搭建气体动力学悬浮无容器激光加热装置耦合皮秒级时间门控拉曼光谱仪, 突破常规加热法的温度与坩埚材料的限制的同时, 依靠皮秒级脉冲激光极短的测量周期大幅度屏蔽高温极端条件下黑体辐射对拉曼信号的干扰。 并利用该平台首次原位测定了高熔点MgTi2O5超高温下（1 903、 1 953和2 003 K）的高信噪比熔体拉曼光谱。 并通过耦合三代增强型电荷耦合探测器（ICCD）与纳秒级脉冲激光实现测定MgTi2O5晶体样品室温（RT）到1 673 K的完整温度范围的原位拉曼光谱。 在RT升至1 953 K的升温过程中晶体的拉曼光谱出现展宽和红移现象, 相对强度降低, 当温度升高到熔体（2 003 K）成为单一宽泛的包络线, 表明此时晶体的长程有序的结构已经被破坏, 体系内微结构发生本质改变。 运用密度泛函理论（DFT）计算其常温拉曼光谱, 比照实验光谱, 对主要振动模式进行了归属分析, 拉曼光谱位移低于350 cm-1的低波数区的振动主要归属于晶体的晶格振动, 中波数区域485 cm-1的振动峰为Ti—O—Ti弯曲振动, 主要特征峰648 cm-1处为TiO6八面体内O—Ti伸缩振动; 787 cm-1处为TiO6八面体内O—Ti—O的弯曲振动。 对熔体结构运用量子化学从头计算法, 模拟了系列团簇模型的拉曼光谱, 获得了特征振动模式的波数和散射截面, 实验拉曼光谱采用散射截面校正后, 解谱并定量分析了熔体中团簇结构的分布。 定量分析显示, MgTi2O5晶体熔化后, 存在TiO4四面体构型（不同构型的Qi相对摩尔分数分别为54.6%Q0、 20.1%Q1、 5.0%Q2、 4.8%Q3, Qi为不同桥氧数i的钛氧四面体）和TiO6八面体构型（H0的相对摩尔分数为14.8%, H0为孤立的六配位钛氧八面体）。 Ti4+主要以孤立四面体结构Q0、 二聚体结构Q1四配位形式存在, 少部分以孤立的钛氧八面体H0六配位的形式存在。 结果表明: MgTi2O5熔体成分中占较大比例的孤立结构, 破坏了体系网络连接性, 抑制了玻璃形成能力, 因此该高温熔体不具备形成玻璃的条件。 在升温过程中MgTi2O5晶体的拉曼光谱显示无相变发生; 熔融过程中, 晶体微结构中的Ti—O多面体结构由单一TiO6型转变为TiO4与TiO6型共存。

本文采用气动悬浮装置成功制备了(CaO-SiO2)-xAl2O3 (x=0, 6, 12, 18, 24, 30) 的一系列玻璃, 并通过拉曼光谱技术结合量子化学从头计算方法、27Al 魔角旋转核磁共振技术 (27Al MAS-NMR) 对其结构进行了定性及定量研究。研究结果表明, 当碱度R(CaO/SiO2)=1时, 随着Al2O3的加入, 硅酸盐结构转变为铝硅酸盐结构。当x≤18时, Al主要以［ⅣAlO4］ 形式参与网络形成, 并在x=18 时达到最大, 同时也观察到了［ⅤAlO5］、［ⅥAlO6］ 的存在; 当x＞18时, ［ⅣAlO4］ 相对含量减少, ［ⅤAlO5］、［ⅥAlO6］增加。拉曼光谱精细解谱的结果表明, Al的加入大大增加了体系的复杂性和无序性, 具体表现为精细结构Qijklm 含量的无规律变化, 但对初级结构Qi含量的影响不大, 并主要以Q2形式存在。

半导体电子器件中质子的扩散会导致器件性能下降。然而, 迄今为止关于质子在氧化物中的扩散机制目前尚未完全清楚。本文从原子层面研究了质子在 a-SiO2中的扩散行为。采用从头计算分子动力学模拟方法, 计算得到了质子在 a-SiO2中的扩散系数和活化能。同时, 观察到了质子扩散路径。研究发现, 质子主要是通过与 a-SiO2中的氧原子形成和解离化合键的形式进行扩散。本文提出了质子在 a-SiO2中扩散的 2种方式：跳跃扩散和旋转扩散, 并分别计算了这 2种扩散方式所需要的势垒。

采用从头算分子动力学研究在不同温度(300?K,700?K,1?000?K,1?200?K)下氢原子在α-石英中的扩散机制，根据爱因斯坦方程计算氢原子的扩散前项因子D0(7.72×10-4?cm2/s)和活化能(0.078?eV)。研究结果表明，氢原子在α-石英中的扩散路径有2种。低温下氢原子主要在由硅和氧原子组成的腔中做随机运动，直到跨过一个环到另外一个腔。同时研究温度在1?500?K时氢原子的扩散，氢在周围的3 个氧原子之间发生跳跃，导致扩散过程中出现了3种缺陷结构，缺陷结构之间可以相互转化。本文研究在微电子器件可靠性分析等方面有应用价值。

采用量子化学从头算的方法计算了多环芳烃萘、苊烯的红外谱图, 比较了理论计算与实验实测所得的萘、苊烯红外谱图结果。在此基础上, 结合 IR光谱解析方法对萘、苊烯的红外谱峰基团进行归属和认定。结合分子轨道理论以及 π-π共轭效应理论, 分析了多环芳烃萘与苊烯的吸光强度以及谱峰位移的差异。得出结论: ①随着共轭体系的增大, 多环芳烃苊烯的吸光强度相较于萘明显增大。 ②共轭效应的增强, 使得苊烯苯环上的 C=C伸缩振动频率向低频率处位移, 而与苯环相连的 C-C伸缩振动向高频率处位移。这一结论可进一步应用于红外光谱多环芳烃的鉴别, 为典型场地有机污染物的在线监测设备研制提供理论基础。

本文选取了Na2O-TiO2-SiO2体系不同成分的团簇模型, 采用量子化学从头计算方法计算其拉曼振动频率和相对散射活性。本文分析了钛硅酸盐中硅氧四面体(［SiO4］)的局域环境变化对特征拉曼振动频率的影响, 对硅氧四面体应力指数进行了拓展与修正, 研究表明钠钛硅酸盐拉曼光谱高波数区硅氧四面体非桥氧对称伸缩振动频率随相应的硅氧四面体应力指数的增加而增加, 并表现出良好的线性相关性。采用拉曼光谱和29Si NMR对Na2TiSiO5玻璃进行解谱、定量分析和比较, 并认为869 cm-1处的谱峰归属为Q1(Si)中非桥氧的对称伸缩振动。

In this paper we introduce the wide regime equation of state (WEOS) developed in Institute of Applied Physics and Computational Mathematics (IAPCM). A semi-empirical model of the WEOS is given by a thermodynamically complete potential of the Helmholtz free energy which combines several theoretical models and has some adjustable parameters calibrated via some experimental and theoretical data. The validation methods of the equation of state in wide regime are presented using copper as a prototype. The results of the WEOS are well consistent with the available theoretical and experimental data, including ab initio cold curve under compression, isotherm, Hugoniot, off- Hugoniot and sound velocity data. It enhances our confidence in the accuracy of the WEOS, which is very important for the validation and verification of equation of state in high temperature and pressure technology.

本文利用原位高温拉曼光谱技术并结合量子化学从头计算方法研究了Li2O-WO3二元系钨酸盐熔体中稳定存在的结构单元随成分变化的趋势,给出了其在不同成分下微结构的具体模型,并对其主要振动模式进行了归属。研究表明成分不同会导致四面体基团聚合形成不同长度的链状,且Li2O与WO3摩尔比越小,也即WO3的含量越多,其链的长度越长；结合量子化学从头计算理论分析,认为当熔体的摩尔比为1∶1、1∶2、1∶3以及1∶4时,对应的阴离子基团模型分别为[WO4]2-、[W2O7]2-、[W3O10]2-和[W4O13]2-,其中[W2O7]2-、[W3O10]2-和[W4O13]2-分别由两个、三个、四个[WO4]2-以共顶形式连接而成。