表面電荷分布的案例
《Science》重磅：利用這種顯微鏡，首次實現(xiàn)原子電荷分布可視化！
綜上所述，研究者報道了利用KPFM技術(shù)實現(xiàn)了各向異性原子電荷空間分辨率的可能性，這不僅提供了σ-空穴存在的直接證據(jù)，而且有望大大擴展表征復(fù)雜分子體系和表面電荷分布的可能性。這項技術(shù)可以進一步擴展，以前所未有的空間分辨率在化學(xué)和生物相關(guān)系統(tǒng)中，提供關(guān)于表面或分子內(nèi)單個原子局部不均勻極化率的寶貴信息。
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文：水生
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本文來自微信公眾號“材料科學(xué)與工程”。
展開 中國地大張以河&黃洪偉Nano Energy：表面羥基極化促進氮化碳局域電荷分離與質(zhì)子活化
圖三：光催化產(chǎn)氫活性
圖3 CN和溫度調(diào)制的純水水熱羥基化氮化碳OH-CNx （x=1、2、3、4）樣品可見光（λ > 420nm）下的（A）產(chǎn)氫曲線圖和（B）產(chǎn)氫速率圖；（C）產(chǎn)氫循環(huán)曲線；（D）CN和等離子體機處理CN樣品產(chǎn)氫曲線；（E）銨鹽輔助pH調(diào)節(jié)的表面羥基修飾樣品的產(chǎn)氫曲線和速率圖；（F）OH-CN3 和磷酸銨輔助水熱的OH-CN樣品 Ar+刻蝕前后的O 1s XPS譜圖。
圖四：光電化學(xué)性能
圖4 CN和溫度調(diào)制的純水水熱羥基化氮化碳OH-CNx樣品可見光（λ> 420nm）下的光電流（A）和阻抗譜（B）；（C）CN和OH-CN3樣品在含有MV2+溶液中的I-V曲線; （D）CN和OH-CNx樣品表面光電壓譜。
圖五：密度泛函理論計算
圖5 表面羥基化氮化碳電子局域函數(shù)（A）和差分電荷（B）；（C）CN、O-CN和OH-CN質(zhì)子吸附查分（藍(lán)色為電荷富集，黃色為電荷消耗）。
圖六：電荷分離和質(zhì)子活化示意圖
圖6 表面羥基修飾聚合物氮化碳的電荷分離和質(zhì)子活化示意圖
【小結(jié)】
通過溫度調(diào)制的純水水熱以及銨鹽輔助pH調(diào)控的水熱后處理實現(xiàn)了氮化碳表面深度羥基化，在不改變原有光吸收、能帶結(jié)構(gòu)及比表面積的情況下大幅度提高了氮化碳光解水產(chǎn)氫效率。實驗和理論計算發(fā)現(xiàn)表面羥基接枝在氮化碳結(jié)構(gòu)中的碳原子上，其局域極化作用增強了局部載流子分離效率，提高了體相電荷分離效率、界面電荷傳遞效率和載流子密度。同時發(fā)現(xiàn)表面羥基能活化鄰位的二配位氮原子，加速了對質(zhì)子的吸附作用。在以上雙重作用的促進下氮化碳光解水產(chǎn)氫效率得到了大幅提高。該工作有望為催化劑表面極化設(shè)計增強光催化活性提供更多參考。
文獻鏈接：S. Yu, J. Li, Y. Zhang, M. Li, F. Dong, T. Zhang, H.
展開 厚度調(diào)控的晶面結(jié)同時優(yōu)化層間電荷遷移與表面載流子空間分離促進BiOIO3單晶納米片CO2光還原性能
然而由于光催化過程中的電荷快速重組問題，使得當(dāng)前絕大多數(shù)光催化劑的性能無法滿足實際應(yīng)用要求。構(gòu)建薄層結(jié)構(gòu)是一種促進光催化活性的有效措施，在體相電荷快速轉(zhuǎn)移至材料表面參與氧化還原反應(yīng)過程中發(fā)揮著重要作用。相比于塊狀結(jié)構(gòu)，在薄層結(jié)構(gòu)中層間電荷遷移阻力減小，光生電荷的擴散距離大幅縮短，使得載流子快速遷移至表面參與反應(yīng)。同時，構(gòu)建各向異性共暴露晶面被認(rèn)為是一種使光生電子和空穴實現(xiàn)晶面選擇性高效空間分離的新手段，電子和空穴沿不同方向向表面遷移可以有效抑制其在體相和表面的復(fù)合程度，極大促進光催化性能。然而目前這兩種手段還很少被同時用于調(diào)節(jié)光生電荷遷移與空間分離。能否利用層結(jié)構(gòu)調(diào)控與暴露晶面協(xié)同作用促進CO2還原性能增強是一項很值得探索的課題。
【成果簡介】
中國地質(zhì)大學(xué)（北京）材料科學(xué)與工程學(xué)院資源綜合利用與環(huán)境能源新材料創(chuàng)新團隊黃洪偉教授、張以河教授與紐卡索大學(xué)馬天翼博士指導(dǎo)博士生陳芳，以層狀鉍系材料BiOIO3單晶納米片為研究對象【之前該課題組已經(jīng)通過增強宏觀極化來提高此材料的電荷分離和光催化以及壓電催化性能（Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 11860–11864）】，可控制備了厚度可調(diào)的BiOIO3{010}/{100}晶面結(jié)，用于高效光催化轉(zhuǎn)化CO2氣體。通過控制合成條件，實現(xiàn)了BiOIO3單晶納米片沿[010]方向（層堆積方向）厚度的逐漸減小，從而縮短了體相電荷向表面的遷移距離，增強了光催化性能。然而研究人員發(fā)現(xiàn)該納米片并不是厚度越薄性能越高，當(dāng){010}面暴露比例為77.4%時，BiOIO3納米片光催化性能最高， 其CO2還原制CO產(chǎn)率達(dá)到其塊體的300%。
展開 中科院納米能源所王杰&王中林團隊《JMCA》：基于介電材料選擇和表面電荷工程的抗高濕度摩擦電納米發(fā)電機
作為一種革命性的能量收集技術(shù)，摩擦電納米發(fā)電機（Triboelectric Nanogenerator，簡稱TENG）不僅提供了一種可持續(xù)、分布式能源供給技術(shù)，而且構(gòu)建了無需外部電源的自供電系統(tǒng)，具有成本低、質(zhì)量輕、材料選擇廣、低頻下轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)勢。然而，高濕環(huán)境中水分子形成的導(dǎo)電通路引起的表面電荷耗散，顯著降低TENG的輸出性能，從而影響其能量收集和長期穩(wěn)定運行。課題組前期通過電荷快速積累技術(shù)(Advanced Energy Materials, 2021, 2100050)及雙電容增強技術(shù)(Advanced Energy Materials, 2021, 2101958)，已顯著提升TENG高濕環(huán)境下輸出性能。但環(huán)境濕度對TENG表面電荷的影響機制尚不清楚。因此，需要一種有效的策略來提高TENG在高濕環(huán)境下的輸出性能，并進一步研究高濕環(huán)境下表面電荷的衰減機理。
近日，中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王杰研究員與王中林院士領(lǐng)導(dǎo)的科研團隊提出通過介電材料選擇和表面電荷工程，提出了一種新型抗高濕度TENG。以接觸-分離模式TENG為測量工具，系統(tǒng)地研究了相對濕度對常用介電材料表面電荷衰減的影響。結(jié)果表明，介電材料表面剩余電荷量隨介電材料疏水性的增加而增加，高濕環(huán)境下更為明顯。此外，表面電荷的衰減與電荷種類有關(guān)，濕度條件下離子電荷比電子電荷更穩(wěn)定。通過耦合高疏水介電材料聚四氟乙烯和離子注入法，TENG在90%相對濕度的極端環(huán)境下連續(xù)運行50000次，仍保持了高達(dá)91%的輸出性能。
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ZEMAX | 如何通過 K-相關(guān)分布模擬表面散射
本文旨在介紹如何在OpticStudio中模擬K-相關(guān)分布散射模型，并用實例分析將該模型與Harvey-Shack (ABg) 散射分布模型進行了比較。
（聯(lián)系我們獲取文章附件）
簡介
表面微粗糙度引起的散射通常具有 K-相關(guān)模型 (K-correlation model) 的特征。
1 該模型除了在小散射角區(qū)域有所不同外，與 Harvey-Shack (ABg) 模型十分相似。
在 OpticStudio 中，如果用戶想要使用K-相關(guān)散射模型對表面散射分布進行建模，則需要輸入大量的參數(shù)，并且這些參數(shù)都必須由用戶測量。
本文將概述 K-相關(guān)散射模型背后的理論知識，并展示在OpticStudio中建模的實例。
K- 相關(guān)散射模型
K- 相關(guān)模型的雙向散射分布函數(shù) (BSDF) 由 Dittman
2 提供：
其中s是有效的 RMS 表面粗糙度，
s 是在高空間頻率中 BSDF 的 log-log 斜率，β 則被定義為散射角 (?s) 的正弦減去鏡面反射角/透射角的正弦，上面的公式中的 β對應(yīng) OpticStudio 中的向量x：
我們發(fā)現(xiàn) K-相關(guān)散射分布模型與 Harvey-Shack (ABg) 散射模型非常相似。它們之間的主要區(qū)別在于 K-相關(guān)模型在小散射角度時會有偏移：
圖
1
：
K-
相關(guān)
與
Harvey-Shack
散射模型的比較。如
Dittman
所述，
K-
相關(guān)模型在小角度處會有偏移，這與在拋光表面上觀察到的散射行為一致。
Dittman 指出這種偏移與在許多拋光表面上觀察到的散射行為是一致的。
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本文旨在介紹如何在OpticStudio中模擬K-相關(guān)分布散射模型，并用實例分析將該模型與Harvey-Shack (ABg) 散射分布模型進行了比較。
簡介
表面微粗糙度引起的散射通常具有 K-相關(guān)模型 (K-correlation model) 的特征。該模型除了在小散射角區(qū)域有所不同外，與 Harvey-Shack (ABg) 模型十分相似。
在 OpticStudio 中，如果用戶想要使用K-相關(guān)散射模型對表面散射分布進行建模，則需要輸入大量的參數(shù)，并且這些參數(shù)都必須由用戶測量。
本文將概述 K-相關(guān)散射模型背后的理論知識，并展示在OpticStudio中建模的實例。
K- 相關(guān)散射模型
K- 相關(guān)模型的雙向散射分布函數(shù) (BSDF) 由 Dittman2 提供：
其中s是有效的 RMS 表面粗糙度，s 是在高空間頻率中 BSDF 的 log-log 斜率，β 則被定義為散射角 (?s) 的正弦減去鏡面反射角/透射角的正弦，上面的公式中的 β對應(yīng) OpticStudio 中的向量x：
我們發(fā)現(xiàn) K-相關(guān)散射分布模型與 Harvey-Shack (ABg) 散射模型非常相似。它們之間的主要區(qū)別在于 K-相關(guān)模型在小散射角度時會有偏移：
圖1：K-相關(guān)與 Harvey-Shack 散射模型的比較。如 Dittman 所述，K-相關(guān)模型在小角度處會有偏移，這與在拋光表面上觀察到的散射行為一致。
Dittman 指出這種偏移與在許多拋光表面上觀察到的散射行為是一致的。
展開 三維移動高斯分布熱源表面焊命令流
三維移動高斯分布熱源表面焊命令流
/prep7
/UNITS,si
et,1,solid70
mp,c,1,544.28
mp,kxx,1,15.06
mp,dens,1,4500
block,0,30,0,15,0,3
esize,1
vmesh,all
FINISH
/SOLU
!PARAMETER TABLE TO INPUT HEAT FLUX AS A MOVING SOURCE
!SPEED OF HEAT SOURCE IN X DIRECTION v=(200/60)m/s
!GAUSS VARIATION ASSUMED IN X & Y DIRECTION AS q=qmax/EXP(K*R**2)
!TOTAL HEAT INPUT Q=3.14*qmax/K
!DIMENSIONING TABLE NAMED "FLUX2"
v=1
L=30
NUM_TIME=L/v+1
NUM_X=L/v+1
*DIM,FLUX2,TABLE,NUM_TIME,NUM_X,7,TIME,X,Y
*DO,K,1,7,1
*DO,I,1,NUM_TIME,1
FLUX2(I,0,K)=(I-1)
*ENDDO
*DO,J,1,NUM_X,1
FLUX2(0,J,K)=(J*v-v)
*ENDDO
Q=1000
KAPA=1/4
qmax=((Q*KAPA)/3.14159)
PERCENT=0.98
RADIUS=ABS(SQRT(1/KAPA*LOG(1/(1-PERCENT))))
!
展開 溫度在物體表面是如何分布的？ | 操作視頻
用SOLIDWORKS分析溫度分布情況
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Ansys Zemax | 如何通過 K-相關(guān)分布模擬表面散射
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本文旨在介紹如何在OpticStudio中模擬K-相關(guān)分布散射模型，并用實例分析將該模型與Harvey-Shack (ABg) 散射分布模型進行了比較。
簡介
表面微粗糙度引起的散射通常具有 K-相關(guān)模型 (K-correlation model) 的特征。該模型除了在小散射角區(qū)域有所不同外，與 Harvey-Shack (ABg) 模型十分相似。
在 OpticStudio 中，如果用戶想要使用K-相關(guān)散射模型對表面散射分布進行建模，則需要輸入大量的參數(shù)，并且這些參數(shù)都必須由用戶測量。
本文將概述 K-相關(guān)散射模型背后的理論知識，并展示在OpticStudio中建模的實例。
K- 相關(guān)散射模型
K- 相關(guān)模型的雙向散射分布函數(shù) (BSDF) 由 Dittman2 提供：
其中s是有效的 RMS 表面粗糙度，s 是在高空間頻率中 BSDF 的 log-log 斜率，β 則被定義為散射角 (?s) 的正弦減去鏡面反射角/透射角的正弦，上面的公式中的 β對應(yīng) OpticStudio 中的向量x：
我們發(fā)現(xiàn) K-相關(guān)散射分布模型與 Harvey-Shack (ABg) 散射模型非常相似。它們之間的主要區(qū)別在于 K-相關(guān)模型在小散射角度時會有偏移：
圖1：K-相關(guān)與 Harvey-Shack 散射模型的比較。如 Dittman 所述，K-相關(guān)模型在小角度處會有偏移，這與在拋光表面上觀察到的散射行為一致。
Dittman 指出這種偏移與在許多拋光表面上觀察到的散射行為是一致的。
K-相關(guān)模型的 BSDF 不能進行解析積分，但在 OpticStudio 中可以運用蒙特卡羅功能來實現(xiàn)這種散射分布的模擬。
展開 ANSYS HFSS 17.1表面電流分布可視化研究 ￥8.88
ANSYS HFSS 17.1表面電流分布可視化研究
274 基于matlab的隨機粗糙表面對微氣體軸承內(nèi)氣體壓強分布的影響 ￥25.9
基于matlab的隨機粗糙表面對微氣體軸承內(nèi)氣體壓強分布的影響。采用差分法求解氣體軸承的雷諾方程，通過尺寸參數(shù)、分形維數(shù)對粗糙度表面設(shè)置，滑流參數(shù)設(shè)置，實現(xiàn)氣壓分布可視化結(jié)果顯示。程序已調(diào)通，可直接運行。
一個完整的三維移動高斯分布表面熱源焊接例子（附子程序） ￥2.4
完整的三維移動高斯分布表面熱源焊接例子，完整的子程序在“付費后”附件中。
Simright 2018.5.11更新：支持將點荷載分布到孔的表面(RBE3)
2018.5.12-2018.5.18
Simulator(在線結(jié)構(gòu)分析軟件)
1.新增：支持將點荷載分布到孔的表面(RBE3)。
2.修復(fù)：Edge瀏覽器無法顯示子菜單欄的問題。
Toptimizer(在線拓?fù)鋬?yōu)化軟件)
1.修復(fù)：Edge瀏覽器無法顯示子菜單欄的問題。
WebMesher(在線CAE前處理軟件)
1.改進：APP界面，使其與其他APP風(fēng)格保持一致。
ThreeMagic(在線3D打印專用STL編輯軟件)
1.修復(fù)：Edge瀏覽器無法顯示子菜單欄的問題。
⊙還有更多新功能等您來體驗，歡迎大家留言給我們提出寶貴建議
⊙歡迎加入Simright QQ群：576512506
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中國CAE走出國門，邁向世界_全球知名門戶engineering.com對Simright采訪報道
3分鐘用仿真為機械鍵盤降低成本 無需安裝軟件
Simright
CAE云仿真在線平臺，無需安裝軟件，可在線進行CAE格式轉(zhuǎn)換，模型預(yù)覽，仿真計算及拓?fù)鋬?yōu)化等功能。
展開 納米氫氧化鎂阻燃機理及制備方法
2.2.1 液相反應(yīng)階段
反應(yīng)時溶液的濃度、溫度、pH、反應(yīng)時間、反應(yīng)物配比、表面活性劑及其加入量等都直接影響生成晶粒的尺寸及溶液的穩(wěn)定性，從而決定了最后粉體的團聚程度。呂建平等通過控制合成溫度、反應(yīng)物濃度、滴加速度，助劑用量可以有效控制氫氧化鎂（VK-MH01D,VK-MHT01）的形貌和粒徑大小。
2.2.2 洗滌階段
眾所周知，沉淀物中的水是引起納米粒子團聚的因素之一，因此采用適當(dāng)?shù)南礈旆椒▽⒊恋砦镏械乃慈ナ欠乐辜{米粒子團聚的主要方式。用表面張力小的有機溶劑充分洗滌納米顆粒，可以置換顆粒表面吸附的水分，減小氫鍵的作用，減少顆粒聚結(jié)的毛細(xì)管力，使顆粒不再團聚。目前此方法采用的洗滌溶劑為醇類，例如無水乙醇、乙二醇等。用醇類可以洗去粒子表面的配位水分子，并以烷氧基取代顆粒表面的羥基團。
2.2.3 干燥階段
納米材料的干燥是液相法制備納米粉體不可避免的固-液分離過程，干燥方法對納米粉體產(chǎn)品的團聚程度影響很大。要獲得團聚程度小或無團聚的干燥效果可以從降低表面張力，減少干燥時間等方面考慮。實驗證明，在保證沉淀物干燥完全的基礎(chǔ)上，溫度越低、時間越短越好。目前，納米粉體的干燥可采用以下幾種方式：閃蒸、冷凍干燥、超臨界干燥、噴霧
干燥、真空干燥等。
2.2.4 表面活性劑
表面活性劑主要是通過吸附改變粒子的表面電荷分布，產(chǎn)生靜電穩(wěn)定和空間位障穩(wěn)定作用來達(dá)到分散效果，所以選擇合適的表面活性劑是目前采用的粉體防團聚的主要措施之一。納米粒子具有極高的表面能，降低表面積從而降低表面能使吉布斯能減小，是一個自發(fā)的過程，這也是防團聚的原因及困難所在。根據(jù)實驗條件，選用合適的表面活性劑，合適的加入量，在不影響工藝性能及材料性能的前提下，使顆粒表面能下降，鍵合作用減弱或消失，從而起到防團聚的作用。目前，在沉淀、洗滌和干燥過程都有加入表面活性劑的報道。
展開 基于VASP的錳銅基三維空心異質(zhì)催化劑對NO和SO2的吸附特性研究
近年來，異質(zhì)空心結(jié)構(gòu)的催化劑在很多催化領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，通過控制催化劑異質(zhì)界面間催化過程中的電荷轉(zhuǎn)移方向，實現(xiàn)層區(qū)電荷定向移動，形成正負(fù)電荷層區(qū)，此種策略有利于催化反應(yīng)之間的串聯(lián)耦合，可以實現(xiàn)催化劑空間層的選擇性吸附作用，為解決脫硝催化劑中毒提供了一條可行的路徑。因此我們通過水熱自模板法合成了錳銅基三維空心異質(zhì)催化劑，通過vasp研究催化劑的電子結(jié)構(gòu)信息(差分電荷)，NO和SO2在該催化劑表面的吸附構(gòu)型，吸附能
2 具體步驟
2.1 搭建錳銅基三維空心異質(zhì)結(jié)構(gòu)模型
首先是要搭建具有不同層間距的錳銅異質(zhì)結(jié)構(gòu)模型(2.0-3.0 ?)，并進行單點能的測試。通過結(jié)構(gòu)能量最小原則，以此來確定模型的初始層間距離(2.2 ?)。
Figure 1. a-k) Single point energy of CuOX@MnOX calculation with different layer distances.
為了進行對比研究，如下圖所示，我們同時構(gòu)建了單獨的CuOX和MnOX模型，并對CuOX@MnOX,CuOX,MnOX進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
Figure 2. a) Optimized structures of CuOX@MnOX. b) Optimized structures of CuOX. c) Optimized structures of MnOX. The purple balls represent Mn, the red balls represent O, and the blue balls represent Cu.
2.2 差分電荷與吸附能計算
如圖3所示，通過差分電荷的計算研究CuOX@MnOX異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電子分布信息。根據(jù)定義，黃色的和綠色的密集度分別代表電荷的聚集和消耗。
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