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含旋轨耦合的耦合簇方法中的基组选择

化学学报 2024年第6期82卷 604-612页

作者：易书禾王繁四川大学原子与分子物理研究所成都610065

相对论小核能量一致赝势是流行的相对论效应处理方法,但是除dhf-nZVPP-2c基组外,针对此赝势开发基组时都没考虑旋轨耦合效应(SOC),而dhf-nZVPP-2c的可靠性也主要在密度泛函计算中进行了验证.本工作采用以标量相对论Hartree-Fock波函数... 详细信息

相对论小核能量一致赝势是流行的相对论效应处理方法,但是除dhf-nZVPP-2c基组外,针对此赝势开发基组时都没考虑旋轨耦合效应(SOC),而dhf-nZVPP-2c的可靠性也主要在密度泛函计算中进行了验证.本工作采用以标量相对论Hartree-Fock波函数为参考态的SOC-CCSD(T)方法结合此类赝势,考察5s5p电子及各种基函数对第六周期闭壳层双原子分子性质,特别是SOC效应的影响.结果显示,要可靠计算SOC效应,在SOC-CCSD(T)计算中要考虑5s5p电子. cc-pVnZ-PP基组和dhf-nZVPP基组不能得到可靠的SOC效应,而dhf-nZVPP-2c和cc-pwCVnZ-PP基组则能合理描述这些体系的SOC效应.这两套基组对重元素体系性质的误差与相应基组中基函数数目一致,顺序为:dhf-TZVPP-2c,cc-pwCVTZ, dhf-QZVPP-2c, cc-pwCVQZ, cc-pwCV5Z.对这些重元素体系,要用dhf-QZVPP-2c基组才能得到高精度的键长和谐振频率,但是对于解离能,即使cc-pw CVQZ基组仍有一定误差.

关键词：基函数旋轨耦合效应耦合簇理论相对论效应电子相关

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液态金属催化裂解甲烷制氢动力学研究

高等学校化学学报 2024年第2期45卷 97-103页

作者：廖加术刘建星王思蜀陈波陈建军韦建军叶宗标芶富均四川大学原子核科学技术研究所成都610064 四川大学原子与分子物理研究所成都610064

液态金属催化甲烷热解是一种高效生产氢气且无二氧化碳排放的新兴技术.本文开发了一个液态金属裂解反应器催化甲烷热解的数值模型,在实验室自主搭建的液态金属制氢平台上得到的实验数据与模型预测结果吻合良好.该模型是基于甲烷在气液... 详细信息

液态金属催化甲烷热解是一种高效生产氢气且无二氧化碳排放的新兴技术.本文开发了一个液态金属裂解反应器催化甲烷热解的数值模型,在实验室自主搭建的液态金属制氢平台上得到的实验数据与模型预测结果吻合良好.该模型是基于甲烷在气液界面发生的催化热解、气泡内部发生的非催化热解过程和气泡上升过程中的流动行为,耦合了催化和非催化反应动力学和流体力学所建立的.使用气体体积流速、压力、气体成分、温度和液态金属性质(密度、黏度和表面张力)预测气泡尺寸和熔体中的气含率.该模型较好地预测了液态铜铋合金(Cu_(0.45)Bi_(0.55))催化甲烷热解实验中不同温度、不同甲烷进气流量和液态金属高度下的甲烷转化率,得到了催化甲烷热解过程中的气含率、表观气体速率和压力沿液态金属高度的分布.实验数据与模型预测结果的高度吻合证明了模型的可靠性,该模型未来将有助于反应器优化和氢产率提高.

关键词：液态金属反应动力学流体力学催化甲烷热解

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高速冲击波下的高温空气辐射光谱研究

光谱学与光谱分析 2024年第10期44卷 2739-2744页

作者：唐维鑫丁涛李东鲜张昌华李萍四川大学原子与分子物理研究所四川成都610065

飞行器再入地球大气层过程中,高速飞行器头部的温度可达到10000 K以上导致飞行器气动性能的变化。空气的辐射加热是飞行器表面传热的主要来源之一,对高速冲击波下的空气辐射光谱进行测量研究,是研究超高速飞行器飞行过程中辐射效应和动... 详细信息

飞行器再入地球大气层过程中,高速飞行器头部的温度可达到10000 K以上导致飞行器气动性能的变化。空气的辐射加热是飞行器表面传热的主要来源之一,对高速冲击波下的空气辐射光谱进行测量研究,是研究超高速飞行器飞行过程中辐射效应和动力学行为的重要基础。目前高温空气辐射光谱的测量数据依旧较少,还需要大量的实验数据对计算模型进行改进优化。利用氢氧爆轰激波管结合瞬态光谱测量系统获得了速度在3259~8218m·s-1下高温空气在紫外-可见区的辐射光谱,并对典型高温空气辐射光谱进行了特征光谱的光谱识别和模拟,模拟结果和实验结果吻合较好,验证了光谱识别的准确性和可靠性;同时探究了激波速度对于高温空气辐射特性的影响,并对特征光谱进行了动力学行为分析。结果表明,在波长225~675 nm范围内,特征光谱主要存在于波长小于500 nm的区域;不同速度下的辐射光谱中存在不同的特征光谱,通过光谱识别后发现随着激波速度的增加,先后出现OH(A-X)、NO(γ,ε,δ)、NH(A-X)、N_(2)(C-B)、N_(2)^(+)(B-X)和Hα等特征光谱,获得了辐射特性随激波速度的变化情况。还根据辐射光强度随时间变化曲线获得了波后空气激发的弛豫时间,随着速度的增加,弛豫时间在逐渐缩短,与速度近似呈现指数关系。研究了激波速度对高温空气辐射特性的影响,研究结果为飞行器热防护设计和超高声速再入大气层过程的计算模型的验证优化提供实验数据和参考。

关键词：高温空气辐射光谱弛豫时间激波管动力学分析

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高熵过渡金属二硼化物的高温高压合成

高压物理学报 2024年

作者：龙海东陈杰肖雄彭放四川大学原子与分子物理研究所

高熵过渡金属二硼化物因其优异的力学性能及热物理性能受到了人们的广泛关注。然而，过去通过高温固相反应合成的效率较低。为此，通过高温高压固相反应，在5.5 GPa、2 300℃的温压条件下合成了以VB2、NbB2、TaB2为基底的6类高熵过渡金... 详细信息

高熵过渡金属二硼化物因其优异的力学性能及热物理性能受到了人们的广泛关注。然而，过去通过高温固相反应合成的效率较低。为此，通过高温高压固相反应，在5.5 GPa、2 300℃的温压条件下合成了以VB2、NbB2、TaB2为基底的6类高熵过渡金属二硼化物。高压提高了高温下的固相反应效率，促进了高熵过渡金属二硼化物的合成。通过X射线衍射和能量色散X射线光谱仪表征并确认了6类高熵过渡金属二硼化物均由纯相组成，不存在氧化物杂质或第二相，且元素分布均匀，不存在元素偏析，证明了高温高压合成高熵过渡金属二硼化物的有效性和普适性。

关键词：高熵过渡金属二硼化物固相反应高温高压高压合成

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六方氮化硼在5 GPa以下的熔点测量

高压物理学报 2024年

作者：张瑞柯郭睿昂肖雄贺端威四川大学原子与分子物理研究所

设计并组装了一套瞬间放电装置，实现了样品在DS 6×14 MN国产铰链式六面顶大腔体压机下的高压瞬间放电加热。结合大腔体静高压加载技术以及瞬间放电加热技术，利用熔体凝固过程中晶体经历形核和生长2个阶段的特征，判断晶体的熔化情况... 详细信息

设计并组装了一套瞬间放电装置，实现了样品在DS 6×14 MN国产铰链式六面顶大腔体压机下的高压瞬间放电加热。结合大腔体静高压加载技术以及瞬间放电加热技术，利用熔体凝固过程中晶体经历形核和生长2个阶段的特征，判断晶体的熔化情况。对h-BN粉晶进行了高压环境下的瞬间放电加热处理，以研究高压下h-BN的熔化行为。采用扫描电子显微镜对高压条件下经历瞬间放电加热处理的样品进行微观形貌分析，判断h-BN晶体的熔化情况，确定了在3.4和4.3 GPa压力下h-BN的熔点分别为(4 251±150) K和(4 531±200) K。这些发现有利于h-BN的应用探索以及现有氮化硼高温高压相图的修正。

关键词：瞬间放电加热法六方氮化硼高温高压熔点测量

B-C-N-Ti四元超硬复合材料的高压烧结

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高压物理学报 2024年第4期38卷 63-69页

作者：黄鸿东于晓辉贺端威四川大学原子与分子物理研究所四川成都610065 中国科学院物理研究所北京100190

以金刚石、立方氮化硼(cBN)和钛(Ti)为初始材料,通过高温高压反应烧结制备了B-C-N-Ti四元超硬复合材料。结果表明:在高温高压下,Ti与金刚石及cBN反应生成TiC_(0.7)N_(0.3)和TiB_(2);TiC_(0.7)N_(0.3)作为黏结相以键合金刚石和cBN晶粒,适... 详细信息

以金刚石、立方氮化硼(cBN)和钛(Ti)为初始材料,通过高温高压反应烧结制备了B-C-N-Ti四元超硬复合材料。结果表明:在高温高压下,Ti与金刚石及cBN反应生成TiC_(0.7)N_(0.3)和TiB_(2);TiC_(0.7)N_(0.3)作为黏结相以键合金刚石和cBN晶粒,适量Ti的加入可以有效地提高烧结体的韧性;反应生成的TiC_(0.7)N_(0.3)和TiB_(2)等陶瓷相以及cBN对金刚石晶粒的包裹提高了烧结体的抗氧化性。当金刚石、cBN和Ti的摩尔比为2∶1∶0.10时,在压力为12 GPa、温度为2000℃、保温5 min的条件下得到的烧结样品性能较好,其维氏硬度达到(49.0±1.2)GPa,韧性为(14.2±0.6)MPa·m^(1/2),空气氛围下的起始氧化温度为921℃。

关键词：金刚石立方氮化硼钛超硬复合材料高温高压烧结

纳米钨在高压下的物理力学行为与尺寸效应研究

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高压物理学报 2024年第3期38卷 29-36页

作者：赵康林王齐明张友君蒋刚彭放李延春四川大学原子与分子物理研究所四川成都610065 中国科学院高能物理研究所北京100049

探究尺寸效应对材料高压物性的影响规律有助于开发具有新颖或者改良特性的新材料。采用金刚石对顶砧结合同步辐射X射线衍射技术,研究了平均晶粒尺寸分别为30和65 nm的多晶钨粉在高压下的静态压缩行为。通过分析每个压力点下X射线衍射图... 详细信息

探究尺寸效应对材料高压物性的影响规律有助于开发具有新颖或者改良特性的新材料。采用金刚石对顶砧结合同步辐射X射线衍射技术,研究了平均晶粒尺寸分别为30和65 nm的多晶钨粉在高压下的静态压缩行为。通过分析每个压力点下X射线衍射图谱的峰位和半高宽等,得到了纳米金属钨在高压下的晶胞体积、晶粒尺寸和微观应变等。通过拟合三阶Birch-Murnaghan方程,得到了30和65 nm钨的体弹模量,分别为257(7)GPa和343(8)GPa。结合前人的研究结果发现,当晶粒尺寸从微米降低至10 nm,钨的屈服强度逐渐增大,10 nm钨的屈服强度较微米晶样品的屈服强度提高了3.5倍;体弹模量呈现先增大后减小的趋势,30 nm钨的体弹模量较65 nm钨减小了25%。

关键词：状态方程屈服强度体弹模量高压纳米晶体

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2维材料中极化激元激光的研究进展

激光技术 2024年

作者：张睿洋保文睿杜静王卫四川大学物理学院四川大学原子与分子物理研究所

极化激元激光是一种新型激光，以半导体中激子-极化激元的玻色-爱因斯坦凝聚的相干性实现超低阈值激光。不同于传统3维有机无机材料，2维过渡金属硫族化合物与2维钙钛矿以其高激子结合能、高振子强度、直接带隙、范德华特性、谷极化特... 详细信息

极化激元激光是一种新型激光，以半导体中激子-极化激元的玻色-爱因斯坦凝聚的相干性实现超低阈值激光。不同于传统3维有机无机材料，2维过渡金属硫族化合物与2维钙钛矿以其高激子结合能、高振子强度、直接带隙、范德华特性、谷极化特性，有利于实现激子与腔模式的强耦合以及激子-极化激元的玻色-爱因斯坦凝聚，在极化激元激光的进一步发展中表现出巨大的潜力。介绍了2维材料中的极化激元激光的原理和进展，分别从2维过渡金属硫族化合物和2维钙钛矿的特性出发，重点综述了其中激子与腔模式的强耦合，极化激元的相干性的调控，以及玻色-爱因斯坦凝聚的实现，并对2维材料中的极化激元激光的未来发展进行了展望。

关键词：激光技术极化激元激光强耦合 2维过渡金属硫族化合物 2维钙钛矿玻色-爱因斯坦凝聚

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关于层状结构聚合氮存在性的探讨

高压物理学报 2024年第4期38卷 44-53页

作者：刘静仪吴彬彬陶雨蒲梅芳周春银雷力四川大学原子与分子物理研究所四川成都610065 中国科学院上海高等研究院上海201204

在高温高压的极端条件下,分子晶体氮会打破传统三键机制向单键聚合态转变。氮在高压下的独特解离机制使聚合氮的研究意义超越了含能材料范畴,在基础物理学领域亦有深刻的科学意义。继立方偏转聚合氮cg-N(空间群I2_(1)3)之后,第2个在实... 详细信息

在高温高压的极端条件下,分子晶体氮会打破传统三键机制向单键聚合态转变。氮在高压下的独特解离机制使聚合氮的研究意义超越了含能材料范畴,在基础物理学领域亦有深刻的科学意义。继立方偏转聚合氮cg-N(空间群I2_(1)3)之后,第2个在实验上被发现的层状结构聚合氮LP-N(空间群Pba2)一直存在争议。主要的问题在于,LP-N的结构除了没有被高压X射线衍射实验验证之外,还与随后被发现的黑磷结构聚合氮BP-N(空间群Cmca)具有相近的合成温压条件和合成路径以及几乎相同的拉曼光谱特征。LP-N的合成很可能具有独特的相变动力学势垒。为此,选择独辟蹊径,从低温固态分子氮λ-N_(2)出发,利用双面激光加热金刚石压砧技术,结合高压同步辐射X射线衍射和高压拉曼光谱分析方法,在约140 GPa、2600 K的条件下观察到了具有Pba2结构的聚合氮LP-N。结合第一性原理计算,分析了它的原子体积随压力的变化关系(p-V曲线),并探讨了LP-N高温高压合成动力学因素。研究结果不仅使我们更全面地认识LP-N,还进一步揭示了聚合氮的高压路径依赖特性。

关键词：聚合氮高温高压路径依赖 X射线衍射拉曼散射