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电场和温度对聚合物空间电荷陷阱性能的影响

物理学报 2017年第8期66卷 277-286页

作者：李丽丽张晓虹王玉龙国家辉哈尔滨理工大学电气与电子工程学院工程电介质及其应用技术教育部重点实验室哈尔滨150080 哈尔滨理工大学荣成学院荣成264300

模拟分子的结构和行为有助于更深刻地分析空间电荷陷阱性能变化的微观机理.利用Materials studio软件建立聚乙烯模型,通过分子链段运动产生的能量和自由体积变化对微观结构和电荷陷阱进行分析.结果表明:温度由298 K逐渐升高至363 K的过... 详细信息

模拟分子的结构和行为有助于更深刻地分析空间电荷陷阱性能变化的微观机理.利用Materials studio软件建立聚乙烯模型,通过分子链段运动产生的能量和自由体积变化对微观结构和电荷陷阱进行分析.结果表明:温度由298 K逐渐升高至363 K的过程中,聚合物分子热运动加剧导致的滑移扩散现象,使自由体积和陷阱能级在363 K处分别出现1542.07 ~3和0.66 eV的最大值和最小值.然而在Z轴方向施加0.0007 Hartree/Bohr(1 Hartree/Bohr=5.2×10^(11)V/m)电场作用时,由于电致伸缩产生Maxwell应力,使分子链段出现局部有序排列,增大范德瓦耳斯能至-360.18 kcal/mol(1 kcal/mol=4.18 kJ/mol),而自由体积降低了279.77 ~3,导致陷阱能级减小0.45 eV.当363 K和0.0007 Hartree/Bohr联合作用时,聚乙烯的陷阱能级相比同温无电场作用降低0.17 eV.分子模拟结果与实测结果相符.利用分子热运动和电致伸缩效应,初步探讨了材料自由体积和范德瓦耳斯相互作用能变化的微观机理,证实分子链段运动改变了微观结构,从而影响电荷陷阱特性.并且与温度相比,电场作用会使材料产生更低能级的空间电荷陷阱.

关键词：空间电荷陷阱微观结构分子链运动自由体积

石墨烯纳米网电导特性的能带机理：第一原理计算

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物理学报 2020年第4期69卷 193-201页

作者：徐贤达赵磊孙伟峰哈尔滨理工大学电气与电子工程学院工程电介质及其应用教育部重点实验室黑龙江省电介质工程重点实验室

通过第一原理电子结构计算来研究有序多孔纳米网的电导特性变化的能带机理.能带结构分析结果表明:石墨烯纳米网超晶格(3m,3n)(m和n为整数)的电子本征态在布里渊区中心点发生四重简并;碳空位孔洞规则排列形成的石墨烯纳米网具有由简并态... 详细信息

通过第一原理电子结构计算来研究有序多孔纳米网的电导特性变化的能带机理.能带结构分析结果表明:石墨烯纳米网超晶格(3m,3n)(m和n为整数)的电子本征态在布里渊区中心点发生四重简并;碳空位孔洞规则排列形成的石墨烯纳米网具有由简并态分裂形成的宽度可调带隙,无论石墨烯的两个子晶格是否对等.在具有磁性网孔阵列的石墨烯纳米网中,反铁磁耦合使对称子晶格的反演对称性增加了一项量子限制条件,导致能带结构在K点的二重简并态分裂成带隙.通过控制网孔密度能够有效调节石墨烯纳米网的带隙宽度,为实现新一代石墨烯纳米电子器件提供了理论依据.

关键词：石墨烯纳米网电子结构第一原理计算电导特性

聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的分子动力学模拟研究

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物理学报 2013年第18期62卷 358-366页

作者：孙伟峰王暄哈尔滨理工大学电气与电子工程学院工程电介质及其应用教育部重点实验室黑龙江省电介质工程重点实验室哈尔滨150080

通过分子动力学模拟对聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的形态结构、热力学性质、力学特性进行计算,分析其随模拟温度和纳米颗粒尺寸的变化规律.模拟结果表明,聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物为各向同性的无定形态结构,铜纳米颗粒与聚酰亚胺基体之... 详细信息

通过分子动力学模拟对聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的形态结构、热力学性质、力学特性进行计算,分析其随模拟温度和纳米颗粒尺寸的变化规律.模拟结果表明,聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物为各向同性的无定形态结构,铜纳米颗粒与聚酰亚胺基体之间通过较强的范德华作用结合在一起使结构更加稳定,铜纳米颗粒表面多个原子层呈现无定形状态,在铜颗粒和聚酰亚胺基体之间形成界面层,界面区域随颗粒尺寸和温度的增加分别减小和增加.聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的等容热容随着颗粒尺寸增大而明显增高,随温度变化比聚酰亚胺体系更为缓慢,在较低温度下较小颗粒尺寸复合物的热容比聚酰亚胺体系更低.聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的热压力系数随颗粒尺寸增加而显著增大,比聚酰亚胺体系的热压力系数更小,且随温度升高而减小的程度要小得多.聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的热力学性质表现出明显的尺度效应,温度稳定性明显高于聚酰亚胺体系.聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的力学特性表现出各向同性材料的弹性常数张量,具有比聚酰亚胺体系更低的杨氏模量和泊松比,随温度升高分别减小和增大,与聚酰亚胺体系随温度的变化趋势相反,且杨氏模量的温度稳定性显著提高,同时泊松比随纳米颗粒尺寸增大而减小,具有明显的尺度效应.加入铜纳米颗粒形成复合物可获得与聚酰亚胺体系显著不同的力学新特性.

关键词：分子动力学模拟聚合物纳米复合物聚酰亚胺纳米颗粒

聚乙烯/银纳米颗粒复合物的分子动力学模拟研究

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物理学报 2013年第10期62卷 309-317页

作者：李琳王暄孙伟峰雷清泉哈尔滨理工大学电气与电子工程学院工程电介质及其应用教育部重点实验室黑龙江省电介质工程重点实验室哈尔滨150080

通过分子动力学模拟对聚乙烯/银纳米颗粒复合物的结构、极化率和红外光谱、热力学性质、力学特性进行计算,分析其随模拟温度和银颗粒尺寸的变化规律.模拟结果表明:聚乙烯/银纳米颗粒复合物为各向同性的无定形结构,温度升高可提高银纳米... 详细信息

通过分子动力学模拟对聚乙烯/银纳米颗粒复合物的结构、极化率和红外光谱、热力学性质、力学特性进行计算,分析其随模拟温度和银颗粒尺寸的变化规律.模拟结果表明:聚乙烯/银纳米颗粒复合物为各向同性的无定形结构,温度升高可提高银纳米颗粒的分散均匀性;银纳米颗粒表面多个原子层呈现无定形状态,并在银颗粒和聚乙烯基体的界面形成电极化层,界面区域随颗粒尺寸和温度的增加分别减小和增加;与聚乙烯体系相比,聚乙烯/银纳米颗粒复合物的极化率高很多,且随温度的升高和银颗粒尺寸的减小而增大;银颗粒尺寸直接影响界面电偶极矩的强度和振动频率,红外光谱峰强度和峰位随颗粒尺寸发生变化;聚乙烯/银纳米颗粒复合物具有比聚乙烯体系更高的等容热容和与聚乙烯体系相反的负值热压力系数,热容随颗粒尺寸的变化较小,但随温度的升高而明显减小,具有显著的温度效应;热压力系数随温度的变化较小,但随颗粒尺寸的增加而减小,具有明显的尺度效应,温度稳定性更好;聚乙烯/银纳米颗粒复合物的力学特性表现出各向同性材料的弹性常数张量,具有比聚乙烯体系更高的杨氏模量和泊松比,并且都随温度的升高和银颗粒尺寸的增大而减小,加入银纳米颗粒可有效改善聚乙烯的力学性质.

关键词：分子动力学模拟聚合物纳米复合物纳米颗粒

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石墨烯纳米片大自旋特性第一性原理研究

物理学报 2018年第18期67卷 245-251页

作者：张淑亭孙志赵磊哈尔滨理工大学电气与电子工程学院工程电介质及其应用教育部重点实验室黑龙江省电介质工程重点实验室哈尔滨150080

通过基于密度泛函理论的全电子数值轨道第一性原理电子结构计算,研究了各种形状有限石墨烯片段(石墨烯纳米片, GNF)的磁特性,证明GNF的自旋磁有序来源于由其形状决定的π键拓扑挫折(topological frustration)作用.锯齿形边缘的三角形GN... 详细信息

通过基于密度泛函理论的全电子数值轨道第一性原理电子结构计算,研究了各种形状有限石墨烯片段(石墨烯纳米片, GNF)的磁特性,证明GNF的自旋磁有序来源于由其形状决定的π键拓扑挫折(topological frustration)作用.锯齿形边缘的三角形GNF的净自旋不为零,如同一个人造铁磁性原子团,总自旋随尺度线性增加.根据拓扑挫折原理,可以在GNF中引入较大的净自旋和独特的自旋分布,如由三角形GNF单元构成的复杂分形结构,总自旋随分形级数呈指数上升.通过刻蚀技术制作具有一定拓扑结构的GNF可以实现可控自旋电子纳米材料和器件应用.

关键词：石墨纳米片电子自旋形图理论第一性原理计算

电导非线性对HVDC电缆绝缘空间电荷动态过程的影响

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电机与控制学报 2019年第7期23卷 27-37页

作者：孙云龙李忠华索长友哈尔滨理工大学电气与电子工程学院工程电介质及其应用教育部重点实验室

针对HVDC电缆绝缘中的空间电荷问题,采用有限元分析方法,仿真研究绝缘材料电导非线性属性对HVDC电缆绝缘中由非线性电导率引起的空间电荷极化与退极化动态过程的影响。通过改变电导活化能与电场依赖系数,得到极化与退极化过程中空间电... 详细信息

针对HVDC电缆绝缘中的空间电荷问题,采用有限元分析方法,仿真研究绝缘材料电导非线性属性对HVDC电缆绝缘中由非线性电导率引起的空间电荷极化与退极化动态过程的影响。通过改变电导活化能与电场依赖系数,得到极化与退极化过程中空间电荷密度随时间的变化规律。分析结果表明:降低电导活化能或增大电场依赖系数可降低HVDC电缆绝缘中由非线性电导率引起的空间电荷量,抑制极化与退极化过程中的空间电荷“过冲”与“反极性过冲”现象,并且会加快极化与退极化过程达到稳态,但同时会使绝缘介质中的电流密度增大。

关键词：非线性电导 HVDC电缆空间电荷极化动态过程

石墨烯纳米片磁有序和自旋逻辑器件第一原理研究

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物理学报 2018年第21期67卷 294-301页

作者：池明赫赵磊哈尔滨理工大学电气与电子工程学院工程电介质及其应用教育部重点实验室黑龙江省电介质工程重点实验室哈尔滨150080

尺寸效应和拓扑阻挫能够在有限石墨烯纳米片段中形成磁有序,本文对能够产生大自旋或电子自旋反铁磁耦合的石墨烯有限片段进行合理分类,提出几种能够作为基本逻辑门的特殊结构并对其进行第一原理电子结构计算,为设计高密度超快自旋器件... 详细信息

尺寸效应和拓扑阻挫能够在有限石墨烯纳米片段中形成磁有序,本文对能够产生大自旋或电子自旋反铁磁耦合的石墨烯有限片段进行合理分类,提出几种能够作为基本逻辑门的特殊结构并对其进行第一原理电子结构计算,为设计高密度超快自旋器件提供了有效方案和理论依据.计算结果证明:基于有限石墨烯片段的逻辑门结构能够在室温下进行错误率较低的可纠错运算.

关键词：石墨烯纳米片自旋耦合第一原理计算逻辑门

基于聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料微观结构的力学性能模拟

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物理学报 2016年第19期65卷 207-218页

作者：李丽丽张晓虹王玉龙国家辉张双哈尔滨理工大学电气与电子工程学院工程电介质及其应用教育部重点实验室哈尔滨150080 哈尔滨理工大学荣成学院荣成264300

模拟分子的结构与行为有助于更深刻地分析聚乙烯/蒙脱土(PE/MMT)纳米复合材料力学性能变化的微观机理.为此,以分子动力学为依据,利用Materials studio构建聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料模型.在普适力场作用下,通过X射线衍射、径向分布函数... 详细信息

模拟分子的结构与行为有助于更深刻地分析聚乙烯/蒙脱土(PE/MMT)纳米复合材料力学性能变化的微观机理.为此,以分子动力学为依据,利用Materials studio构建聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料模型.在普适力场作用下,通过X射线衍射、径向分布函数以及相互作用能分别对纳米复合材料和纳米蒙脱土的微观结构和性能进行分析.仿真结果表明:有机化处理使蒙脱土的层间距增大79%;在蒙脱土质量分数为4.0 wt%时,PE/MMT纳米复合材料中存在明显的氢键作用,聚乙烯分子和蒙脱土片层间的相互作用能高达-390 kcal/mol,界面作用得到明显提高,最终形成稳定的材料结构,同时力学性能相比纯聚乙烯材料也得到改善,其中杨氏模量、体积模量以及剪切模量分别提高38%,21%和40%.分子模拟结果与实验实测结果相符,并验证了有机化蒙脱土改性聚乙烯绝缘材料会产生氢键作用.

关键词：聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料微观结构力学性能

磁场处理对LDPE及其碳纳米管复合材料电导特性的影响

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新型炭材料 2013年第1期28卷 20-25页

作者：韩宝忠马凤莲郭文敏王艳洁蒋慧哈尔滨理工大学电气与电子工程学院工程电介质及其应用教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150080

在低密度聚乙烯(LDPE)及其碳纳米管(CNTs)复合材料的热成型加工过程中施加稳恒强磁场,研究了磁场处理对LDPE及CNT/LDPE复合材料直流电导特性的影响,并结合差示扫描量热、偏光显微镜与原子力显微镜分析探讨了磁场处理的作用机理。结果表... 详细信息

在低密度聚乙烯(LDPE)及其碳纳米管(CNTs)复合材料的热成型加工过程中施加稳恒强磁场,研究了磁场处理对LDPE及CNT/LDPE复合材料直流电导特性的影响,并结合差示扫描量热、偏光显微镜与原子力显微镜分析探讨了磁场处理的作用机理。结果表明,磁场处理能导致LDPE的结晶度提高,体积电阻率增加;稳恒强磁场能在CNTs中"诱导"形成感应磁矩,使得CNTs沿平行于磁场方向在LDPE中取向,从而导致CNTs/LDPE复合材料沿平行于磁场方向的电导率增加,电导非线性特性提高;磁场处理导致CNT/LDPE复合材料电导率增加的幅度随CNTs掺量的增加而增大。

关键词：磁场低密度聚乙烯碳纳米管复合材料电导