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关键词： 页岩   纳米孔   非均质性   限域行为   相变特征  

摘要： 页岩储层中存在的大量纳米级孔隙不仅是油气的主要储存空间,也是主要的运输通道。与常规油气储层不同,纳米级孔隙的存在,导致在页岩储层中孔隙流体与孔壁间的相互作用不容忽略,为此,近年来页岩微纳尺度孔隙内的流体限域行为和相变特征受到国内外研究学者越来越多的关注,但现有研究多基于光滑孔隙壁面假设,孔隙非均质性对于流体限域行为和相变特征的影响尚不清楚。论文结合实验和理论模拟手段,开展了页岩非均质孔隙内的流体限域行为和相变特征研究。首先采用XRD、场发射扫描电镜、高压压汞实验、液氮吸附以及原子力显微镜等手段开展了页岩孔隙结构及孔壁非均质性的定性和定量分析,为后期的理论模型建立奠定基础。之后,为有效模拟页岩复杂的纳米级孔隙结构特征性,提出了锯齿表面、沟壑表面和正弦表面三种孔壁假设,表征页岩纳米级孔隙的非均质特征。在此基础上,结合多组分吸附势理论(MPTA)与彭-罗宾逊状态方程(PR-EOS),建立了烃类流体在非均质纳米孔中的限域行为数学模型。最后,在限域行为模拟的基础上,采用孔径尺寸依赖的EOS,并考虑毛细管压力、吸附层及流体-孔壁间相互作用力等的影响,建立了页岩纳米级孔隙中烃类流体的相变特征数学模型,揭示了孔壁非均质性对流体相变特征的影响规律。研究结果显示孔隙壁面非均质性对于页岩储层的孔隙流体限域行为和相态特征具有较大影响。论文所建立考虑孔壁非均质性的限域行为表征模型能够在较大的温度压力范围内准确表征碳氢化合物的限域行为,其中正弦模型的预测精确度最好。相较之下,几何非均质性对限域行为的影响更为显著,且重质组分受到非均质性的影响大于轻质组分。考虑孔径尺寸依赖的EOS、毛细管压力、吸附层及流体-孔壁间相互作用力的影响建立的相变特征数学模型可以很好地预测烃类流体在纳米孔中的相行为,特别是对于小于10nm的孔隙,非均质性影响较大。模拟结果发现孔隙尺寸越小,非均质纳米孔与光滑纳米孔之间的K值和泡/露点偏差越大。对于混合流体,重组分占比越多,受到孔壁非均质性的影响越大。

关键词： 激光微纳加工   界面调控   结构色   润湿性   粘附性   表面张力  

摘要： 界面调控因为在生产生活中有着非常重要的应用价值,越来越受到研究人员的重视,例如结构色可以用于识别码、装饰美化、防伪等领域,超疏水低粘附的表面可以用于防污、抗冰、自清洁等领域,基于表面张力梯度的自驱动可以用于机器人、发电等领域。这些独特的界面现象本质上都是微纳结构对界面物理性质的调控而产生的,因此对微纳结构的可控加工进一步成为研究的热点。目前,虽然各种各样微纳结构已经成功地通过多种微纳加工技术被制备出来,并且已经用于实现对界面物理性质的调控,但是在大面积微纳结构的高效制备、界面调控的应用范围、界面性质的精准调控等方面依旧存在着一些问题。本文的工作主要通过多种激光微纳加工技术来研究上述问题,具体内容如下:1.搭建了一套聚焦激光干涉加工系统,在多种金属表面一步加工出大面积金属微槽阵列结构,单次曝光即可加工1×1 mm2区域,相比现有单点扫描技术效率提高了 2.5倍,解决了在金属表面高效制备大面积结构色的难题。分析了金属微槽阵列的成型机理,通过加工参数对金属微槽阵列形貌进行了调控。定量研究了金属微槽阵列的形貌对结构色的调控规律。此外,探究了不同形貌的金属微槽阵列对各向异性润湿性的调控。2.提出了一种粗糙微纳结构对液态金属粘附性的调控方法,利用飞秒激光烧蚀加工系统在聚合物表面上诱导出粗糙微纳结构,实现了对液态金属这一种特殊液体的粘附性调控,并阐明了其中的调控机理,从而拓展了微纳结构对液体粘附性调控的应用范围。通过加工参数改变粗糙微纳结构的形貌,从而实现了对液态金属粘附性的精准调控。并且进一步通过转印,实现了液态金属的图案化,探究了该方法在柔性电子器件领域的应用前景。3.发展了一种多孔微纳结构对表面张力分布的调控方法,利用激光无掩膜灰度光刻加工系统,实现了水凝胶中非对称多孔微纳结构的可控加工,并建立了低表面张力有机液体释放速率与多孔微纳结构之间的关系模型。基于理论模型和实验,设计加工了水凝胶转子,通过转子不同部位的非对称多孔微纳结构控制有机液体的释放速率,进而精准地调控了转子周围表面张力分布,增强了表面张力梯度,并结合减阻外形设计,实现了转子的高速自驱动,最高转速达到了 5215rpm。水凝胶转子的转动输出和燃料效率比现有报道中基于马兰戈尼效应的转子分别提高了 15倍和34%。最后展示了自驱动水凝胶转子在动能传输、发电、水净化等方面的应用。

关键词： 二维液滴   纳米结构   固液界面张力   表面张力   分子动力学  

摘要： 了解固液界面的性质对许多工艺过程都很重要,固液界面张力是研究固液界面性质的重要物理量,是决定材料微观结构和力学性能的关键因素。随着研究尺度的减小,固液界面张力难以通过实验手段测量,分子动力学模拟成为研究固液界面张力的有效方法。本文采用分子动力学方法模拟了二维液滴在光滑壁面和倒三角形、矩形、梯形纳米结构粗糙壁面下的润湿行为,探讨不同固液势能参数、不同温度和壁面结构对固液界面张力的影响规律;研究不同固液势能参数和温度下液膜在受限壁面和单侧壁面下的界面张力。在液滴体系下的研究表明:固液界面张力随固液势能参数的增大而减小。在疏水时,固液界面张力大于表面张力,纳米结构的存在使固液界面张力增加,粗糙壁面下的固液界面张力高于光滑壁面;在亲水时,粗糙壁面下的固液界面张力高于光滑壁面但固液界面张力值低于表面张力。在粗糙壁面体系下,当固液界面张力随固液势能参数变化速度发生改变时,接触角随固液势能参数变化的斜率也发生相应的转折。在研究温度对固液界面张力的影响时发现,固液界面张力和表面张力均随温度的升高而降低。在疏水时,表面张力随温度变化的斜率小于固液界面张力随温度变化的斜率,光滑壁面和粗糙壁面下的固液界面张力均高于表面张力,接触角随温度升高而增大,同温度时倒三角形纳米结构下的接触角最大,梯形结构下的接触角最小;在亲水时,表面张力下降速度较固液界面张力的下降速度快,在温度较低时,固液界面张力相对较小,在温度较高时,固液界面张力相对较大,接触角随温度升高而降低,同温度下倒三角形纳米结构下的接触角最小,梯形结构下的接触角最大。通过对液膜在受限空间和非受限空间下的密度分布形式和局部界面张力分布形式进行分析发现,固液界面张力和密度均以振荡形式分布,且两者的振荡形式一致,对应的波峰位置和数目也表现出一致性。在疏水时,法向压力在固液界面区出现多个峰值,但仅出现一个谷值;切向压力在固液界面区的值始终为负,仅有一个谷值;在亲水时,法向压力在固液界面区出现多个峰值和谷值,切向压力在固液界面区同样出现多个峰值和谷值。这为揭示固液界面性质提供理论支撑,从而指导不同纳米材料的设计、改善固液界面实现特定功能。

关键词： 离子液体表面活性剂   临界胶束浓度   胶束性能   表面张力  

摘要： 离子液体表面活性剂是一类完全由离子构成的新型表面活性材料,本文对1-十二烷基-3-甲基咪唑溴盐、1-十二烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、溴化N-十二烷基吡啶、四氟硼酸N-十二烷基吡啶四种离子液体进行合成、表征和表面性能测试。本实验使用两步合成法合成了4种离子液体,通过1H-NMR、13C-NMR、19F-NMR对样品结构进行表征。采用电导率法和表面张力法测定了四种表面活性剂的临界胶束浓度（critical micelle concentrations,简称:CMC）,结果表明,临界胶束浓度由静电效应和疏水效应共同决定。当阴离子为BF4-时,离子液体具有较低的CMC,BF4-具有更好的疏水作用,使离子液体更易形成胶束。并通过对四类离子液体的胶束形成自由能ΔGmθ进行计算,四类离子液体ΔGmθ均小于零,说明胶束形成是自发过程。对四种表面活性剂的吸附效率、表面张力降低效率进行了计算,结果表明,BF4-的表面性能优于Br-,即在相同温度下四氟硼酸离子液体具有更高的吸附效率,其水溶液表面张力更低,是更理想的表面活性剂。在相同阴离子和碳链长度下,对比咪唑类和吡啶类离子液体,发现二者的表面活性与临界胶束浓度差距很小,咪唑环和吡啶环具有高度相似的疏水作用和静电作用,阳离子环并不是影响表面性能的关键因素。同时,咪唑类离子液体表面活性剂具有更广泛的应用和更多的种类,因此,在本文论述的四种离子液体中,1-十二烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐是最理想的表面活性剂。

关键词： SPH方法   流体模拟   流固耦合   移动固体边界   流体表面粒子识别   流体表面张力   IIF方法  

摘要： 流体模拟作为计算机图形学的一个重要分支,被广泛用于电影和电视特效、军事模拟、动画和医学等领域;然而,仍有很多问题需要研究解决,如流体的表面张力的快速准确模拟,流固耦合中移动固体边界处理等;而模拟表面张力,快速准确识别流体表面粒子是关键的第一步。本文在查阅与分析大量相关文献的基础上,对上述问题进行了探究。本文首先介绍了自由表面粒子的识别、流体表面张力模拟、流固耦合中移动边界处理的历史背景及研究现状,然后对此开展了以下三方面的工作:一、流体自由表面粒子的识别大体可以分为体积法和几何法两大类。体积法借助流体粒子的数密度或者粒子数来识别自由表面粒子,虽然实现简单,但是存在流体内部粒子被误判为自由表面粒子,造成流体内部产生数值震荡的问题。几何法有扇形扫描方法、弧度法等,虽然比体积法精确度大大提高,但是实现复杂,计算量大。针对上述问题,本文提出一种新的自由表面粒子的两步检测方法:第一步,通过粒子数密度简单快捷地识别出可能自由表面粒子,但是存在部分流体内部粒子被误识为自由表面粒子的现象;第二步,通过改进扇形扫描方法,针对第一步被鉴定为自由表面粒子进行扇形扫描分类,由此将第一步误识为自由表面粒子的流体内部粒子剔除。与传统体积法相比,本文方法更精确,减少了流体模拟的数值震荡;与传统几何法相比,本文方法计算量减少,计算效率提高。仿真实验结果验证了本文方法的有效性。二、IIF方法是模拟流体表面张力常用的一种方法,它是一种基于粒子间相互作用力的模型;在流体内部,流体粒子受到支持域内邻居粒子在各种方向上作用力的合力为零,处于流体表面的粒子仅受到流体内部粒子的作用力而导致合力非零,由此表现出表面张力。现有的处理表面张力的粒子间相互作用力模型模拟流体表面张力存在的流体自由表面不光滑、计算效率低,模拟效果不稳定等问题。对此,本文提出一种新的流体自由表面张力模拟方法。首先根据本文提出的自由表面粒子的两步检测方法,快速准确识别流体自由表面粒子;根据本文提出的自由表面粒子的两步识别方法,快速准确识别流体自由表面粒子;构造新的粒子间作用力函数,改进了流体表面面积最小化修正项,修正了自由表面粒子的密度,避免流体自由表面附近出现模拟不稳定的现象;改善了自由表面周围流体粒子密度的计算精度,提高了模拟效率。模拟仿真结果显示,与已有模型相比,本文方法模拟的自由表面更加平滑,没有粒子飞溅等现象,模拟效率更高,也更加稳定。三、SPH方法在处理流体与移动固体耦合时,靠近固体边界的流体粒子的支持域被固体边界截断,导致流体粒子的密度不连续,从而出现部分流体粒子粘附、堆积在移动固体边界上的现象。为解决上述问题,传统流固边界处理算法将固体表面进行多层粒子采样以补充流固交界处流体粒子的支持域,但随着模拟过程中交互粒子数的增多,模拟效率随之降低。针对流体粒子粘附、堆积在移动固体边界上,传统方法模拟效率低的问题,本文提出一种新的流固边界处理算法,固体边界单层采样,减少了流固交互时的计算量,将固体边界粒子考虑进流体粒子的数值计算中,提出修正系数来修正未被采样的边界粒子对密度及力的计算的影响,改进了流体粒子的密度以及力的计算公式,保证了流固交互界面处流体粒子密度和压力梯度的连续性。仿真结果表明,本文方法在流固交界处消除了流体粒子粘附固体边界上的现象,提高了模拟效率。

关键词： 颗粒   撞击   液面   临界速度   表面张力  

摘要： 颗粒撞击液滴表面的过程广泛存在于日常生活和工业生产中。国内外对于微米级颗粒撞击液面的过程研究较少,特别是对于真实飞灰颗粒撞击液面过程的研究更为少见。本文采用实验和数值模拟相结合的方法,对微米级飞灰颗粒撞击液面的运动行为进行深入研究,为提高液滴对细颗粒物的捕集效率提供理论支撑。颗粒撞击液面后有沉没、反弹、振荡三种运动行为。本文首先采用高速摄像技术对飞灰颗粒撞击液面后的运动行为进行实验研究。其次,建立了颗粒撞击液面动力学方程,对碰撞过程进行模拟,并利用实验对模型进行了有效验证。本文首先对颗粒在不同运动行为中的受力情况进行了分析。研究发现,颗粒在下沉过程中,主要作用力的变化为:形状阻力-表面张力;在颗粒回弹的过程中,主要作用力的变化为:表面张力-形状阻力-表面张力。并对不同撞击速度下颗粒的受力、位移、三相接触角变化规律进行了深入的分析。其次,研究了在不同粒径、后退角及液体表面张力系数下颗粒撞击液面后不同运动行为之间的临界速度。结果表明,随着颗粒粒径的增大,沉没/反弹临界速度和反弹/振荡临界速度均减小;随着后退角的增大,沉没/反弹临界速度不变,反弹/振荡临界速度减小;随着液滴表面张力系数的增大,沉没/反弹临界速度和反弹/振荡临界速度均增大。最后,对振荡行为下,液滴对颗粒的捕集情况进行了预测。研究得到,颗粒粒径越小,液滴的表面张力系数越大,振荡行为下的捕集效率更高。

关键词： 个人信息保护法   个人信息跨境流动   分类规制   数据主权   数据流动  

摘要： 自从以互联网技术为依托的第四次工业革命发展以来,中国开始了数字化改革进程,公民的个人信息被各行各业采集与利用,在各个领域大量流通。2021年11月1日,《中华人民共和国个人信息保护法》正式实施。该法案是我国第一部专门针对个人信息的集中性法案,因此社会各界对于该法案的颁布均予以高度关注,其中尤为重要的一个领域即为个人信息跨境流动处理部分。随着全球化及全球贸易链的发展,个人信息跨境流动变得比以往任何时期都更加频繁,数据量也都更加庞大。世界范围内,对跨境流动的个人信息的规制问题内部逐渐发展了“保护”与“利用”的价值取舍之矛盾:自由灵活的个人信息跨境流动有利于跨国企业盈利、国际文化交流,而对其的严加保护与审核则有利于维护国家主权与社会公共安全。随着《中华人民共和国个人信息保护法》的颁布实施,“中国对于个人信息跨境流动作出了怎样的立场选择?采取了怎样的立法方式?该方式如何帮助平衡保护与利用之矛盾?”,此研究问题便亟待探索与解答。这不光关系到个人、企业与国家的三重利益,也就个人信息流动处理规制问题在世界舞台上提供和展现了中国态度。本文旨在分三步回答上述研究问题。首先,本文期望通过对《中华人民共和国个人信息保护法》总则部分个人信息基本定义相关内容的解读,洞察其整体立法基调与价值取向选择;其次,本文期望通过对《中华人民共和国个人信息保护法》第三章个人信息跨境流动相关处理条款中“分类规制”方式的解读,分析该法案如何将其价值取向选择渗透到了个人信息跨境流动处理规制的具体条款当中,以怎样的立法方式达到了其立法目的;最后,本文期望回顾对前两章《中华人民共和国个人信息保护法》相关条款的解读,对今后的个人信息跨境流动处理规制献言献策,使对保护和利用的平衡更加完善、系统。全文分为五个章节。第一章为绪言,该章主要阐明了本研究的研究意义,列出了研究问题,梳理了文献成果和研究空白,以及搭建了论文结构。其中,文献梳理主要分为三个部分,分别针对中国对于个人信息跨境流动领域的立法、个人信息跨境流动处理规制的国家或地区差异,以及个人信息跨境流动相关条款中分类规制的运用。本研究在第三部分发现了研究空白所在。第二章主要以《中华人民共和国个人信息保护法》总则中对个人信息的基本定义和原则为重点研究样本,分析其作为最新颁布的、最权威的中国个人信息处理的法律依托针对个人信息处理规制问题与《民法典》、《网络安全法》、《数据安全法》等已经颁布的多部国内法及网信办的相关规定相比所作出的改动(包括对“个人信息”的定义、个人信息收集原则、数据传输及使用的相关规定等),从而放眼全局,探寻中国语境中随着时代和国情发展对于个人信息处理规制的立法总基调和价值取向选择。第三章是本研究的研究重点,该章从“分类规制”的视角解读了个人信息跨境流动处理相关条款中不同的分类标准(含个人信息接收主体、个人信息提供主体、个人信息内容领域、个人信息数量规模及例外条款等),探寻了分类规制方法在此处运用所体现的逻辑原理与价值判断,以及这为调和个人信息跨境流动处理规制中“数据主权”与“数据流动”之矛盾带来了怎样的平衡方法。第四章为建议,该章节将第二章、第三章的分析结果进行梳理,从分类规制的具体化与开放化角度对我国未来个人信息相关的法律建设提出建议,使其更加完备、系统。第五章为结论,该章对研究的内容进行了总结。通过上述研究概览,本文旨在解读中国目前最全面和权威的个人信息相关法案,洞察背后立法理念,为跨境流动的个人信息的保护与利用之平衡提供新的思路,为个人信息跨境流动处理规制的建设与完善建言献策。

关键词： 差温轧制   厚规格钢板   热力耦合有限元   流函数   非对称冷却   微观组织  

摘要： 厚规格钢板广泛应用在海洋平台、石油管道、工程机械等领域。对称轧制在生产厚规格钢板时会产生心部变形不充分的现象,导致心部晶粒粗大,综合性能偏低等问题。受限于连铸坯最大厚度和轧机开口度,增大总压缩比的方法对厚板心部变形提升有限。本文以厚钢板差温轧制为研究对象,以提高板材心部变形、改善轧后组织性能和轧后平直度为目标,采用热力耦合有限元模拟、理论分析和实验验证的方法研究了差温轧制对厚规格钢板多维度变形的影响。本论文的主要工作如下:(1)采用ANSYS隐式分析研究了不同换热系数、冷却时间、初始厚度对钢板厚度方向温度场分布和温度梯度的影响规律,为差温轧制变形过程奠定基础。当换热系数在1000～11000 W·m·K,冷却时间在25 s内时,不同换热系数和冷却时间对厚钢板温度场有重要影响,且温降主要发生在表层;冷却条件相同时,初始厚度在100～350 mm范围内的厚规格钢板温度场分布受板坯初始厚度影响较小,温降主要发生在表层30 mm内。(2)基于热力耦合有限元模拟了厚规格钢板差温轧制过程,研究了不同工艺参数和设备参数对钢板厚度方向及心部变形的影响;基于最小能原理,采用流函数法建立了差温轧制应变计算模型;基于大量计算结果,采用最小二乘法拟合得到差温轧制心部应变计算模型。与均温轧制相比,差温轧制变形更容易向心部渗透。随着表面对流换热系数、异速比、轧辊直径和压下率的增大,厚规格钢板心部变形逐渐增大,而初始速度对厚钢板心部变形几乎没有影响。(3)利用材料热力学效应,采用非对称冷却的方法对轧后板材进行板形调控,讨论了不同换热系数比、冷却时间、初始厚度和初始曲率等参数对轧后板材平直度的影响规律。当其他工艺参数一定时,通过调节换热系数比和冷却时间可以有效降低轧后板材平直度;在相同条件下,随着初始厚度和初始曲率的增大,板材非对称冷却后平直度也随之增大。(4)通过差温轧制实验,采用OM、SEM、EBSD等技术对45号钢和42Cr Mo心部微观组织进行表征,并测得不同工艺下钢板拉伸力学性能。与均温轧制相比,差温轧制心部有大量针状铁素体,晶粒尺寸得到细化,而在均温轧制时,块状铁素体所占的比例较多,且晶内亚结构较少,小角度晶界占比较少。差温轧制时钢板具有较高的力学性能。

关键词： 流体包裹体地球化学   构造应力场   有限元数值模拟   矿体深延指示   Cu-Sn多金属矿床   黄沙坪   湘南  

摘要： 湖南黄沙坪矿床位于湘南千里山-骑田岭矿集区,是钦杭钨铜成矿带和南岭钨锡成矿带叠合构造背景下岩浆热液型多金属成矿系统的典型代表。该矿床Cu-Sn多金属矿体与区内石英斑岩、花岗斑岩具有密切的时空关联性。本文基于大量的实际野外地质调研及前人研究成果总结,开展了控矿构造应力场和流体包裹体地球化学两方面的研究。控矿构造应力场研究主要运用《矿田地质力学理论与方法》及控矿构造应力场数值模拟方法,进行控岩控矿构造类型、成矿构造体系、控矿构造应力场研究,探讨构造变形特征和构造应力场控矿规律;流体包裹体地球化学研究,运用矿物学和流体包裹体岩相学,结合激光拉曼光谱分析等研究,探讨成矿流体成分、温度、盐度、压力等物理化学条件、流体演化特征、矿石沉淀机制,估算其成矿深度,进而揭示该矿床构造应力场-流体耦合控矿规律,建立黄沙坪铜锡多金属矿床成矿模式,提出矿田找矿远景区和矿区深部找矿方向。主要研究成果如下:(1)结合前人关于矿田构造组合和构造体系研究,进一步深化了坪宝矿田三期的构造体系演化过程分别为:成矿前期SN构造带(印支期)、成矿期NE构造带(燕山早中期)、成矿后NW构造带(燕山晚期)。(2)通过矿床构造大比例尺构造-蚀变岩相填图及控矿构造力学性质的精细解析,认为构造明显控制了矿床的形成和时空分布,并基于成矿前与成矿期实际构造特征,以ANSYS Workbench软件为手段,对坪宝矿田、黄沙坪矿床开展构造应力场模拟研究,最大主应力、最大剪应力、应变能、最大主应变分布特征、及演化特征与实际地质特征基本一致。成矿前近EW向挤压作用产生SN构造带,其伴生的EW向断裂应变能较低,为岩浆侵位提供通道;成矿期NW向最大剪应力高值带为该区岩浆自深部向浅部大规模侵位提供有利条件,并进一步沿近EW向断裂向浅部地表运移,因矿区外围高应变能区对流体运移的限制,使其能够在低应变能区不断聚集并沉淀成矿。基于该矿床地质剖面的岩浆热-力学耦合分析,认为岩浆自身的热应力作用,使成矿流体能够向外侧扩容空间汇流,并在接触带上和远离岩体的有利构造部位沉淀成矿。(3)通过流体包裹体地球化学研究,认为该矿床属岩浆热液成矿系统的典型代表。该矿床的成矿过程可分为四个阶段:(Ⅰ)干夕卡岩阶段;(Ⅱ)湿夕卡岩阶段;(Ⅲ)多金属硫化物阶段;(Ⅳ)方解石阶段。基于流体包裹体岩相学研究,识别出六种类型的包裹体:纯液相包裹体、富液相气液两相包裹体、富气相气液两相包裹体、纯气相包裹体、富二氧化碳三相包裹体、含子晶三相包裹体。研究表明,在成矿过程中,流体表现出从高温-高盐度逐渐转变为低温-低盐度的演化过程,包裹体岩相学研究及不同阶段测温结果显示存在多次流体沸腾作用、强烈的物质交换和晚阶段大气降水的混合作用是多金属成矿的主要机制。(4)基于构造应力场数值模拟及流体包裹体地球化学研究,总结了黄沙坪矿床构造-流体耦合控矿规律,并建立成矿模式;基于不同高程的矿物流体包裹体测温结果,建立了指示矿体深延的流体包裹体指标,进行了深部矿体延展预测。

关键词： 机器学习势函数   负泊松比   界面   热输运   多尺度  

摘要： 近年来,5G通讯也逐渐应用于智能汽车,在5G通讯中对智能芯片的可靠性要求更高,而汽车的工况非常恶劣,包括高温和强振动,对于芯片的稳定工作和可靠性是一个非常巨大的挑战。因此,亟需针对具有负泊松比和高热导率(κ)的先进功能材料开展研究,实现先进减震防护和高性能热管理,提升芯片工作的可靠性和稳定性。本文围绕界面热输运性质研究中的机器学习势函数开发及应用,首先针对当前两种常用的机器学习(Machine Learning,ML)拟合势函数的方法进行探索对比,使用矩张量势函数(Moment Tensor Potential,MTP)和神经网络势(neural-network potential,NNP)方法分别拟合石墨烯和T-carbon的势函数。研究结果表明,使用经过训练的MTP势函数,可以很好地再现石墨烯的负泊松比现象。通过分析关键几何结构参数的演变,发现键角的增加是导致石墨烯负泊松比的原因。随后,使用神经网络势(neural-network potential,NNP)方法拟合T-carbon的势函数,并且使用分子动力学模拟计算T-carbon的热导率,与第一性原理计算结果符合良好。在BAs-Ga N的界面热输运性质研究中,将ML、DFT(Density functional theory)、MD和FEM(Finite Element Method)用于开发热输运特性系统的多尺度模拟和深入的物理机制研究。使用分子动力学模拟,直接从原子运动角度验证了BAs的超高热导率,并在BAs-Ga N异质结构中获得了265 MW mK超高的界面热导(Interfacial thermal conductance,ITC),与实验测量结果一致。深入分析表明,高界面热导潜在的物理机制在于BAs和Ga N良好匹配的晶格振动。基于微纳尺度DFT和MD模拟的界面热输运过程的理解,研究了晶粒尺寸与有效热导率之间的物理机制。研究结果为BAs-Ga N异质结构的界面传热提供了基本的理论依据,同时研究表明,基于机器学习势函数驱动的多尺度模拟方法可以应用于实际工程和设计复杂的热管理系统,从而进一步促进电子设备的小型化发展。