LTP UNIT I 3 1 0 1. 异双原子分子的分子理论、金属键合能带理论、氢键。 2. 固态化学:半径比规则、空间晶格(仅立方体)、晶胞类型、布拉格定律、晶胞密度计算。一维和二维固体、石墨作为二维固体及其导电特性。富勒烯及其应用。 UNIT II 1. 光谱法的基本原理。利用紫外、可见光、红外、1 HNMR 确定简单有机化合物的结构。 2. 聚合物的特性和分类。 3. 聚合物的结构:天然和合成橡胶、聚酰胺和聚酯纤维、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈和聚苯乙烯。导电聚合物(聚吡咯和聚噻吩)及其应用的简介。第三单元 1. 反应中间体的稳定性,例如碳负离子、碳正离子和自由基。有机反应的类型以及亲核取代反应的机理。2. 以下反应的机理。1. 醇醛缩合 (ii) 坎尼扎罗反应 (iii) 贝克曼重排 (iv) 霍夫曼重排和 (v) 狄尔斯-阿尔德反应。3. EZ 命名法。含有一个手性中心的有机化合物的光学异构体。不具有手性的光学活性化合物的例子。正丁烷的构象。第四单元 1. 反应的顺序和分子数。一级和二级反应。活化能。2. 相律及其在单组分系统(水)中的应用。3. 平衡电位、电化学电池(原电池和浓差电池)、电化学腐蚀理论及防腐。第五单元 1. 燃料的分类,煤、生物质和沼气。使用弹式量热仪测定总热值和净热值。2. 热力学第一定律及其数学表述,热量、能量和功;系统的热含量或焓;热化学:Hess 恒定热总和定律、反应热、燃烧热、中和热、生成热、熔化热、汽化热、升华热、溶解热和稀释热(仅定义和解释)。
图 2. 示意图,说明评估长程屏蔽能量对带电缺陷的 DFT 超胞计算的贡献。 (a) 带电荷 q 的体缺陷具有无限延伸的电介质屏蔽,内接正方形表示计算超胞的范围。 (b) DFT 超胞将整个净电荷 q 限制在超胞平行六面体内,通过从超胞边缘抽取电子来屏蔽近缺陷区域,从而对边缘区域进行去屏蔽。 (c) 等效体积球体,半径为 R vol ,需要围绕该球体评估长程屏蔽能量。 (d) 该半径减少了 R skin 以解释未屏蔽的晶胞体积,从而得到了由 R Jost 定义的 Jost 经典电介质屏蔽。
摘要:目前的成核模型为晶体材料的形成提出了多种选择。然而,在分子水平上探索和区分不同的结晶途径仍然是一个挑战,特别是对于复杂的多孔材料。这些通常由具有有序框架和孔隙成分的大晶胞组成,并且经常在复杂的多相合成介质中成核,从而限制了深入表征。这项工作展示了如何在单相水合硅酸盐离子液体 (HSIL) 中详细记录结晶过程中的铝硅酸盐形态。观察结果表明,沸石可以通过由铝硅酸盐阴离子与碱金属阳离子成离子配对组成的离子配对预成核簇的超分子组织形成,并暗示 HSIL 中的沸石结晶可以在现代成核理论的范围内描述。
主动学习 (AL) 可以大大加速材料的发现;它的威力已经在各类材料和目标特性中得到了体现。之前的努力已经使用机器学习模型来最佳地选择物理实验或基于物理的模拟。然而,后者的努力大多局限于使用可以在晶胞水平上获得的电子结构计算和特性,并且噪音可忽略不计。我们将 AL 与分子动力学模拟结合起来,以识别具有高熔点的多主成分合金 (MPCA)。通过 nanoHUB 构建云计算服务,我们提出了一个完全自主的工作流程,以有效探索 MPCA 的高维组成空间。我们描述了由模拟的随机性质和用于选择模拟的获取函数引起的不确定性如何影响该方法的收敛性。有趣的是,我们发现,由于用于 AL 的随机森林模型可以平均波动,因此可以使用具有显著不确定性的相对较短的模拟来有效地找到所需的合金。
摘要:由于对气候变化、环境恶化和能源安全的担忧,氢气作为能源载体的潜力得到了广泛认可,但氢气的储存和运输仍然是重大挑战。具有钙钛矿晶体结构的氢化物可以在较小的体积内储存大量的氢气,并且相对容易产生氢气。其中,三元钙钛矿氢化物 NaMgH 3 具有相对较高的理论储氢密度和氢吸收和解吸的可逆性。在本研究中,采用密度泛函理论框架下的第一性原理计算,研究了用 K ? 取代 Na ? 的影响。对Na1–xKxMgH3(x0:75Þ)结构、电子和储氢性能的影响。结果表明,用K–取代Na–导致晶格参数略有下降、晶胞体积增加,MgH6八面体变得更加扭曲,这是主体材料不稳定的一个很好的指标,最终导致分解温度从560.1降低到489.6K,这有利于储氢应用。
本课程旨在提供从家庭到各种工程应用中使用的金属冶金方面的基础知识。它涵盖了材料的基本方面、晶体结构及其表示,以及材料中存在的各种缺陷。然后,讨论了合金化的必要性及其相图中发生的相应变化。特别关注工业中广泛使用的重要黑色和有色合金。包括通过不同的热处理工艺及其微观结构变化来定制材料性能。最后,课程以对金属以外的材料的讨论结束,其中包括聚合物、陶瓷和复合材料等先进材料。课程成果:在课程结束时,学生将能够 1. 解释晶体结构及其缺陷的基本概念,并在立方晶胞中绘制晶体点、方向和平面。2. 解释合金二元相图中存在的各种相,并计算相的质量分数。3. 推荐热处理工艺以实现钢性能的期望变化。 4. 根据性质和应用,区分铁合金和有色合金。根据性质和应用,对聚合物、陶瓷和复合材料进行分类和解释。
至少自 Rittenhouse 和 Fraunhofer 的线衍射光栅发明以来,使用结构化材料的光学设备一直在光学元件中扮演着核心角色。然而,过去 35 年,光学物理学尤其受到结构化材料对光波长尺度的影响,以及随后将电子晶体固态类比应用于麦克斯韦方程组处理的影响。光子晶体 [1] 的特征是周期为 X/4,而超材料 [2] 的特征尺寸/周期可以是 X/10 或更小。同时,光学天线(具有类似波长尺度尺寸的散射元件)将射频和微波天线概念引入了微光子学和纳米光子学。在这里,我们以 3D 超薄膜为平台,这些不同的结构化介质可以组合成一个具有光学行为的单一设备,这些行为展示了这些概念的耦合和混合。这些超薄膜以毫米级制造,周期性为微米级,亚晶胞结构为数十至数百纳米级。最近的研究突出了将周期性结构阵列与“设计者”散射元件相结合的潜在设计优势 [3]。
摘要 莫尔材料为实现具有工程物理特性的能带结构提供了高度可调的环境。具体而言,具有费米面平带的莫尔结构(实现关联相的合成环境)具有包含数千个原子的莫尔晶胞和极其复杂的能带结构。在本文中,我们表明统计原理在解释这些系统的普遍物理特性方面大有帮助。我们的方法建立在三个概念元素之上:由短长度尺度上原子配置的有效不规则性引起的量子混沌的存在、动量空间中的安德森局域化以及近似晶体对称性的存在。这些原理中的哪一个占主导地位取决于材料参数,例如费米面的延伸或莫尔晶格势的强度。这种竞争的现象学后果是对莫尔带特征群速度的预测,这是其平均平坦度的主要指标。除了这些一般特征之外,我们还识别了统计背景之外的结构,特别是接近未受干扰光谱极值的几乎平坦的带,以及著名的零能量“魔角”平坦带,其中后者需要异常精细调整的材料参数。
低温共烧陶瓷技术是生产先进集成压电器件的先决条件,这种器件具有高度紧凑性和超低驱动电压等优点,可用于现代微机电系统。然而,作为最基本的功能电子元件,具有剪切型输出的压电陶瓷结构几十年来从未通过共烧法成功制备成多层形式。平行施加电场和极化技术制造要求在理论上与自然发生的剪切模式中固有的正交取向不相容。在此,受到从相同晶胞构建超材料的理念的启发,设计并制备了一种具有独特图案化电极和阵列式压电陶瓷子单元的人工原型装置,事实证明它可以完美地产生合成面剪切变形。在相同驱动电压下,与之前的 d 15 模式块体元件相比,剪切型位移输出增强了一个数量级以上。基于导波的结构健康监测和力传感的进一步结果证实,该方法消除了艰难的压电技术障碍,并有望从根本上启发集成剪切模式压电装置在增强驱动、传感和传感应用方面的进步。
基于反铁电的介电电容器因其出色的储能性能和在收集脉冲功率方面的非凡灵活性而备受关注。尽管如此,迄今为止,尚未阐明与储能过程固有耦合的原位原子级结构演化途径,以最终理解其机制。本文报道了反铁电PbZrO 3 在存储电子束照射的能量过程中的时间和原子分辨率结构相演变。通过采用最先进的负球差成像技术,本文介绍的定量透射电子显微镜研究阐明了与晶胞体积变化和极化旋转相关的极性氧八面体的层次演化解释了逐步的反铁电到铁电相变。特别是,在动态结构研究过程中建立了一种非常规的铁电类别——具有独特摆线极化序的铁电畸变相。通过阐明原子尺度相变途径,该研究的结果为探索具有非极性到极性相变的储能材料中的新型铁致畸变相开辟了一个新领域。