扶手椅型单壁碳纳米管π电子能带及其曲线计算

为了研究单壁碳纳米管（SWNTs）的电学特性及其应用,对扶手椅型单壁碳纳米管π电子能带进行了计算.从紧束缚模型出发,利用量子理论和固体理论导出了单壁碳纳米管中π电子的能带表达式.在此基础上,利用波恩 卡门周期性边界条件和布洛赫定理建立了在管的圆周方向上波矢的量子化公式,得出了扶手椅型单壁碳纳米管中π电子能带表达式及其在布里渊区的能带曲线,并对其结果进行了深入分析和讨论,为单壁碳纳米管π电子结构的研究提供了必要且有价值的理论依据.     

锯齿型、螺旋型单壁碳纳米管的能带计算

在紧束缚近似方法得到的扶手椅型单壁碳纳米管能带的基础上,通过坐标变换得到了锯齿型和螺旋型单壁碳纳米管能带的数学表达式,对结构参数为（9,0）、（10,0）、（7,4）和（9,6）型单壁碳纳米管的能带曲线进行了计算,并对能带曲线的特征进行了深入讨论和分析.研究表明,当结构参数满足|m-n|=3J （J=整数）时为金属型碳纳米管,当不满足上式时为半导体型碳纳米管.由于固体的许多基本物理性质可以由固体的能带理论阐明和解释,因此,该结论对单壁碳纳米管π电子结构以及物性研究提供了有益的理论参考.     

直线电机悬浮平台的μ-Η∞鲁棒控制

针对直线电机悬浮平台系统采用直接驱动方式易受参数变化、负载扰动、端部效应和齿槽效应等不确定性因素影响的问题,在系统模型反馈线性化的基础上,结合鲁棒控制器的设计方法和μ综合D-K迭代法,分别对悬浮平台系统的水平方向和竖直方向设计μ-Η_∞速度控制器.与速度控制器相比,该控制器具有更好的鲁棒性和快速性.仿真结果表明,采用了μ-Η_∞控制策略的系统对不确定性因素的影响有很好的抑制能力,实现了悬浮平台系统对定位精度、快速性和鲁棒性的要求.     

形变小直径扶手椅型碳纳米管的电子性质

在紧束缚近似下,解析地推导了轴向拉伸和扭转形变下小直径单壁碳纳米管（SWNT）的能量色散关系．分析了拉伸和扭转形变对小直径扶手椅型SWNT的电子性质的影响．结果表明,在拉伸形变下扶手椅型SWNT仍然是导体,但其费米速度随拉伸比的变大而变大;在拉伸比不变的情况下,考虑曲率效应后其费米速度变大．在扭转形变下,扶手椅型SWNT变成了半导体,其能隙随扭转度的变大而变大;在扭转度不变的情况下,考虑曲率效应后能隙变化不大．     

小直径螺旋型单壁碳纳米管电子结构的计算

针对结构参数（m,n）为（4,1）、（4,2）和（5,2）等小直径螺旋型单壁碳纳米管的电子结构,采用密度泛函理论、第一性原理以及ABINIT软件进行了理论计算,得到了上述管的电子能带及其态密度曲线,并分析了这些管的导电性能.计算结果表明：（4,1）和（5,2）这两种单壁碳纳米管无能量禁带,均属于金属型;而（4,2）管有能量禁带,属于半导体型.此结论与用金属型单壁碳纳米管的判据|m-n|=3J（J=0,1,2,3,…）给出的结果一致.     

醇溶性聚芴分散单壁碳纳米管的研究

采用铃木缩聚反应设计和合成一种新型醇溶性聚合物（PFN）,利用PFN非共价修饰单壁碳纳米管（SWNTs）,实现SWNTs的分散. 复合体（PFN-SWNTs）放置30 d后,没有沉淀产生,性能稳定,解决了SWNTs易聚集的问题. 通过透射电子显微镜、吸收光谱和荧光光谱对复合体进行了详细的表征. 结果表明:多数SWNTs分散在PFN表面,说明在超声法条件下PFN对SWNTs有很好的分散效果;PFN与SWNTs通过π-π相互作用导致PFN-SWNTs吸收光谱红移;荧光测试发现部分光生电子转移到SWNTs表面,聚合物的荧光强度减弱.     

碳纳米管的电学性质

依据碳纳米管中电子-声子相互作用的原理,采用哈密顿量、量子化理论推导了二聚化对应能隙和相变温度,在紧束缚近似、量子理论和能带理论的基础上,利用周期性边界条件对碳纳米管Π电子进行了分析,讨论了碳纳米管的导电性,预测了室温下碳纳米管碳管中载流子输运方向.     

SiC多型体的电子结构和光学特性研究

在局域密度近似下,采用平面波超软赝势法对SiC多型体的能带和光谱特性进行了研究.计算了4种SiC多型体的能带、介电常数等并进行了比较.计算表明4H-SiC导带最低点在布里渊区M点,6H-SiC导带最低点在布里渊区ML线上U(0,0.176,0)(2π/a)点.在布氏区垂直于Z轴方向的AH和LH段能带是二重简并的.能带得介电常数的计算表明SiC是各向异性材料.局域密度近似下的密度泛函理论对能隙的计算结果小于实验结果.     

Mg-Al合金非平衡凝固共晶组织及形成机理

为了研究Mg-Al合金非平衡凝固组织,利用扫描电镜(SEM)、x-射线衍射仪以及拉伸性能测试,分析了金属型铸造Mg-x%Al(x=8、10、12)合金的铸态组织.结果表明,Mg-x%Al(x=8、10、12)合金的铸态组织由α固溶体、沿晶界分布共晶组织及其附近的次生相所组成,共晶组织以β-Mg₁₇Al₁₂为基且其上分布着粒状α相,次生β相与α固溶体以片层相间的形式出现.采用金属型铸造,实验合金的冷却速度较快,先形成离异共晶的β-Mg₁₇Al₁₂相,后形成以β-Mg₁₇Al₁₂为基的共晶组织.该组织为类似于铁碳合金中莱氏体的非规则共晶体,强度和塑性很低,因此,Mg-x%Al(x=8、10、12)合金的力学性能普遍较低.     

封口型单壁碳纳米管电子结构的密度泛函研究

采用密度泛函(DFT)的B3LYP基组和非平衡格林函数方法对封口型单壁碳纳米管及在碳纳米管外接Au电极的纳米器件的量子结构、密利根电荷分布、电子传输和态密度等特性进行了理论研究.结果发现HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital)和LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)间的能隙Eg=0.973 8 eV,呈现半导体特征;态密度与电子输运谱具有很好的对应关系;电子输运主要集中在能量E＜O.O eV的区域.     

碳纳米管超晶格结构的第一性原理

针对掺杂N、B、Si的碳纳米管超晶格的电子结构及拉伸性能,运用第一性原理进行了相关研究.结果表明,碳纳米管超晶格会形成类似管状结构.不同掺杂元素导致碳纳米管超晶格的结构稳定性有所不同.碳纳米管经掺杂后,能带中的能隙由半导体性转变为金属性,且费米能级处的态密度值增大,表明碳纳米管超晶格的物理化学活性增强,而结构稳定性降低.对于碳纳米管超晶格而言,结构稳定性从高至低依次为3×1碳氮、1×1碳硼和3×1碳硼纳米管超晶格.     

高应力下蒙脱石电子结构第一性原理研究

利用第一性原理分析粘土矿物蒙脱石在高应力下的微观物理和化学性质.通过密度泛函理论(DFT)的局域密度近似(LDA)理论研究蒙脱石的原子和电子结构,计算结果表明:随着应力的增加,蒙脱石的Si-O键比Al-O键稳定,H-O键没有变化.高应力可以改变蒙脱石的能带结构,当P=33.2 GPa时,蒙脱石的能带结构由间接带隙变为直接带隙;当P=39.2 GPa时,蒙脱石的能带结构又恢复为间接带隙.此外,弹性常数计算结果表明:对于垂直于晶面有关的弹性常数C_(33)、C_(66)受应力影响较大,对于剪切变形弹性常数C_(44)、C_(66)在20 GPa～30 GPa均有微小的下降趋势,且整个过程C_(44)变化幅度不大.计算结果有助于了解高应力下蒙脱石的电子结构,为进一步了解蒙脱石的物理化学性能提供理论依据.     

铁磁—反铁磁—反铁磁三聚自旋链的磁化特性

采用Jordan-Wigner变换,讨论自旋-1/2铁磁—反铁磁—反铁磁三聚海森堡链系统在外磁场作用下的磁化过程,数值计算了零温下系统的磁化强度随反铁磁相互作用和外磁场的变化关系,结果发现有1/3磁化平台出现,且遵循OYA理论。此外,分析了系统的能隙及磁化平台产生的原因。     

(4,4)碳纳米管/碳化硅纳米管异质结的输运特性

建立了(4,4)碳纳米管/碳化硅纳米管异质结的模型,采用非平衡格林函数法计算了该异质结的输运特性.从异质结的分子投影自洽啥密顿量的本征轨道,可以看出最高占据分子轨道和最低空轨道均位于碳纳米管侧,其能带闻隙约为0.48 eV;从其伏安特性可以看出,在正负偏压下开启电压为+2.0V和-1.6V.     

自旋为1/2的亚铁磁棱型X-Y链的内能

利用不变本征算符法计算低温下自旋为1/2的一维亚铁磁棱型X-Y链系统的元激发谱,并讨论在此系统中不同特殊情形下的元激发能量.推导出体系的3个临界磁场强度(H C1,H C2,H Peak).讨论当外磁场HH C1或HH C2时,体系出现能隙;当H C1HH C2时体系不出现能隙的物理机制.体系的内能随外加磁场的增加逐渐减少,随温度的升高逐渐增大.绝对零度下,在高外磁场区二聚体分子内电子自旋平行排列的铁磁交换作用能J F与二聚体与单基体分子间电子自旋反平行排列的反铁磁交换作用能J AF之比(-J F/J AF)对体系的内能几乎无影响.但在有限温度,大外磁场下时,曲线重合出现分裂迹象.     

具有方钠石笼型结构AlB3C3化合物的第一性原理研究

碱金属和碱土金属笼型化合物因其优异的电学和力学性质一直吸引着科研工作者的目光。本工作应用第一性原理计算,系统地探索了具有方钠石笼型结构AlB₃C₃化合物的晶体结构、电子性质和力学性质。计算结果表明：常压下AlB₃C₃ 的晶格常数为a = 4.731 ?,能带附近有能带穿过费米面显示其金属性,B-C笼型框架中B原子和C原子形成了很强的sp3杂化共价键。此外,AlB₃C₃ 化合物力学稳定,体弹模量B0为228 GPa。本工作拓展了人们对金属强共价键笼型硼碳化合物的认识。     

单壁碳纳米管分子异质结的相干输运研究

利用紧束缚格林函数和计算机数值模拟方法,研究了4种单壁碳纳米管分子异质结的相干输运性质。结果表明:(5,5)/(8,0)和(5,5)/(10,0)的金属/半导体型异质结局域态密度出现了新的量子态;金属/金属型异质结(5,5)/(9,0)A和(5,5)/(9,0)B的量子电导小于完好的碳纳米管,但局域态密度增大;金属/金属型异质结的量子电导对碳纳米管的连接方式表现敏感,当给定的两种金属碳纳米管连接时,不同连接方式的异质结可能是导体、半导体、绝缘体。     

结构力学法求解碳纳米管的临界应变

采用宏观的力学模型,研究了具有不同长径比的锯齿型和扶手椅型碳纳米管的屈曲变形.其结果表明在长径比不变的情况下,随着碳纳米管半径的增加,临界应变值降低;长径比对临界应变有重要的影响;对于小的长径比,连续体壳理论是有效的,但是随着长径比的增加,碳纳米管半径小于0.8 mm的情况下,出现了分歧.因此宏观力学框架模型能有效地模拟碳纳米管的屈曲,预测临界应变.     

Si和Ca对铸态Mg-5Sn-0.5Sr合金组织和性能的影响

为了提高镁合金的耐热性能,在Mg-5Sn-0.5Sr合金中加入Si和Ca等合金化元素,设计了Mg-5Sn-0.5Sr-xSi(x=1,2)和Mg-5Sn-0.5Sr-xSi-0.5Ca(x=1,2)合金.采用x-射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)与扫描电镜(SEM)研究了合金的相组成及显微组织,并利用力学性能试验机测定了合金的拉伸性能.结果表明,Mg-5Sn-0.5Sr-xSi(x=1,2)合金组织由沿α-Mg晶界析出的共晶Mg₂Sn、Mg₂Si相与α-Mg晶内初生MgSnSr相组成,且Mg₂Si相的质量分数随Si元素的增加而增加.对于Mg-5Sn-0.5Sr-xSi-0.5Ca(x=1,2)合金而言,加入Ca元素能够显著促进初生(Ca,Sr)MgSn相的形成,而抑制晶界上Mg₂Sn相的析出.     

碳纳米管受介电泳作用三维运动仿真

利用溶于介电液中的碳纳米管在外加交变电场作用下极化产生介电泳力和液体粘滞阻力的共同作用,建立了碳纳米管受力和运动模型;对碳纳米管的运动过程进行了仿真,得到了碳纳米管从特定初始点开始的三维运动轨迹和可以实现组装的碳纳米管初始点分布区域.计算了碳纳米管运动过程中所受介电泳力和速度的变化规律,距离电极间隙越近,碳纳米管受力和速度越大,最大分别能达到10^-9 N和10⁵μm/s的数量级.仿真结果为碳纳米管介电电泳组装提供指导.