利用第一性原理, 研究了S空位(VS)和Tc掺杂单层MoS2的电子结构和磁学性质。结果表明, Tc掺杂的单层MoS2是一种具有铁磁性的n型半导体; 与Tc掺杂体系相比, VS的引入不会导致(TcVS)掺杂系统的总磁矩发生显著变化, 且磁矩主要由Tc原子所贡献; 在2Tc掺杂体系中, 通过形成能分析确定出最稳定构型; 2Tc掺杂体系的磁矩为2.048 μB, 主要由两个Tc 原子贡献。通过自旋电荷密度分析表明, (Tc-4d)-(S-3p)-(Mo-4d)-(S-3p)-(Tc-4d)耦合链的形成可能是2Tc掺杂体系发生铁磁耦合的原因。

基于第一性原理方法, 建立WC-Co/cBN4B、WC-Co/cBN4N、WC-Co/cBN1B-near OA、WC-Co/cBN1N-near OA、WC-Co/cBN1N-near OB和WC-Co/cBN1B-near OB 六种界面模型, 计算其界面粘附功、断裂韧性。结果表明: WC-Co/cBN4B界面具有最大粘附功值9.705 J?m-2, 界面最稳定, 粘附功大于WC(0001)w界面的断裂 韧性7.824 J?m-2, 裂纹倾向于出现在基体中; WC-Co/cBN4N界面有最小粘附功4.470 J?m-2, 界面最不稳定, 粘附功小于WC(0001)w界面的断裂韧性, 裂纹倾 向于出现在界面处。在此基础上, 为从电荷转移、成键方式和价电子分布的深层次角度解释界面稳定性, 进行了差分电荷密度、态密度和Mulliken布居分析, 结果表明: WC-Co/cBN4B模型中, 界面处Co、B原子之间存在电荷转移, 由Co-d、B-p轨道杂化成强Co-B共价键; WC-Co/cBN4N模型中, 界面处Co、N原子之间亦 存在电荷转移, 由Co-d、N-p轨道杂化成弱Co-N共价键。两种模型的界面处, Co-B共价键的布居数更大且键长更小、键能更大, Co-B共价键的作用强于Co-N共 价键作用, 因此, WC-Co/cBN4B界面结合性能更好, 界面更稳定。

显示屏是人机交互的重要部件, 当人体静电放电发生在显示屏表面时, 有可能导致软硬故障。为了研究显示屏空气式静电放电实验特性, 通过一个自制的装置对显示屏空气式静电放电电流和通过显示屏的位移电流进行了实验测量。研究发现: 放电电流峰值随接近速度的增加而增加, 上升时间随接近速度的增加而减小。在±10~±12 kV电压范围, 受电弧长度的影响, 上升时间增大, 电流峰值变小。随着测量点与放电点之间距离的增大, 位移电流波形峰值减小、上升时间增大, 正极性放电峰值更大且扩散范围更广, 而负极性放电上升时间增大更加明显。由位移电流波形及其分布可以计算出电荷密度。电荷密度随距离放电位置距离的增大而减小。与正极性相比, 尽管负极性放电电流峰值较低, 但电荷密度较高, 说明负极性放电具有造成更高等级损伤风险的危害。

液晶盒内的液晶分子在不同的外加电场作用下重新排布, 其极化指向发生改变, 从而影响液晶盒整体的电学特性。本文考虑液晶材料的挠曲电效应, 分析液晶盒的整体自由能表达式, 包含弹性形变自由能密度、介电自由能密度和挠曲电自由能密度。基于液晶弹性理论和相场方法, 构建描述液晶核指向矢分布及演化的相场方程, 并运用离散方法推导出液晶盒约化电容的表达式。讨论边界强锚定的混合液晶盒(HAN)和平行液晶盒(PAN)表面电荷密度对液晶核指向矢偏转角的影响。进一步分析了挠曲电系数、表面电荷密度以及液晶盒厚度对两种不同初始指向分布液晶盒电容性能的影响。数值分析结果表明, 表面电荷密度越大、挠曲电系数越小, 液晶核指向矢偏角越大。在混合液晶盒中, 约化电容随着表面电荷或液晶厚度的增加而增加, 最终趋于饱和; 而在平行液晶盒中, 当表面电荷密度或液晶盒厚度达到某个临界值时, 液晶核的指向矢才发生改变, 液晶的约化电容才有明显的变化。随着表面电荷密度增加, 液晶核指向矢发生偏转的临界厚度减小。

采用第一性原理,研究了La、Ce单掺杂及La-Ce共掺杂对TiO₂电子结构、差分电荷密度、态密度、光学性能的影响。研究结果表明,由于La 5d电子态、Ce 4f电子态及Ti 3d电子态间的协同作用,La-Ce共掺杂相比于单掺杂的TiO₂导带下移更大,带隙更小,吸收光谱红移更明显,光催化性能更优异。

固液界面的表面电荷会影响微纳流体系统的流体阻力, 因此如何测量固液界面的表面电荷密度以及分析表面电荷的产生机理对于研究表面电荷对流体阻力的影响具有较大的意义。提出了一种基于接触式AFM的固液界面表面电荷密度测量方法。基于该方法测量了浸在去离子水和0.01 mol/L的NaCl溶液中的高硼硅玻璃和二氧化硅样本的表面电荷密度, 并研究了溶液pH值对表面电荷的影响。研究结果表明高硼硅玻璃和二氧化硅由于表面硅烷基的电离带负电。溶液pH值和离子浓度的增加都会增加浸在去离子水和0.01 mol/L的NaCl溶液中高硼硅玻璃和二氧化硅的表面电荷密度的绝对值。

采用一维的等离子体流体力学模型研究了氦气-氧气高气压下电容耦合放电过程。分别给出了间隙为1.6，2.4和3.2 mm时外加电压的有效值与放电电流有效值特征曲线，并与已有的实验数据作对比，结果表明计算得到的电压-电流特征曲线与实验数据符合得很好。研究发现: 氦气-氧气高气压下电容耦合放电过程中荷质比较大的离子在鞘层中的分布随着外电场的变化而变化，而荷质比较小的粒子在整个放电区域基本不随外电场变化而变化; 同时杂质形成正负离子在主等离子体区域两端出现了峰值。

针对斜入射脉冲X射线与金属的几种可能相互作用机制, 设计了实验布局, 测量了斜入射X射线在金属靶上产生的脉冲电流, 建立了相应的理论模型。结果显示, 当X射线入射强度低于105 W/cm2时, 以光电效应为主,高于此值时, 以热电效应为主导。这表明, X射线加载强度较弱时, 电子表现出个体行为,而增大X射线入射强度, 电子表现出弱关联集体行为。由此可以预测, 超强X射线辐照下, 金属表面将出现宏观尺度的电荷密度调制, 在退激发过程中, 这种调制状态可能以较高的效率辐射定向的微波电磁脉冲。

以单粒子模型和带电粒子运动方程为基础, 采用蒙特卡罗方法, 编写了真空沿面闪络过程计算程序, 研究了外加磁场对真空沿面闪络过程的影响, 主要是对二次电子发射及电子束的雪崩运动的影响。研究表明: 外加磁场的存在, 改变了绝缘体表面电子的运动, 进而影响到绝缘体表面电荷的分布, 从而在宏观上对绝缘体的耐受电压产生影响; 外磁场抑制真空沿面闪络的效果与磁场的空间分布有关, 磁场加在阴极附近时产生的效果优于加在阳极附近。

推导了柱对称相对论电子束在漂移管内的空间电荷势及相互作用势能,分析了势能在束流传输过程中的变化规律,并与束流均方根发射度的变化方程比较。指出一部分势能随束流传输过程中包络振荡而呈现出可逆的变化;而另一部分势能则在束流传输系统及束流本身非线性力的作用下,随着电荷密度分布变化而转为电荷横向热运动能量,从而导致束流归一化发射度的增长,这种转化是一个不可逆的过程。