挑战杯结题报告PPt

1、NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究重庆师范大学物理与电子工程学院作者：朱令 郭姚 李柳清 田瑶指导老师：罗光 博士 副教授第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛一、项目研究背景一、项目研究背景二、项目研究内容二、项目研究内容三、项目研究结果三、项目研究结果四、总结四、总结NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届第十四届“挑战杯挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛全国大学生课外学术科技作品竞赛一、项目研究背景一、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

2、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。NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届第十四届“挑战杯挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛全国大学生课外学术科技作品竞赛 康普顿散射是指当X射线或 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 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NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届第十四届“挑战杯挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛全国大学生课外学术科技作品竞赛01

3、2( )( ,)KNedS q ZdNf fdVdZ康普顿散射成像技术康普顿散射成像技术(CSI)康普顿散射密度测量技术（康普顿散射密度测量技术（CSD)康普顿散射的主要应用：康普顿散射的主要应用：康普顿轮廓分析技术康普顿轮廓分析技术(CSA)康普顿轮廓在物理、化学等基础康普顿轮廓在物理、化学等基础学科上的相关应用学科上的相关应用NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届第十四届“挑战杯挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛全国大学生课外学术科技作品竞赛二、项目研究内容二、项目研究内容理论推导理论推导分析实验结果分析实验结果电子结构计算电子结构计算NaCl和和KCl溶液康普顿溶液康普

4、顿散射的影响因素研究散射的影响因素研究NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届第十四届“挑战杯挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛全国大学生课外学术科技作品竞赛（一）理论推导（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：NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届第十四届“挑战杯挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛全国大学生课外学术科技作品竞赛 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图图1.1 1.1 散射角散射角9090时（左）和时（左）和120120（右）（右）NaClNaCl、KClK

5、Cl溶液浓度与康普顿散射相对光子数的关系溶液浓度与康普顿散射相对光子数的关系NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届第十四届“挑战杯挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛全国大学生课外学术科技作品竞赛（二）实验上的验证（二）实验上的验证实验结果分析实验结果分析 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斜率并不相同。从理论上看，并不相同。从理论上看，NaCl和KCl溶液的公公式完全一样，但是实验结果的斜率有较大差式完全一样，但是实验结果的斜率有较大差别别这是目前理论所不能解释的目前理

6、论所不能解释的。 NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届第十四届“挑战杯挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛全国大学生课外学术科技作品竞赛（三）电子结构计算分析（三）电子结构计算分析1、计算方法、计算方法基本理论依据：密度泛函理论（基本理论依据：密度泛函理论（DFTDFT）计算软件：计算软件：Mead AMead A软件软件 2、计算结果、计算结果（1 1）优化后的水合离子的结构）优化后的水合离子的结构NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届第十四届“挑战杯挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛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

7、究第十四届第十四届“挑战杯挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛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 1）优化后的）优化后的NaNa的水合离子的结构的水合离子的结构NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届第十四届“挑战杯挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛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 1）优化后的）优化后的K K的水合离子的结构的水合离子的结构NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响

8、因素研究第十四届第十四届“挑战杯挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛全国大学生课外学术科技作品竞赛K+(H2O)8NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届第十四届“挑战杯挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛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 1）优化后的）优化后的ClCl的水合离子的结构的水合离子的结构NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届第十四届“挑战杯挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛全国大学生课外学术科技作品竞赛Cl-(H2O)8（1 1）优化后的）

9、优化后的ClCl的水合离子的结构的水合离子的结构H2O（H2O）4Cl-(H2O)6NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届第十四届“挑战杯挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛全国大学生课外学术科技作品竞赛Na+(H2O)6K+(H2O)6 水合水合K K+ +的等效电荷的等效电荷水合水合ClCl- -的等效电荷的等效电荷NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届第十四届“挑战杯挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛全国大学生课外学术科技作品竞赛（2 2）水合离子的等效电荷（单位：）水合离子的等效电荷（单位：ee正电子电荷量）正电子电荷量）水合NaNa+ +的等效电荷的

10、等效电荷三、项目研究结果三、项目研究结果质量密度质量密度散射衰散射衰 减因子减因子溶液的浓度溶液的浓度 康普顿散射光子数康普顿散射光子数影响影响NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届第十四届“挑战杯挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛全国大学生课外学术科技作品竞赛三、项目研究结果三、项目研究结果NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届第十四届“挑战杯挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛全国大学生课外学术科技作品竞赛三、项目研究结果三、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电子数密度增大增大溶液浓度与康

11、普顿散射相溶液浓度与康普顿散射相对光子数之间近似成线性对光子数之间近似成线性关系关系KCl溶液，随着浓度的增加电子数密度电子数密度增大增大溶液浓度与康普顿散射相溶液浓度与康普顿散射相对光子数之间近似成线性对光子数之间近似成线性关系关系电子结构的差异电子结构的差异斜率差斜率差异较大异较大NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届第十四届“挑战杯挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛全国大学生课外学术科技作品竞赛四、总结四、总结 本项目通过对本项目通过对NaCl和和KCl溶液康普顿散射的影响因溶液康普顿散射的影响因素研究，得到了如下结论素研究，得到了如下结论:1、从理论上推导理论上推导了

12、电解质溶液浓度与康普顿散射光子数的关系。2、分析已有实验结果实验结果，从电子结构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。4、除质量密度、散射衰减因子以及溶液的浓度外，电子电子数密度数密度是影响NaCl与KCl溶液康普顿散射光子数的主要因素NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届第十四届“挑战杯挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛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第十四届第十四届“挑战杯挑战杯

13、”全国大学生课外学术科技作品竞赛全国大学生课外学术科技作品竞赛（二）近似处理（二）近似处理1 1、溶液密度、电子数密度与浓度、溶液密度、电子数密度与浓度x x的关系的关系结论：随着浓度的增加，密度近似为线性增加结论：随着浓度的增加，密度近似为线性增加注：26.47%和25.37%分别为NaCl和KCl饱和溶液的浓度NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届第十四届“挑战杯挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛全国大学生课外学术科技作品竞赛2 2、射线衰减因子和、射线衰减因子和KClKCl、NaClNaCl溶液浓度溶液浓度的关系的关系注：这里以一个单位的距离代替了入（出）射光在散射体中经过的距离注：这里以一个单位的距离代替了入（出）射光在散射体中经过的距离d NaCl和KCl溶液康普顿散射的影响因素研究第十四届第十四届“挑战杯挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛全国大学生课外学术科技作品竞赛3 3、不同浓度的、不同浓度的NaClNaCl、KClKCl溶液水分子与离子个数之溶液水分子与离子个数之比比( (以以100g100g溶液计溶液计) )结论：溶液浓度