两种金属的势能曲面特征及与玻璃形成能力的关系

运用分子动力学模拟方法,采用镶嵌原子势,研究了金属cu和Ni。Al在发生玻璃转变过程中的势能曲面．我们计算了两种金属的内在结构（Inherent Structure简称Is）,发现它们的内在势能在整个降温区间分为三个阶段：高温时,内在势能在一个较高的能量值附近波动;当系统的温度降低到熔点温度（h）时,内在势能大幅度减小;当体系温度降到玻璃转变温度（Tg）时,内在势能变得平稳．本文将Cu,Ni3A1和Lennard-Jones Binary Mixtures（BMLJ）液体的内在势能进行了比较,发现金属势能曲面与BMLJ液体的势能曲面存在明显的差异,与BMLJ液体相比,Cu和Ni3A1在高低温的内在势能差值很小,尤其是Cu的内在能量几乎不随温度变化,其差值的大小反映了液体的动力学性质的强弱．文章统计了cu和Ni3Al在不同温度下内在能量的概率分布,并计算了两种金属内在结构的海森矩阵特征值的概率分布,发现Ni3A1的势能曲面比Cu的势能曲面更粗糙,更易形成非晶．我们提出了一个由势能曲面计算流变激活能的新方法,并计算了Cu和Ni3A1的流变激活能,发现它们的激活能都随着温度的降低而升高,但是Ni3A1的激活能随温度降低升高得更快,在玻璃转变点附近,Ni3Al的激活能比Cu的激活能要高,这与Ni3Al比Cu有更好的玻璃形成能力有着密切的联系．金属的势能曲面的特征决定了金属的玻璃形成能力．     

降温过程对Au_(24)Cu_(19)合金团簇结构变化影响

采用基于嵌入原子法的正则系综NVT分子动力学方法在原子尺度上计算了包含24个金原子和19个铜原子的Au24Cu19双金属团簇在急冷和连续降温过程中的结构演化.根据原子平均势能、主要原子键对数目以及原子堆积结构随温度的变化表明,随着温度的降低,团簇表现为铜原子在内,金原子和少量铜原子包覆在外的构型.在温度被降低到较高温度区间时,急冷降温过程中,键对数目呈高-低振荡变化;连续冷却过程中,键对数目则呈低-高振荡变化.在温度较低的区间,直至400 K,这两个冷却条件下的键对数目表现为同步变化.     

降温过程对Au24Cu19合金团簇结构变化影响

采用基于嵌入原子法的正则系综NVT分子动力学方法在原子尺度上计算了包含24个金原子和19个铜原子的Au24Cu19双金属团簇在急冷和连续降温过程中的结构演化.根据原子平均势能、主要原子键对数目以及原子堆积结构随温度的变化表明，随着温度的降低，团簇表现为铜原子在内，金原子和少量铜原子包覆在外的构型.在温度被降低到较高温度区间时，急冷降温过程中，键对数目呈高-低振荡变化；连续冷却过程中，键对数目则呈低-高振荡变化.在温度较低的区间，直至400K，这两个冷却条件下的键对数目表现为同步变化.     

金纳米颗粒与表面活性剂相互作用的XAFS研究

利用同步辐射X射线吸收精细结构谱学(XAFS)等技术研究了不同种类表面活性剂对反应生成的金纳米颗粒的原子和电子结构的影响.XAFS和电镜结果表明三苯基膦、十二胺和十二硫醇3种表面活性剂与金纳米颗粒的相互作用依次增强,三苯基膦分子中的P原子与金纳米颗粒表面的Au原子产生弱的物理吸附,生成的金纳米颗粒的尺寸为7.2 nm;而十二胺和十二硫醇则分别以头基N原子和头基S原子与金纳米颗粒表面的Au原子形成强的Au—N和Au—S共价键,有效地阻止金纳米颗粒的长大和聚集,其颗粒尺寸为3.1 nm.同时,金纳米颗粒中第一近邻Au—Au键长由三苯基膦的2.82减小到十二硫醇的2.79,相应的配位数则由11.3减少为10.1,这是由于十二硫醇与纳米颗粒具有强的相互作用导致.XAFS的近边谱表明在十二硫醇覆盖的情况下可以观察到明显的表面Au原子的电子转移现象.     

硅功能化石墨烯负极材料的最优化初始构形

硅功能化石墨烯作为锂离子电池的阴极材料,其最优化的初始构形会提高电池的可逆容量、充放电速率和使用寿命.文中应用分子动力学方法,采用Tersoff势函数与LJ势函数,结合速度形式的Verlet算法,对硅功能化石墨烯进行了弛豫和拉伸等力学性能模拟,提出了材料最优化的构形.通过对不同硅原子分布、不同硅碳比、不同空位缺陷率、不同拉伸速度和不同温度对材料的体积、势能、弹性模量、拉伸应变、强度等性能的影响进行了模拟.研究表明,硅原子随机分布时的系统势能最大,体积变化介于横向分布和交叉分布之间,模型的力学性能参数也最高;硅原子数目越多,模型表面褶皱越明显,系统的势能越低,体积也越大;当硅碳比为3.28%时,力学性能参数最大;空位缺陷率越大,模型系统势能越高,体积越大;当缺陷率为1%时,材料的力学性能参数最高;力学性能参数随着拉伸速率和拉伸温度的变大而减小;当速率为0.5 nm·s~(-1),温度为300 K时,材料的力学性能最好.     

Au纳米团簇熔点的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟纳米金的升温熔化过程,利用径向分布函数(RDF)、势能一温度函数、键对分析法,得到熔点.比较计算结果与实验值,得到不同方法的特点.径向分布函数法能明显看出团簇由有序向无序变化的趋势,但不能准确得出其熔点所在;势能一温度函数法基于团簇原子间距在熔点附近会发生阶跃变化这一微观原理,能够较准确给出团簇熔点;键对分析法是根据团簇从固态向液态转变过程中,其微观构型会发生较大变化,从而得出团簇熔点.     

银纳米杆中原子能量分布特征的分子动力学研究

采用分子动力学方法和嵌入原子法（EAM）多体势函数,模拟研究了银纳米杆能量分布特征在不同温度直到熔化过程中的变化。结果显示：纳米杆中原子的势能分布曲线呈现多个分立的峰;随着温度的变化,分布曲线各个峰的位置保持不变,但峰高和峰宽明显变化;纳米杆熔化后这种能量分布特征完全消失,只有一个宽化的峰。模拟结果分析表明：纳米杆中原子势能分布曲线中每个峰对应于一定的最近邻原子数,纳米杆中每个原子的势能所处峰位由其最近邻原子数决定,偏离峰值程度则由其次近邻原子数决定。     

X80钢曲面对接焊缝残余应力尺寸效应

以试验测得的X80钢高温性能参数为基础建立了曲面对焊结构仿真模型,并进行了试验验证,研究了曲面外径、曲面壁厚和焊缝宽度等尺寸效应对曲面对接焊缝残余应力分布的影响规律。结果表明：曲面外径、曲面壁厚和焊缝宽度的变化均会对曲面对接焊缝残余应力的分布规律产生影响;随着曲面径向截面面积的增大,焊趾处径向残余拉应力逐渐增大,残余压应力峰值逐渐减小;曲面径向截面面积和焊缝宽度的增加,均会引起焊趾处残余拉应力峰值的增大并导致曲面对焊结构中焊接残余应力水平的升高,降低结构整体的耐腐蚀性能和疲劳性能;在选用曲面壁厚小于4 mm的曲面结构进行工程设计时,焊接残余应力分布对壁厚的变化十分敏感,极易导致结构内部残余拉应力的增大并产生应力集中区域。     

129Xeq+入射金属表面激发的X射线谱

用高电荷态离子¹²⁹Xe^q+ (q=25, 26, 27)轰击金属Au表面, 产生Au原子的特征X射线谱. 实验结果表明, 足够高的电荷态低速离子激发靶表面原子, 无需很强的束流强度(nA量级), 便可有效地产生重原子的特征X谱线(Au, Ma), 单离子X射线产额可达10^-8量级, 特征X射线的产额随入射离子的动能和势能(电荷态)的增加而增加. 通过Au原子Ma的特征X射线谱, 利用Heisenberg 不确定关系对Au原子的第N能级寿命进行了估算.     

Pd-Pt团簇升温过程中Pd原子偏析的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟初始结构为二十面体Pd13Pt134,Pd55Pt92升温过程,研究发现团簇升温过程中内层Pd原子向外偏析,且原子分布位置和数量对升温过程中的热力学性质有影响.Pd55Pt92团簇的势能曲线在720~880K之间向下跃变,而Pd13Pt134团簇的势能曲线异常波动出现在980K附近.对Pd13Pt134的进一步研究表明Pd原子的位置是导致势能曲线异常的主要原因,Pt原子掺在核心层时势能曲线在升温过程中上升,而Pt原子掺在第二层时势能曲线出现异常变化,在900K处出现向下跃变.分析发现Pt原子在不同位置层的势能差别是导致势能曲线异常变化的主要原因.     

玻璃转变时非晶合金微观结构演变的新进展

在玻璃转变时,金属玻璃只吸收少量热量(与结晶化相比)却引起其物理和力学性能的巨大变化.为了研究玻璃转变时的原子结构演变,采用原位同步辐射X射线的方法测定了在温度连续变化的情况下Zr-Cu-Al金属玻璃的结构函数.纵观本研究:该材料原子级的热膨胀比宏观热膨胀要小,而且在玻璃转变温度以上时明显增大;超过玻璃转变温度时,最近邻原子对中键长较长的原子对数量的变化率!N/N0(N0代表原子对的数量)明显变大.此类现象既可以用我们建立的过渡区链接团簇的非晶原子结构模型解释,又有力地支持此模型.该模型包含三个主要部分:1)原子紧密结合的团簇;2)团簇之间的自由体积;3)连接团簇的过渡区.     

Y2O3掺杂对钛酸锶钡基陶瓷结构及介电性能的影响

采用固相反应方法制备出（1-x）Ba 0.2Sr0.8Ti0.98Zn0.04O3＋xY2O3（x=0,0.02,0.025,0.03）陶瓷材料,并研究Y2O3掺杂对BST-Zn陶瓷样品结构和介电性能的影响,得到以下结论：（1）一定量的Y2O3掺杂,可使BST-Zn陶瓷的晶胞体积增大,晶粒尺寸减小;（2）频率为10Hz时,当掺入2%Y 2 O 3时,ε＆#39;最大值可达到885,此时介电损耗为0.024;（3）Y 2 O 3掺入使得低温的弥散相变转化向极化玻璃化转变,并在250K和350K附近出现新的弛豫过程.     

多孔SiO2凝胶玻璃的孔结构研究

以正硅酸乙酸为原料采用Ｓｏｌ－Ｇｅｌ方法制备了多孔ＳｉＯ２凝胶玻璃，研究了各种工艺因素如温度、溶剂（水、乙醇）、老化干燥条件等因素对孔径分布的影响，用电子显微方法分析了凝胶颗粒结构，采用ＤＴＡ、ＸＲＤ研究了高温下凝胶玻璃的结构情况。     

室温溅射掺铝氧化锌薄膜的微结构及其光学性能

以硝酸铝晶体和氧化锌粉末为原料,Al和Zn摩尔比为3：100,制备了相对密度为96%、电阻率为2.5×10^-2Ω·cm的掺铝氧化锌（AZO）陶瓷靶材.采用直流磁控溅射法,室温条件下,在玻璃基片上制备了AZO透明导电薄膜.利用扫描电镜和X射线衍射分析了薄膜的微结构.薄膜晶粒尺寸大,分布均匀,可见光透过率为89.92%,光学带隙Eg为2.18 e V,Urbach能量Eu为3.9e V,折射率n随波长的增大,先减小后增大,最后趋于稳定.     

^129Xe^30＋入射Au靶表面的X射线辐射

当不同动能（350-600keV）高电荷态离子129Xe30＋入射Au表面过程中,发出了1.65keV的X射线和靶原子的Mα特征X射线.分析表明：高电荷态离子与Au表面相互作用过程中,Xe离子3d壳层的电子被激发,形成空穴,4f电子偶极跃迁辐射1.65keVM-X射线.同时,靶原子Au的3s电子被激发,退激辐射M-X射线.利用经典过垒模型解释了Xe的M-X射的产额随入射离子的动能增加而减小,靶原子的特征X射线产额随入射离子的动能增加而增加的原因.     

ZrCuAlMo大块非晶的制备及热稳定性研究

通过铜模吸铸法制备（Zr47Cu44Al9）100-xMox（x=0,1,2,3）大块非晶合金.利用X射线衍射、差热分析等,研究分析添加Mo对Zr47Cu44Al9合金非晶形成能力及热稳定性的影响.结果表明,Mo的添加量为2%时,合金具有最大的非晶形成能力,纯非晶试样的临界尺寸从4mm增大到6mm以上,8mm的样品只有微弱的衍射峰.Mo提高非晶形成能力的原因主要是抑制引起异质形核的CuZr相的析出与长大.利用Kissinger方法计算得到的其玻璃转变激活能Eg为278.57kJmol-1、晶化激活能Ex为392.46kJmol-1、晶化峰值的激活能Ep为376.97kJmol-1.与原合金相比,晶化激活能与晶化峰值激活能的数据都增大,说明Mo的添加不仅提高了原合金的非晶形成能力,同时也增强了合金的热稳定性.     

单分散水性硫普罗宁包覆金纳米粒子可控制备

利用紫外-可见光谱（UV-vis）、X衍射（X-ray Diffraction,XRD）和透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope,TEM）等研究小尺寸水溶性金纳米粒子的可控制备.在乙酸和甲醇（体积比为1：6）的混合系统中,通过NaBH4对三水氯金酸还原,将硫普罗宁分子包覆到金纳米粒子表面,得到尺寸可控、稳定的硫普罗宁包覆的金纳米粒子水溶胶.通过控制金与硫普罗宁的摩尔比（Au/S比）,金纳米粒子的尺寸能够在2~8nm范围内得到有效控制.本文中,当Au/S比分别为1：3,1：1和3：1时,所合成的金纳米粒子的尺寸分别为（2.8±0.3）,（4.0±0.3）,（6.1±0.4）nm.     

Si在Au(111)面的电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于第一性原理,对Si原子在Au(111)表面和体内掺杂的电子结构和光学性质进行了比较研究。结果表明,在Au(111)体内掺杂时,Si原子与周围六个Au原子成键,p电子更局域。电荷密度分析表明,掺杂Si后,Au原子周围的电子密度明显减少,而SiAu原子之间的电子密度明显增加,电子由Au原子向SiAu原子之间转移。通过计算Mul-liken键级表明,SiAu原子之间形成共价键,表面掺杂时的SiAu键级比体内大。吸收谱的计算表明,在体内掺杂Si原子时的吸收谱明显增强。     

Mechanism of Ag and Al on improving the glass forming ability of CuZr-based alloys

By a mean field theoretical computation,the equilibrium distributions of additional Ag and Al in the crystalline phase of CuZr-based alloys were determined to occupy the two sublattices of the B2 structure randomly.With the molecular dynamics technique,the effects of Ag and Al on the enthalpy difference(ΔH) between the supercooled melt and the crystalline phase were evaluated.The improved glass forming ability of Cu45Zr45Al10 and Cu45Zr45Ag10 can be attributed to their remarkably smaller ΔH than that of CuZr.The calculated diffusion coefficients are more sensitive to the atomic weight of the component atoms than to their interaction strength.As the component atom with the largest mass,the additional Ag increases the viscosity of the supercooled melt significantly and the experimentally stronger glass formation ability of Cu45Zr45Ag10 than Cu45Zr45Al10 can be well understood.     

铁基金属玻璃涂层在无铅钎料中的耐腐蚀性及机理

选用Fe基非晶合金粉末(含有Cr、Mo、Ni、P、B、Si),采用等离子喷涂方法在Q235基体上制备了金属玻璃涂层.在自行设计的腐蚀实验装置中将Q235钢、1Cr18Ni9Ti不锈钢和覆有Fe基金属玻璃涂层的Q235钢浸入450,℃的高温液态无铅钎料Sn-3.5,Ag-0.5,Cu中进行腐蚀,利用扫描电子显微镜微观分析了腐蚀后的微观形貌及腐蚀产物.研究结果表明:相同实验条件下,Q235钢和1Cr18Ni9Ti不锈钢表面均腐蚀严重,断面微观组织分为钎料层、腐蚀层和基体层.其中Q235钢的腐蚀剧烈,腐蚀层成分为FeSn2;1Cr18Ni9Ti不锈钢腐蚀较严重,腐蚀层成分为(Fe,Cr)Sn2.Q235基体表面的Fe基金属玻璃涂层腐蚀前后断面微观形貌变化不大,没有出现明显的腐蚀分层,表现出了非常好的耐高温无铅钎料腐蚀的能力.