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电场方向对一维断裂纳米通道连接处水桥的结构影响研究

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物理学报 2024年

作者：孟现文材料与物理学院中国矿业大学

电场影响纳米通道内的水分子的电偶极矩的取向，进而影响纳米通道内的水分子的传输。为了有效发掘水分子在纳米通道内的特殊传输特点，必须研究更复杂的纳米通道结构。最新一种构造复杂纳米通道的方式是构造断裂纳米通道。在研究断裂纳... 详细信息

电场影响纳米通道内的水分子的电偶极矩的取向，进而影响纳米通道内的水分子的传输。为了有效发掘水分子在纳米通道内的特殊传输特点，必须研究更复杂的纳米通道结构。最新一种构造复杂纳米通道的方式是构造断裂纳米通道。在研究断裂纳米通道内的水分子动力学特点时，通常是在零电场或单一电场方向下进行的，电场方向对断裂纳米通道内的水分子的影响机理尚不明确，这制约了部分场控分子器件的设计。为了探究该问题，本文采用分子动力学模拟的方法，系统研究了电场方向从0度变化到180度的过程中，电场方向对完整纳米通道以及断裂长度分别为0.2 nm、0.4 nm的断裂纳米通道内的水分子的占据数、传输、水桥、电偶极矩偏向等性质的影响。结果表明，在1 V/nm的电场强度作用下，这三种纳米通道内的水分子的占据数、传输等差别主要集中在电场方向与管轴夹角为90度时，此时完整纳米通道内能形成稳定的水链，断裂长度为0.2 nm的纳米通道的连接处能形成不稳定的水桥，而断裂长度为0.4 nm的纳米通道的连接处不能形成水桥。此外，模拟发现当电场极化方向与管轴夹角为90度时，增大电场的强度，断裂纳米通道连接处的水桥越容易断裂。

关键词：电场断裂纳米通道方向

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黏弹性液滴撞击超疏水表面的反弹行为研究

力学学报 2024年第6期56卷 1552-1562页

作者：刘永洪王意乐代明璐丁怡靳亚康陈龙泉电子科技大学物理学院成都611731

水滴撞击超疏水表面后通常会发生完全反弹.大量研究表明,通过在液滴中添加少量聚合物可有效抑制水滴的撞击反弹行为.尽管该方法已被广泛应用于工农业生产中,但对黏弹性液滴撞击反弹行为的抑制机理认识仍不够全面.采用高速摄影技术,开展... 详细信息

水滴撞击超疏水表面后通常会发生完全反弹.大量研究表明,通过在液滴中添加少量聚合物可有效抑制水滴的撞击反弹行为.尽管该方法已被广泛应用于工农业生产中,但对黏弹性液滴撞击反弹行为的抑制机理认识仍不够全面.采用高速摄影技术,开展了聚氧化乙烯(PEO)水溶液液滴撞击不同微纳复合结构超疏水表面的实验研究.研究结果表明:添加高分子可增强流体的黏弹性及其与表面的黏附作用,因而完全反弹行为仅发生在低PEO浓度液滴的撞击实验中,且随着超疏水表面微结构间距的增大,发生完全反弹的上限和下限韦伯数阈值均减小.在低韦伯数反弹区域,撞击液滴始终处在微结构顶部,因而接触时间随韦伯数的增加而减小,这与平整超疏水表面上的现象相似;在高韦伯数反弹区域,液体会部分浸润微结构表面,因而接触时间将随韦伯数的增加而增加.此外,所有反弹液滴的恢复系数随韦伯数的增加呈线性下降趋势,且下降速率随微结构间距的增大而减缓.基于界面力学和能量转换分析,对实验中观测到的黏弹性液滴撞击反弹动力学行为给予了定性解释.

关键词：超疏水表面黏弹性液滴撞击反弹表面润湿性非牛顿流体

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锥角调制的圆艾里涡旋光束构建光学针

物理学报 2024年

作者：陆万利中国矿业大学材料与物理学院

光学针是一种特殊的空间光场分布,具有极小的横向光斑尺寸,可以突破衍射极限,同时在纵向上拥有较长的焦深.光学针通常利用透镜对光束进行紧聚焦来产生,本文利用圆艾里光束固有的自聚焦特性来构建光学针.研究结果表明,锥角调制的圆偏振... 详细信息

光学针是一种特殊的空间光场分布,具有极小的横向光斑尺寸,可以突破衍射极限,同时在纵向上拥有较长的焦深.光学针通常利用透镜对光束进行紧聚焦来产生,本文利用圆艾里光束固有的自聚焦特性来构建光学针.研究结果表明,锥角调制的圆偏振圆艾里涡旋光束在选取合适的拓扑荷后,可以产生光学针.这是因为在锥角调制下,光束的纵向分量被显著增强,而纵向分量光场具有极小的横向光斑尺寸.光学针的焦深与光束的主环半径近似呈线性关系,因此增大主环半径可以有效增强光学针的焦深.此外,具有不同拓扑荷的圆艾里涡旋光束可以构建出不同结构的空间光场.本文的研究有望在超分辨成像和光学微操控等领域具有潜在应用价值.

关键词：光学针圆艾里光束光学涡旋光场调控

乙酰丙酮铟钝化CsPbBr_(3)量子点及其室温甲醇气敏性能

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复合材料学报 2024年第6期41卷 2991-3000页

作者：黄胜魏天乐顾修全霍雨萌万耔莘王艳燕中国矿业大学材料与物理学院徐州221116 北京市禁毒科技中心北京100164

甲醇气体对人体具有毒性,会损害人的神经系统和血液循环系统,开发能够检测甲醇的器件有十分重要的意义。传感器法检测甲醇具有成本低、灵敏度高且可实时监测的优点,但目前主流的甲醇气体传感器主要以金属氧化物为主,存在工作温度高的缺... 详细信息

甲醇气体对人体具有毒性,会损害人的神经系统和血液循环系统,开发能够检测甲醇的器件有十分重要的意义。传感器法检测甲醇具有成本低、灵敏度高且可实时监测的优点,但目前主流的甲醇气体传感器主要以金属氧化物为主,存在工作温度高的缺点。本文通过简单的溶液合成法合成了钙钛矿量子点CsPbBr_(3),并采用乙酰丙酮铟配体(In(Acac)_(3))来对其表面缺陷进行钝化,获得了室温对甲醇具有较好气敏性的材料。在室温下对体积分数为80×10^(-6)甲醇气体相应灵敏度为0.25,响应恢复时间为11.0 s/17.0 s,在紫外光照射下传感器的气体响应性能进一步提高。传感器具有良好的可再现性和稳定性,传感器在体积分数为80×10^(-6)的甲醇浓度下进行多次测试灵敏度均保持在0.25左右,且在15天内均维持在较高水平。同时,在高湿度、无光照等恶劣条件下依然对甲醇有较好的响应。考虑到金属卤化钙钛矿结构可以很容易通过改变元素来调节性质,该研究方法和实验过程可应用到对其他气体的检测。

关键词：钙钛矿气体传感器甲醇金属有机化合物配位改性

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动力学计算与模拟

中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第4期54卷 25-30页

作者：李新征赵瑾孟胜龚新高北京大学物理学院北京100871 中国科学技术大学物理系合肥230026 中国科学院物理研究所北京100190 复旦大学物理学系上海200438

动力学计算与模拟致力于从基本物理定律出发,再现或预测凝聚态系统的时间演化过程.它不仅可以帮助人们在微观层面理解实验中观测到的动力学性质,也可以帮助人们设计具有特殊动力学性质的新型材料.本文以动力学计算与模拟为题,基于“计... 详细信息

动力学计算与模拟致力于从基本物理定律出发,再现或预测凝聚态系统的时间演化过程.它不仅可以帮助人们在微观层面理解实验中观测到的动力学性质,也可以帮助人们设计具有特殊动力学性质的新型材料.本文以动力学计算与模拟为题,基于“计算物理”新学科代码设置时对该研究方向的规划,综述其中相关研究进展,探讨新兴领域,并对其未来发展进行展望.

关键词：计算物理动力学申请代码研究方向国家自然科学基金

氧空位控制BiVO晶面异质结的磁性和光电催化性能

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化学学报 2024年

作者：王国景陈永辉张秀芹张俊笙徐俊敏王静郑州大学物理学院中国矿业大学材料与物理学院兰州大学材料与能源学院

在铁磁光催化剂中，大多数光生电荷具有相同的自旋状态，因此抑制了光生电子和空穴的复合。考虑到BiVO4{010}和{110}晶面中氧空位的形成能不同，本工作利用晶面取向和氧空位的协同作用调控了BiVO4的铁磁性能。在N2气氛中退火后，BiVO4... 详细信息

在铁磁光催化剂中，大多数光生电荷具有相同的自旋状态，因此抑制了光生电子和空穴的复合。考虑到BiVO4{010}和{110}晶面中氧空位的形成能不同，本工作利用晶面取向和氧空位的协同作用调控了BiVO4的铁磁性能。在N2气氛中退火后，BiVO4晶面异质结中氧空位的比例随着{010}/{110}比例的增加而降低，因为{010}晶面上氧空位的形成能低于{110}晶面。{010}/{110}比例较低的BiVO4晶面异质结的铁磁性能优于{010}/{110}比例较高的BiVO4，因为其颗粒尺寸更小、更立体，其比表面积和界面区域更大，其表面未饱和自旋对总磁矩的贡献更大。{010}/{110}比例较高的BiVO4晶面异质结具有更大的光电流密度和光电催化产氢效率，因为BiVO4{010}晶面比{110}晶面具有更高的电荷迁移率、更好的吸附特性和更低的能垒。且氧空位的引入提高了BiVO4的制氢效率。

关键词：铁磁光催化剂氧空位 BiVO 晶面异质结产氢

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复杂系统与计算统计物理

中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第4期54卷 35-44页

作者：徐莉梅金瑜亮孙刚周海军赵鸿马余强北京大学物理学院北京100871 中国科学院理论物理研究所北京100190 北京师范大学物理学系北京100875 厦门大学物理科学与技术学院厦门361005 南京大学物理学院南京210093

用统计物理和计算物理方法研究复杂系统是当前物理科学的重要前沿之一.本文主要针对国家自然科学基金“计算物理”申请代码所覆盖的“复杂系统与计算统计物理”方向的现状和前沿挑战进行简单介绍,探讨新兴领域,并对其未来发展进行展望.

关键词：复杂系统统计物理计算方法无序体系非平衡热力学非线性动力学

Zn^(2+)掺杂MgGa_(2)O_(4):Ni^(2+)近红外二区发光材料制备、表征及其成像应用研究

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发光学报 2024年第8期45卷 1311-1324页

作者：张琳杨健李胜男王帅祝汉成严端廷徐长山刘玉学东北师范大学物理学院吉林长春130024

通过水热法结合后期真空热处理的方法制备了具有反尖晶石结构的Zn_(x)Mg_(0.993-x)Ga_(2)O_(4):0.7%Ni^(2+)(x=0~0.5)(ZMGO:Ni^(2+))近红外二区(NIR-Ⅱ:1000~1700 nm)荧光粉。随着Zn^(2+)掺杂量的增加,ZMGO:Ni^(2+)粉体样品的粒子尺寸逐渐变大。在635 nm激光激发下,可观测到粉体样品位于~1279 nm处的宽带发射峰,其可被归属为Ni^(2+)的特征发射。此外,Zn^(2+)掺杂使样品荧光猝灭的热激活能由244 meV减小到224 meV。采用发光强度最强的ZMGO:Ni^(2+)粉体样品与620 nm红光LED芯片封装成NIR-Ⅱ荧光粉转换LED(NIR-Ⅱpc-LED),并基于NIR-Ⅱ光穿透能力强和不产生生物组织自荧光的特性,以NIR-Ⅱpc-LED为光源,分别研究了其在有遮挡情况的夜视成像和生物组织成像上的应用。

关键词：光致发光过渡金属离子近红外二区荧光粉

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紧凑型冷原子高分辨成像系统光学设计

物理学报 2024年第6期73卷 316-322页

作者：沈晓阳成一灏夏林中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心北京100190 中国科学院大学物理学院北京100049 松山湖材料实验室东莞523808

对真空腔内的冷原子进行高分辨成像通常需要原子与像平面之间保持较大的距离,这不利于成像系统在光学元件密集的冷原子实验中实现.设计了一套显著降低原子与像平面距离的高分辨成像系统,实现了1μm的分辨率与50倍的放大率.仿真结果表明... 详细信息

对真空腔内的冷原子进行高分辨成像通常需要原子与像平面之间保持较大的距离,这不利于成像系统在光学元件密集的冷原子实验中实现.设计了一套显著降低原子与像平面距离的高分辨成像系统,实现了1μm的分辨率与50倍的放大率.仿真结果表明,通过改变透镜间距,可以适应0—15 mm厚度范围的真空窗口.该成像系统由数值孔径为0.47的显微物镜和有效焦距为1826 mm的远摄物镜组合而成.结合成像波长为470—1064 nm的仿真结果,该系统可以对钠、锂、铯等不同种类的原子进行高分辨成像.

关键词：冷原子实验高分辨成像光学设计