1 郑州师范学院物理与电子工程学院，河南 郑州 450044
2 郑州大学化工与能源学院，河南 郑州 450001
过渡金属原子掺杂硅团簇不仅可以提高硅团簇的稳定性，还可以使其产生许多新颖的物理和化学特性，在新能源和材料领域应用广泛。本文基于密度泛函理论并结合粒子群优化算法程序卡利普索，对CoSi16-和Co2Si322-团簇的几何结构、电子、光谱和热力学特性进行了系统研究。结构优化发现，CoSi16-和Co2Si322-团簇基态结构分别为Co原子被包裹在Si笼内部的高对称D2d和D2h点群对称笼状结构。在此结构基础上，分析了两体系的磁性和键级等特性。此外，根据拟合的光电子能谱、红外和拉曼光谱，对两体系的主要特征峰进行了归属分析。最后，研究了体系的热力学特性，讨论了热力学参数Cv 和 S随温度变化的规律。
原子与分子物理 密度泛函理论 几何结构 电子特性 热力学特性 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0102001
本文采用基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)和密度泛函微扰理论 (DFPT)方法,计算了ZnCo3(OH)6Cl2和ZnNi3(OH)6Cl2两种六角结构晶体的结构, 声子谱和模式密度, 进而分析和比较了对称性, 频率以及热力学性质。通过理论计算得到的声子谱没有虚频, 可知该结构可以稳定存在; 声子模式密度结果显示了不同种类原子的贡献大小。确定了拉曼活性振动模式的对称性和频率, 并与量子自旋液体材料ZnCu3(OH)6Cl2进行了比较, 结果显示它们的主要拉曼峰位置比较接近。最后, 计算和分析得到的热力学性质符合物理规律。
密度泛函理论 声子谱 热力学性质 Density functional theory ZnCo3(OH)6Cl2 ZnCo3(OH)6Cl2 ZnNi3(OH)6Cl2 ZnNi3(OH)6Cl2 phonon spectra thermodynamic properties
1 重庆理工大学物理与能源系, 重庆 400054
2 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
根据光伏电池与环境之间的牛顿传热以及禁带宽度对温度的依赖特性, 获得光伏电池的热学与电学特性。实验研究结果表明,光伏电池的温度高于环境温度,并随着输出电压的增加呈先减小后增加的趋势, 与辐射强度呈线性递增的关系; 短路电流随着辐射强度的增加而升高, 而开路电压随着辐射强度的增加呈先增加后减小的趋势; 优化光伏电池输出电压和太阳能辐射强度可以获得最大效率。在AM 1.5G标况下,将部分辐射能输入至集热系统, 构造一个分光型光伏-热耦合系统,而该系统可以提高太阳能的利用率。
探测器 光伏电池 不可逆过程 热力学特性 耦合系统 激光与光电子学进展
2020, 57(19): 190401
北京理工大学 光电学院 目标仿真实验室 精密光电测试仪器与技术北京市重点实验室, 北京 100081
MEMS红外图像转换芯片是一种将可见光转换为红外辐射并用于红外目标模拟器的直接辐射型器件。对MEMS红外图像转换芯片的热力学性能进行研究: 与标准黑体辐射谱对比表明芯片辐射光谱为黑体谱, 红外波段平均发射率0.638; 通过线扩散函数研究芯片横向热传导特性, 其热扩散距离随衬底厚度降低而减小, 在衬底上制作周期性像元阵列可以有效降低其热传导系数, 衬底厚度360nm的刻有像元的转换芯片热传导系数为0.1W/m·K ; 转换芯片的时间特性研究表明其时间常数随衬底厚度减小而变小, 衬底厚度345nm的芯片制冷至5℃时的时间常数为2.72ms。
红外场景生成 MEMS红外转换芯片 热力学性能 辐射光谱 热传导 时间常数 infrared scene generation the MEMS infrared transducer thermodynamic properties radiation spectrum thermal conductivity time constant
1 重庆交通大学 理学院， 重庆 400074
2 中国工程物理研究院 核物理与化学研究所， 四川 绵阳 621900
采用第一性原理与准谐德拜模型研究UO2在高温高压条件下的弹性与热力学性能。UO2在高温高压下仍属离子型晶体，并且弹性性能计算表明，四角方向剪切常数在高温与高压下均保持稳定。高温下弹性常数C44 没有明显变化，而高压下C44 迅速增大。体积模量、剪切模量与杨氏模量均随压强增加而增大; 高温条件下，体积模量、剪切模量与杨氏模量也未出现明显的降低，表明UO2 在高温度高压下均可保持良好的力学性能。不同压强下，UO2定容热容均随温度迅速增大，并在1000 K 附近趋近于杜隆-佩蒂特极限。德拜温度则随温度降低，随压强升高。在低于室温条件下，热膨胀系数随温度急剧增加; 温度继续增加，系数的增加趋势则逐渐变缓。计算结果还表明，UO2 的热膨胀系数在相同条件下，远小于其他核材料。
第一性原理 准谐德拜模型 弹性常数 热力学性能 UO2 UO2 first principles quasi-harmonic Debye model elastic constants thermodynamic properties
1 Physics and Electronic Information Institute, China West Normal University, Nanchong 637002, CHN
2 Research Center of Laser Fusion, China Academy of Engingeering Physics, Mianyang 621900, CHN
3 Chemistry and Chemical Engineering College, Mianyang Normal University, Mianyang 621000, CHN
半导体光子学与技术
2010, 16(4): 141
西南科技大学材料科学与工程学院, 四川 绵阳621010
采用DFT/B3LYP方法对3种母环氨基修饰的罗丹明类衍生物的结构进行了全优化, 得到此3种化合物的基态和激发态的结构参数、 振动光谱、 前线分子轨道能量等相关数据, 并在基态和激发态几何构型优化的基础上, 用TD-DFT方法计算了其气相吸收光谱及发射光谱, 全面分析了结构特征对热稳定性、 前线分子轨道及光谱性质的影响。 结果表明: 化合物a末端氨基的扭转运动程度最低, 化合物b相对于化合物a, 分子共轭及平面程度提高, 末端氨基的扭转运动程度增大, 气相最大吸收波长及最大发射波长红移, 且计算分子中最大发射波长最长, 热稳定性最低。 化合物c在计算分子中共轭及平面程度、 热稳定性、 HOMO能量最高, 能隙最低, 气相最大吸收波长最长。 但相对于化合物b末端氨基的扭转运动程度增大, 最大发射波长蓝移。
氨基修饰 罗丹明衍生物 密度泛函理论 热力学性质 光谱 Modified by amino Rhodamine derivatives DFT/B3LYP method Thermodynamic properties Spectra 光谱学与光谱分析
2010, 30(5): 1381
1 四川师范大学 信息技术学院, 成都 610101
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
基于密度泛函理论, 采用全势线性缀加平面波加局域轨道方法和广义梯度近似研究了ZrH2的结构与弹性性质。结果表明: 在基态条件下, ZrH2的晶格常数计算值与实验值及其它理论值相当吻合。在考虑声子作用的前提下, 采用准谐德拜模型成功获得了不同条件下(0~50 GPa, 0~1 300 K) ZrH2的热容、热膨胀系数和德拜温度等热力学性质。结果表明: 定压热容预测值随温度升高而增大, 并逐渐接近佩蒂特-杜隆极限；随压强增加, 德拜温度呈增加趋势；随温度增加, 德拜温度呈减小趋势；在压强一定的条件下, 热膨胀系数随温度的升高而增大, 且在高温高压条件下, 热膨胀系数的增加趋势变缓。
准谐德拜模型 热力学性质 第一性原理 热膨胀系数 quasi-harmonic Debye model thermodynamic properties ZrH2 ZrH2 first-principles thermal expansion coefficient
利用平面波赝势密度泛函方法,结合广义梯度近似,对纤维锌矿GaN的结构和热力学性质进行了计算,发现纤维锌矿结构GaN的最稳定的结构对应的结构参数为:u=0.3769,c/a=1.628,a=3.204(A),and c=5.216(A),所得结果与实验和其他理论的结果相符.通过准谐德拜模型,我们还成功得到了w-GaN的相对体积、热膨胀系数、热容和德拜温度等热力学量.
广义剃度近似 热力学性质 GaN GaN generalized gradient approximation thermodynamic properties 原子与分子物理学报
2007, 24(6): 1303
1 四川大学原子与分子物理研究所,成都,610065
2 中国工程物理研究院西南流体物理研究所冲击波与爆轰物理实验室,绵阳,621900
在准谐近似下,利用准谐德拜模型通过亥母霍兹自由能构造出了铝在低于熔点温度范围内的物态方程和热力学特性.研究表明,在广泛的温度和压强范围内,铝的体积弹性模量和对应体积与有效的实验值一致,且其静态物态方程以及不同温度和压强下的热容量、熵、热膨胀系数等热力学特性也与有效的实验结果符合的很好.
热力学特性 铝 准谐德拜模型 Thermodynamic properties Aluminum Quasi-harmonic Debye modle 原子与分子物理学报
2005, 22(4): 735
