基本信息
- 项目名称：
- Cu-Ni粉末混合物和Cu-Ni合金康普顿散射的微观机理
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文通过通过深入研究Cu-Ni粉末混合物和Cu-Ni合金单位质量康普顿散射光子数与其成分含量之间的线性关系，发现实验结果与理论预期吻合较好，但是两者斜率差别很大。基于密度泛函理论（DFT）的平面波赝势理论，用CASTEP/ Materials Studio软件计算Cu-Ni粉末混合物和Cu-Ni合金的微观结构，揭示出Cu-Ni粉末混合物和Cu-Ni合金康普顿散射的微观机理。
- 详细介绍：
- 本文通过深入研究Cu-Ni粉末混合物和Cu-Ni合金单位质量康普顿散射光子数与其成分含量之间的线性关系，发现实验结果与理论预期吻合较好，但是两者斜率差别很大。然而Ni含量的增加并不导致电子的密度的明显改变。基于密度泛函理论（DFT）的平面波赝势理论，用CASTEP/ Materials Studio软件计算Cu-Ni粉末混合物和Cu-Ni合金的微观结构，得出由于Ni含量的增加，单位质量康普顿散射光子数的增加的主要原因是由于电子自由的程度增加。还得出由于Ni含量的增加，Cu-Ni粉末混合物中的趋于自由的电子较Cu-Ni合金的增加的更多，因此在实验上表现出Cu-Ni粉末混合物单位质量康普顿散射光子数与Ni含量之间线性关系的斜率更大。从而揭示出Cu-Ni粉末混合物和Cu-Ni合金的康普顿散射的微观机理。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：基于密度泛函理论，通过量子化学的方法计算康普顿散射体（Cu-Ni粉末混合物和Cu-Ni合金）的电子结构，找出电子结构与康普顿散射中散射体的含量和散射光子数之间的内在联系，从而揭示康普顿散射的微观机理。 思路：通过深入研究和分析已有的康普顿散射实验结果，计算散射体的电子结构，分析电子结构与康普顿散射中散射体的含量和散射光子数之间的内在联系撰写本论文。
科学性、先进性及独特之处
- 本文利用密度泛函理论，系统研究Cu-Ni粉末混合物和Cu-Ni合金的微观结构，分析微观结构与康普顿散射光子数之间的关系。本文的独特之处在于第一次从Cu-Ni粉末混合物和Cu-Ni合金的微观结构出发，研究电子结构与康普顿散射中散射体的含量和散射光子数之间关系的内在联系，揭示康普顿散射的微观机理。
应用价值和现实意义
- 康普顿散射的研究一直是国内外的研究热点，本项目基于密度泛函理论对康普顿散射体（Cu-Ni粉末混合物和Cu-Ni合金）的电子结构进行研究，进而研究康普顿散射的微观机理，为开发粉末混合物和合金含量测定的康普顿散射法提供理论和技术支持，具有重要的学术意义和重要的应用价值。
学术论文摘要
- 通过深入研究Cu-Ni粉末混合物和Cu-Ni合金单位质量康普顿散射光子数与其成分含量之间的线性关系，发现实验结果与理论预期吻合较好，但是两者斜率差别很大。然而Ni含量的增加并不导致电子的密度的明显改变。基于密度泛函理论（DFT）的平面波赝势理论，用CASTEP/ Materials Studio软件计算Cu-Ni粉末混合物和Cu-Ni合金的微观结构，得出由于Ni含量的增加，单位质量康普顿散射光子数的增加的主要原因是由于电子自由的程度增加。还得出由于Ni含量的增加，Cu-Ni粉末混合物中的趋于自由的电子较Cu-Ni合金的增加的更多，因此在实验上表现出Cu-Ni粉末混合物单位质量康普顿散射光子数与Ni含量之间线性关系的斜率更大。从而揭示出Cu-Ni粉末混合物和Cu-Ni合金的康普顿散射的微观机理。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] 李志海，周上祺，刘守平，石泉，邱邵宇，李聪.康普顿散射在材料无损评价中的应用前景[J],重庆大学学报（自然科学版），2005,28（10）：31-35. [2] 倪培君.射线检测技术在中国[J],无损检测，2008,30(8):469-474. [3] 郑世才.第九讲 CT技术和康普顿成像检测技术[J],无损检测，2000,22（9） 423-428. [4] 孔祥金，陈淼.阵列背散射成像系统准直器设计参数的蒙特卡罗方法研究[J], 核电子学与探测技术，2005,25（6）:754-756. [5] 左凯，孙同景，李振华. 基于康普顿散射的物体厚度测量方法[J].山东大学学报（工学版），2009，12，39（6）：68-71. [6] 罗光,周上祺. 康普顿散射法测定溶液浓度[J].理化检验-化学分册，2010,46（1）：51-53. [7] 罗光,周上祺,胡先权. Cu-Ni和Fe-Cu合金中Cu含量与康普顿散射光子数的关系[J]. 核电子学与探测技术,2010,30(2):278-281. [8] LUO Guang, HU Xian-quan. Theoretical and experimental study on Compton scattering of abinary powder mixture[J]. ournal of Chongqing University (English Edition),2010,9(1):29-34.
同类课题研究水平概述
- 康普顿散射从提出到现在，已经得到巨大的发展，就理论方面而言，从最初的量子理论的解释，到成为量子场论中的典型例子，再到目前核物理和高能物理中康普顿散射的研究，不断地得到深入和拓宽。而对于康普顿散射的应用也同样如此，它的应用也越来越宽广，几乎遍及各个领域。 这些主要应用主要基于两个方面的原理：一方面基于康普顿散射的能谱分析来确定电子的密度分布。应用主要有两方面，一是康普顿散射密度测量技术（CSD），如利用康普顿散射来研究固体物质的密度[1]、结构[2]或对固体物质进行无损评价[3-5]，利用康普顿散射测量物体厚度[6]、康普顿散射测定溶液浓度[7-8]，研究康普顿顿散射与粉末混合物和合金含量的关系[9-10]等等。二是康普顿散射成像技术（CSI）[11-13]。这些方法已广泛应用到了工业、农业、医疗卫生和其他相关领域。另一方面基于对康普顿轮廓的分析研究，主要有两个方面，一是康普顿轮廓分析技术（康普顿轮廓分析器），如利用康普顿散射对液体进行研究（如水、液氦和液态金属等）[14-17]。二是在物理和化学基础学科中的相关应用。由于散射体的许多特征都与价电子有关，所以康普顿轮廓在研究这些方面的属性时就具有优势。比如由于费米面结构与关联电子有关系，因此可以通过康普顿轮廓研究高温超导材料的关联电子来研究费米面结构，并且利用重新定义的固体波函数模型，能够直接对康普顿轮廓进行定量分析。而且也能研究费米面的结构、强关联电子及材料的超导特性等。 目前有文献[18]揭示了散射相对光子数与单位体积内电子数是成正比的，但国内外均无从散射体的微观角度来研究康普顿散射。本文即从这一电子结构这一全新的角度揭示康普顿散射的微观机理。
