从介观结构角度综述了超分子凝胶晶体网络结构的形成机理、结构特性对宏观性能的影响以及超分子凝胶的设计与调控,系统总结了超分子凝胶的表征方法.超分子凝胶的性能由层级结构决定,介观结构可大幅提高材料的宏观性能,其结构与性能可以通过四个因素相关联：拓扑结构,相关长度,对称性/有序性和晶体网络间的结合力.基于对超分子凝胶的介观概念更深...
胶体颗粒在溶液中展现出丰富的类原子相行为.因此胶体体系被广泛用作研究相变过程的实验模型体系.在过去二三十年中,利用胶体体系,人们对结晶、成核、玻璃化转变和缺陷等基础物理现象做了大量的深入研究,并取得了丰富的成果.这些成果极大地拓展和完善了人们对各种相变现象的了解.本文对最近相关的研究进展和研究成果做了回顾和总结,对正在兴起的...
对于液态水中的微观结构到底是均匀的还是由多种结构混合而成,这一问题的争论已经持续了一个多世纪.随着多种水的非晶体的发现以及计算机技术的进步,混合模型逐渐得到更多的关注.本文首先介绍在模拟和实验上验证液态水中存在多种微观结构的最新进展;然后使用主成分分析方法研究液态水的拉曼谱和四面体序分布,发现它们可以通过两个基本的函数线性...
随着纳米技术在微电子、生物医药、能源等领域的快速发展,如何在纳米尺度构筑性能稳定、性质均一的多功能纳米器件已成为纳米科技领域最具有挑战性的前沿技术之一.具有广泛应用前景的高分子薄膜的制备、性质以及应用研究一直以来都受到学术界与工业界的高度关注对高分子薄膜的内部结构、表面形貌、机械性能、电化学性能等的检测一直是高分子领域...
作为一种典型的软物质体系,颗粒材料的传输性能对相关工程材料在实际工程中应用的耐久性和服役寿命具有至关重要的影响.材料的物理性能通常依赖于其微结构特征,而颗粒材料微观结构的形成又直接与其成分结构密切相关.因此,清楚、准确地认识颗粒材料的组成、微结构与其传输性能之间的多尺度关联机理是提升颗粒材料力学性能和耐久性的保障.本文综述...
热输运是自然界中最普遍的现象之一,如何高效操控热流在工业等领域有着巨大的应用价值.尽管主导热传导过程的扩散方程与波动方程迥异,但是,自2008年和2012年起,已有研究人员成功地将变换理论推广到宏观热传导领域.自此之后,多种具有特异性质的新型热材料在变换热学的理论框架下被设计出来,并同时获得实验验证.本文介绍该领域的研究进展,并同时介...
DNA是生物遗传信息的载体,同时也是一种理想的生物相容材料.单链黏性末端（toehold）协助的链替换反应是DNA常温纳米技术的基础.利用DNA的碱基互补特性和碱基序列的可编程性,人们可以基于DNA链替换反应构建分子机器并对其运转进行精确调控,实现各种复杂分子计算.本文回顾了近年来DNA结构和力学性质方面的研究进展,探讨DNA链替换反应的微观理解,...
蠕虫状链模型可以更好地描述非柔性高分子的空间链构象统计,因此被公认为是更加接近真实高分子的粗粒化高分子链模型.本文从蠕虫状链模型的物理特点出发,简单回顾了该模型在自洽场理论方法中的发展历程,着重从三个研究方向总结了近年来蠕虫状链模型在高分子物理研究中的应用：高分子液晶相结构及其转变的研究;几何表面对高分子体系的影响;蠕虫状...
仿生微流控技术将仿生结构设计应用到微流体装置中,具有很强的学科交叉性.本文提出了通过仿生手段突破微流控的技术瓶颈,从而提高微流控器件的抗污染性能,告别单一功能的微流控系统应用的局限性,实现微尺度下通道的智能化及动态环境变化下的高适应性等.本文提出了仿生微流控的概念,重点介绍了仿生微流控在器件抗污染、器件智能化、生物学和医药...
从氨基酸序列出发预测蛋白质的三维结构是目前计算生物学和生物物理学领域最具挑战性和影响力的研究方向之一.本文从结构预测的研究背景出发,简要介绍了它的理论意义、应用需求及基本现状;并根据结构预测的一般步骤,依次介绍了构象初始化、构象搜索、结构筛选、全原子结构重建、结构优化等基本预测过程;随后分基于模板和无模板两类,各列举了几种...
以细胞骨架中肌动蛋白纤维为例,针对肌动蛋白亚基结合核苷酸状态简化为单态和双态两种模型,介绍了肌动蛋白纤维的组装动力学,并着重阐述了肌动蛋白纤维稳态时出现的＂踏车现象＂和长度扩散行为.
细菌是一个包含从分子到宏观多尺度多系统强烈耦合的复杂生物体系.细菌的运动行为在每一个时空尺度都蕴含有丰富的生物和物理学现象.例如,细菌对氧气和很多化合物有很强的应激反应;细菌体内信号传感网络会影响细菌鞭毛马达的转动;纳米尺度的细菌鞭毛马达转动会影响细菌在界面附近的游动、趋化性、积聚、黏附、飞速旋转;单个细菌的活跃状态和环境...
癌症不仅是一种基因突变疾病,更是一种涉及诸如增殖、分化、凋亡和侵袭等多条细胞命运抉择的信号转导通路疾病.癌细胞内的信号通路虽然非常复杂但我们可以专注于关键蛋白的信号网络建模,定量研究癌细胞核心信号通路的动力学和功能调控机理.本文结合一些具体网络模型,介绍癌细胞信号网络动力学的研究进展.首先介绍信号网络的基序动力学研究,然后...
摄像显微技术借助强大的显微成像手段和严谨的数学物理语言,以精密微观测量和定量图像分析为基础,是在实空间上研究软物质体系的微观性质的重要实验技术.一方面,摄像显微技术为人类观察和记录微观世界提供了基本工具;另一方面,摄像显微技术为科学家研究微观世界的物理规律提供了无法替代的实验手段.本文回顾了摄像显微技术的发展历史,介绍了摄像...
转动的微尺度马达是一类重要的微流器件.近年来,因为其重要的应用及理论价值引起了学术界的广泛关注.本文提出了一种新型的自扩散泳驱动的微观转动马达模型.通过介观动力学模拟,验证了该模型的有效性.模拟结果表明,该自扩散泳微观转动马达可以单向地自驱动转动,并且转动速度和马达表面发生的催化化学反应速率（即自产生的浓度梯度场强弱）、以及...
研究了存在内禀退相干时,对于不同的系统初态,具有DM相互作用和各向异性的三粒子XXZ海森伯模型的对纠缠动力学特性.得出了一些结论：系统的对纠缠度与各向异性参数？无关,但内禀退相干对系统的纠缠有明显的抑制作用;在内禀退相干存在时,若系统初态为纠缠态,选择合适的DM相互作用的参数,系统的对纠缠有一个非零的稳定值;系统初态为分离态时,系统...
本文主要研究了带有未知外界扰动的分数阶混沌系统的同步问题.基于分数阶Lyapunov稳定性理论,构造了分数阶的参数自适应规则以及模糊自适应同步控制器.在稳定性分析中主要使用了平方Lyapunov函数.该控制方法可以实现两分数阶混沌系统的同步,使得同步误差渐近趋于0.最后,数值仿真结果验证了本文方法的有效性.
本文给出了长余辉材料一个新的用途,研制了一台以长余辉材料为屏幕的激光书写显示装置,可以人为控制激光笔在余辉材料上随意书写文字、画图并显示.该装置利用单片机和步进电机控制两组轴镜在不同方向的转动,从自己建立的开源矢量图库中调用相关图片,使激光光束在长余辉材料上进行二维矢量的扫描,完成文字书写和绘图显示.用VASP（Vienna abinitio...
本文将常用的键长物理截断方法与电子局域函数方法相结合,用于分析共价系统的非晶态结构,得到了更合理的原子成键信息,提高了非晶态结构模型分析的可靠性.以相变存储材料GeTe合金为例,通过采用上述方法详细研究了GeTe合金非晶态中原子间成键及结构信息,确定了其合理的成键物理截断长度为3.05？,电子局域函数阈值为0.63.研究结果显示,当电子局域...
目前,广泛应用的环行器均需要铁氧体材料并外加偏置磁场以达到环行效果,具有重量大,对温度敏感等缺点.本文基于透射型相位梯度超表面,利用相位梯度超表面的异常折射特性,基于几何光学原理设计了一种无需铁氧体材料和外加磁偏置的环行器.实验结果说明,在20.8 GHz附近,该器件呈现显著的环行效果.这种环行器重量显著降低,对温度变化不敏感,提供了一...
五模超材料具有与流体相似的物理性质,为各向异性流体的物理实现提供了途径,因此Norris提出了将其用于声隐声斗篷设计的思路.本文对Norris五模超材料声隐声斗篷设计中提出的坐标变换方程进行研究,利用有限元方法对不同坐标变换下声隐声斗篷的平均可视度进行数值计算,分析了五模超材料斗篷的隐身性能影响因素及规律.结果表明,通过选取不同的坐标...
为了进一步提高等离子体激励器控制能力,采用粒子图像测速仪技术,以介质阻挡放电等离子体激励器为研究对象,开展了有、无来流条件下等离子体诱导启动涡的实验研究,获得了来流对启动涡发展演化及生存时间的影响.与传统非对称布局介质阻挡放电等离子体激励器相比,本文采用整个平板金属模型作为植入电极的对称布局方式开展研究.在金属模型表面粘贴...
针对文献中单层二硫化钼力学性能随温度变化趋势的不明确,本文基于Stillinger-Weber原子间势函数,采用经典分子动力学方法对单层二硫化钼在不同热力学温度下（1—800 K）的力学行为进行了单轴拉伸模拟,研究温度和手性对其力学性能的影响.结果表明：单层二硫化钼的杨氏模量、抗拉强度、拉伸极限应变等力学性能均随温度的升高而显著减小;单层二硫...
通过在加筋板结构上附加周期性排列的＂弹簧-质量＂共振子单元,构造了一种局域共振型加筋板结构.针对这种新型结构,基于有限元法和周期结构Bloch定理,建立了其弹性波传播与振动特性理论计算方法;采用该方法深入研究了局域共振型加筋板的弯曲波带隙特性和减振特性.研究表明,局域共振子能够对加筋板的弯曲波传播特性产生显著影响,一方面使其产生更...
利用电晕充电方法成功制备了单极性交联聚丙烯（IXPP）驻极体膜,并设计、制备了基于该驻极体膜的振动能量采集器.通过表面电位的测量,研究了IXPP驻极体膜的电荷储存稳定性;通过测量振动能量采集器样品的准静态和动态电荷灵敏度,考察了能量采集器的机电耦合性能,研究了能量采集器在{3-3}模式下对环境振动能的俘获.结果表明,用-13 kV的电晕电压与-...
在考虑Rashba自旋-轨道耦合效应下,基于Lee-Low-Pines变换,采用Pekar型变分法研究了量子点中双极化子的基态性质.数值结果表明,在电子-声子强耦合（耦合常数α〉6）条件下,量子点中形成稳定双极化子结构的条件（结合能Eb〉0）自然满足;双极化子的结合能Eb随量子点受限强度ω0、介质的介电常数比η和电子-声子耦合强度α的增大而增加,随Rashba自旋-轨...
以石墨片为原料,在氮气气氛下,通过机械针磨法制备了氮掺杂石墨烯纳米片.扫描电子显微镜和比表面积分析表明机械针磨过程可以有效地将大尺寸石墨片破碎成石墨烯纳米片.在石墨片的破碎过程中,会引起C—C键的破坏.因此,在破坏的边缘位置能够产生碳活性点.这些碳活性点可以与氮反应实现氮元素的掺杂.X射线光电子能谱分析表明碳活性点与氮反应使氮元...
利用X射线散射对纯聚合物材料,包括聚乙烯拉伸行为及变形机理的研究与日俱增.本文选择低密度聚乙烯/多壁碳纳米管（LDPE/2%MWCNTs）复合材料为实验材料,基于同步辐射小角散射的测试平台,对电子辐照的LDPE/MWCNTs复合材料拉伸过程中的X射线小角散射（SAXS）和广角衍射（WAXD）信号进行了原位测试分析,重点分析了低能电子辐照后复合材料拉伸变形过...
本文利用基于密度泛函理论的第一原理方法研究了典型金属有机框架材料——MOF-5的力学、电学性质及其应变调控特性.通过对MOF-5材料施加不同类型的应变,系统地研究了MOF-5材料的力学特性,获得了MOF-5的弹性常数、杨氏模量等基本力学参数.另一方面,通过分析能带结构等特征得到了MOF-5的本征电学特性,计算得到的MOF-5的禁带带宽为3.49 eV,属于宽禁...
掺镱石英基玻璃是研究高功率光纤激光器用增益光纤的核心材料.本文采用正硅酸乙酯TEOS,AlCl3,YbCl3·6H2O作为前驱体的溶胶-凝胶法制备掺杂石英粉体,利用激光烧结技术制备出高纯镱离子掺杂石英玻璃.实验测试结果表明：通过控制高温处理时合理的温度制度,可有效地排除干凝胶的水分和有机物,制备出的玻璃样品没有出现析晶现象,并表现出良好的光学特...
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