固体非谐性质及熔化规律的研究

论文摘要

非谐性质具有重要的实用价值,它能够给出在高温高压作用下物质系统的具体力学热学性质.而固体在高温时的熔化是日常生活中常见的现象.和其它重要物理规律的研究一样,对于它的研究也是由来已久.本文运用唯象的方法对高温高压的宏观条件下固体的非谐性质以及熔化规律作出了较为系统的研究. 前言部分简要地介绍了本文研究工作的缘起、目的,非谐性质和熔化规律研究的发展简史,文中所采用的研究方法和手段以及论文的理论意义和实用价值. 第一章, 从固体的概念及其基本性质,热力学基本理论和粒子间的相互作用势能这三个角度对固体热力学性质研究的基础知识进行了系统的介绍. 第二章,在前人工作的基础上基于Jeanloz 和Anderson 建议的第二格林乃森参数q 的表达式, 推导得到新的计算Grüneisen 参数的表达式.根据德拜温度和格林乃森参数之间关系式, 可以得到新的计算德拜温度的表达式.而在结合Cui-Chen 提出的体积弹性模量公式后, 又进而得到了新的计算热膨胀系数的表达式.将三个新表达式应用到NaCl, Li, Na, K 和ε-Fe 这五种材料上,结果表明和实验吻合很好. 另外本章还结合He-Yan 公式和Tallon 模型,给出了弹性常数随温度变化的新表达式.计算了NaCl, KCl, CaF2, MgO, CaO, Mg2SiO4 等六种物质在不同温度下的二次弹性常数.所有的计算结果和实验结果均保持了良好的吻合. 第三章,基于Bosi 提出的的扩散力理论,在Sharma,Fang,Singh 等人所做工作的基础上,运用更精确的势能和离子间距公式,并采用更合理的计算方法,得到了一套改进后的熔化理论以计算固体的熔化温度. 将其应用到IA-VII, IA-VII 和IA-VI 类型49 种化合物, 计算结果与可提供的实验数据之间的相对误差很小. 总而言之,本文对高温高压下固体的非谐性质和熔化规律研究作出了有益的探讨,为固态物质系统行为的理论预测提供一些新的视角。当然,由于运用唯象理论进行计算时, 常常需要拟合实验数据来得到一些参数, 有时还会引入一定的近似关系, 这些损害了整个理论的严格缜密性,所以,就此进一步开展工作将是十分有意义的,结束语中指出了对于非谐性质和熔化规律的研究我们认为值得继续探讨的课题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 第一章 固体热力学性质研究的基础知识
• 1.1. 固体的概念及其基本性质
• 1.1.1. 固体的结合
• 1.1.2. 固体的力学性质
• 1.1.3. 固体的热学性质
• 1.1.4. 常用固体热力学参量
• 1.2. 热力学基本理论
• 1.2.1. 热力学全微分表达式
• 1.2.2. Maxwell 关系
• 1.2.3. 重要的热力学近似
• 1.3. 粒子间的相互作用势能
• 1.3.1. 粒子间相互作用势能研究的重要性
• 1.3.2. 几种不同类型的相互作用势
• 第二章 固体的非谐性质
• 2.1. Grüneisen 参数和德拜温度
• 2.1.1. 引言
• 2.1.2. 新公式的建立及其检验
• 2.1.3. 分析和讨论
• 2.2. 热膨胀系数
• 2.2.1. 引言
• 2.2.2. 新模型的建立及其检验
• 2.3. 弹性常数随温度变化规律
• 2.3.1. 引言
• 2.3.2. 新模型的建立及其检验
• 2.3.3. 计算结果和讨论
• 第三章 固体的熔化规律
• 3.1. 熔化理论之简介
• 3.2. 扩散力熔化理论
• 3.3. 总势能的引出及其广泛应用
• 3.3.1. van der Waals （vdW）势能
• 3.3.2.Harrison 交叉排斥能
• 3.3.3. 总势能形式
• 3.3.4. 总势能的应用
• 3.4. 新熔化模型的建立及其检验
• 结束语
• 研究生期间所做的工作及获奖情况
• 致谢
• 参考文献