二维周期性结构的声波带隙研究_陈源
[NSFC]光子带隙调控、新效应及其应用
项目名称：光子带隙调控、新效应及其应用首席科学家：xxx 起止年限：2011.1至2015.8 依托部门：教育部上海市科委
二、预期目标 总体目标： 围绕光子晶体的带隙调控、新现象及其应用，研究光子晶体带隙调控新机理和新现象，如特异材料及复合周期性结构和关联光子学微结构阵列；研究光子人工微结构集成回路的调控机理与新现象，如光子晶体和亚波长金属周期微结构中高品质微腔、对量子受限系统中的受激激发和自发辐射过程的影响、量子信息的制备和调控等。研究光子晶体中光调控新效应与潜在应用研究，如三维光子晶体的光调控新效应、非线性光子晶体的光调控新效应、光子局域共振微结构诱导的干涉效应和宏观量子效应等。通过项目的实施，在基础研究上取得一批在国际学术界领先的成果，产生一批有自主知识产权的专利技术，为光通讯、微波通讯、光电集成、航空航天系统及国防科技等领域的跨越式发展提供基础研究支撑。 五年目标： 1.设计与制备微波波段特异材料，利用特异材料及其复合周期结构 的特殊带隙结构、奇异缺陷模式和界面模式，研制新型微波原理性器件如新型飞行器天线罩、用于高速移动系统无线信道分析的新型天线等。 2.设计与制备光子晶体与量子受限系统复合结构，利用光子晶体与 量子受限系统复合结构光电量子调控和量子限制所产生的新激光原理和激光现象，研制新型激光器。 3.设计与制备亚波长金属周期微结构与量子受限系统复合结构，利 用光子晶体与量子受限系统复合结构光电量子调控和量子限制所产生的新跃迁激发原理和吸收现象，研制新型红外波段探测器。 4.设计与制备光子学微结构阵列，利用非线性光子学微结构阵列的
特殊带隙结构和光调控效应，研制新型光调制器件如光开关。5.发表一批高质量学术论文，形成一批有自主知识产权的专利技术。
晶格的周期性
§ 1.1 晶格的周期性 1. 晶格周期性的描述——原胞和基矢 晶格的共同特点是具有周期性，可以用原胞和基矢来描述。 + 原胞：一个晶格中最小重复单元（体积最小）如图1.1所示。 + 基矢：原胞的边矢量，三维格子的重复单元是平行六面体， ,, a b c是重复单元的边长矢量 + 单胞（结晶学元胞）：为了反映晶格的对称性，常取最小重复单元的几倍作为重复单元。 单胞的边在晶轴方向，边长等于该方向上的一个周期，代表单胞三个边的矢量称为单胞的基矢。 + 基矢： ,, a b c表示单胞的基矢。在一些情况下，单胞就是原胞，而在一些情况下，单胞不是原 胞。 例如面心立方晶格，如图1.2所示。 原胞基矢： 1 2 3 () 2 () 2 () 2 a a j k a a k i a a i j =+ =+ =+ 原胞的体积 3 0123 1 () 4 v a a a a =??= 单胞基矢： ,, a ai b aj c ak ===，单胞的体积,, a ai b aj c ak === 图 1.1 图1.2 图1.3 图1.4 2. 简单晶格 简单晶格中，某一个原胞只包含一个原子，所有的原子在几何位置和化学性质上是完全等价的。碱
金属具有体心立方晶格结构；Au 、Ag 和Cu 具有面心立方晶格结构，它们均为简单晶格。 简单立方晶格 如图1.3所示, 原胞为简单立方晶格的立方单元，基矢123,,a ai a aj a ak === 原胞体积：30123()v a a a a =??=——原胞中只包含一个原子 面心立方晶格 如图1.3所示，八个顶角上各有一个原子，六个面的中心有6个原子故称面心立方。 由立方体的顶点到三个近邻的面心引三个基矢123,,a a a 基矢123(/2)() (/2)() (/2)()a a j k a a k i a a i j =+=+=+原胞体积 301231()4v a a a a =??=原胞中只包含一个原子 体心立方晶格 体心立方：除顶角上有原子外，还有一个原子在立方体的中心，故称体心。就整个空间的晶格来看，完全可把原胞的顶点取在原胞的体心上。这样心就变成角，角也就变成心。如图1.4所示。 由立方体的中心到三个顶点引三个基矢123,,a a a 基矢123(/2)() (/2)() (/2)()a a i j k a a i j k a a i j k =-++=-+=-+, 301231()2v a a a a =??=原胞中只包含一个原子 3. 复式晶格 复式格子包含两种或两种以上的等价原子。 一种是不同原子或离子构成的晶体，如：NaCl 、CsCl 、ZnS 等； 一种是相同原子但几何位置不等价的原子构成的晶体，如：具有金刚石结构的C 、Si 、Ge 以及具有六角密排结构的Be 、Mg 、Zn 等； 复式格子的特点：不同等价原子各自构成相同的简单晶格（子晶格），复式格子由它们的子晶格相套而成。 + NaCl 由Na +和Cl －结合而成（如图1.5所示。），是一种典型的离子晶体，Na +构成一个面心立方 晶格；Cl －也构成相同的一个面心立方晶格。两个面心立方子晶格各自的原胞具有相同的基矢，由它们相套形成NaCl 复式晶格。 CsCl 结构是由两个简立方的子晶格彼此沿立方体空间对角线位移1／2 的长度套构而成。如图1.5所示
原子结构与元素周期律知识点
第一章:原子结构与元素周期律 教案编写日期:2012-2-16 课程授课日期: 应到人数: 实到人数: 教学目标: 过程与方法： 通过亲自编排元素周期表培养学生的抽象思维能力和逻辑思维能力；通过对元素原子结构、位置间的关系的推导，培养学生的分析和推理能力。 通过对元素周期律和元素周期表的关系的认识，渗透运用辩证唯物主义观点分析现象和本质的关系。 情感态度价值观： 通过学生亲自编排元素周期表培养学生的求实、严谨和创新的优良品质；提高学生的学习兴趣 教学方法：通过元素周期表是元素周期律的具体表现形式的教学，进行“抽象和具体”这一科学方法的指导。 教学重难点：同周期、同主族性质的递变规律；元素原子的结构、性质、位置之间的关系。 教学过程: 中子N （核素） 原子核 质子Z → 元素符号 原子结构 ： 决定原子呈电中性 电子数（Z 个）： 化学性质及最高正价和族序数 体积小，运动速率高（近光速），无固定轨道 核外电子 运动特征 电子云（比喻） 小黑点的意义、小黑点密度的意义。 排布规律 → 电子层数 周期序数及原子半径 表示方法 → 原子（离子）的电子式、原子结构示意图 随着原子序数（核电荷数）的递增：元素的性质呈现周期性变化： ①、原子最外层电子数呈周期性变化 元素周期律 ②、原子半径呈周期性变化 ③、元素主要化合价呈周期性变化 ④、元素的金属性与非金属性呈周期性变化 ①、按原子序数递增的顺序从左到右排列； 元素周期律和 排列原则 ②、将电子层数相同的元素排成一个横行； 元素周期表 ③、把最外层电子数相同的元素（个别除外）排成一个纵行。 ①、短周期（一、二、三周期） 周期（7个横行） ②、长周期（四、五、六周期） 周期表结构 ③、不完全周期（第七周期） A ～ⅦA 共7个） 元素周期表 族（18个纵行） ②、副族（ⅠB ～ⅦB 共7个） ③、Ⅷ族（8、9、10纵行） ④、零族（稀有气体） 同周期同主族元素性质的递变规律 ①、核电荷数，电子层结构，最外层电子数 ②、原子半径 决定 编排依据 具 体 表 现 形式 X) (A Z 七 主 七 副零和八 三长三短一不全
农用自走式高效喷雾机设计
农用自走式高效喷雾机设计 目前，我国平原地区的农药喷洒已基本实现机械化，但是对于地形复杂的丘陵及山区，机械化却难以推广，仍以背负式为主。针对以上问题，对传统背负式喷雾机进行改进，增加速度控制系统实现其自走功能，通过转动把手调节电机的转速。采用可调喷杆实现不同高度植株的喷洒要求。该喷雾机高效环保、小巧灵活、一机多用、经济实惠；既可用于农村植保又可用于城市绿化；既可用于蔬菜大棚又可用于作物以及果树、茶园、花园等。 标签：农用；自走式；喷雾机 1 概述 近年来我国农用喷雾器得到较快发展，由人工加压式过渡到电动式，但目前仍以背负式为主，主要存在功能单一、效率低下、农民劳动强度大等问题。文章设计的农用自走式高效喷雾机针对以上问题展开研究，既有小型喷雾器体积小、灵活方便、适用范围广的优点，同时又弥补了其效率低、农民劳动强度大的缺点，可以实现对低矮作物、大棚蔬菜以及果树等植株进行喷雾，采用电力为能源，既高效环保又降低了成本。 2 喷雾机的整体设计及工作原理 2.1 整体设计 文章设计的喷雾机主要由速度控制系统、喷雾系统、支架等部分组成。 该喷雾机总质量为80kg，长×宽×高（mm）：800×30×1000，整体结构如图1所示。 2.2 工作原理 2.2.1 喷雾机的自走方面：以电力为能源提供动力，其中以通用型48V/14Ah 电瓶提供能源。带轮毂的48V/350W无刷电机提供动力实现喷雾机的自走。控制器的加入使得人通过转动把手就可以调节电机的转速，非常方便。 2.2.2 喷雾机的喷雾功能：喷雾机的泵体选用高压隔膜泵。水泵工作使药液箱内药液通过喷头喷出。 2.2.3 喷杆适应不同高度植株：采用可調喷杆，它由两部分组成，一部分是固定的，另一部分是活动的，两部分之间通过螺钉固定。活动喷杆可以竖直固定也可以水平固定。通过固定喷杆上的不同通孔配合以实现上升与下降，操作方便。另外还有一个可自由活动的喷杆，实现对果树等较高作物的喷药需求。
非均匀分布等离子体光子晶体光子带隙分析
第２９卷第４期２００９年１２月核聚变与等离子体物理 ＮｕｃｌｅａｒＦｕｓｉｏｎａｎｄＰｌａｓｍａＰｈｙｓｉｃｓ Ｖ０１．２９，Ｎｏ．４ Ｄｅｃ．２００９ 文章编号：０２５４－６０８６（２００９）０４－－０３６５－０５ 非均匀分布等离子体光子晶体光子带隙分析 刘崧１一，刘少斌２ （１．南昌大学理学院，南昌３３００３１；２．南京航空航天大学信息科学与技术学院．南京２１００１６） 摘要：用时域有限差分法研究了电磁波在等离子体光子晶体中的传播特性。数值模拟中使用完全匹配层吸收边界条件，计算了电磁波通过等离子体光子晶体的反射和透射系数。讨论了等离子体密度、等离子体温度、介电常数比和引入缺陷层对等离子体光子晶体光子带隙的影响。 关键词：等离子体光子晶体；光子带隙；缺陷模；时域有限差分法 中图分类号：ＴＮ０１１文献标识码：Ａ １引言 光子晶体是八十年代末由Ｙａｂｌｏｎｏｖｉｔｃｈ和ＪｏｌｌＩＩ提出来的一种新概念和新材料【ｌ一，能有效地控制特定频段的电磁波传播，具有非常广阔的应用前景。光子晶体是指具有一定光子带隙结构的一种人工周期性电介质结构【３】，在介电常数呈周期性排列的介电材料中，某些波段的电磁波因周期性结构的强散射效应将无法在介电材料中传播，因而形成光子带隙结构。如果在这种周期性结构中引入缺陷模，会在光子带隙中形成相应的局域特性。因此，光子晶体的这种独特的性质由最初的光学领域扩展到微波与毫米波波段等众多的领域，具有十分重要的应用前景，比如用光子晶体制作频率滤波器【４ｌ，光波导【５】和微波集成电子器件【６】等。等离子体光子晶体是由等离子体和电介质或真空构成的人工周期结构。最近由Ｈｏｊｏ等人提出来，随后用解析法给出了电磁波在一维等离子体光子晶体中的色散关系【＿７１，此后文献【８，９】从理论和实验上对等离子体光子晶体的光子带隙特征和色散特性进行了分析。等离子体具有色散特性和耗散特性。一方面，等离子体是一种色散介质，其折射率小于１甚至为负值，而且与电磁波的频率密切相关。对入射电磁波而言，等离子体本身就存在阻带和通带。另‘疗面，等离子体也是一种耗散介质，当频率高于、浅子体频率的电磁波入射到等离子体内部时，由于等离子体的碰撞，入射电磁波的能量会被吸收，电磁波的能量转化为等离子体的内能Ｉｌｏ】。等离子体的色散和耗散特性将使得等离子体光子晶体具有常规的介质光子晶体所不具有的性质【１１１。文献【ｌｌ】主要讨论了均匀分布的等离子体构成的等离子体光子晶体的光子带隙特征。不同条件下的等离子体具有不同的色散和耗散特性，如等离子体频率是密度、温度函数；另外，等离子体中电子密度分布决定其折射率，而折射率决定了电磁波的传播特性。因此，对非均匀分布等离子体光子晶体的研究显得十分必要了，这对通过改变等离子体的参数来人为控制等离子体光子晶体的性质在工程应用方面具有重要的理论指导意义。 本文主要用时域有限差分方法研究由密度线性分布、非磁化、碰撞、中温的等离子体和电介质构成的一维等离子体光子晶体的光子带隙特性。从时域的角度，分析了脉冲电磁波在不同时刻的电场幅值的空间分布；从频域的角度，讨论了等离子体密度、温度、电介质比率以及缺陷模等对光子带隙的影响。 ２时域有限差分算法 时域有限差分方法（ＦＤＴＤ）是一种主要的电磁场时域计算方法，通过将Ｍａｘｗｅｌｌ旋度方程化为有 收稿日期：２００８－１０－－２６；修订日期：２００９－－－０６－１０ 基金项目：毫米波国家重点实验室开放课题资助项目（Ｋ２００８０２） 作者简介：刘崧（１９６８－），男，江西泰和人，副教授，主要从事等离子体理沦和计算电磁学研究。万方数据
高地隙自走式喷杆喷雾机的使用手册
高地隙自走式喷杆喷雾机的使用手册 高地隙自走式喷杆喷雾机的适用范围及相关优点 高地隙自走式喷杆喷雾机属于大型、高端农业装备的一种。长期以来，该设备的技术、产品长期掌握在发达国家的少数企业手中，进口价格相当昂贵，由于缺乏自走式高地隙喷药机械，我国优势经济作物如棉花、大豆、玉米、油菜等的中后期病虫害防治问题一直没有得到很好的解决，导致了产量减少、品质降低等诸多损失。“十一五”以来，以中国农机院为代表的国内企业逐渐突破了这项技术的研发瓶颈，结合我国实际研制开发的高地隙自走式喷杆喷雾机系列产品已可以替代进口，从而扭转了玉米、棉花、大豆等作物中后期病虫草害防治缺乏高效、先进、安全、适用型施药装备的落后局面，为促进我国重要农作物的生产，提高我国重要农产品的品质和产量做出了贡献。这里介绍这种机具的性能、操作和维护方法。 同普通拖拉机配套使用的悬挂或牵引式喷雾机相比，自走式喷杆喷雾机具有机械
化和自动化程度高、使用方便、通过性好、适用范围广、施药精准高效等优点，可有效提高农药利用率、减少农药使用量和对环境的污染，适用于我国大田种植的棉花、大豆、油菜、蔬菜以及玉米、甘蔗等不同作物在不同生长期进行杀虫剂、杀菌剂、除草剂及催熟脱叶剂、增产增糖剂、叶面肥料等的病虫草害防治，适用范围如下： 1.适宜平整坡度不大的大地块，不适宜有大石块、坡度较陡的地块。 2.农药或液态肥料必须符合有关标准，并适用于所要作业的农作物。 3.除农药外，禁止使用酸、碱及其他有较强腐蚀性的工作液。 4.喷药时使用的水要洁净，如河水等自然水源，要经过沉淀过滤等处理后使用。 高地隙自走式喷杆喷雾机使用前的检查和准备 1.使用前的检查 （1）检查机具各处的紧固件有无松动现象。如发现松动，应及时紧固。
光子带隙调控、新效应及其应用
项目名称：光子带隙调控、新效应及其应用首席科学家：陈鸿同济大学 起止年限：2011.1至2015.8 依托部门：教育部上海市科委
二、预期目标 总体目标： 围绕光子晶体的带隙调控、新现象及其应用，研究光子晶体带隙调控新机理和新现象，如特异材料及复合周期性结构和关联光子学微结构阵列；研究光子人工微结构集成回路的调控机理与新现象，如光子晶体和亚波长金属周期微结构中高品质微腔、对量子受限系统中的受激激发和自发辐射过程的影响、量子信息的制备和调控等。研究光子晶体中光调控新效应与潜在应用研究，如三维光子晶体的光调控新效应、非线性光子晶体的光调控新效应、光子局域共振微结构诱导的干涉效应和宏观量子效应等。通过项目的实施，在基础研究上取得一批在国际学术界领先的成果，产生一批有自主知识产权的专利技术，为光通讯、微波通讯、光电集成、航空航天系统及国防科技等领域的跨越式发展提供基础研究支撑。 五年目标： 1.设计与制备微波波段特异材料，利用特异材料及其复合周期结构 的特殊带隙结构、奇异缺陷模式和界面模式，研制新型微波原理性器件如新型飞行器天线罩、用于高速移动系统无线信道分析的新型天线等。 2.设计与制备光子晶体与量子受限系统复合结构，利用光子晶体与 量子受限系统复合结构光电量子调控和量子限制所产生的新激光原理和激光现象，研制新型激光器。 3.设计与制备亚波长金属周期微结构与量子受限系统复合结构，利 用光子晶体与量子受限系统复合结构光电量子调控和量子限制所产生的新跃迁激发原理和吸收现象，研制新型红外波段探测器。 4.设计与制备光子学微结构阵列，利用非线性光子学微结构阵列的
特殊带隙结构和光调控效应，研制新型光调制器件如光开关。5.发表一批高质量学术论文，形成一批有自主知识产权的专利技术。
翻译 光子带隙分析
光子带隙分析 介绍 该模式描述了,由砷化镓支柱等间距放置组成的光子晶体中的波传播，支柱之间的距离决定了波数与光频之间的关系，光频阻止了某些确定波长的光透射到晶体的内部。这个频率范围就叫做带隙，对某个确定的结构来说对应不止一个带隙，该模式摘取了晶体最低频段的带隙。 模型定义 该模式类似于光子晶体波导模式，它们之间的区别在于，该模式分析晶体本身而不是本身就是一个波导，因为它有一个重复的模式使得使用周期边界条件情况成为可能。因此，只需一个支柱就可以完成该模拟过程。该模式包含一个小的不对称性，以此来除去具有相同的特征值特征函数的困难，该对称性不是体现在光子晶体波导模式上。 在这种带隙分析中存在两个主要的问题，首先，砷化镓的折射率与频率有关，其次，波矢必定会为带面而倾斜。尽管，你可以通过特征值求解的方式分别解决这两个问题，但是它们之间的结合使得在没有脚本的情况下该问题的解决变得困难。然而，把该特征值当成一个未知数，我们可能解决一个非线性固定求解的问题，特征值是一个规范的电场，因此，平均值是在域的统一。非线性求解器找到了一个与要找的特征值相同的具有最新折射率的特征值。并且参数求解可以复现波矢k 。特征值等于自由空间波矢平方： k 02=Λ 特征值记为Λ，以避免与自由空间波长λ 0混乱，Λ 与λ 0之间的关系为： Λ 2π0= λ 发散播波矢k 遵从Floquet 周期边界条件进入该模拟过程： ()()βi z z e E E -=12 β是由波矢和周期边界之间的距离d 决定的相位因素，其中 β=kd 波矢k 的扫频范围是由光子晶体的倒晶格向量决定的，并且这些都是由原始晶格矢量确定的。对一个二维晶体来说，它有两个由下图定义的晶格向量，а1和а2。
原子结构和元素周期律(精)
第九章
首 页 基本要求
原子结构和元素周期律
重点难点 讲授学时 内容提要
1
基本要求
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1.1 了解原子结构的有核模型和 Bohr 模型；电子的波粒二象性、测不准原理；了解了解元素和健康的 关系。 1.2 熟悉原子轨道和概率密度的观念；熟悉原子轨道的角度分布图、径向分布函数图的意义和特征；熟 悉电子组态与元素周期表的关系，有效核电荷、原子半径及电负性变化规律。 1.3 掌握 n、l、m、s 4 个量子数的意义、取值规律及其与电子运动状态的关系；掌握基态原子电子组态 书写的三条原则，正确书写基态原子电子组态和价层电子组态。
2
重点难点
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2.1 重点 2.1.1 原子轨道、概率密度的观念；n、l、m、s 4 个量子数；电子组态和价层电子组态。熟悉的意义和 特征；熟悉电子组态与元素周期表的关系，有效核电荷、原子半径及电负性变化规律。 2.1.2 原子轨道的角度分布图和径向分布函数图；了解原子结构的有核模型和 Bohr 模型；了解了解元 素和健康的关系。 2.1.3 电子组态的书写、与元素周期表的关系；元素性质的变化规律。 2.2 难点 2.2.1 电子的波粒二象性、测不准原理；波函数和原子轨道。 2.2.2 原子轨道的角度分布图和径向分布函数图。 2.2.3 熟悉电子组态与元素周期表的关系。
3
讲授学时
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建议 4～6 学时
1
4
内容提要
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第一节
第二节
第三节
第四节
第五节
4.1 第一节 氢原子的结构 4.1.1 氢光谱和氢原子的玻尔模型 α 粒子散射实验提供了原子结构的有核模型，但卢瑟福模型没有解决原子核外的空间如何被电子所 占有问题。 量子力学基于两点认识原子结构：一是量子化现象，二是测不准原理。 普朗克提出，热物体吸收或释放能量不连续，称量子化的。 氢原子的线状光谱也表现了原子辐射能量的量子化。 玻尔假定： 电子沿着固定轨道绕核旋转； 当电子在这些轨道上跃迁时就吸收或辐射一定能量的光子。 轨道能量为
E??
4.1.2 电子的波粒二象性
RH ， n=1,2,3,4,… n2
波粒二象性是指物质既有波动性又有粒子性的特性。光子的波粒二象性关系式 λ=h/mc= h/p 德布罗意的微观粒子波粒二象性关系式
??
h h ? p mv
微观粒子的波动性和粒子性通过普朗克常量 h 联系和统一起来。 微观粒子的波动性被电子衍射实验证实。电子束的衍射现象必须用统计性来理解。衍射中电子穿越 晶体投射到照相底片上， 图像上亮斑强度大的地方电子出现的概率大； 电子出现少的地方亮斑强度就弱。 所以，电子波是概率波，反映电子在空间某区域出现的概率。 4.1.3 测不准原理 海森堡指出，无法同时确定微观粒子的位置和动量，它的位置越准确，动量（或速度）就越不准确； 反之，它的动量越准确，位置就越不准确： △x· △px≥h/4π 式中△x 为坐标上粒子在 x 方向的位置误差，△px 为动量在 x 方向的误差。 测不准原理表明微观粒子不存在确定的运动轨迹，可以用量子力学来描述它在空间出现的概率及其 它全部特征。
2
原子结构与元素周期律(精)
第10章原子结构与元素周期律 思考题 1．量子力学原子模型是如何描述核外电子运动状态的？ 解：用四个量子数：主量子数——描述原子轨道的能级； 角量子数——描述原子轨道的形状, 并与主量子数共同决定原子轨道的能级； 磁量子数——描述原子轨道的伸展方向； 自旋量子数——描述电子的自旋方向。 2．区别下列概念：（1）Ψ与∣Ψ∣2，（2）电子云和原子轨道，（3）几率和几率密度。解：（1）Ψ是量子力学中用来描述原子中电子运动状态的波函数，是薛定谔方程的解； ∣Ψ∣2反映了电子在核外空间出现的几率密度。 （2）∣Ψ∣2 在空间分布的形象化描述叫电子云，而原子轨道与波函数Ψ为同义词。 （3）∣Ψ∣2表示原子核外空间某点附近单位体积内电子出现的几率，即称几率密度，而某一微小体积dV内电子出现的几率为∣Ψ∣2·dV。 3．比较波函数角度分布图与电子云角度分布图，它们有哪些不同之处？ 解：不同之处为 （1）原子轨道的角度分布一般都有正负号之分，而电子云角度分布图均为正值，因为Y 平方后便无正负号了。 （2）除s轨道的电子云以外，电子云角度分布图比原子轨道的角度分布图要稍“瘦”一些，这是因为︱Y︱≤ 1，除1不变外，其平方后Y2的其他值更小。 4．科顿原子轨道能级图与鲍林近似能级图的主要区别是什么？ 解：Pauling近似能级图是按能级高低顺序排列的，把能量相近的能级组成能级组，依1、2、3…能级组的顺序，能量依次增高。按照科顿能级图中各轨道能量高低的顺序来填充电子，所得结果与光谱实验得到的各元素原子中电子排布情况大致相符合。 科顿的原子轨道能级图指出了原子轨道能量与原子序数的关系，定性地表明了原子序数改变时，原子轨道能量的相对变化。从科顿原子轨道能级图中可看出：原子轨道的能量随原子序数的增大而降低，不同原子轨道能量下降的幅度不同，因而产生能级交错现象。但氢原子轨道是简并的，即氢原子轨道的能量只与主量子数n有关，与角量子数l无关。 5．判断题： （1）当原子中电子从高能级跃迁至低能级时，两能级间的能量相差越大，则辐射出的电磁波波长越大。
红外周期性吸波结构的设计
第40卷 第4期 红 外 技 术 V ol.40 No.4 2018年4月 Infrared Technology Apr. 2018 红外周期性吸波结构的设计 车志新1,2，田昌会1，陈晓莉1，王斌科1，韩文亮2 （1. 空军工程大学理学院，陕西 西安 710051；2. 中国人民解放军93108部队，黑龙江 齐齐哈尔 114001） 摘要：为设计红外周期性吸波结构，本文分析了周期性吸波结构的谐振单元尺寸、介质层厚度和介电 常数对吸波效果的影响，研究周期性吸波结构的吸收规律，设计了一种由两种不同尺寸圆形贴片构成 的周期性结构，仿真结果表明该结构在SO 2气体探测器的两个特征吸收波长4.0 μm 和7.35 μm 处吸收 率分别达到99.67%和99.97%，并且该结构对极化方向不敏感，吸波效果良好。 关键词：周期性结构；红外吸收光谱；红外探测器；双峰吸收 中图分类号：TN213 文献标识码：A 文章编号：1001-8891(2018)04-0327-05 Design of an Infrared Periodic Absorbent Structure CHE Zhixin 1,2，TIAN Changhui 1，CHEN Xiaoli 1，WANG Binke 1，HAN Wenliang 2 (1. Science College , Air Force Engineering University , Xi'an 710051, China ; 2. Troop 93108 of PLA , Qiqihar 114001, China ) Abstract ：In order to design an infrared periodic absorbent structure, this paper explored the absorption regularity of a periodic absorbent structure. This was achieved through analyzing the effect of the geometric parameters of resonant units and thickness and permittivity of dielectric layers on absorption properties. A periodic absorbent structure composed of circular patches with different radii was designed. Simulation results reveal that the structure was insensitive to polarization and that absorption levels reached 99.67% and 99.97% at thicknesses of 4.0 μm and 7.35 μm respectively. The absorption levels were found to correspond to two distinct characteristic wavelengths when analyzed through a SO 2 detector. Key words ：periodic structure ，infrared absorption spectrum ，infrared detector ，double-peak absorption 0 引言 吸收层是红外探测器的重要组成部分，为提高探测器灵敏度，增强热电转换效率，要求吸收层对探测 波段的入射波有高吸收率[1]。常见的红外探测器吸收 层多采用天然材料，制备工艺成熟，但存在吸收波长难以调制，吸波效果不理想等问题[2]。周期性结构是一种具有奇异电磁特性的新型人工材料，通过结构设计可以对入射电磁波实现带通、带阻、相位调制，改变 材料的吸波特性，实现对特定入射波长的完美吸收[3]。随着微纳加工技术的发展，周期性吸波结构已经从微波波段扩展至红外及可见光波段。在微波波段周期性吸波结构已在滤波器、天线和隐身材料中得到广泛应用[4-5]，在红外波段可应用于选择性发射[6-7]、太阳能吸收[8]等方面，而在红外探测器方面应用较少。本文研究了周期性吸波结构的吸收规律及红外探测器应用方法，并以SO 2气体探测器需求为指标[9]，设计了一种在SO 2红外吸收光谱具有两个吸收峰的周期性结构。 1 单峰周期性结构吸波层设计 1.1 周期性结构吸波层基本结构 周期性吸波层基本结构如图1所示，该结构由金 属谐振单元、介质层以及金属基板3部分组成，浅色 部分为金，深色部分为SiO 2介质层。 金在红外波段满足Drude 模型，其介电常数表示为： ()2p m c 1(i ) ＝－＋ωεωωωω 式中：ωp ＝1.37×104 THz 为金的等离子体频率；ωc ＝40.8 THz 为金的碰撞频率[10]。SiO 2的介电常数εr1＝3.9，损耗角正切tan δ＝0.025[11]。结构周期P ＝4.0 μm ，金属层厚度H 1＝0.2 μm ，介质层厚度H 2＝0.29 μm ，圆形谐振单元的厚度H 3＝0.1 μm ，半径R ＝1.2 万方数据
原子结构与元素周期表试卷及答案
原子结构与元素周期表试卷及答案 一、选择题(本题只有一个正确选项) 1、（奉贤二模，2）下列化学用语正确的是 A ．硫的原子结构示意图： B ．2-丁烯的结构式： C ．乙酸的化学式：C 2H 4O 2 D ．原子核内有8个中子的氧原子：188O 2、（奉贤二模，3）3He 可以作为核聚变材料，以下关于3He 的说法正确的是 A ．比4He 少一个电子 B ．比4He 少一个质子 C ．与4He 的同分异构体 D ．是4He 的同位素 3．（静安二模，1）在日本核电站附近检测到放射性原子131I 。关于131I 原子和127I 原子的 叙述错误的是 C A.它们互称为同位素 B.它们的化学性质几乎完全相同 C.它们相差4个质子 D.它们的电子数相同 4．（静安二模，2）下列氮原子结构的表述中，对电子运动状态描述正确且能表明同一电子 层电子能量有差异的是 C A ． B. C.1s 22s 22p 3 D. 5．（静安二模，15）氯元素的相对原子质量为35.5，由23Na 、35Cl 、37Cl 构成的11.7g 氯化 钠中，37Cl 的质量为 B A. 1.75g B. 1.85 g C.5.25 g D. 5.85g 6．（卢湾二模，2）下列化学用语正确的是 C A ．聚丙烯的结构简式： B ．丙烷分子的比例模型： C ．磷原子最外层电子排布式：3s 23P 3 D ．羟基的电子式为： 7. （卢湾二模，3）下列各项说法或比较中正确的是 C A ．氧化性：Ag + >Cu 2+ >Fe 3+ B ．热稳定性：HF ＞H 2Se ＞H 2O C ．酸性：CH 3COOH>H 2CO 3 >H 2SiO 3 D ．离子半径：Cl －＞S 2－＞Mg 2+ 8 （卢湾二模，6）右表为元素周期表前四周期的一部分，下列有关X 、W 、Y 、R 、Z 五种 元素的叙述中，正确的是 B A ．常温常压下，五种元素的单质中只有一种是气态 B ．Y 的阴离子的还原性大于Z 的阴离子的还原性 C ．W 的氢化物比X 的氢化物稳定 D ．Y 与W 元素的最高价氧化物对应水化物的酸性比较，前者弱 于后者 9. （卢湾二模，8）下列各选项所述的两个量，前者一定大于后者的是 B A ．F 2和Br 2的沸点 B ．纯水在25℃和80℃时的pH X W Y R Z
原子结构与元素周期律 练习-学生版
第1节原子结构与性质 考点2 原子结构与元素性质 [课标要求]考察高中生物质结构与性质的必备知识，分析与推测的关键能力，宏观辨识与微观探析的核心素养。 1.认识元素周期表与原子结构之间的关系，原子结构与元素性质，如原子半径、金属性与非金属性、第一电离能、电负性随元素周期表的周期性变化。 2.了解电离能、电负性的含义，并能用以用规范语言解释电离能大小原因。 3.了解电负性的概念，并能用以说明元素的某些性质。 [命题预测]高考中对本部分知识点的考查为：对元素性质的考查，通常是比较元素金属性、非金属性、第一电离能、电负性的大小，并从原子结构角度解释原因。 高考真题： （2）Li及其周期表中相邻元素的第一电离能（I1）如表所示。I1(Li)> I1(Na)，原因是_________。I1(Be)> I1(B)> I1(Li)，原因是________。【2020 ?全国卷Ⅰ?35（2）】 （3）CaTiO3的晶胞如图（a）所示，其组成元素的电负性大小顺序是__________；【2020 ?全国卷Ⅱ?35（3）】 13.W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期元素，四种元素的核外电子总数满足X+Y=W+Z；化合物XW3与WZ相遇会产生白烟。下列叙述正确的是 A．非金属性：W> X>Y> Z B．原子半径：Z>Y>X>W C．元素X的含氧酸均为强酸D．Y的氧化物水化物为强碱 【2020 ?全国卷Ⅲ?13】 H、B、N中，原子半径最大的是______。根据对角线规则，B的一些化学性质与元素______的相似。【2020 ?全国卷Ⅲ?35（1）】 知识梳理 1、原子结构与周期表的关系 用实线画出元素周期表的基本框架，并标明周期数与族序数，金属与非金属的交界线，镧系与锕系的位置。
周期性结构的时频散射特性研究
周期性结构的时频散射特性研究 雷达隐身技术是现代战争中隐蔽和突防的重要技术手段,而雷达散射截面(Radar Cross Section,RCS)又是雷达隐身技术的关键参数。如何更有效地降低目标的雷达散射截面,增强隐身性能,以及如何更准确地探测具有低雷达散射截面的目标,增强反隐身手段,都涉及到对目标时域和频域散射特性的研究。 本文旨在研究周期性结构的频域和时域散射特性,通过对周期性结构时、频域散射特性的分析,揭示周期性结构的散射机理,探索利用结构的周期性缩减雷达散射截面、以及利用结构不同部分的时域响应探测低散射周期性目标的方法。本文工作为提高目标的隐身性能以及为隐身目标的探测提供了新的思路。 本文的主要工作和创新点如下:1.通过对高斯脉冲调制正弦波入射到周期性频率选择表面后产生的时域散射波形进行分析,发现了低散射周期性结构的电磁溅射现象,即其散射波形在开始时有较大幅度、经过一段时间稳定后幅度才变得很小的现象。采用等效电路分析方法对反射和透射电流进行了分析,从电路角度揭示了这种结构产生时域溅射现象的机理:即缝隙阵列等效电路中的电容和电感在散射开始时产生不均衡散射,从而造成总散射出现较大的峰值,如果等效电容增加,其时域溅射现象更显著。 为了验证本文工作,对不同尺寸、相同频率的缝隙阵列的时域溅射特性进行了实际测量,测量结果与理论分析结果一致性较好。2.对带电磁带隙的微带天线和覆盖电磁带隙的棋盘型人工电磁表面的散射特性进行了研究,揭示了其带内的低RCS特性主要是由来自电磁带隙和来自目标自身的散射在后向相抵消形成的。 在此基础上,通过对高斯脉冲调制正弦波入射到低RCS目标后产生的时域散射波形进行分析,发现了低散射周期性结构的电磁溅射现象,探讨了电磁溅射现
原子结构与元素周期律 习题及全解答
第9章原子结构与元素周期律 1．根据玻尔理论，计算氢原子第五个玻尔轨道半径（nm）及电子在此轨道上的能量。 解：(1)根据rn=a0n2 r5=53pm×25= 53×10-3nm×25= nm (2) 根据En=－Ｂ/2n E5= －52=－25=－ 答: 第五个玻尔轨道半径为nm，此轨道上的能量为－。 2．计算氢原子电子由n=4能级跃迁到n=3能级时发射光的频率和波长。 解：（1）根据E（辐射）=ΔE＝E4－E3 ＝×１０-18 J（（1/3）2－（1/4）2） = ×１０-18 J（1/9-1/16）=×１０-18 J×= 根据E（辐射）＝hν ν= E（辐射）/h= ×10-19J /6．626X10–34= s-1 （2）法1：根据E（辐射）＝hν= hC/λ λ= hC/ E（辐射）= 6．626X10 –34×3×１０8×10-19J=×10-6m。 法2：根据ν= C/λ，λ= C/ν=3×１０8 s-1=×10-6m。 答：频率为s-1，波长为×10-6m。 3．将锂在火焰上燃烧放出红光，波长 =，这是Li原子由电子组态1s22p1→1s22s1 跃迁时产生的。试计算该红光的频率、波数以及以KJ·mol-1为单位符号的能量。 解：（1）频率ν= C/λ=3×１０8×10-9 m/nm=×1014 s-1； （2）波数ν=1/λ=1/×10-9 m/nm=×106 m-1 (3) 能量E（辐射）＝hν=6．626X10 –34××1014 s-1=×10-19 J ×10-19 J××1023mol-1×10-3KJ/J= KJ mol-1 答: 频率为×1014 s-1,波数为×106 m-1，能量为KJ mol-1。 4．计算下列粒子的德布罗意波的波长：（已知电子的速度为v=×106m.s－1）（1）质量为10－10kg，运动速度为·s－1的尘埃; （2）动能为的自由电子； （3）动能为300eV的自由电子。 解：λ＝h/ m v=6．626X10–3410－10kg×·s－1=×10-22 m (单位运算：λ＝h/ m v = =
Gauss可以做周期性结构的计算吗-print
1）Gauss可以做周期性结构的计算吗？ 答：可以，例如聚合物和晶体。关键词：PBC，但很耗费资源，计算此类体系不是Gauss的强项。G03的PBC模块是比较差的，大部分的体系都比较难收敛，G09的稍稍好点。推荐用VASP或者MS的Castep模块. MS建模很方便。 2）使用6-31G基组，以Mg原子为例，计算其AO和GF的个数，为什么只考虑到3p而不考虑3d轨道？ 答：对Mg原子，需要加极化函数才能考虑3d轨道，例如：6-31G*。对不同原子，基组的定义可以从EMSL基组数据库上获得，也就是进入 https://https://www.wendangku.net/doc/8b11955880.html,/bse/portal。点击元素符号，左侧点击要用的基组，然后Format 选Gaussian94，然后点Get Basis Set按钮，把里面的数据拷下来即可。Gaussian 自己也有基组库，对于Linux版本是能直接看到的，也就是Gaussian目录下的basis子目录。比如用文本编辑器打开其中的6311.gbs，就会看到6-311G对各种元素的定义，而6311s.gbs里记录了6-311G的极化函数对各种元素的定义，若将它们和从EMSL上拷下来的基组定义相对比，会发现是一致的。 6-31G，Mg：1s2 2s2 2p6 3s2 3p 内层1s, 2s和2p共有1+1+3=5个AO和6*5=30个GF 价层3s有2个AO和4个GF 价层3p有6个AO和12个GF 共5+2+6=13个AO和30+4+12=46个GF 3）目前做Gauss计算，对于较大分子，输入文件应该是通过软件构建。对于小分子，一般倾向于用软件构建还是手写输入？一般多大的分子可以手写输入？什么情况下需要设虚原子？ 答：输入文件的创建大致可分为两类： （一）利用晶体文件产生输入文件：可以利用汪洋所编写的一个程序将晶体数据转化为高斯输入文件 （https://www.wendangku.net/doc/8b11955880.html,/disparticle.php?boardName=Gaussian&ID=14201）。
模拟电磁波和周期性结构
模拟电磁波和周期性结构 我们经常想要模拟入射到周期性结构中的电磁波（光、微波），例如衍射光栅、超材料，或频率选择表面。这可以使用COMSOL 产品库中的RF 或波动光学模块来完成。两个模块都提供了Floquet 周期性边界条件和周期性端口，并将反射和透射衍射级作为入射角和波长的函数进行计算。本博客将介绍这类分析背后的概念，并将介绍这类问题的设定方法。 场景 首先，让我们来考虑代表周期性重复晶胞的自由空间平行六面体，平面波沿一个角度入射到其上，如下图所示。 入射波矢在全局坐标系中有三个分量，其大小分别 是：, ，
和。该问题可通过在域侧面使用周期性边界条件，并在顶部和底部使用端口边界条件来模拟。该问题设定最复杂的地方是定义入射波和出射波的方向和偏振。 定义波方向 虽然COMSOL 软件非常灵活，支持对基矢坐标系的任意定义，但在本博客中，我们将选定一个坐标系并始终使用它。入射光的方向由两个角度定 义，和；以及两个矢量，为模拟空间中向外指向的法向，为入射面的一个矢量。我们这里所选择的约定将与全局x轴对齐，将与全局z轴对齐。因此，入射波的波矢与全局z轴之间的夹角为，即入射仰角，其中，，意味着垂直入射。入射波矢和全局x轴之间的夹角为入射方位角，位于范围之内。由该定义，和的正值表示波沿着x 轴和y 轴正向传播。 如要使用入射方向的上述定义，我们需要指定矢量。这可以通过选定一个周期性端口参考点来完成，它必须是入射端口的角点之一。软件使用从该点出发的面内边来定义两个矢量，和，且。在下图中，我们可以看到满足这一条件的四组和。因此，俯瞰z轴及平面时，入射面端口上的周期性端口参考点应为x-y平面左下角的点。通过选择此点，矢量变得与全局x轴对齐。
固体理论讲义1-周期性结构
第一章 周期性结构 1． 正格矢与倒格矢 晶体的第一重要特征是原子（离子、分子）的周期性排列 ------可用周期性点阵表示 点阵中任一格点的位置由正格矢决定： 332211→ →→→++=a l a l a l R l l 1, l 2, l 3是整数，a 1, a 2, a 3为点阵的基矢（或基平移）。 元胞：点阵的最小重复单元 1．由a 1, a 2, a 3组成的平行六面体被称为初基元胞。 2．每个元胞中平均只包含一个格点。 3．元胞和基矢的选择并非唯一。 元胞的体积：)(321→ → → ??=Ωa a a 魏格纳-赛茨元胞（W-S 元胞） 它是由一个格点与最近邻格点（有时也包括次近邻格点）的连线中垂面所围成的多面体，其中只包含一个结点。 它能更明显地反映点阵的对称性。 它具有所属点阵点群的全部对称性（旋转、反射、反演操作）。
倒格矢 由于元激发的状态都是由波矢来描述的----引入波矢空间及响应的点阵，即倒点阵。 倒点阵的基矢是由晶格点阵的基矢定义的： )3,2,1,((0 )(22=?? ?≠===?→ → j i j i j i b a ij i i ） π πδ 可求出： ) (2)(2) (2213132321→→→→→→→ →→ ?Ω =?Ω =?Ω=a a b a a b a a b πππ 在倒点阵中任一格点的位置矢： → →→→++=332211b n b n b n K n （n i 为整数） 称为倒格矢。 元胞的体积： )(321* → → → ??=Ωb b b 布里渊区： 相应的W-S 元胞作为倒点阵的元胞：在此多面体边界上的任意一点可由另一点加上一个倒格矢的平移达到。 当它的中心为原点时，W-S 元胞所包含的区域称为第一布里渊区，用BZ 表示，又称简约区 倒点阵与正点阵的关系 m l n R K i i i l n πππ22) 2(*3 ==?=ΩΩ∑→ → m 为整数 BZ 具有晶格点阵点群的全部对称性。