设计新颖结构、构型可控的超分子聚集体一直是晶体学家研究的热点。氢键作为重要的分子间作用力,因其显著的定向性和高强度的特征,为晶体结构的合理化设计和晶体结构的可预测性研究提供了丰富的素材。
  本文以1,2-二(4-吡啶基)乙烯(bpe)与三类不同的酚类分子利用挥发法自组装得到了一组相似结构的共晶和两组同质多晶,三组共晶拥有不同堆积构型。我们对其中两组进行了固态光反应,探究了晶体结构与光反应的关系、参照结构与设计结构的内在关联性以及不同取代基对晶体堆积结构和合成子结构的影响,探索应用了晶体学领域常用的相似结构合成方法,并对其稳定性做了初步讨论,为晶体结构的合理化、可预测性设计提供了重要参考。本论文的主要内容如下:
  1.选用含双吡啶基的1,2-二(4-吡啶基)乙烯(bpe)分别与4-氯间苯二酚、4-溴间苯二酚通过溶剂挥发法制备了一组相似结构的两种晶体,并通过紫外光照射,实现了单晶到单晶转化,得到了含四元环衍生物的两种单晶,通过X-单晶衍射仪测定了其中三种单晶的结构,通过粉末XRD测定了所得晶体的纯度,通过核磁氢谱证实两种结构相似的晶体均能够进行光反应,且随着双键距离的增加,光反应完成时间也随之变长。
  2.选用含双吡啶基的1,2-二(4-吡啶基)乙烯(bpe)与5-甲基间苯二酚通过控制实验条件制备了一组双键排列方式不同的同质多晶,通过X-单晶衍射仪测定了两种单晶的结构,两种单晶具有不同的堆积方式,双键平行排列的结构内部无兀兀堆积作用,而在双键交叉排列的结构内存在ππ堆积作用,证实溶剂和比例双重因素诱导下产生的兀兀堆积作用对晶体结构的影响。通过粉末XRD测定了晶体的纯度,通过核磁氢谱证实双键平行和交叉排列方式均能够进行光反应,且双键交叉排列的结构光反应速率高于双键交叉方式。
  3.选用含双吡啶基的1,2-二(4-吡啶基)乙烯(bpe)与1,2,3-三羟基邻苯三酚通过控制实验条件制备了一组赝同质多晶,通过X-单晶衍射仪测定了两种单晶的结构,并对晶体结构进行了分析。1,2,3-三羟基邻苯三酚为自补型官能团,易形成同性合成子。由于氢键供体较多,氢键的方向性受到显著影响,构建出新颖的氢键排列方式。除此之外,我们对晶体结构和溶剂诱导下产生的兀兀堆积作用对晶体结构的影响做了一些讨论,并利用X射线衍射对晶体纯度和多晶型做出分析,利用热重曲线讨论了晶体的热稳定性。
[博士论文] 陈媛芝
光学 中国科学技术大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,2.6-3μm波段的激光晶体已经被国内外的研究人员进行了广泛和深入地探索和研究。石榴石系列晶体由于其高对称性、高化学稳定性、高热导率性能以及在熔融状态下易长出大尺寸和均匀的单晶体而吸引了广大科研工作者的关注。GSAG晶体是一种结合了YAG和GSGG优点的晶体,它采用Al离子替换了Ga离子,消除了Ga离子容易挥发的隐患,更容易生长出高质量、均匀和大尺寸的晶体。此外,相比较含Ga的晶体如GGG,GSGG,YSGG等,含Al的石榴石晶体如YAG,YSAG,GSAG含有更稳定的氧化物组成成分。氧化物形态的变化和氧空位的形成使得含Ga的石榴石晶体更容易形成色心的问题,在含Al的石榴石晶体中被大大地抑制[1]。20世纪八九十年代,闪光灯泵浦的固体激光器出现了蓬勃的发展局面,由于GSAG和YSAG晶体的声子能量较高,Er∶GSAG和Er∶YSAG晶体被认为不适合于中红外波段激光的产生。近年来,随着LD激光器的迅猛发展,使得泵浦光的效率获得了较大的提高,以及未来对于多波长高功率激光器的需求,为Er∶GSAG和YSAG中红外激光晶体的发展创造了好的条件,使其成为一种很有发展潜力的中红外晶体材料。
  本论文以GSAG和YSAG晶体为基质,通过高浓度Er3+的掺杂,成功生长出了Er∶GSAG,Er,Pr∶GSAG,Er,Pr∶YSAG单晶体。研究了它们的结构组成、物理性质、光学性质和抗辐照性能,并表征了晶体的激光特性。主要研究结果如下:
  通过提拉法生长出了高光学质量的30at.%Er∶GSAG晶体,研究了Er∶GSAG晶体的晶胞参数和Er3+在GSAG晶体中的分凝系数。对Er∶GSAG晶体的吸收光谱进行了J-O理论分析计算。结果表明,高浓度Er3+掺杂的GSAG晶体4I11/2→4I13/2跃迁的荧光分支比达到了17%,大于大部分Er3+掺杂的激光晶体,证明Er∶GSAG晶体是一种潜在的2.8μm晶体材料。对辐照前后晶体的光学性能与发光性能进行了研究,表征了γ射线辐照对晶体物理化学性能的影响。采用962nm LD作为泵浦源,在0.5ms脉宽、300Hz重复频率的脉冲模式下,未辐照的晶体获得了最大输出功率为408mW,斜效率为9.5%,且在相同测试条件下辐照前后晶体的输出能量变化不大。结果表明Er∶GSAG晶体是一种优异的抗辐照中红外激光晶体。
  采用提拉法首次生长出了高光学质量的Er,Pr∶GSAG晶体。系统地研究了晶体的吸收和发光光谱,并与相同浓度Er3+单掺的GSAG晶体进行对比,分析了Er3+和Pr3+能级之间的能量传递过程,计算出了Er3+→Pr3+的上下能级能量传递效率分别为12.5%和94.9%,大于Er∶GSGG和Er∶GGG晶体,可以实现Er,Pr离子之间能量的有效传递,有利于实现中红外波长的激光输出。我们还研究了Er,Pr∶GSAG晶体的抗辐照性能,发现Pr3+离子的掺入并没有影响晶体的抗辐照特性。采用962nm LD作为泵浦源,在脉冲模式下,Er,Pr∶GSAG晶体实现了2.696μm和2.828μm的双波长输出,最大输出功率为343mW。在重复频率为100Hz时,其斜效率达到了11.8%,激光阈值为293mW,与30at.%Er∶GSAG相比阈值也有所降低。以上结果表明通过掺入退激活离子Pr3+,有效地加宽了晶体的吸收带和降低了Er3+的下能级寿命,提高了晶体的激光转换效率,降低了晶体的泵浦阈值,改善了晶体的激光性能。同时该晶体表现出优异的抗辐照性能,值得进一步的深入研究。
  采用提拉法首次成功生长出了高光学质量的Er,Pr∶YSAG晶体。系统研究了该晶体的热力学和光学性能。实验证明,在常温下,Er,Pr∶YSAG晶体具有较高的热导率5.927W*m-1K-1。高的荧光强度和大的吸收发射截面证明该晶体是一种有潜力的中红外激光材料。利用962nm LD作为泵浦源,在脉冲模式下,实现了2.694μm和2.825μm的双波长激光输出。在泵浦脉宽0.5ms,重复频率300Hz时,获得最大输出功率为239mW,斜效率为6.1%;在重复频率为100Hz时,获得了较大的斜效率和光光转换效率,分别为11.7%和9.0%,激光阈值为412mW。以上结果充分说明了Er,Pr∶YSAG可以实现中红外激光的有效输出,然而目前功率相对较低,以后的工作中可以进一步优化Er离子和Pr离子的含量来实现Er,Pr∶YSAG晶体更高功率的激光输出。
  在本研究中,我们开展了以GSAG和YSAG为基质材料的新型Er∶GSAG,Er,Pr∶GSAG和Er,Pr∶YSAG中红外激光晶体的探索研究工作,为未来发展Er离子掺杂的GSAG和YSAG中红外激光晶体及激光器奠定了基础。开辟了Er3+掺杂的固体激光器运转的新波段,为高功率中红外激光的产生提供了新的解决途径。
[硕士论文] 杨轶涵
固体力学 宁夏大学 2018(学位年度)
摘要:随着航空航天、军事、科研和民用等方面的持续发展,蓝宝石晶体的应用愈发广泛,对大尺寸高质量的蓝宝石晶体的需求与日俱增。泡生法是蓝宝石晶体的主要制造方法之一,蓝宝石晶体生长过程中流场、热场均受热场结构的影响,且伴随用时长、能耗高等问题,通过数值模拟与长晶实验结合的方法研究热场结构影响能够有效降低试验成本,对低成本获得高质量蓝宝石晶体有重要意义。
  本文总结了蓝宝石晶体的生长理论,对蓝宝石生长过程中的主要生长问题进行了分析,以目前实际生产中所采用的60kg级泡生法蓝宝石单晶炉为模型,建立了晶体生长的物理模型和数值模型,通过专业晶体生长软件CGSim对泡生法蓝宝石单晶炉热场结构进行了模拟分析,并与实验结果进行对比,得出如下结论:
  (1)通过对热屏结构中加入氧化锆材料及氧化锆材料内置外置对单晶炉功率影响的研究,得出,加入氧化锆保温层会明显降低单晶炉能耗,其中,氧化锆内置的热场结构对单晶炉能耗降低影响更为明显。
  (2)通过对氧化锆材料与钼金属材料不同配比对单晶炉功率影响的研究,得出,随着氧化锆层由0增加至15层,单晶炉能耗显著降低,相比传统15层钼保温结构,15层氧化锆保温结构炉体功率降低了38%。其中,单晶炉功率变化在内置氧化锆增加至7层后变化趋于平缓,内置7层氧化锆材料/外置8层钼金属保温结构为最合理热场结构。
  (3)通过对热场结构中热屏间距的研究,得出,单晶炉热屏结构中热屏间距增大使得单晶炉功率明显提升,并引起固液界面凸度增大,晶体热应力减小,综合考察三个影响因素的影响,热屏间距为5mm时单晶炉能耗较低,可用于制造高质量的蓝宝石晶体。
  (4)通过将数值模拟结果与具体长晶实验结果进行对比,验证了设计优化的热屏间距为5mm的内置7层锆材料/外置8层钼金属热场结构的合理性,按照模拟优化热场结构生长的蓝宝石晶体基本避免了生长过程中重熔现象、径向温度梯度不合理而出现气泡等缺陷,最终生长出了径度好、基本无光学散射符合光学要求的蓝宝石单晶。
[硕士论文] 崔运磊
动力工程及工程热物理 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:水合物的开采和应用均是以水合物的相平衡研究为基础的。在天然气水合物开采时,改变水合物稳定存在的条件即可使水合物分解;在石油、天然气管路运输中添加热力学抑制剂可以改变水合物的形成条件,防止水合物生成,堵塞管路。针对水合物开采和应用的前景,了解水合物的相平衡条件,进而控制水合物的生成和分解过程是关键性问题。
  本文使用van der Waals-Platteeuw模型对气体水合物相平衡进行预测,并借助Matlab软件平台编写程序实现其计算。在此基础上,研究了气体摩尔分数和热力学抑制剂对水合物相平衡的影响。针对气体摩尔分数,研究了不同摩尔分数配比的双组分(CH4-C2H6、CH4-C3H8、CH4-CO2和CH4-H2S)气体水合物在纯水体系中的相平衡变化规律;针对热力学抑制剂,分别研究了不同质量分数的CH3OH和NaCl体系中单组分气体(CH4、C2H6、CO2和H2S)水合物的相平衡规律;针对气体摩尔分数和热力学抑制剂的共同影响,分别研究了不同质量分数的CH3OH和NaCl条件下双组分(CH4-C2H6)气体水合物的相平衡规律。
  研究结果表明:CH4与C2H6、C3H8和H2S分别混合时的水合物相平衡压力随CH4摩尔分数的增加而升高,并且当CH4摩尔分数分别大于70%、90%和70%时,对应的双组分气体水合物相平衡压力随CH4摩尔分数的增加急剧升高,而CH4-CO2水合物相平衡压力随CH4摩尔分数的增加始终均匀升高。随着热力学抑制剂质量分数的增加,水合物相平衡压力逐渐升高。同时温度对热力学抑制剂的抑制效果有明显影响,一般来说温度大于273K时,抑制剂对水合物的抑制效果更明显。热力学抑制剂条件下影响双组分水合物相平衡规律的因素主要有抑制剂质量分数、气体组分的摩尔分数以及相平衡温度。但是在不同的条件下,影响水合物相平衡规律的主要因素不同。对本文研究的双组分气体水合物而言,CH4摩尔分数在30%-70%之间时,CH4摩尔分数的改变几乎不会影响水合物的相平衡,此时影响水合物相平衡的主要因素是温度和热力学抑制剂。CH4摩尔分数大于70%时以及小于30%时,热力学抑制剂、气体组分的摩尔分数以及相平衡温度会共同影响气体水合物的相平衡压力。
[硕士论文] 杨建生
食品科学与工程 浙江工商大学 2018(学位年度)
摘要:以氯酸钠为代表的晶体手性对称破缺一直是科学研究与学术探讨的热点,在氯酸钠溶液结晶过程中,除理化因素外,某些手性物质的添加,比如氨基酸、葡萄糖,也可能会导致氯酸钠晶体发生定向手性对称破缺,这类手性物质被称为手性诱导剂。然而,目前对于手性诱导剂能否诱导晶体手性对称破缺及其诱导机理尚存在重大分歧,本研究首先以氨基酸作为手性诱导剂,考察了不同氨基酸对晶体手性对称破缺的影响,其次探讨了以氨基酸为代表的手性诱导剂分子诱导晶体手性对称破缺的机制。
  我们以氯酸钠溶液的结晶过程为研究对象,在过饱和度、结晶温度、结晶时间一致时,考察氯酸钠溶液在L-甘氨酸、L-丙氨酸、L-天冬氨酸、L-谷氨酸、L-精氨酸、L-酪氨酸以及L-脯氨酸等几种不同空间结构的氨基酸诱导剂的作用下,溶液结晶手性对称破缺的情况,手性对称破缺的程度以CEE(Crystal Enantiomeric Excess)来衡量。实验结果显示L-精氨酸诱导下的氯酸钠溶液结晶体系的CEE与纯氯酸钠溶液结晶体系的CEE具有显著差异,L-精氨酸的加入可以定向扩大氯酸钠溶液结晶生成的D型晶体比例。其他氨基酸诱导下的氯酸钠溶液结晶体系的CEE与纯氯酸钠溶液结晶体系的CEE并无明显差异,这说明只有L-精氨酸对氯酸钠溶液结晶手性具有诱导作用,同时也说明特定手性诱导剂确实能够使晶体发生定向手性对称破缺。
  由于在手性分子诱导手性晶体不对称成核过程中,仅手性分子的空间结构会对此过程产生明显影响,所以我们提出了一个新的理论—基于尺寸效应的诱导机制,来解释L-精氨酸诱导氯酸钠晶体手性对称破缺的现象,该诱导机制认为L-精氨酸分子与D型氯酸钠晶体在空间结构上的匹配可以降低成核的表面能,所以氯酸钠分子或分子团簇在以L-精氨酸为模板进行成核时会更加容易生成D型氯酸钠晶体,这样就导致最终生成的D型晶体个数多于L型。基于尺寸效应的手性诱导机制可以合理地解释L-精氨酸对氯酸钠晶体手性的诱导现象,为了佐证基于尺寸效应的手性诱导机制的正确性,我们又让L-精氨酸去诱导跟氯酸钠晶体空间结构几乎完全相同的溴酸钠晶体,实验结果表明L-精氨酸对溴酸钠溶液结晶同样具有手性诱导作用,这从正面佐证了基于尺寸效应的手性诱导机制的正确性。
  为了使L-精氨酸分子诱导氯酸钠晶体实现定向完整手性对称破缺,本文通过在含过量氯酸钠溶质晶体的溶液中添加L-精氨酸,并采用研磨搅拌的方式,进行了L-精氨酸分子诱导氯酸钠晶体完整手性对称破缺的研究,考察了L-精氨酸含量,玻璃珠添加量,搅拌速度三个因素对氯酸钠晶体手性对称破缺的影响。结果表明L-精氨酸具有很强的手性诱导效应,在其与氯酸钠的物质的量之比为1∶1350时(此时其浓度仅约为0.008mol/L),在研磨搅拌作用下仍然可以诱导氯酸钠晶体实现定向高度手性对称破缺。随着L-精氨酸含量的增加,氯酸钠晶体实现同样程度手性对称破缺的时间会有所缩短,但最终的手性对称破缺程度却没有提高,最终D型晶体的光学纯度,同时也是结晶体系的CEE,均会止步于94%左右。而当L-精氨酸与氯酸钠晶体的物质的量之比提高到1∶400(对应的L-精氨酸浓度约为0.026mol/L)时,氯酸钠晶体反而不易实现高度的手性对称破缺,这可能是因为较高浓度的L-精氨酸破坏了氯酸钠的正常结晶体系。同样,玻璃珠添加量以及搅拌速度的提高只能缩短结晶体系实现同等程度对称破缺所需的时间,不能提高体系最终的手性对称破缺程度,最终D型晶体的光学纯度,同时也是结晶体系的CEE,同样也在94%左右。
[博士论文] 周刚
材料学 大连理工大学 2017(学位年度)
摘要:密排六方结构中的{10(1)2}<10(1)(1)>孪晶由于可以提供独立的滑移系而成为一个重要的变形方式。这一孪生模式在改善密排六方结构及其合金的塑性上具有显著的实际意义。不论在{10(1)2}孪晶丰富的镁中和相对较少的钛中,都能够通过抑制或者促进这一孪晶的产生而改善强度或者塑性。
  与传统的孪生模式不同,近期的研究工作在Mg、Ti和Co中确定了一种新的变形模式(晶格再取向)。这一变形模式产生的基体与孪晶的取向关系与传统{10(1)2}孪晶类似,其成核是借助晶格局部直接取向转变的方式进行的,从而产生一个基面/柱面界面。转变前后垂直的取向关系和基面/柱面的转换对合金设计具有重要的启示。但是有关这一变形模式的一些重要细节问题,比如转变路径以及合金化影响等仍然需要明确。因此本文采用第一原理计算方法,对与晶格再取向变形模式紧密相关的一些问题进行了研究。
  首先,采用高通量第一原理计算的方法,在一系列具有密排六方结构的金属,包括Be、Mg、Sc、Ti、Co、Y、Zr、Tc、Ru、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Lu、Hf、Re和Os中,系统研究了与{10(1)2}孪晶相关的晶格再取向转变的能量路径。结果表明,不同密排六方金属中再取向过程需要不同的激发能,在这些被研究的体系中,Mg中晶格再取向过程需要的激发能最低,而Os最高。所有密排六方金属中的晶格再取向过程所需要的能量按照Mg、Gd、Tb、Dy、Zr、Tc、Ti、Ho、Y、Co、Er、Sc、Be、Tm、Lu、Hf、Re、Ru和Os依次增加。这些结果解释了为何晶格再取向模式能够在Mg的纳米柱压缩实验中观测到,但是只能在Ti的高应变速率的原子尺度模拟中出现。
  然后,本文将钛和镁中的晶格再取向分解为剪切变形和原子重排两个自由度。结果表明,在镁中原子重排部分贡献了激发能的主要部分;但是在钛中,当相对剪切变形量足够大时,随后的原子重排部分为能量下降过程。根据这一区别,将所研究的19种密排六方金属分为两组。第一组包括Ti、Tc、Be、Y、Gd、Tb、Dy、Ho、Zr、Er、Sc、Hf、Lu和Tm,在这一组中如果相对剪切变形量达到一个适当的程度(至少是总剪切变形量的60%),随后的原子重排部分就是一个能量下降过程;第二组包括Mg、Co、Ru、Re和Os,在这一组中不论相对剪切变形量达到多少,随后的原子重排部分都是能量升高过程。这些结果定性的解释了目前密排六方金属中所观察到的现象,阐明了对{10(1)2}孪晶行为的一个广义理解,并以改善材料性能作为目的。
  随后,本文详细研究了合金元素对晶格再取向的影响,发现适当合金化可以有效减少晶格再取向过程所需要的能量。在合金化后的Ti中,这一降低作用表现的更加明显,并且合金元素的某些性质和晶格再取向过程所需要的能量之间存在明显的负相关。当相对剪切变形量大于65%时,任何一种合金元素都可以使Ti中原子重排的能垒消失;但是对于Mg来说,仅有La、Zr和Mn的添加可以在相对剪切变形量大于95%时,使Mg中原子重排的能垒消失。这一结果表明,在Mg及其合金的晶格再取向过程所需要的能量中,原子重排所需要能量总是一个相当重要的组成部分。因此,相对于Ti及其合金,在相对较低温度下,原子重排是Mg及其合金中孪晶形成的阻碍,导致其{10(1)2}孪晶具有温度依赖的特点。
  在密排六方金属中,作为一个重要因素的c/a比与材料的许多性质密切相关,比如在结构材料中极其重要的位错和孪生行为。因此,本文同样采用第一原理方法高通量计算了钛合金和镁合金中的c/a比。其结果表明,合金元素对Ti和Mg的c/a比产生周期性的影响。在所研究的合金元素中,Mn、Fe、Ru、Ir和W对Ti的c/a比具有显著影响;但相对来说,合金元素对Mg的c/a比的影响较小。这些计算结果对助力合金设计和性能预测具有一定贡献。
[博士论文] 胡志涛
动力工程及工程热物理 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:磷酸二氢钾(KH2PO4,KDP)晶体是上世纪30年代发展起来的一种性能优良的非线性光学材料,以其大的非线性光学系数、高的激光损伤阈值及宽的透光波段,被广泛应用于激光变频领域。由于其容易制备且易于长大的特点,是目前惯性约束核聚变激光系统中二倍频和三倍频的首选材料。
  在工业生产中,常用的KDP晶体生长方法主要有传统Z切片籽晶慢速生长法和点籽晶快速生长法两种。无论哪一种晶体生长方法,都需要在生长溶液中预先放置籽晶。籽晶质量的优劣会直接影响生长出来的大尺寸单晶的质量,因此,选取高质量的籽晶是成功生长大尺寸高质量晶体的首要条件。通过不断蒸发溶液,进而析出晶体,是获取KDP籽晶的常用方式之一。如果已有现成晶体,则可直接从中切出一部分作为籽晶使用,其中Z切向籽晶是应用最广的籽晶。由于Z切向籽晶缺少晶锥部分,不具备KDP晶体结晶学形态,因此在晶体生长正式开始之前,须经历一个所谓的“成锥”过程以恢复晶锥,晶锥恢复的好坏对接下来的晶体正常生长具有重要影响。该过程不同于正常的晶体生长,表现出非完整形态晶体所特有的“薄表面层”生长机制。目前,对于该机制的研究还处于起步阶段,人们对薄表面层生长的机理尚不清楚。
  当晶体正常生长开始之后,溶液中的流场和浓度场特性就成了决定晶体生长质量的关键因素。目前,多数KDP晶体生长方法都采用周期性正反转动晶体的方式来加快溶质输运速度,提高晶体生长速率。随着晶体的不断运动,溶液中的流场及浓度场变得十分复杂,呈现出典型的三维非稳态特征,很难通过实验进行研究。而通过数值模拟却可方便地获得溶液中的流场和浓度场,为优化晶体生长工艺提供指导。这些年计算机技术的快速发展,使数值模拟成为研究晶体生长方法的必要手段。
  本文应用热力学、流体力学和传质学等专业基础知识,针对KDP晶体生长各阶段所涉及的流动和传质问题,展开系列研究,主要内容包括以下几个方面:
  ①通过肉眼观测不同非完整形态KDP晶体的形态恢复过程,从晶体生长形态学角度研究了薄表面层的生长机理,提出了晶体形态恢复的“最小多面体原理”,并利用热力学的基本原理进行了解释。运用光学显微镜测量了薄表面层的生长速度,发现其大小与溶液过饱和度、薄表面层厚度及前端非正常棱边的结晶学取向有关,并建立了体扩散机制下的薄表面层生长动力学模型。从晶体生长动力学角度证实,薄表面层生长的实质是其前端非正常棱边沿薄表面层切向的推移过程,薄表面层生长终止于奇异面正常棱边。
  ②对KDP晶体Z切片籽晶成锥时的溶液流动和物质输运过程进行了模拟研究,发现当籽晶(001)面棱边过饱和度较高而中心处过饱和度较低时,锥面薄表面层可快速生长,此时 Z切片籽晶成锥较容易。另外,为保证成锥质量,薄表面层外侧锥面上的过饱和度分布应尽量均匀。这就需要在成锥初期,使晶体保持静止或低速转动;而在成锥中期,则应调整晶体转速,使其逐渐增大至正常晶体生长所需大小;到了后期,则应保持正常晶体生长时的转动规律不变。
  ③对蒸发法制备完整形态KDP籽晶时的流动和传质过程进行了模拟研究,重点考察了籽晶生长过程中的形状变化及其表面过饱和度分布特性。研究结果表明,晶体表面过饱和度的不均匀性是导致台阶聚并、引起包裹物形成的直接原因。当KDP籽晶在静态溶液中生长时,籽晶表面过饱和度梯度最大的位置出现在其上表面对角线附近。降低溶液过饱和度,倾斜放置生长籽晶的液池,可改善籽晶上表面过饱和度均匀性,提高籽晶生长质量。
  ④对传统转晶法生长KDP晶体时的流动和传质过程进行了模拟研究,发现在晶体减速、停转和加速转动阶段,晶体附近溶液流速会被大大削弱,其表面过饱和度将出现大幅波动。为克服这一缺陷,本文提出了一种新的KDP晶体生长系统,在该系统中,须对晶体额外施加一匀速公转运动,使其以行星转动方式在溶液中做周期性转动,并模拟研究了KDP晶体生长时的溶液流动和物质输运特性,重点考察了行星转动方式中自转速度、公转速度和公转半径等操作条件对晶体表面过饱和度分布的影响。研究结果表明,提高晶体公转速度、扩大晶体公转半径、增大体过饱和度均可有效提高晶体表面时均过饱和度,进而提高晶体生长速率。
  ⑤对晶体运动方式作了一步改进,使其在溶液中做水平圆周转动的同时还进行上下往返运动(即三维螺旋运动),从而在更大范围内搅拌溶液,保证各晶面溶质供应的一致性。通过数值模拟发现,三维螺旋运动法可获得更为均匀的晶体表面过饱和度。参数分析结果表明,晶体表面的传质特性主要受晶体水平圆周运动的线速度V0影响,V0越大,晶体表面的传质边界层厚度越薄,传质阻力越小,晶体表面时均过饱和度增加;同时,其分布更趋均匀,有利于晶体表面形貌稳定性,减小包裹物形成几率。但随着晶体生长尺寸的变大,其表面时均过饱和度会逐渐减小,均匀性有所下降。因此,采用三维螺旋运动法生长KDP晶体时,随着生长的进行,应适当增大晶体的圆周轨道半径并减小其运动周期,使V0增大。
[博士论文] 赛得
材料科学与工程;材料物理与化学 东南大学 2017(学位年度)
摘要:本文设计并研究了一系列含有金刚烷中心单元的新型盘状液晶(DLC),其四个桥头位置用不同数目(1-4)的3,4,5-三(十二烷氧基)苯基氨基甲酰基部分或完全修饰,并且详细研究了结构与性质的关系。通过核磁共振氢谱(1H-NMR),核磁共振碳谱(13C-NMR),红外光谱(IR),紫外和可见光谱(UV-Vis),偏光显微镜(POM),差示扫描量热法(DSC)和X射线衍射(XRD)对盘状液晶的结构和液晶行为进行了表征。研究发现液晶相的对称性和热稳定性和金刚烷衍生物的结构有很大的关系。对于1-金刚烷羧酸衍生物ADLC1没有观察到液晶相,而对于ADLC2观察到两种不同的液晶相,ADLC2是在两个对称桥头位置用两个3,4,5-三(十二烷氧基)苯基氨基甲酰基官能化的1,3-二取代衍生物。在较低的温度下,ADLC2从矩形柱状相转换成具有热稳定性的方形柱状相。类似地,桥头三取代的金刚烷分子ADLC3观察到六方柱状相。有趣的是,完全桥头官能化的1,3,5,7-四取代金刚烷化合物ADLC4则失去了液晶性。
  庚嗪环是石墨碳氮化物(g-CN)的基本结构和功能单元,并具有半导体的π共轭平面对称性。分子自组装是驱动π-共轭有机分子的电子行为的主要因素之一。为了增强半导电性,庚嗪的活性位点用2,3,5-三(十二烷氧基)苯胺修饰以获得有序的柱状堆叠。发现了一种新型的具有六方柱状形的以庚嗪为中心的室温盘状液晶(HDLC)。通过核磁共振氢谱(1H-NMR),核磁共振碳谱(13C-NMR),红外光谱(IR),偏光显微镜(POM),差示扫描量热法(DSC)和X射线衍射(XRD)对HDLC的分子结构和液晶行为进行了表征。通过紫外-可见/荧光光谱和循环伏安法分别研究了HDLC的光物理和电化学性质。室温下,从循环伏安曲线中估算的HDLC能带间隙为1.63eV,比以前报道的庚嗪衍生物带隙窄得多。能带降低可能是因为特殊的HDLC柱状堆叠。作为电荷传输的柱状液晶,具有这种窄能带隙的HDLC可以运用在有机电子学中。
[博士论文] 王德龙
生物医学工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:等离激元光学(plasmonics)是近几年兴起的纳米光子学的热门研究方向,它可以通过金属微纳结构将光与物质相互作用控制在纳米尺度,具有很高的空间分辨率和能量转换效率,在信息、能源和生物医学等领域具展现了广泛的应用前景。作为等离激元光学的一个重要分支,本论文研究的等离激元光学晶体,是一类周期性金属纳米结构,与非周期性结构相比,该结构具有更好的制备可重复性和均一性。在生物检测应用中其等离激元增强可以较好的设计和控制利用,因此等离激元光学晶体作为生物传感元件受到越来越广泛的青睐。此外,入射光与等离激元光学晶体金属表面自由电子相互作用,可以用于显示、太阳能电池、光学存储等领域。本论文研究了纳米粒子自组装与金属镀膜技术结合的等离激元光学晶体制备方法,探索了其在微生物检测和等离激元光学显示方面的应用。本论文主要工作如下:
  1.提出了一种过滤自组装和无电解电镀相结合的等离激元光学晶体制备方法。该方法首先在尼龙微孔滤膜上过滤自组装制备纳米粒子的三维有序结构,然后在该结构表面进行无电解电镀金属层,得到等离激元光学晶体,该方法具有制备成本低、简单易行的优点。由于该方法制备的等离激元晶体具有多孔结构,可以作为滤膜用于生物检测与分析。FDTD仿真计算表明,晶体的电场增强热点分布均与且与位于过滤结构的空隙内,有利于与待测物的相互作用,其拉曼散射增强因子达到107数量级。
  2.探索了上述方法制备的等离激元光学晶体滤膜在微生物检测方面的应用。对产电细菌的SERS检测结果显示,该滤膜可以通过“过滤-检测”方法,仅用微量样品就可以区分地杆菌属和希瓦氏菌属两种不同的产电菌属,还可以区分地杆菌的野生型和菌毛突变型。同时,对链霉菌孢子的SERS检测表明,与传统的革兰氏染色方法和镀银尼龙滤膜基底相比,该方法可以快速有效的检测细菌孢子,从而区分用于区分常用抗生素那西肽的生产方式。对于0.005g/mL的那西肽样品,检测用量只需5μL,用时只需5min。
  3.提出了一种低成本的、稳定的、表面普适性好的有序微纳结构自组装和转印方法。该方法首先对待转印基底进行聚多巴胺修饰,然后将液-气界面自组装单层纳米粒子转印至表面,完成对表面的有序微纳结构修饰。该方法利用聚多巴胺的粘性解决了微纳结构转印的不稳定性问题。研究结果表明这种方法具有很好的普适性,可以用于平面、曲面、刚性、柔性、有机、无机表面等多种表面的微纳结构修饰,具有广泛的应用前景。通过这种方法转印的有序微纳结构,还可以通过电镀、蒸镀等多种方式修饰金属层,从而可以将表面转化为等离激元光学晶体表面,用于生物检测、显示以及能源等领域。该制备方法可以实现大面积转印,因此为等离激元晶体的广泛应用奠定了基础。
  4.基于自组装结构转印,本论文还探究了等离激元光学晶体图案化制备方法及其在显示方面的应用。研究结果表明,通过模板辅助转印,本论文实现了在刚性和柔性表面的等离激元光学晶体图案化稳定修饰。对图案的光学性质分析表明,等离激元晶体显示的颜色具有角度依赖性,但是与胶体光子晶体结构色相比,在垂直入射情况下仍然有较为亮丽的颜色,其颜色显示范围更为宽广。在此基础上,通过基底的响应性设计,可以将该显示用于传感检测。
[博士论文] 王林伟
力学 北京交通大学 2017(学位年度)
摘要:胶体悬浮液是一种典型的软物质体系,广泛应用于材料、化工、医药、环境等多个领域,而胶体晶体则在光子通信和光子计算机等领域有着广阔的应用前景。此外,胶体晶体还作为研究凝聚态物质的重要的模型体系,其理论价值一直受到国际上的广泛关注。这是因为胶体晶体在时间尺度和空间尺度上与相应的原子分子体系相比都有多个数量级的放大,于是人们可以使用更丰富的测量手段得到物质结构的微观信息。
  本论文主要针对胶体晶体的力学性质开展研究。由于宏观上的胶体晶体力学性质与微观上的胶体颗粒的带电性质紧密相关,因此本文先使用理论和实验的方法分析了胶体颗粒的带电性质与电动行为,并在此基础之上研究了胶体晶体的弹性性质(包括拉伸/压缩、剪切)以及孔隙的影响。本文的主要研究内容和成果如下:
  1、针对胶体颗粒表面有效电荷数使用较为混乱的问题,系统地对比分析了由不同方法得到的胶体颗粒表面有效电荷数,包括平均场归—电荷数、滴定有效电荷数、迁移有效电荷数、弹性有效电荷数,并讨论了由这些方法得到的有效电荷数之间差异产生的物理机制,从而明确了它们的适用场合。
  2、在已有的有盐悬浮液中胶体颗粒电泳的电动模型基础之上,运用流体力学和电化学的基本理论建立了胶体晶体所处的无盐悬浮液中胶体颗粒电泳的电动模型。根据新建立的无盐悬浮液中胶体颗粒电泳的模型,由颗粒表面有效电荷数计算得到的电泳迁移率的理论结果与实验测量值相符。此外还进一步讨论了迁移率随颗粒体积分数及表面有效电荷数的变化关系。由于新模型考虑了颗粒电离到悬浮液中的反离子以及水电离出的离子的影响,因而还可以考虑有盐悬浮液中的电解质盐离子的影响,与现有模型相比具有更广泛的适用性。
  3、在本文建立的无盐悬浮液中胶体颗粒电泳的电动模型基础之上,使用数量级分析法推导出了无盐悬浮液中颗粒电泳的迁移率解析表达式,不仅使得求解颗粒迁移率的过程更加简捷,而且也进一步理解了颗粒电泳的流体动力学机制。
  4、根据无盐悬浮液中胶体颗粒电泳的流体动力学机制,提出了通过对胶体晶体施加静电场作用来快速测量胶体晶体杨氏模量的方法。该方法利用静电场驱动胶体晶体的内部变形,并通过测量实际场强得到胶体晶体各部分的应力,以及通过测量最近相邻颗粒间距得到胶体晶体各部分的应变,最后获得胶体晶体拉伸和压缩变形的应力应变曲线,为了解胶体晶体的材料力学性能提供了一个非常实用的途径。这一利用静电场测量杨氏模量的方法比已有的利用重力沉降的方法在测量效率和适用范围上都有非常大的改进。
  5、将孔隙的影响引入到胶体晶体的剪切模量—相互作用势关系模型中,从而可以基于胶体颗粒的表面有效电荷数较为准确地得到胶体晶体的剪切模量,解决了过去的胶体晶体剪切模量的理论值与实验测量值差别较大的问题。该工作不仅改进了胶体晶体剪切模量的理论计算模型,还进一步完善了对胶体晶体的材料力学性能的认识。
  本论文的工作将胶体颗粒的电动特性与胶体晶体的弹性性质相结合,不仅改进了相关的理论模型,创建了新的实验研究方法,还进一步认识了胶体晶体弹性性质的微观机理。相关结果对胶体颗粒电动特性的利用以及深入理解和控制胶体晶体的力学性能都有重要的价值。
  (已选择0条) 清除
公   告

北京万方数据股份有限公司在天猫、京东开具唯一官方授权的直营店铺:

1、天猫--万方数据教育专营店

2、京东--万方数据官方旗舰店

敬请广大用户关注、支持!查看详情

手机版

万方数据知识服务平台 扫码关注微信公众号

万方选题

学术圈
实名学术社交
订阅
收藏
快速查看收藏过的文献
客服
服务
回到
顶部