挑战杯结题报告

挑战杯结题报告一、项目研究背景二、项目研究内容三、项目研究结果四、总结NaCl和KCl溶液康普顿散射得影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛一、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得相关性质还相对较少。本项目对康普顿散射体(NaCl和KCl溶液)得电子结构进行研究,进而得出康普顿散射得微观机理,从而为溶液得康普顿散射得影响因素得研究提供理论支持。NaCl和KCl溶液康普顿散射得影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛

康普顿散射就是指当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得现象。已有研究表明,康普顿散射相对光子数与电子密度成正比

此公式反映了散射体得康普顿散射得光子数与电子密度间得关系NaCl和KCl溶液康普顿散射得影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛康普顿散射成像技术(CSI)康普顿散射密度测量技术(CSD)康普顿散射得主要应用:康普顿轮廓分析技术(CSA)康普顿轮廓在物理、化学等基础学科上得相关应用NaCl和KCl溶液康普顿散射得影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛二、项目研究内容理论推导分析实验结果电子结构计算NaCl和KCl溶液康普顿散射得影响因素研究NaCl和KCl溶液康普顿散射得影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛(一)理论推导

根据康普顿散射理论,当散射体就是电解质溶液时,康普顿散射光子数与浓度得关系为:NaCl和KCl溶液康普顿散射得影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛

在确定得体积中康普顿散射光子数与溶液浓度得关系最终可以看成就是以下线性关系图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得关系NaCl和KCl溶液康普顿散射得影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛(二)实验上得验证实验结果分析

NaCl和KCl溶液浓度与康普顿散射相对光子数确实就是成线性关系,验证了上述理论推导得结论得正确性。

仔细比较图,发现二者拟合直线得斜率并不相同。从理论上看,NaCl和KCl溶液得公式完全一样,但就是实验结果得斜率有较大差别这就是目前理论所不能解释得。NaCl和KCl溶液康普顿散射得影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛(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:MeadA软件2、计算结果(1)优化后得水合离子得结构NaCl和KCl溶液康普顿散射得影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点NaCl和KCl溶液康普顿散射得影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛Na+(H2O)6Na+(H2O)5Na+(H2O)2Na+(H2O)4Na+(H2O)Na+(H2O)3(1)优化后得Na得水合离子得结构NaCl和KCl溶液康普顿散射得影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛K+(H2O)6K+(H2O)5K+(H2O)2K+(H2O)4K+(H2O)K+(H2O)3(1)优化后得K得水合离子得结构NaCl和KCl溶液康普顿散射得影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛K+(H2O)8NaCl和KCl溶液康普顿散射得影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛Cl-(H2O)6Cl-(H2O)5Cl-(H2O)2Cl-(H2O)4Cl-(H2O)Cl-(H2O)3(1)优化后得Cl得水合离子得结构NaCl和KCl溶液康普顿散射得影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛Cl-(H2O)8(1)优化后得Cl得水合离子得结构H2O(H2O)4Cl-(H2O)6NaCl和KCl溶液康普顿散射得影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛Na+(H2O)6K+(H2O)6

水合K+得等效电荷

水合Cl-得等效电荷NaCl和KCl溶液康普顿散射得影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛(2)水合离子得等效电荷(单位:e—正电子电荷量)水合Na+得等效电荷三、项目研究结果质量密度散射衰减因子溶液得浓度

康普顿散射光子数影响NaCl和KCl溶液康普顿散射得影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛三、项目研究结果NaCl和KCl溶液康普顿散射得影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛三、项目研究结果2、NaCl溶液和KCl溶液康普顿散射得微观机理:NaCl溶液,随着浓度得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KCl溶液,随着浓度得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得差异斜率差异较大NaCl和KCl溶液康普顿散射得影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛四、总结

本项目通过对NaCl和KCl溶液康普顿散射得影响因素研究,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得关系。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得原因。3、结合电子结构得计算分析,得出NaCl和KCl溶液康普顿散射得微观机理,造成二者斜率差异得原因就是散射体电子结构差异较大引起得。4、除质量密度、散射衰减因子以及溶液得浓度外,电子数密度就是影响NaCl与KCl溶液康普顿散射光子数得主要因素NaCl和KCl溶液康普顿散射得影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛非常感谢各位评委老师！NaCl和KCl溶液康普顿散射得影响因素研究第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛(二)近似处理1、溶液密度、电子数密度与浓度x得关系结论:随着浓度得增加,密度近似为线性增加注:26、47%和25、37%分别为NaCl和KCl饱和溶液得浓度NaCl和KCl溶