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Journal of Statistical Mechanics 2019发表论文：交叉路口处的交通动力学

bhwangustc 2020-3-10 12:04

Journal of Statistical Mechanics: JSTAT/2019/113403 Spatiotemporal evolution characteristics and phase diagrams of traffic dynamics at a crossroads Qi-Lang Li, Rui Jiang, Zhong-Jun Ding and Bing-Hong Wang 交叉路口处交通动力学的时空演化特征及相图

个人分类: 交通流及交通运输复杂系统研究|1608 次阅读|0 个评论

思维碎片（3）分子云的相图

qianlivan 2014-10-9 16:18

1. 恒星研究中最重要的工具之一就是赫罗图（颜色星等图），相当于是恒星的“相图”。其他天体也有相应的“相图”，如脉冲星的周期-周期变化率图，活动星系核的双色图等。 2. 分子云和分子云核或许也有相应的“相图”，例如质量-半径图，但通常质量正比于半径平方，也就是说柱密度为常数。不同柱密度的分子云位于不同斜率的序列。但这个图的问题在于区分度不高。所以或许可以使用质量-柱密度图、质量-密度图、消光（柱密度）-密度图。 3. 不过，或许分子云和分子云核的“相图”就是颜色星等图也说不定。

个人分类: 思考|2599 次阅读|0 个评论

9年前的热统报告4: “意义重大”

jitaowang 2012-3-17 07:07

9 年前的热统报告 4: “ 意义重大 ” 作者 : 王季陶这个题目不是我当时的原话 , 而是从最近的大亚湾报道中引用过来的 . 原报道说 : “ 大亚湾反应堆中微子实验国际合作组在北京宣布，发现了中微子的第三种振荡模式。此次发现意义重大，前两次中微子振荡的发现者都得到了诺贝尔奖 .” 正好在经典热力学领域以外 , 前两次取得进展的 Onsager 和 Prigogine 也都得到了诺贝尔奖 , 因此就把 “ 意义重大 ” 一词也用了过来 . 首先 “ 没有任何假定 , 热力学分类系统就完全变了 ”, 并且 “ 出现了一个叫 ‘ 非平衡非耗散热力学 ’ 的新领域 ”. 在新领域的体系中有一个 ( 或一组 ) 过程的熵产生是负的 , 而另一个 ( 或一组 ) 过程的熵产生是正的 , 两者相等相反结果就属于热力学第二定律的等式部分 , . 没有违反热力学第二定律 . 于是在这个新领域中就得到了非平衡相图 . 教科书上都说 : 相图就是平衡图 . 人家就 '将我的军'说 : “ 现在你说是 ‘ 非平衡相图 ’, 那就请你说说清楚 : 到底是 ‘ 平衡 ’ 还是 ‘ 非平衡 ’?” 对此很不容易回答 ! 国内有同行说 : “ 王季陶的相图和低压金刚石实验结果的符合情况是好得不得了 .” 连光谱的数据都能定量相符 . 我也不隐瞒 , 他的第二句话说 : “ 不知道他 ( 指王季陶 ) 是怎么算的 .” 不管怎样 , 我们的工作经得起实验的检验 . 这是最重要的 . 我们经过反复的认真考虑 , 知道热力学第二定律的等式部分有两种情况 : (i) 所有的过程都是平衡的 , 这是平衡热力学 , 计算的结果就是平衡相图 . 另一种就是非平衡非耗散热力学 . 其中的非自发过程的熵产生和自发过程的熵产生刚刚数值相等符号相反 , 整个体系的熵产生等于零 . 于是计算结果就是非平衡相图 ( 非平衡条件下的相平衡 ), 而且经过实验检验 , 理论和实验符合非常好 . … … 这一部分的录音放映时间约 8 分半钟 . 请点击以下录音文件的附件 : RT03-4a.MP3

个人分类: 现代热力学|3260 次阅读|0 个评论

AFM针的状态严重影响成像质量

热度 1 wangshu 2012-2-14 21:45

第一个针的Q曲线正常，励振电压0.3V，但扫高分辨相图成像质量很差，表现为曲线抖动厉害，不平滑，束手无策。换了一根针，Q曲线如前，相图立马正常了。很抱歉地说，这个事情我才发现两周，之前以为是膜不行，或者机器状态不行之类的。见笑。 AFM, SPA400; Station, SPI3800N; Tips, umash NSC15/AlBS (46N/m 325kHz).

个人分类: 化学|5568 次阅读|1 个评论

最“坚硬”的理论相图, 还坚硬不坚硬?

热度 4 jitaowang 2011-5-8 15:06

作者王季陶在前面我写过一篇博文 “ 20 世纪后期最 “ 坚硬 ” 的科学实验 --- 激活低压人造金刚石的科学发展史 ”. 由于金刚石一直是人们心目中的财富象征 . 人造金刚石探索也有上百年的历史 . 从 1938 年开始 , 罗西尼 (F.D. Rossini) 和耶瑟帕 (R.S. Jessup) 就根据金刚石和石墨的燃烧热 , 比热 , 压缩率 , 热膨胀系数等数据 , 推算了在 1200 K 以下的石墨和金刚石两相平衡曲线 . 此后勃欧曼 (R. Berman) 和西蒙 (F. Simon) 后来又作了一些修正 , 并用吉布斯自由能的变化 D G 作为两相平衡的基本判据 . 把石墨与金刚石两相平衡线外延推到 1200 K 以上 . 这就是在人造金刚石领域人们熟悉的勃欧曼 - 西蒙线 (Berman-Simon 线 ) . 其数学表达式为 D G 1 (kJ mol - 1 ) = { p (Pa) - } D V (m 3 × mol - 1 ) . 具体对石墨 C(gra) - 金刚石 C(dia) 转变反应 : C ( gra ) = C (dia), 根据热力学的数据表 , 石墨和金刚石的标准生成热和标准熵值,可以计算得到标准状况下反应的吉布斯自由能 D G 0 298 是 2.87 kJ × mol - 1 , 大于零 , 是一个非自发反应不可能自发进行 . 已知标准状况下两者的密度分别为 2.261 10 3 kg × m - 3 和 3.513 10 3 kg × m - 3 . 如果希望通过改变压强来使石墨转变金刚石的吉布斯自由能变为负值, 即要求 D G ( p ) 0, 通过就可以计算出所需的压强 . 结论是 : 必须 p 1.52 10 9 Pa, 约相当于大气压的 15000 倍 . 因此可以预言在高压下石墨有可能自发转变生成金刚石 . 在热力学的理论指导下 , 20 世纪 50 年代的高压人造金刚石的成功轰动了全世界 . 同时作为热力学理论指导也进一步完善 , 其中最有力的武器就是相图 . 以下就是一张元素碳的平衡相图 , 也可以称为人造金刚石的相图 ( 见图 1). 图 1 碳的平衡相图请看 1955 年催化高压法成功以后 , 又出现了高温高压法和爆炸法的人造金刚石技术 , 也都证实了这一 “ 坚硬 ” 的金刚石相图的正确性 . 因此也有一些热力学家就超前地预言 : 低压人造金刚石是不可能成功的 , 或者说 , 连试也不用试的 . 然而 , 实验才是检验理论是否符合客观规律的最高标准 . 约 1970 年以后前苏联学者 Deryaguin 等成功地得到了低压人造金刚石 ( 又称激活 CVD 法人造金刚石 ) 薄膜和细小的美丽晶体 , 西方学者嗤之以鼻称之为 “Alchemy( 点金术 )”. 日本学者 Setaka 等就按照前苏联学者的思路探索 , 到 1980 年果然也得到成功 , 1982 年也连续公开发表论文 , 而且工艺简单明确 . 但是对西方仍然很少有影响 . 1984 年美国 Roy 参观了 Setaka 实验室 , 亲眼看到了极其简单的实验装置 ( 见图 2) 又在显微镜下亲眼看到美丽的低压人造金刚石晶体 . 图 2 激活 CVD 法低压人造金刚石装置到 1986 年初 , Roy 就重复得到了低压人造金刚石 . 他没有马上发表论文 , 却是先 “ 炒作 ” 召开了记者招待会宣布了这一成果是真的 ! 他没有剽窃 , 而是说明 : 低压人造金刚石是前苏联和日本学者先做出来的 , 他是美国第一个重复出来的 . 接着当然是轰动全世界 , 这样的 “ 炒作 ” 对不对呢 ! 于是关键就是这张 “ 坚硬 ” 金刚石的相图 ( 图 1), 还 “ 坚硬 ” 不 “ 坚硬 ”? 从图 1 中可以清楚地看到 : 激活 CVD( 化学气相淀积 ) 法人造金刚石的实验区域是处于金刚石亚稳区 . 那么为什么不生长稳态的石墨而是生长亚稳态的金刚石呢 ? 诀窍在哪里 ? 就在 “ 激活 ” 两个字 ! 图 2 中就是一根 2400K 的钨丝 , 用来分解氢分子生成大量氢原子 ( 称为超平衡氢原子 , SAH, 即 Super-equilibrium Atomic Hydrogen). 每一个在低压人造金刚石领域中工作过的人都应该知道 : SAH 的存在是能够实现低压人造金刚石的关键 . 激活产生 SAH 的方法很多 , 图 2 的方法叫热丝法 , 还有微波法 , 射频法 , 等离子体法等等 , 总之必须从外部提供能量 , 不是一个平衡体系 . 显然图 1 的平衡相图是不适用的 . 关于低压人造金刚石的大量实验事实和理论的应用可以说就是我的 2002 年的一本英文专著 : 书名就是 “Nonequilibrium Nondissipative Thermodynamics with its application to low-pressure diamond synthesis”. 而如今在我的 “ 现代热力学 - 基于扩展卡诺定理 ” 的中英文版中 , 也都是用了第 6, 7, 8 章三章的篇幅来加以表述 . 在此只能简化到几句话 , 即通过定量化地计算得到了一系列适用于低压人造金刚石的非平衡相图 . 理论计算的非平衡相图和世界范围的大量可靠实验数据相符就是对我们理论的一个明确证明 . 在国际上也有明确的评价 . 以下仅仅列举一张对比图 , 见图 3. 图 3 图 3 的左面是我们 1997 年发表在 J. Materials Research 上的理论计算的碳氢氧三元体系的低压金刚石生长非平衡相图 . 图 3 的右面是英国学者 Aschfold 等在 2001 年发表在 PCCP 上的实验的碳氢氧三元体系的低压金刚石生长相图 . 显然他们并看到我们的论文工作 , 但是这丝毫没有影响 . 他们的实验工作完全证实了我们的理论工作 . 最“坚硬”的理论相图 , 还坚硬不坚硬 ? 答案是图 1 和图 3 等都是最“坚硬”的理论相图 , 前者适用于平衡条件下 , 后者适用于具体的非平衡条件下 , 都是坚硬的理论相图 ! 理论和实验相符 !

个人分类: 现代热力学|13762 次阅读|14 个评论

就从“非平衡相图”谈起

jitaowang 2010-5-12 08:01

1995 年计算并提出热力学的非平衡相图新概念可以说是一件大事。我相信这在热力学发展史中从来没有的。在经典热力学中是不可能有非平衡相图的。从那时起就有人在背后和当面说我你是反对热力学第二定律的！。这是某人或某些人的观点不要紧，却偏偏在一次全国会议上当面栽赃说：这是你自己说的！结果当众露馅，这是伪造的诬陷。全场一笑了之。最难能可贵的是：我们理论计算的金刚石低压生长的非平衡相图和世界范围的大量可靠实验数据相符。在我们理论工作发表后的大量可靠实验数据还进一步证实我的理论非平衡相图的正确性。对我们的激活低压金刚石气相生长的非平衡相图 , 海曼等 (B. Heimann, V. Raiko, V. Buck) 引用了我们的 5 篇非平衡相图的系列论文评价说 : 从热力学耦合模型中得到的投影（非平衡）相图对理解巴赫曼（经验）相图可能是具有决定性意义的 . 在国内 2000 年同样有评价说 : 我国目前在金刚石薄膜研究上已有创新 , 诸如在国际上首次提出的激活低压金刚石热力学耦合模型和非平衡定态相图的全新概念 , 都取得了令人瞩目的成果 . 2001 年戴达煌和周克崧等编著的低压金刚石专著中明确指出 : 用非平衡热力学计算的 C-H-O 三元体系的非平衡定态相图 , 与 Bachmann 总结的 C-H-O 三元相图相比 , 从涵盖面数据吻合上和学术意义上 , 作者认为非平衡定态相图比较完善、科学 , 对工艺的指导意义更具有说服力 . 注意非平衡相图不是非平衡相变。仅仅就非平衡相图这一新概念就是所有经典热力学书籍中不可能找到的。和大量可靠实验事实相符这一点就是必须大力发展现代热力学的有力证明。注: 参考文献见我的新书第一章

个人分类: 现代热力学|6648 次阅读|0 个评论

关于相图与结构的猜想（2）

jizw0704 2010-1-10 11:00

在做进一步考虑和猜想之前，先来看看这种科学研究的方法类比的方法。在量子力学方面，爱因斯坦曾创立光的波粒二象性理论，在之后不久的1923年，德布罗意通过类比的方法，大胆地提出了物质波的概念，即物质也具有波粒二象性，最终证明是正确的，并获得诺贝尔物理学奖，在这里，我们也可以大胆的提出这样的猜想相图与结构有特定的关系。对于一种材料，假设除温度外其它条件恒定的话，我们可以通过实验和计算机模拟的手段找到这样的一个对照表，即不同温度下发生的转变类型相图结构的对照表，我们以SiO 2 为例，如下图：（转变类型）（相图）（结构）就是说，以目前的技术手段，我们可以完成对某一种物质不同温度下的相图结构对照表，这样以来对我们的研究带来了极大的方便，也就是可以这样来看，当我们把元素周期表中的每一族中的每一种元素及其组成的主要化合物的对照表研究清楚，我们知道根据元素周期律，同族的元素会具有相似的对照形式，相邻的元素会具有相近的对照形式。把这某一种元素的对照表进一步完善每一阶段的性质，性能分析透彻，组装成册，冠之《标准对照表》，当我们需要某种性质的材料时，不需要大海捞针一样漫天找寻，只需要现在我们的对照表中找到相应的部分，便一目了然了，或者是想了解某材料具有什么样的性质或是不是具有这样的性质，也可以这样。甚至是，我们可以编写计算机程序帮助我们完成对比，从而极大的提高了工作效率和研究的精确度（完）。希望大家多多指教,谢谢！吉宗威

个人分类: 思考|3417 次阅读|0 个评论

关于相图与结构的猜想(1)

jizw0704 2010-1-5 20:06

相变是材料科学与技术中的一个重要的组成部分，材料是多种多样的，如金属，陶瓷，电子和磁性材料，高分子材料（聚合物）和复合材料。它们在制备和使用过程中的许多感念，现象和转变都惊人地相似，诸如相变机理，缺陷行为，平衡热力学，扩散，流变和断裂机理，界面精细结构与行为等等，作为共同点之一的相变是材料中的一个重要现象，相变常常赋予材料以有用的形态和微观结构。因此相变对于通过改变组织结构以获得所需性能的加工处理以及新材料，新工艺的研究开发具有重要的实际意义。可见相变与材料的结构是有关系的。那么什么是相和相变呢？相（phase）在物理化学领域内定义为系统中的任一均匀部分。所谓均匀部分是指化学成分，结构和性能相同的部分，材料中有各种各样的相，如纯组元，固溶体，化合物等，绝大多数材料是多相的，相与相之间以界面分隔，称为相界面，相的种类，形状，大小与分布的总和构成组织。而相变是指相与相之间的转变，或者说是母相到新相的变化过程。一般的相变过程包括三方面的变化：（1）晶体结构的变化（包括原子、离子或电子位置和位向改变）；（2）化学成分的变化；（3）某种物理性质的跃变（或有序程序的变化，包括原子的配位，电子结构的变化），在这三个变化中，只要发生了一种变化，就可以认为发生了相变。另外，还有一种广义上的相变，它和一般相变的区别在于把组织形体的变化归为相变。我们再看看相变的分类，其种类很多，常见的分类方法是根据热力学把相变分为一级、二级及高级相变，当我们注意到对于陶瓷学家来说，他们通常还按照结构的变化分为重构型相变和位移型相变，相变是在不伴随有离子长程扩散的情况下发生的，见下图：这样，我们又可以看见相变与材料的结构变化是有关系的。那么好了，现在大家已经承认了两个事实，第一个，相变与材料的结构有关系；第二个，相变与材料的结构变化有关系。这两个事实和我们讨论的问题有什么关系呢？再让我们一起看看相图吧，相图，也称相态图、相平衡状态图，是用来表示相平衡系统的组成与一些参数（如温度、压力）之间关系的一种图。它在物理化学、矿物学和材料科学中具有很重要的地位。原来相图是和相变密切联系在一起的，是不是说明相图和结构也有上述的联系呢？(待续) 吉宗威

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