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硅量子点结合能的尺寸和形状效应

太原理工大学学报 2023年第6期54卷 1070-1075页

作者：栾相森闫晓丽李慧太原理工大学材料科学与工程学院太原030024 太原理工大学先进材料界面科学与工程教育部重点实验室太原030024

【目的】分析硅量子点的尺寸和形状对其结合能的影响。【方法】采用密度泛函理论第一性原理的方法,计算了不同尺寸、形状的硅量子点结合能。【结果】随着体系内原子数的增多,硅量子点结合能基本上呈现增大的趋势,这与纳米材料结合能的... 详细信息

【目的】分析硅量子点的尺寸和形状对其结合能的影响。【方法】采用密度泛函理论第一性原理的方法,计算了不同尺寸、形状的硅量子点结合能。【结果】随着体系内原子数的增多,硅量子点结合能基本上呈现增大的趋势,这与纳米材料结合能的尺寸效应一致。然而,这种尺寸效应也会受到形状的影响。引入形状因子λ,研究发现在等尺寸的情况下,四面体形状(TH)的硅量子点结合能总是小于中心四面体对称(TC)的硅量子点,二者的结合能也都小于八面体形状(OT)的硅量子点。在一些硅量子点上出现原子数小的硅量子点其结合能反而大于原子数大的硅量子点,其原因是因为原子数小的硅量子点具有较大的形状因子。另外,硅量子点体系中氢硅比(氢原子与硅原子的比值),即n(H)/n(Si),能够同时反映硅量子点的尺寸、形状参数,硅量子点结合能与氢硅比的线性关系进一步证明了硅量子点的尺寸、形状效应。

关键词：硅纳米晶体结合能尺寸效应形状效应氢硅比

2A12铝合金海水腐蚀的尺寸与形状效应研究

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2A12铝合金海水腐蚀的尺寸与形状效应研究

作者：苑笑博燕山大学

学位级别：硕士

铝合金因其良好的耐腐蚀性能和自重轻、强度高等优点,广泛应用于海洋和船舶工程。铝合金耐腐蚀能力主要决定于其表面形成的钝化膜,但是,该钝化膜通常很薄,且厚度不均匀,会存在随机微观缺陷。这些缺陷受到海水侵蚀后,就会在局部形成腐蚀... 详细信息

铝合金因其良好的耐腐蚀性能和自重轻、强度高等优点,广泛应用于海洋和船舶工程。铝合金耐腐蚀能力主要决定于其表面形成的钝化膜,但是,该钝化膜通常很薄,且厚度不均匀,会存在随机微观缺陷。这些缺陷受到海水侵蚀后,就会在局部形成腐蚀源,发生点蚀或裂隙腐蚀。由于缺陷分布通常会与构件尺度和形状有关,因此,腐蚀也可能会与构件尺度和形状有关联。目前研究主要集中于腐蚀机理及抗腐蚀方法,对于海水腐蚀的尺度和形状效应,还缺少认识。开展这方面研究,对于海洋和船舶工程的安全与设计无疑具有重大意义。针对海水腐蚀是否会出现类似于力学性能那样的构件尺寸和形状效应,本文对不同尺度、不同形状2A12铝合金在海洋环境下的腐蚀与发展特征进行系统研究。通过室内人工海水腐蚀试验,揭示了室温条件下,2A12铝合金受海水腐蚀时会表现出明显的尺寸效应,定义了点蚀密度来量化腐蚀程度,表明了海水腐蚀的尺寸效应呈现出3阶段发展特征。在腐蚀初期,各尺寸试件皆呈现均匀腐蚀,但小尺寸试件腐蚀稍重。随着腐蚀时间增加,大尺寸试件更早出现点蚀,且试件尺寸越长,点蚀出现时间越早。腐蚀时间进一步增加时,各尺寸试件均出现大量点蚀,试件点蚀面积占试件腐蚀总面积比,即点蚀密度随试件长度的增加而减小。揭示了2A12铝合金室温人工海水腐蚀时的形状效应,试件截面变化区域更易发生点蚀,试件形状变化会加速和加深海水腐蚀。腐蚀初期,不同形状试件皆以均匀腐蚀为主,试件形状并不影响腐蚀速率。腐蚀时间增加后,截面均匀的无变化试件,点蚀坑分布随机,无明显规律。截面发生变化的试件,点蚀集中于截面变化区域。腐蚀进一步加深时,试件端头出现点蚀。通过扫描电镜对2A12铝合金表面腐蚀产物进行微观分析与成分分析,表明了腐蚀产物在点蚀坑处大量聚集,不同尺寸试件点蚀坑微观腐蚀形态相似,点蚀坑呈龟裂状。通过单向拉伸试验和轴心受压试验,表明了海水腐蚀后的2A12铝合金应力-应变曲线与铝合金经典模型—贝尔模型存在差异,腐蚀7天后的试件曲线成四阶段特征,腐蚀15、30天的试件应力-应变曲线则分为三个阶段。

关键词： 2A12铝合金尺寸效应形状效应点蚀海水

金基表面等离激元材料光热性质的形状效应仿真分析

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金基表面等离激元材料光热性质的形状效应仿真分析

作者：张慧明中南大学

学位级别：硕士

表面等离激元光热材料(亦称之为热等离激元材料)广泛用于光热治疗、光控药物递送与释放、光声成像等生物医学领域。其物理本质为局域表面等离激元共振(LSPR)激发,引发光热效应使得纳米结构表面温度升高。金纳米结构因其独特的局域表面... 详细信息

表面等离激元光热材料(亦称之为热等离激元材料)广泛用于光热治疗、光控药物递送与释放、光声成像等生物医学领域。其物理本质为局域表面等离激元共振(LSPR)激发,引发光热效应使得纳米结构表面温度升高。金纳米结构因其独特的局域表面等离激元共振性质,所产生的光热效应具有重要的应用前景。金纳米结构的LSPR性质与其形状结构关系密切,人们可以根据性质需求而设计出具有不同形状和尺寸的金纳米结构。大量研究证明金基纳米结构LSPR性质与形状紧密相关,然而,其光热性质的形状效应尚未有深入研究。对不同形状金基纳米结构的热等离激元性能进行可靠的比较评价,对于开发特定应用的新型热等激元材料具有非常重要的意义。鉴于此,本论文利用数值研究模型对不同形状金纳米粒子的热等离激元性能进行定量分析,同时还研究了金纳米粒子(Au NPs)以及金基核壳纳米结构(Au@Si O@CuSe)的等离激元性质的形状依赖性。本论文主要研究内容和成果如下:(1)通过仿真分析研究,系统地对金纳米球(Au SP)、金纳米立方体(Au NC)、金纳米棒(Au NR)、金纳米星(Au ST)和金纳米双锥(Au BP)的热等离激元性质进行了定量评估。结果表明,五种Au NPs的焦耳数随LSPR波长的增加而逐渐减小,与吸收截面积的变化趋势正好相反。除了更宽的调谐范围外,Au NR、Au ST和Au BP比Au SP、Au NC表现出更大的焦耳数,表明它们具有更加优越的光热性能。同时还研究了Au NPs中近场增强、吸收功率密度和等离激元光热温度分布的形状依赖性,这些性能表现都与焦耳数密切相关。具有尖端特征的Au NR、Au ST和Au BP表现出更大的近场增强、吸收功率密度和温升。Au NPs可以通过形状和整体尺寸(Au原子数,N)调控其表面等离激元共振范围,从而在特定的LSPR波长下获得理想的光热性能。(2)在五种Au NPs的基础上,深入研究了由两种不同类型等离激元材料形成的Au@Si O@CuSe核壳纳米结构(Au NPs-SC)光热性质的形状效应。根据金与硒化亚铜复合纳米核壳材料的LSPR特性,探讨了不同形状Au内核对核壳结构等离激元性质的影响。结果表明,Au NPs-SC在近红外二区出现吸收共振主峰,Au内核的形状越是尖锐细化其主峰越是红移,但是吸收强度会明显降低。具有尖端特征的Au ST-SC,Au BP-SC有着较大的近场增强和吸收功率密度,然而二者温升却是较低值。Au NPs-SC的吸收功率密度和温升的较大值都出现在CuSe壳的横向两端,与近场增强相反,且最大值与对应的Au NPs相比降低很多。Au内核的形状可以在很大程度上调控Au NPs-SC的等离激元光热性质,将LSPR吸收范围扩展到近红外二区,来满足实际应用中所需的最佳光热性能。综上,金基表面等离激元材料光热性质的形状效应仿真分析可以为今后新型等离激元光热材料的设计提供理论参考,对指导生物医学光热材料的应用和发展具有重要意义。图43幅,表2个,参考文献233篇

关键词：表面等离激元光热材料形状效应热等离激元核壳结构金纳米粒子

点状不良地质体钻孔雷达响应特征的形状效应正演分析

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岩土力学 2011年第5期32卷 1583-1588页

作者：钟声王川婴吴立新吴育华王清远四川大学建筑与环境学院成都610065 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点试验室武汉430071 北京师范大学减灾与应急管理研究院北京100875 中国文化遗产研究院北京100029

针对钻孔地质雷达探测工作中常见的空洞、岩溶和地下埋藏物等点状不良地质体,利用时域有限差分数值模拟方法,对岩土体内不同形状和不同埋深的目标地质体进行了雷达响应正演模型研究,并分析了这些模型的实际分辨能力和应用条件。结果表明... 详细信息

针对钻孔地质雷达探测工作中常见的空洞、岩溶和地下埋藏物等点状不良地质体,利用时域有限差分数值模拟方法,对岩土体内不同形状和不同埋深的目标地质体进行了雷达响应正演模型研究,并分析了这些模型的实际分辨能力和应用条件。结果表明,对于不同的探测任务,应根据感兴趣目标体的几何尺寸、分辨率要求等来选择合适的天线频率;不同几何形状的点状不良地质体所呈现的雷达剖面形式各异,且雷达反射信号强弱也不同;同一频率天线其探测分辨能力随空洞埋藏深度而变化,同一埋深下,天线频率越高,高度分辨能力效果越好。研究结果可为钻孔雷达用于岩体工程勘察、灾害隐患探测提供模拟图像认知和数据判读支持。

关键词：钻孔地质雷达 FDTD 形状效应点状不良地质体

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岩石三维破坏数值模型及形状效应的模拟研究

岩土力学 2007年第4期28卷 699-704页

作者：梁正召唐春安张娟霞马天辉张锐大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室大连116024 东北大学工程力学研究所沈阳110004

应用RFPA3D分别模拟了理想光滑端部加载和限制性加载端部情况下不同形状的岩石在单轴压缩下的破坏过程。模拟结果表明,试样形状对岩石的抗压强度、变形特征以及破坏模式有很大影响。岩石试样的强度随着长宽比的增加而减小,当长宽比超过... 详细信息

应用RFPA3D分别模拟了理想光滑端部加载和限制性加载端部情况下不同形状的岩石在单轴压缩下的破坏过程。模拟结果表明,试样形状对岩石的抗压强度、变形特征以及破坏模式有很大影响。岩石试样的强度随着长宽比的增加而减小,当长宽比超过2.5以后单轴压缩强度趋于稳定。理想端部下,长宽比较大的试样主要是剪切破坏模式;而长宽比较小时,主要是因为拉伸引起破坏。端部效应是引起试样拉伸破坏的一个重要因素,但是即使采用光滑端部,试样的形状效应依然存在。长宽比的逐渐增加使岩石逐渐由延性破坏向脆性破坏转变。

关键词：非均匀性破坏过程三维形状效应端部效应

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金属纳米微粒熔化热力学性能的尺寸形状效应

金属学报 2004年第10期40卷 1041-1044页

作者：谢丹齐卫宏汪明朴中南大学材料科学与工程学院长沙410083

利用表征纳米微粒形状效应的形状因子与金属纳米微粒结合能的尺寸效应表达式,建立了金属纳米微粒尺寸形状效应的熔化热力学模型,预测了金属纳米微粒存在的最小临界尺寸为rc=5r0/μ1/2{1-exp[-2Sm(∞)/3k]},最低熔化温度为Tc(r)=Tm(∞)ex... 详细信息

利用表征纳米微粒形状效应的形状因子与金属纳米微粒结合能的尺寸效应表达式,建立了金属纳米微粒尺寸形状效应的熔化热力学模型,预测了金属纳米微粒存在的最小临界尺寸为rc=5r0/μ1/2{1-exp[-2Sm(∞)/3k]},最低熔化温度为Tc(r)=Tm(∞)exp[-2Sm(∞)/3k].对纳米微粒Au,In,Al和Sn熔点、熔化熵及熔化焓的预测值与实验结果相一致.

关键词：金属纳米微粒尺寸效应形状效应熔化热力学模型

不同围压下花岗岩破裂机制及形状效应的离散元研究

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煤炭学报 2019年第3期44卷 923-932页

作者：黄锋李天勇高啸也杨翔林志重庆交通大学土木工程学院重庆400074 重庆交通大学山区桥梁与隧道工程国家重点实验室培育基地重庆400074 重庆建工市政交通工程有限责任公司重庆400021

在花岗岩地层中开挖隧道时会引起围岩的变形破坏,多表现为岩爆、板裂、塌方等形式,通过室内单轴和三轴压缩试验能得到花岗岩的宏观力学参数及其渐进破坏机制。室内岩石试验可以从宏观角度分析花岗岩的破坏本质,而通过PFC2D离散元软件模... 详细信息

在花岗岩地层中开挖隧道时会引起围岩的变形破坏,多表现为岩爆、板裂、塌方等形式,通过室内单轴和三轴压缩试验能得到花岗岩的宏观力学参数及其渐进破坏机制。室内岩石试验可以从宏观角度分析花岗岩的破坏本质,而通过PFC2D离散元软件模拟室内单轴及三轴试验,则可以从微观方向研究分析花岗岩的破坏过程。本文以港珠澳大桥连接线南湾隧道工程为背景,综合采用室内岩石力学试验和离散元数值模拟方法,从宏观、微观两种角度对不同围压条件下花岗岩的宏细观力学参数、破裂机制及其形状效应进行了对比分析,全面的研究分析了花岗岩的变形破坏本质。研究结果表明:①数值模拟与室内试验所得的结果,无论是宏观力学参数还是最终破坏形态均较为接近;随着围压的增大,岩石的峰值强度增加、弹性模量基本不变;随着试件长径比L/D增大,岩石峰值强度减小、弹性模量增大。②采用基于相对轴向应变和单位面积裂隙数量的统计方法,能更加合理分析岩石微观渐进破裂机制;随着试件长径比L/D增大,岩石最终破坏形态逐渐从张拉破坏转变为剪切破坏;当L/D=1.0时单位面积内最终裂纹数量最大,当L/D=2.0时剪切裂纹所占比例最大。③随着岩石试件长径比L/D的增大,其峰值强度有所减小且受围压影响明显,弹性模量也明显的增大但与围压的关系不显著。④通过分析裂隙数量与应变关系可知,在不同围压条件下,岩石内部裂隙数量随着轴向变形的增加呈现"S"型曲线增长,当轴向变形接近峰值应变时裂隙出现突变增长,且仅当围压较小时最终裂隙数量趋于收敛。⑤随着试件长径比L/D的增大,岩石破坏时单位面积内裂隙数量逐渐减少,且减小速度增快。总的来说,岩石试样的形状改变对花岗岩的整体峰值强度和弹性模量有着明显的影响,因此,室内试验中应合理设计岩石试样的形状,以获取准确的岩石强度和力学参数。

关键词：岩石力学破裂机制形状效应室内试验

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改性高水材料尺寸与形状效应研究

四川大学学报（工程科学版） 2017年第S2期49卷 121-127页

作者：冯波刘长武谢辉吴美苏蒋源四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室四川成都610065 四川大学水利水电学院四川成都6100653 四川电力设计咨询有限公司四川成都610041

改性高水材料是在原高水材料的基础上通过掺杂或改性,以达到提高其物理力学性质和降低经济成本等目的的新型高水材料,近年来在地下采空区充填支护等领域得到了广泛应用。同岩石和混凝土等材料一样,其形状和尺寸对力学性质影响显著,因此... 详细信息

改性高水材料是在原高水材料的基础上通过掺杂或改性,以达到提高其物理力学性质和降低经济成本等目的的新型高水材料,近年来在地下采空区充填支护等领域得到了广泛应用。同岩石和混凝土等材料一样,其形状和尺寸对力学性质影响显著,因此对改性高水材料形状和尺寸效应的研究具有重要意义。为研究不同形状和尺寸改性高水材料的力学性质,借助ETM力学试验系统,通过对不同尺寸和形状下的改性高水材料的破坏过程、抗压强度和变形特性等性质的测试,系统研究改性高水材料的尺寸和形状效应。结果表明:改性高水材料是一种弹塑性材料,其变形破坏过程可以分为弹性阶段、屈服阶段、塑形阶段和破坏阶段4个过程;改性高水材料的尺寸仅影响其应力-应变曲线峰值强度,对曲线的形状几乎没有影响,而形状对应力-应变曲线的峰值强度和形状均有较大影响;相对于圆柱体试件,立方体试件的全应力-应变曲线屈服后下降得更加缓慢;随着材料尺寸的增加,圆柱体和立方体试件的抗压强度、弹性模量和变形模量均在一定范围内逐渐减小,且当试件尺寸较小时(小于100mm),尺寸增加25%,弹性模量降低约50%,变形模量约降低10%,尺寸较大时(大于100 mm),变化率急剧减小;在相同条件下,圆柱体试件的抗压强度、弹性模量大于立方体试件,变形模量小于立方体试件。

关键词：高水材料力学性质尺寸效应形状效应

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超高速撞击弹丸形状效应数值模拟研究

宇航学报 2006年第6期27卷 1174-1177,1232页

作者：马文来张伟庞宝君陈海辉哈尔滨工业大学空间碎片高速撞击研究中心哈尔滨150080

为保证在轨航天器的安全运行,微流星体和空间碎片的防护成为现有航天器,特别是长寿命、大尺寸航天器设计时必须考虑的问题。本文采用AUTODYN软件进行了不同形状弹丸超高速撞击whipple防护结构的数值模拟,对不同形状弹丸撞击Whipple防护... 详细信息

为保证在轨航天器的安全运行,微流星体和空间碎片的防护成为现有航天器,特别是长寿命、大尺寸航天器设计时必须考虑的问题。本文采用AUTODYN软件进行了不同形状弹丸超高速撞击whipple防护结构的数值模拟,对不同形状弹丸撞击Whipple防护结构的撞击极限曲线进行了比较,分析了各形状弹丸撞击防护屏后形成的碎片云状态,以及分析了各撞击极限曲线之间差异的原因。不同形状弹丸对Whipple防护结构的损伤能力有很大差异,弹丸破碎和碎片云分散程度随弹丸速度、长径比和撞击方向的改变而改变。

关键词： Whipple防护超高速撞击形状效应撞击极限曲线数值模拟