挑战杯结题报告 PPT

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第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛
NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究
二、项目研究内容
理论推导
分析实验结果
NaCl和KCl溶液康普顿 散射的影响因素研究
电子结构计算
第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛
NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究
(一)理论推导
根据康普顿散射理论,当散射体是电解质溶液时, 康普顿散射光子数与浓度的关系为:
此公式反映了散射体的康普顿散射的光子数 与电子密度间的关系
第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛
NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究
康普顿散射的主要应用:
康普顿散射密度测量技术(CSD) 康普顿散射成像技术(CSI) 康普顿轮廓分析技术(CSA) 康普顿轮廓在物理、化学等基础 学科上的相关应用
第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛
NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究
(三)电子结构计算分析 1、计算方法
基本理论依据:密度泛函理论(DFT) 计算软件:Mead A软件
2、计算结果
(1)优化后的水合离子的结构
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NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究
挑战杯结题报告
NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究
一、项目研究背景 二、项目研究内容 三、项目研究结果 四、总结
第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛
Hale Waihona Puke Baidu
NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究
一、项目研究背景
在材料当中应用康普顿散射来研究其相关性质 已逐渐趋于成熟,但目前利用康普顿散射来研究 溶液的相关性质还相对较少。本项目对康普顿散 射体(NaCl和KCl溶液 )的电子结构进行研究, 进而得出康普顿散射的微观机理,从而为溶液的 康普顿散射的影响因素的研究提供理论支持。
(1)优化后的Na的水合离子的结构
Na+(H2O)
Na+(H2O)2
Na+(H2O)3
Na+(H2O)4
Na+(H2O)5
Na+(H2O)6
第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛
NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究
(1)优化后的K的水合离子的结构
K+(H2O)
K+(H2O)2
K+(H2O)3
大家应该也有点累了,稍作休息
大家有疑问的,可以询问和交流
NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究
实验结果分析
NaCl和KCl溶液浓度与康普顿散射相对光 子数确实是成线性关系,验证了上述理论推 导的结论的正确性。
仔细比较图,发现二者拟合直线的斜率并 不相同。从理论上看,NaCl和KCl溶液的公 式完全一样,但是实验结果的斜率有较大差 别这是目前理论所不能解释的。
第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛
NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究
康普顿散射是指当X射线或γ 射线(光子)跟 散射体中电子相互作用,失去部分能量而导致波长 变长的现象。已有研究表明,康普顿散射相对光子 数与电子密度成正比
dN0f1f2edd K N()S(q Z ,Z)dV
NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究
四、总结
本项目通过对NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因 素研究,得到了如下结论:
1、从理论上推导了电解质溶液浓度与康普顿散射光子数 的关系。 2、分析已有实验结果,从电子结构角度研究拟合直线斜 率差异较大的原因。
3、结合电子结构的计算分析,得出NaCl和KCl溶液康普 顿散射 的微观机理,造成二者斜率差异的原因是散射体 电子结构差异较大引起的。
三、项目研究结果
2、NaCl溶液和KCl溶液康普顿散射的微观机理 :
NaCl溶液,随 着浓度的增加
电子数密度 增大
溶液浓度与康普顿散射相 对光子数之间近似成线性
关系
电子结构的差异
斜率差 异较大
KCl溶液,随 着浓度的增加
电子数密度 增大
溶液浓度与康普顿散射相 对光子数之间近似成线性
关系
第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛
4、除质量密度、散射衰减因子以及溶液的浓度外,电子 数密度是影响NaCl与KCl溶液康普顿散射光子数的主要因 素
第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛
Cl-(H2O)2
Cl-(H2O)3
Cl-(H2O)4
Cl-(H2O)5
Cl-(H2O)6
第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛
NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究
(1)优化后的Cl的水合离子的结构
Cl-(H2O)8
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NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究
H2O(H2O)4
Cl-(H2O)6
第十N四a+(届H2“O挑)6 战杯”全国大学生课外学术科K技+(H作2品O)竞6 赛
NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究
(2)水合离子的等效电荷(单位:e—正电子电荷量)
水合Na+的等效电荷
水合K+的等效电荷
水合Cl-的等效电荷
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NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究
三、项目研究结果
质量密度 散射衰 减因子 溶液的浓度
影响
康普顿散射光子数
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NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究
三、项目研究结果
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NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究
在确定的体积中康普顿散射光子数与溶液浓度的 关系最终可以看成是以下线性关系
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NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究
(二)实验上的验证
图1.1 散射角90°时(左)和120°(右)NaCl、KCl 溶液浓度与康普顿散射相对光子数的关系
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K+(H2O)4
K+(H2O)5
K+(H2O)6
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NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究
K+(H2O)8 第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛
NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究
(1)优化后的Cl的水合离子的结构
Cl-(H2O)
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