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高压下主族金属富氮化合物的结构与含能特性

高压物理学报 2024年第4期38卷 2-12页

作者：翟航杨锦坭王建云李全吉林大学物理学院物质模拟方法与软件教育部重点实验室吉林长春130012

氮是地球大气的主要成分,体积分数约为78%。在常温常压下,氮以三键的形式(N≡N)结合为稳定的双原子分子。然而,在极端高压的作用下,氮气可以解离成含有双键(N=N)甚至单键(N―N)的固体聚合氮结构。由于N≡N与N=N、N―N之间存在巨大的能... 详细信息

氮是地球大气的主要成分,体积分数约为78%。在常温常压下,氮以三键的形式(N≡N)结合为稳定的双原子分子。然而,在极端高压的作用下,氮气可以解离成含有双键(N=N)甚至单键(N―N)的固体聚合氮结构。由于N≡N与N=N、N―N之间存在巨大的能量差异,其转变过程中伴随着巨大的能量释放,因此,聚合氮是备受关注的高能量密度物质。然而,单质聚合氮必须在高于百万大气压(100 GPa)的环境下才能实现实验制备,苛刻的合成条件极大地限制了其发展及应用。研究发现,金属元素的引入可降低反应势垒,提供化学压力,有效降低聚合氮的合成压强,并形成丰富多样的聚合氮构型。为此,本文重点介绍了高压下主族金属氮化物的结构和含能特性研究进展,讨论了金属富氮化合物在高压下稳定的物理机制,并对未来新型富氮化合物的设计和制备方向提出展望。

关键词：高压富氮化合物高能量密度材料聚合氮

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基于LNG冷能的CO_(2)液化提纯及发电工艺设计与优化

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石油与天然气化工 2025年第1期54卷 38-44页

作者：龚文政王飞王荧光梁勇孙恒郑达王妍静史博会国家管网集团工程技术创新有限公司中国石油大学(北京)油气管道输送安全国家工程研究中心中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室中国石油大学(北京)城市油气输配技术北京市重点实验室

目的为了生产可直接用于工业制造及食品加工的高纯度CO_(2),提出了一种利用LNG冷能液化提纯CO_(2)及发电的新工艺。方法使用HYSYS软件对不同循环工质及不同的运行参数进行模拟,分析了循环工质对CO_(2)液化量和朗肯循环发电功率的影响,... 详细信息

目的为了生产可直接用于工业制造及食品加工的高纯度CO_(2),提出了一种利用LNG冷能液化提纯CO_(2)及发电的新工艺。方法使用HYSYS软件对不同循环工质及不同的运行参数进行模拟,分析了循环工质对CO_(2)液化量和朗肯循环发电功率的影响,并以产品能耗为标准,对精馏塔参数进行了优化。结果当两级循环工质为纯工质时,丙烯+乙烯的组分搭配液化量和发电功率最大,分别为377900 kg/h,2284 kW;当循环工质为混合物时,该工艺液化量和发电功率明显高于纯工质的情况,且在第一级循环中混合工质乙烷与丙烯物质的量比为9.0∶1.0、第二级循环中混合工质甲烷、乙烯与丙烯物质的量比为2.0∶6.0∶2.0的情况下,液化量和发电功率最大,分别为386200 kg/h,3042 kW;合适的精馏塔塔板数为30块,进料位置为第10块塔板处,回流比为0.6。结论经与单级朗肯循环等其他工艺相比,双级朗肯循环工艺的CO_(2)液化率及?效率高,同时可将LNG冷能转换为电能并生产高纯度的液态CO_(2)产品,用于LNG接收站冷能利用模块。

关键词： LNG 冷能利用 CO_(2)液化提纯朗肯循环工质优选

基于机器学习势函数的理论模拟在本科生教学实验课设计中的应用

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大学化学 2025年

作者：谢忻恬马思聪李晔飞商城刘智攀复旦大学化学系能源材料化学协同创新中心上海市分子催化和功能材料重点实验室计算物质科学教育部重点实验室中国科学院上海有机化学研究所金属有机化学国家重点实验室

为了更好地培养新时代化学人才，在本科生教育体系中设置相关模拟上机课程具有重要意义。本文以本课题组开发的模拟方法和软件为例，设计了两个模拟实验，即“H2在Cu（111）表面解离反应势能面的构建”和“沸石分子筛表面酸性表征及模... 详细信息

为了更好地培养新时代化学人才，在本科生教育体系中设置相关模拟上机课程具有重要意义。本文以本课题组开发的模拟方法和软件为例，设计了两个模拟实验，即“H2在Cu（111）表面解离反应势能面的构建”和“沸石分子筛表面酸性表征及模拟”，旨在加深化学与材料学科本科生对理论模拟的理解，感受人工智能技术带来的巨大进步。

关键词：理论模拟实验人工智能势能面搜索

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固体氢在极端压强下的超导性能

高压物理学报 2024年第2期38卷 50-58页

作者：杜昱孙莹王彦超钟鑫吉林大学物质模拟方法与软件教育部重点实验室吉林长春130012 吉林大学物理学院吉林长春130012

氢元素在常压下具有最简单的晶体结构和物理性质。随着压强增加,氢单质发生相变,由绝缘体转变为金属,被称为金属氢。数值模拟表明,金属氢具有高温超导电性,因此,金属氢研究也被称为高压物理领域的“圣杯”课题。利用基于密度泛函理论的... 详细信息

氢元素在常压下具有最简单的晶体结构和物理性质。随着压强增加,氢单质发生相变,由绝缘体转变为金属,被称为金属氢。数值模拟表明,金属氢具有高温超导电性,因此,金属氢研究也被称为高压物理领域的“圣杯”课题。利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对固体氢在极端高压(0.5~5.0 TPa)下的结构和超导电性开展了系统研究。研究结果表明:固体氢的高压相变序列为I4_(1)/amd→oC12→cI16;对于同一种结构,随着压强增加,电声耦合系数减小,费米面处电子态密度减小,特征振动频率增加,超导转变温度发生小幅变化;在2.0 TPa压强下,固体氢的超导转变温度高达418 K(库伦赝势经验值μ^(*)=0.10)。研究工作将为金属氢及其超导电性的后续理论和实验研究提供参考。

关键词：金属氢超高压强高温超导相变

高压下Y-Si-H体系晶体结构和超导性质的第一性原理研究

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高压物理学报 2024年第2期38卷 59-70页

作者：马浩陈玲蒋其雯安德成段德芳吉林大学物理学院超硬材料国家重点实验室物质模拟方法与软件教育部重点实验室吉林长春130012

采用第一性原理计算方法,研究了三元氢化物Y-Si-H体系在高压下的晶体结构、电子性质及超导性质,发现了热力学稳定的YSiH_(7)、YSiH_(9)、YSi_(2)H_(12)和YSiH_(18),以及热力学亚稳的YSi_(2)H_(13)、YSi_(2)H_(14)和Y_(2)SiH_(17)。电子性质计算表明,YSiH7为绝缘体,YSi_(2)H_(13)为半导体,其余氢化物均具有金属特性。通过麦克米兰方程估算超导转变温度(T_(c))发现,YSi_(2)H_(12)具有最高的T_(c),在100 GPa下为43.5 K。YSi_(2)H_(14)的动力学稳定压力可降至40 GPa,T_(c)为23.8 K,是Y-Si二元化合物中最高T_(c)的2倍,说明在Y-Si体系中引入H原子可以有效地提高超导转变温度。Y_(2)SiH_(17)在100 GPa下的T_(c)为35.8 K。谱函数和电声耦合计算结果表明,在YSi_(2)H_(14)和Y_(2)SiH_(17)中除中频振动的H原子诱导超导外,低频振动的Y原子也起着重要作用。

关键词：高压氢化物第一性原理结构预测超导电性

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高压下惰性元素氦化合物的研究进展

高压物理学报 2023年第3期37卷 1-6页

作者：田艺帆刘寒雨吉林大学物质模拟方法与软件教育部重点实验室吉林长春130012 吉林大学超硬材料国家重点实验室吉林长春130012 吉林大学物理学院吉林长春130012

氦(He)是元素周期表第2号元素,也是宇宙中除氢以外含量最丰富的元素,广泛存在于恒星和气态巨行星(gas giant planets)的内部高压强(高压)极端环境中。氦因其满壳层的电子结构具有极强的化学惰性,极难与其他元素结合形成化合物。近年来,... 详细信息

氦(He)是元素周期表第2号元素,也是宇宙中除氢以外含量最丰富的元素,广泛存在于恒星和气态巨行星(gas giant planets)的内部高压强(高压)极端环境中。氦因其满壳层的电子结构具有极强的化学惰性,极难与其他元素结合形成化合物。近年来,多项研究工作表明,惰性氦在极端高压条件下具有“不简单”的物理行为,如通过计算“预言”了在高压下稳定的铁氧氦化合物FeO_(2)He和具有反常原子传播的水氦化合物He-H_(2)O等。这些研究工作不仅有助于发现新的化学成键范式,也有力推动了高压物理、地学和行星科学等相关领域的研究进展。本文重点介绍了高压下氦化合物的相关研究进展,聚焦讨论氦化合物在高压下稳定的物理机制,并对未来在高压下设计和制备新型氦化合物的相关研究进行展望。

关键词：晶体结构预测高压惰性元素氦化合物

非静水压强下固体分子氢的结构与电子性质演化

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高压物理学报 2023年第5期37卷 9-18页

作者：宋贤齐刘畅刘子恺王建云李全吉林大学物理学院物质模拟方法与软件教育部重点实验室吉林长春130012 吉林大学物理学院超硬材料国家重点实验室吉林长春130012

固体氢金属化所需的压强超过400 GPa,这种超高压条件给固体氢的实验制备和表征带来了极大的挑战。为此,利用第一性原理计算方法,系统研究了固体分子氢在非静水压强下的结构和物性演化。研究发现,在非静水高压条件下,固体分子氢具有良好... 详细信息

固体氢金属化所需的压强超过400 GPa,这种超高压条件给固体氢的实验制备和表征带来了极大的挑战。为此,利用第一性原理计算方法,系统研究了固体分子氢在非静水压强下的结构和物性演化。研究发现,在非静水高压条件下,固体分子氢具有良好的结构稳定性。非静水压条件将导致固体氢晶格的对称性破缺和电荷的重新分布,使固体分子氢在较低压强下(如压强低于300 GPa)转变为金属和超导体。据此提出了引入各向异性非静水压环境从而在较低压强下获得金属氢和高温超导氢的新思路。

关键词：非静水压金属氢超导体第一性原理计算

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地下热-水动力-力学耦合过程数值模拟:以CO_2地质储存为例

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岩土力学 2014年第8期35卷 2415-2425页

作者：雷宏武金光荣石岩李佳琦王福刚许天福吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室长春130021

在地下流动系统问题的研究中,热-水动力-力学(THM)耦合过程是研究的热点问题。在地下多相非等温数值模拟软件TOUGH2的框架内,基于Biot固结理论和摩尔-库仑破坏判定准则,建立了THM耦合模型;采用积分有限差和有限元联合的空间离散方法,开... 详细信息

在地下流动系统问题的研究中,热-水动力-力学(THM)耦合过程是研究的热点问题。在地下多相非等温数值模拟软件TOUGH2的框架内,基于Biot固结理论和摩尔-库仑破坏判定准则,建立了THM耦合模型;采用积分有限差和有限元联合的空间离散方法,开发了THM模拟器TOUGH2Biot。该模拟器中热和水动力过程是全耦合,力学过程是部分耦合。通过与解析解的对比,验证了其正确性。基于鄂尔多斯盆地CCS示范工程,采用TOUGH2Biot研究了CO2注入地层后的THM响应。结果显示CO2的注入引起流体压力急剧增加,地层有效应力减小,地表隆起,隆起大小在几十个厘米,同时孔渗增加,利于CO2注入引起的压力上升向外消散。CO2注入最有可能导致剪切破坏的位置位于最大速率注入点上部盖层,其次为靠近地表的位置。

关键词：热-水动力-力学耦合过程 Biot固结理论 CO2地质储存数值模拟

多相流数值模拟中复杂地质体网格剖分实现技术

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吉林大学学报（工学版） 2015年第4期45卷 1281-1287页

作者：杨艳林靖晶杨志杰许天福王福刚吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室长春130021

考虑到复杂地质体的网格化剖分建模技术对多相流体数值模拟精准度的影响,提出了基于布点法构建任意多边形、任意约束的PEBI(Perpendicular bisection)多约束、交互式网格剖分实现技术与网格生成算法。网格生成过程包括五个方面:布点;三... 详细信息

考虑到复杂地质体的网格化剖分建模技术对多相流体数值模拟精准度的影响,提出了基于布点法构建任意多边形、任意约束的PEBI(Perpendicular bisection)多约束、交互式网格剖分实现技术与网格生成算法。网格生成过程包括五个方面:布点;三角剖分;查找不合格三角形,调整点布局;生成泰森多边;进行拓扑重构,生成二维、三维PEBI网格。剖分过程中将直井、水平井、断层等各种约束分别概化为点、线、区约束,基于泰森多边形的拓扑重构,完成PEBI网格的生成。将剖分算法耦合到作者前期开发的可视化建模软件TOUGHVISUAL上,并应用于几种典型复杂情况下地质体网格剖分建模,应用结果显示了本文方法的科学实用性和操作简便性。

关键词：计算机应用 PEBI网格布点方法三角剖分