检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：高清重庆大学

学位级别：硕士

先进的能源系统具有高度复杂性和多尺度现象的特点,并要求具有极高效率和近零排放。一般情况下,应用于宏观现象的连续性数学描述在微观尺度上具有一定的局限性,而在全部宏观域中采用微观尺度上的进化规则如动力学蒙特卡罗(kMC)、格子-Bo... 详细信息

先进的能源系统具有高度复杂性和多尺度现象的特点,并要求具有极高效率和近零排放。一般情况下,应用于宏观现象的连续性数学描述在微观尺度上具有一定的局限性,而在全部宏观域中采用微观尺度上的进化规则如动力学蒙特卡罗(kMC)、格子-Boltzmann(LB)或分子动力学(MD)等方法则计算代价太过高昂。合理划分系统尺度并各自采用有效的模拟算法能有效解决复杂系统存在的计算代价和组织复杂性这两大瓶颈问题。先进能源利用系统在实现能量转换和环境控制中大多要涉及多种类型的化学反应过程,对于在微观尺度上模拟反应-扩散过程,kMC是一种计算量适中的有效算法。kMC方法从微观尺度出发,采用随机的方式模拟系统中微粒的运动,通过微观物质量的变化体现系统的宏观性质,为宏观模拟提供重要的数据信息。本论文研究了基于微观模拟技术的动力学蒙特卡罗方法(kMC)的机理,并重点研究了kMC的一种具体实现形式——Gillespie随机仿真算法。以固体氧化物燃料电池(SOFC)为研究对象,首先采用Gillespie算法模拟了电化学反应过程,然后采用kMC模拟了氧化钇稳定氧化锆(YSZ)电解质中的氧空位的扩散过程。kMC对SOFC的应用是研究的重点,主要包括以下几方面的内容: 1、研究了kMC微观模拟方法中的Gillespie随机仿真算法,采用此方法跟踪SOFC电化学反应中各物质分子数目的变化,从而体现电化学反应的动力学特征。 2、沿YSZ电解质厚度方向建立了一维kMC格子模型,由随机数确定氧空位在格子上跃迁的步进时间和发生的事件,跟踪每层格子氧空位数目的变化,并不断更新系统状态。着重分析了温度、电解质初始结构分布和电极两端电压频率对电流密度、Ve Nlec(由正电荷和电子在电极两端聚集产生的第N层格子处的电势)、NVt otal(第N层格子处的总电压)和氧空位分布的影响。结果具有概率统计的特点,准确描述了系统的动力学特征。本文初步尝试了应用kMC模拟能源利用系统中的微观过程,以SOFC为例研究了电化学反应和氧空位在电解质中的扩散过程,仿真结果表明,通过描述系统中微小单元及其相互作用可以体现系统的动力学特征,由微观描述体现宏观量,实现尺度上的跨越。

关键词：多尺度模拟固体氧化物燃料电池动力学蒙特卡罗方法电化学反应扩散过程

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动力学蒙特卡罗方法及其应用

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高能量密度物理 2012年第2期 67-72页

作者：张绚管永红景越峰张小琳中国工程物理研究院流体物理研究所105室四川绵阳621900

介绍了动力学蒙特卡罗方法的产生与发展，阐述了动力学蒙特卡罗方法的基本特点。以原子扩散为例，就动力学蒙特卡罗方法的应用进行了讨论。

关键词：动力学蒙特卡罗方法动态模拟直接算法速率常数

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脉冲重复频率对脉冲激光沉积薄膜的生长过程的影响(英文)

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人工晶体学报 2007年第5期36卷 1148-1154页

作者：关丽李旭张端明张玮河北大学物理科学与技术学院保定071002 华中科技大学物理系武汉430074

脉冲重复频率在脉冲激光沉积技术中起重要的作用,影响最终的薄膜材料的性能。利用动力学蒙特卡罗方法,我们研究了脉冲激光沉积技术中,在不同脉冲重复频率条件下的薄膜生长的初期阶段。模拟结果显示,在低脉冲频率时,前后脉冲之间的间隔... 详细信息

脉冲重复频率在脉冲激光沉积技术中起重要的作用,影响最终的薄膜材料的性能。利用动力学蒙特卡罗方法,我们研究了脉冲激光沉积技术中,在不同脉冲重复频率条件下的薄膜生长的初期阶段。模拟结果显示,在低脉冲频率时,前后脉冲之间的间隔时间较长,生长岛有足够的时间熟化。因此,生长岛的密度会比较小且岛的形貌比较规则。而当脉冲重复频率增大时,岛的密度则随之增加,岛呈现出松散的或者枝杈状的形貌。另外,脉冲占空比也就是沉积时间在一定程度上也会对岛的凝聚过程有影响。最后我们将模拟结果与实验结果进行了对比和讨论。

关键词：脉冲激光沉积动力学蒙特卡罗方法薄膜生长

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GaInP薄膜KMC生长并行计算模拟与可视化研究

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太阳能学报 2010年第3期31卷 306-311页

作者：胡小梅胡贵华朱文华俞涛上海大学CIMS与机器人中心上海200072

以金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术在GaAs衬底上生长GaInP太阳电池薄膜材料为对象,将MOCVD反应室内气体热流场CFD数值模拟的结果作为生长参数,运用动力学蒙特卡罗(KMC)方法对GaInP薄膜生长过程进行了并行计算模拟,给出了数据分布方式... 详细信息

以金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术在GaAs衬底上生长GaInP太阳电池薄膜材料为对象,将MOCVD反应室内气体热流场CFD数值模拟的结果作为生长参数,运用动力学蒙特卡罗(KMC)方法对GaInP薄膜生长过程进行了并行计算模拟,给出了数据分布方式和通信优化策略进行负载平衡并降低通信开销,实现了真实沉积条件下基于大规模粒子的薄膜生长仿真,解决了单机计算能力的不足,缩短了仿真计算时间。模拟结果与试验一致性较好,为优化MOCVD生长GaInP薄膜的工艺参数提供理论依据,对于使用MOCVD生长高质量薄膜材料的太阳电池具有现实意义。

关键词：动力学蒙特卡罗方法金属有机化学气相沉积 GaInP薄膜形貌并行计算

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MOCVD的GaInP薄膜生长可视化研究

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系统仿真学报 2009年第23期21卷 7498-7502页

作者：胡贵华胡小梅朱文华俞涛苏玉鹏王海东上海大学CIMS与机器人中心上海200072

运用动力学蒙特卡罗(KMC)方法对金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长GaInP薄膜过程进行了模拟;将模拟的结果与虚拟现实(VR)系统开发的软件开发包Open Inventor接口,实现了MOCVD反应室内GaInP薄膜生长过程的可视化仿真。模拟仿真结果准确直... 详细信息

运用动力学蒙特卡罗(KMC)方法对金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长GaInP薄膜过程进行了模拟;将模拟的结果与虚拟现实(VR)系统开发的软件开发包Open Inventor接口,实现了MOCVD反应室内GaInP薄膜生长过程的可视化仿真。模拟仿真结果准确直观地展示了MOCVD反应室内GaInP薄膜生长的过程,揭示了扩散时间和衬底温度对GaInP薄膜形貌的影响规律;可视化结果为优化MOCVD生长GaInP薄膜的工艺参数提供理论依据。

关键词：动力学蒙特卡罗方法金属有机化学气相沉积虚拟现实系统 GaInP薄膜形貌工艺参数

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单分子磁体磁化动力学的蒙特卡罗模拟研究

单分子磁体磁化动力学的蒙特卡罗模拟研究

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作者：刘贵斌中国科学院研究生院

学位级别：博士

单分子磁体(SMM)作为新型的纳米尺度的基础材料,在自旋电子学、量子计算、高密度信息存储等方面有着广阔的应用前景。低温下,SMM呈现出台阶状的磁滞回线,这是一种宏观量子隧穿现象,吸引了很多研究者的关注。其定性解释一般是共振量子隧... 详细信息

单分子磁体(SMM)作为新型的纳米尺度的基础材料,在自旋电子学、量子计算、高密度信息存储等方面有着广阔的应用前景。低温下,SMM呈现出台阶状的磁滞回线,这是一种宏观量子隧穿现象,吸引了很多研究者的关注。其定性解释一般是共振量子隧穿,而定量研究多关注其量子运动部分,因而很难考虑热效应,无法给出令人满意的与实验相符的磁化曲线。于是,在大自旋近似下,本文提出一个“经典-量子”混合模型,就是将经典的动力学蒙特卡罗方法与Landau-Zener(LZ)量子隧穿相结合,同时考虑热效应和量子隧穿导致的自旋翻转,来模拟SMM的磁化动力学过程。\n 本文系统地研究了二维和三维有限格子上弱相互作用以及磁偶极相互作用下的SMM体系,并分别以Mn4和Mn12为例,结合实验参数,模拟出完整的台阶状磁滞回线,其主要特征与实验结果符合得很好。考虑到实际晶体存在缺陷而我们的模型模拟的是理想情况,因而得到的磁滞回线是令人满意的。模拟结果表明,磁滞回线内面积随温度升高而减小,随扫场率增大而变大。温度远小于阻塞温度TB时,直接的LZ隧穿起主导作用；随温度升高,热辅助LZ隧穿开始起主要作用；当温度继续升高到TB附近时,台阶和磁滞都逐渐消失,表现出经典的超顺磁现象。这些都与实验结果一致。此外,我们还研究了不同格子形状和大小以及SMM间不同相互作用尤其是磁偶极相互作用对体系磁化过程的影响。三维体系中,纵向偶极场能部分破坏共振隧穿条件且展宽隧穿台阶的上升沿,横向偶极场则影响隧穿概率。当温度接近TB时,弱相互作用、偶极场、格子形状以及LZ隧穿等效应的影响都将被热效应淹没。这种动力学蒙特卡罗加上LZ量子隧穿的模拟方法同样适用于其他SMM体系,通过适当发展可以进一步研究SMM的动力学过程以及其他属性。

关键词：单分子磁体动力学蒙特卡罗方法 Landau-Zener模型磁滞回线磁化量子隧穿磁偶极相互作用

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高效太阳电池生长机理的计算机模拟与可视化研究

高效太阳电池生长机理的计算机模拟与可视化研究

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作者：胡贵华上海大学

学位级别：博士

能源与环境问题是21世纪人类面临的两大主要问题。世界能源将以石油化工能源为主的能源逐步转变为太阳能为主的可再生能源。太阳能是永不枯竭、无污染的清洁能源。高效率多结叠层太阳电池(GaAs基系多结太阳电池)是目前世界上最具竞争力... 详细信息

能源与环境问题是21世纪人类面临的两大主要问题。世界能源将以石油化工能源为主的能源逐步转变为太阳能为主的可再生能源。太阳能是永不枯竭、无污染的清洁能源。高效率多结叠层太阳电池(GaAs基系多结太阳电池)是目前世界上最具竞争力的新一代太阳电池,它是航天飞行器急需的高性能长寿命空间主电源。在研制GaAs叠层太阳电池的方法中,金属有机化学气相沉积(Metal Organic Chemical Vapor Phase Deposition, MOCVD)技术是最优的。当前国内外关于GaInP薄膜电池生长的研究都是从实验方面研究GaInP/GaAs/Ge叠层电池的工艺特性,从而优化工艺和结构参数,但是缺乏从计算机模拟方面研究GaInP薄膜生长的动力学机理。然而,计算机模拟往往在模型建立和计算分析方面具有较大优势,但缺乏直观和交互特性。虚拟现实(Virtual Reality, VR)可视化技术弥补了计算机模拟的不足,可以帮助设计师和工艺师发现设计中的问题,为改进设计提供理论依据。因此,将计算机模拟与虚拟现实可视化技术有机结合可以创造一个更人性化的集成仿真系统,为优化结构设计和工艺参数提供指导依据。本论文以MOCVD设备研制高效多结太阳电池为背景,用计算机模拟和可视化研究的方法,从宏观和微观两个角度分别研究GaInP外延材料的生长动力学机理。其主要研究内容和成果如下: 1.运用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)方法对生长高效三结GaInP/GaAs/Ge叠层太阳电池的MOCVD反应室内气体的热流场进行了数值模拟研究。通过对不同工艺参数下反应室内气体热流场的数值模拟,得出结论:其他条件一定时,在气体总流量5L/min和系统压力0.1atm时,衬底上的热流场分布比较均匀。同时,要求衬底的长度不能超过两端排气口,为优化MOCVD反应室衬底的尺寸设计提出了合理化建议。 2.利用虚拟现实可视化技术对MOCVD反应室内气体的热流场进行了可视化仿真。可视化仿真结果准确直观地显示反应室内温度场和速度场的分布情况,研究人员可以透过反应室表面看清室内的温度场和速度场的分布情况,从而及时调整加热器的温度和进口气体的总流量等工艺参数,在Ge衬底表面获得均匀的热流场分布。 3.运用正交实验法对MOCVD生长GaInP薄膜电池的工艺参数进行了数值模拟试验,对试验结果进行了极差分析和方差分析,得出了影响恒温区厚度H的工艺参数的主次顺序,并得出了最佳参数组合;用回归分析的方法建立了基于恒温区厚度的MOCVD工艺参数数学模型;经过试验验证了MOCVD工艺参数影响作用的普遍性,为MOCVD反应室热流场的恒温区厚度提供了经验公式,为合理确定MOCVD工艺参数提供了理论基础。 4.以MOCVD技术生长高效GaAs叠层太阳电池为对象,提出了一种基于动力学蒙特卡罗方法的模拟多元化合物GaInP薄膜生长模型及模拟算法。对GaInP薄膜生长的过程进行了动力学蒙特卡罗模拟。 5.将动力学蒙特卡罗模拟的结果与虚拟现实可视化技术结合,实现了MOCVD反应室内GaInP薄膜生长过程的可视化仿真。模拟仿真结果准确直观地展示了MOCVD反应室内GaInP薄膜生长的过程,揭示了模拟时间、衬底温度及沉积速率对GaInP薄膜形貌的影响规律;模拟仿真结果与实验结果具有一致性,为优化MOCVD生长GaInP薄膜的工艺参数提供理论依据。 6.在Windows环境下,基于Visual ***2003和Open Inventor开发了一个高效太阳电池生长机理仿真系统的原型系统,实现了总体设计中的各个功能模块。通过本文的研究,获得在一定条件下高质量GaInP薄膜材料的工艺参数,对提高太阳电池的效率和质量具有重要的意义。

关键词：高效率多结叠层太阳电池金属有机化学气相沉积计算机模拟虚拟现实可视化技术动力学蒙特卡罗方法

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固体、原子和电子结构的计算研究

固体、原子和电子结构的计算研究

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作者：徐雅琼中国科学院物理研究所

学位级别：博士

该文用三种不同的计算方法研究了三个有趣的物理问题.一、我们提出了简单的组态相互作用的方法,并用它研究了C<\'4+>离子的双电子复合过程,我们计算的总截面和能量位置与实验光谱符合得很好.特别是,我们对实验光谱进... 详细信息

该文用三种不同的计算方法研究了三个有趣的物理问题.一、我们提出了简单的组态相互作用的方法,并用它研究了C<\'4+>离子的双电子复合过程,我们计算的总截面和能量位置与实验光谱符合得很好.特别是,我们对实验光谱进行了识别,发现了很多贡献很大却被忽略的光谱项.我们发现在原子离数比较低的碳离子中相对论效应也非常重要.二、我们用建立在密度泛函理论基础上的全势缀加平面波方法系统研究了Zincblende相的MnBi的电子结构和磁性.我们发现Zincblende相的MnBi的majority-spin电子是金属性,而minority-spin电子的能带在Fermi能级处有一个能隙.这个特性,在原胞体积从-13%变化到+20%保持不变,因此,从理论上预言了Zincblende相的MnBi呈现出半金属铁磁性.三、我们还用动力学蒙特卡罗方法研究了亚单层外延生长机制.我们研究了（111）和（100）表面上沉积岛的形状转变.我们发现在（111）表面上,随着温度的升高或者沉积速率的降低,沉积岛的形状由分形岛到不规则的紧致岛,再转变为规则的紧致岛.然后,我们提出了一个当晶格失配产生的应力不能忽略时的新的生长模型--双尺度的扩散限制成核理论.

关键词：组态相互作用方法全势缀加平面波方法动力学蒙特卡罗方法双电子复合过程亚单层外延生长半金属铁磁性

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化学反应与结构优化过程中的微动力学研究

化学反应与结构优化过程中的微动力学研究

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作者：汤健湘潭大学

学位级别：博士

现代化学科学的研究,除传统的化学实验方法以外,数值计算与模拟仿真也是另一类非常重要且必不可少的方法。本论文以化学反应和团簇结构优化过程中的微动力学模拟与计算为研究主线,围绕这条主线,主要讲述了三个方面的研究内容。第一部分... 详细信息

现代化学科学的研究,除传统的化学实验方法以外,数值计算与模拟仿真也是另一类非常重要且必不可少的方法。本论文以化学反应和团簇结构优化过程中的微动力学模拟与计算为研究主线,围绕这条主线,主要讲述了三个方面的研究内容。第一部分研究内容提出一种基于图形同构理论的动力学蒙特卡罗方法,运用一个不断变换的元胞矩阵对晶格界面的表面形貌进行数字记录和表达,并与基元反应的数字矩阵表达方式相结合。该方法可以快速处理化学反应的反应通道选择性等关键问题,具有易实现、数值计算效率高、普适性强等优点,可应用于模拟不同种类的晶格表面催化的非均相化学反应的反应网络及反应选择性等。采用该计算方法,模拟仿真了纳米多孔金(NanoPorousGold,简写成NPG)表面催化CO氧化的反应过程,揭示了反应条件(气体分压、反应温度等反应条件)对NPG表面催化CO氧化反应网络的调控规律,发现决定催化氧化反应路径的最重要因素是PCO/PO2(一氧化碳分压与氧气分压比),PCO/PO2越大,越有利于三分子反应的发生,越小,则更有利于双分子反应的发生。反应环境温度是影响反应路径的次要因素,在同等PCO/PO2比值的情况下,温度越高,CO催化氧化反应过程中由双分子反应生成的CO2占比越高,相反,温度越低,CO催化氧化反应过程中由三分子反应生成的CO2占比越高。而影响CO2生成效率的重要因素是反应环境温度,温度越高,CO2生成效率越高。第二部分研究内容为运用分子动力学方法对石化行业采油过程中使用的三类表面活性剂的驱油效能进行了对比,研究了基底的极性、水相流动对水分子通道形成和扩张速度造成的影响。通过数值仿真实验比较发现,SDBS表面活性剂的性能要优于DTAB和OP-10表面活性剂,而且基底极性对水分子通道的形成和扩张起着最为关键的作用,仿真实验表明,基底的极性越强,水分子通道更加容易形成;水相的流动会一定程度上抑制水分子通道的形成和扩张。第三部分研究内容设计了一类基于分子力场与遗传算法相结合的纳米团簇配体层最优化构型的快速搜索方法,该算法要优于一般的L-J排序算法。通过对比试验发现,该算法比常规的L-J排序算法效率提高了 7-9倍,而且该方法同样适用于结构更加复杂的配合物配体层的结构寻优过程。利用该方法,我们发现Au38S20骨架结构在金刚烷(-C10H15)配体保护下,团簇呈现出最大的配体稳定化能。同时,采用“分解-组装”方法,结合分子力学计算、密度泛函理论计算和分子轨道分析等,理论预测了 Au22(SR)18团簇内核的骨架模型。从分子轨道分析的角度,探讨了该团簇的电子稳定性根源,发现团簇中电子分布呈现出“超原子”电子结构特征。以上两个部分的理论预测结果与实验测量结果非常吻合。

关键词：纳米多孔金表面活性剂配体动力学蒙特卡罗方法分子动力学方法遗传算法

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Si薄膜在预结构基底上生长的动力学蒙特卡罗模拟

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暨南大学学报（自然科学与医学版） 2014年第2期35卷 201-204页

作者：陈书汉卜寿亮嘉应学院物理与光信息科技学院广东梅州514015

通过引入周期性排列波浪形预结构基底,建立了Si薄膜生长的三维动力学Monte Carlo模型.利用该模型在此基底上分别正常沉积和倾斜沉积Si薄膜,研究薄膜在不同沉积条件下的生长过程及其内在的生长规律.通过计算机模拟,论证了在正常沉积条件... 详细信息

通过引入周期性排列波浪形预结构基底,建立了Si薄膜生长的三维动力学Monte Carlo模型.利用该模型在此基底上分别正常沉积和倾斜沉积Si薄膜,研究薄膜在不同沉积条件下的生长过程及其内在的生长规律.通过计算机模拟,论证了在正常沉积条件下薄膜呈均匀生长模式,而在大角度倾斜沉积条件下,薄膜生长呈各向异性非均匀生长模式.

关键词： Si雕塑薄膜动力学蒙特卡罗方法波浪形预结构

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