人造金刚石金属包覆膜内γ(FeNi)(111)与Fe3C(004)晶面上原子匹配关系与电子密度分析

用透射电子显微镜(TEM)检测了高温高压下铁基触媒合成金刚石外的金属薄膜，发现存在大量的合金相γ(FeNi)与高碳相Fe3C，但未发现石墨与金刚石结构．γ(FeNi)(111)晶面与Fe3C (004)晶面上的原子有对应匹配关系．应用余氏理论(EET)计算了γ(FeNi)/Fe3C界面的共价电子分布，发现一级近似下两晶面的平均共价电子密度(简称电子密度)连续，符合程氏理论(TFDC)提出的“相邻晶面电子密度连续”的原子边界条件．分析认为，γ(FeNi)与Fe3C分别是金属薄膜中形成金刚石的催化相和过渡相．     

γ-Fe(111)，Co(0001)，Ni(111)，C(0001)晶面电子密度计算及触媒作用优劣的价电子结构分析

由于Fe,Co,Ni元素密集面上的原子与石墨层面上单号原子间距相近,常用作触媒,使石墨在较低压力和温度下直接转化为金刚石,异相界面上电子密度的大小和差异直接影响其结合能力.笔者应用余瑞璜教授的固体与分子经验电子理论,对Fe,Co,Ni,C的价电子结构进行了键距差(BLD)分析,发现γ-Fe处于B种杂化第12阶, Co 在第12 阶,Ni在第10 阶,C在第6 阶.计算出γ-Fe(111),Co(0001),Ni(111),C(0001)晶面的平均共价电子密度(简称电子密度)分别为38.272 8 nm - 2,54.603 5 nm - 2,54.766 6 nm - 2,76.334 0 nm - 2.作为触媒,Co 和Ni优于Fe.     

铁铝化合物/碳化钛复合材料的界面电子结构

金属间化合物高温性能优异,并可通过裂纹桥连作用改善韧性,它与陶瓷形成的复合材料具有优异的力学性能.文中利用固体与分子经验电子理论,研究了B2结构FeAl金属间化合物与Bl结构TiC陶瓷两相的界面电子结构.经价电子结构计算得到,B2结构FeAl相有26种原子组态,B1结构TiC相有20种原子组态.采用晶面共价电子密度模型,计算了各种原子组态下FeAl相(100),(110)和(200)晶面,以及TiC相(100),(110)和(111)晶面的共价电子密度.结果表明,FeAl的(100),(200)晶面与TiC的三个晶面上的电子密度值差别均较大,而FeAl的(110)晶面与TiC的(100)晶面上电子密度在一级近似范围内是连续的.采用适当的制备工艺使复合材料中存在更多的(110)FeAl∥(100)TiC界面,有可能使这种复合材料具有更为优异的力学性能.     

Si促进C、Mn枝晶偏析的价电子理论分析

利用固体与分子经验电子理论建立了团球γ-(Fe,Mn)3C共晶体增强奥氏体γ钢基自生复合材料(EAMC)初生奥氏体枝晶的价电子结构.在提出晶胞对溶质原子的"键约束因子"δi概念的基础上,结合元素平衡分配系数k0的统计物理定义,得出δi愈大,原子固相位垒QS愈大,则原子愈容易由固液界面向液相扩散,k0增大;反之,k0减小的观点.据此解释了Si促进EAMC凝固过程中C、Mn元素(k0<1)枝晶偏析的原因:Si的加入使EAMC初生奥氏体枝晶中δC、δMn较小的γ-Fe-C-Si与γ-Fe-C-Mn-Si晶胞的相对数量增加,δC、δMn较大的γ-Fe-C-Mn晶胞减少,降低了C、Mn元素的QS.     

余氏理论中原子平均共价电子密度研究

在价电子理论中提出了原子平均共价电子密度的概念 ,计算了马氏体中典型结构单元内各晶面上的原子平均共价电子密度 .研究表明 :在相邻晶面上的原子平均共价电子密度应连续是不同结构类型单元相邻的必要条件 ,把此条件应用于余氏理论的价电子结构计算中 ,可以消除或减少多重解 .     

Fe-Ni合金中相能量的修正嵌入原子法计算

运用修正嵌入原子法(MEAM)系统地研究了Fe-Ni合金中,面心立方和体心立方两种结构的有序相和无序相能量.在用MEAM计算无序相能量时,引入原子占据某一阵点的几率与成分的等同关系.计算结果表明,α(bcc)和γ(fcc)两种无序相在347°C时的平衡原子分数分别为8.6%Ni和31.5%Ni,与相图基本符合.基于3种有序相的能量计算,可预期FeNi3最稳定,FeNi次之,而Fe3Ni最不稳定,这与文献报道的实验结果相符.     

含合金元素γ-Fe晶胞价电子结构及其对相变过程的影响

利用固体与分子经验电子理论,对奥氏体中含合金元素γ-Fe晶胞的价电子结构进行了计算分析.结果表明,合金元素溶入γ-Fe晶胞后,其价电子结构发生了较大变化,Fe原子杂化态向较高杂阶迁移,其相结构因子均有不同程度的增加.同时晶胞内形成了由强键组成的八面体结构,阻碍了原子的移动,使得γ-Fe晶胞在相变过程中产生"类拖曳效应",提高过冷奥氏体的稳定性,亦会延缓马氏体相变的进程.     

Ni-Fe-(Zr)-Si-B非晶合金的等温晶化与结构转变

采用旋铸急冷工艺在大气环境中制备出了(Ni0.75Fe0.25)78-xZrxSi10B12(x=0、8)非晶合金带材.X射线衍射分析表明样品为完全非晶.采用Diamond TG/DTA差热分析仪测量非晶薄带的热稳定性及其相关参数Tg、Tx、Tm等.根据DTA结果分析,(Ni0.75Fe0.25)78Si10B12非晶合金退火温度为695、715、7457、65 K.在715 K和745 K退火时,非晶基体上析出单一的-γ(Fe,Ni)固溶体,平均晶粒尺寸分别约为10.3 nm和18.5 nm,在765 K退火后的结晶相为-γ(Fe,Ni)固溶体以及Fe2Si,Ni2Si和Fe3B.(Ni0.75Fe0.25)70Zr8Si10B12非晶合金退火温度为810、825、845、855、865、920 K,退火后不能在非晶基体上析出单一的晶化相,晶化析出相为-γ(Fe,Ni)固溶体以及Ni21Zr2B6,Fe5Si3,Ni3Zr和一些未知相.     

MPCVD金刚石薄膜形貌与晶向

以甲烷、氢气做为气源,利用微波等离子气相沉积的方法在硅片上沉积金刚石薄膜。研究了不同浓度的甲烷对金刚石薄膜形貌和晶向的影响。结果表明:当甲烷浓度为2.44%时,金刚石薄膜晶粒尺寸小,晶形较差,晶面取向以(111)、(220)面为主;甲烷浓度为0.50%时,金刚石薄膜晶粒尺寸较大,晶粒棱角分明,晶面取向以(111)面为主。     

铁-碳、铁-氮系中几种固溶体的研究(Ⅱ)——γFe-N固溶体的价电子结构与α～X曲线

前曾讨论了γFe-C固溶体,本文对γFe-N固溶体作了实验a～x曲线分析和价电子结构的建立。计算ā～x曲线在一级近似下与实验曲线良好一致。 价电子结构表明,N原子引起的Fe原子状态的变化与碳原子的不同,最近邻Fe上升为乙种第12阶,而次近邻下降为艺种第6阶。不同变化的原因可能在于N为5价而C为4价。     

铝-镁二元金相图α,δ相以及γ-Al_(12)Mg_(17)相的价电子结构分析

本文根据作者最近发表的“固体与分子经验电子理论”中的基本理论部分,对Al-Mg二元系金相图的α,δ和γ相三个相区的结构进行了价电子结构的分析,主要是键结构的分析,得到了满意的结果,实验和理论键距误差一般在O.06％以下,只有少数几个在0.10—O.11％。 结果具有以下特点: (1)对于象γ-Al_(12)Mg_(17)这样复杂的金属间化合物分子式的化学价结构提供了满意的解释; (2)对二级近似的⊿a/a口提供了对Vegard定律的偏离,看出了固溶体由于两种大小略有不同的原子的零乱替换所产生的孔隙而引起的品格常数a,c的膨胀; (3)定性地说明了γ-Al_(12+y)Mg_(17-y)结构的低熔点和平缓下降的固相线形状; (4)全面验证了基本理论的三个假定和一个分析方法; (5)为Al,Mg的其它化合物价电子结构分析提供了基础资料。     

钙钛矿型铁电材料立方相价电子结构理论计算

应用固体与分子经验电子理论(EET)计算BaTiO3,BaZrO3,PbTiO3,PbZrO3,KNbO3,NaNbO3,CaTiO3,SrTiO38种典型立方相钙钛矿氧化物的价电子结构,并讨论晶体中各组成原子的实际价电子数.计算结果表明:8种钙钛矿氧化物的价键电子结构表现为离子性和共价性的混合,原子的种类是影响化合物价电子结构的重要因素,而相同的晶体结构决定了价电子分布的相似性;组成晶体的原子的实际价电子数与标准自由离子电荷有差异,且具有与玻恩有效电荷相似的特点.     

d-Fe晶面电子结构及其与氨合成催化性能关系的量子化学研究

分别用DV-X_α和薄膜层EHMO方法计算铁原子簇Fe_9、Fe_(15)和α-Fe(111)、(100)、(110)三个晶面的电子性质.在上述三个晶面中,(111)面表面原子的排列最为疏松,从态密度分析可知:(111)面表层d带最窄,费米能级附近总的态密度、d轨道态密度和dxz、dyz轨道的电子密度最高,有利于N_2的化学吸附与活化,从而对这三个晶面催化活性的差异作出了合理的解释.     

C+离子注入与CoSi2薄膜应力的研究

根据改进的Thomas-Fermi-Dirac模型,分析了CoSi 2 薄膜中本征应力的起源,证明了基体与薄膜的原子表面电子密度差是薄膜本征应力的来源.实验在Si(100)基体注入碳离子(C + ),然后沉积钴(Co)薄膜,再进行快速退火(Rapid Thermal Annealing,简称RTA)形成二硅化钴(CoSi 2 )薄膜,发现薄膜中的应力随C + 离子注入剂量的增加而减少,理论计算了由C + 离子注入引起的应力减小的数值,并与实验结果进行了比较.     

Fe_3X(X=Al,Si,Ga)合金力学性质的第一性原理研究

运用基于密度泛函理论的EMTO方法,研究了Fe3X(X=Al,Si,Ga)合金的力学性质.得到Fe3X合金处于无序的A2相结构、有序的DO3相结构以及L12相结构时的弹性常数,并分析了原子占位有序性与磁有序性的关联.研究结果表明:对于Fe3Al合金,铁磁L12相为非稳定相,DO3相和A2相的动力学稳定性(C′)依赖合金的磁有序性;非磁A2相不稳定,说明铁磁性使得无序相稳定;非磁的DO3相是稳定的,而且其C′比铁磁相略大,这一性质与Fe3Ga合金相似.对于Fe3Si合金,铁磁DO3相是稳定的,具有较大的C′,但非磁相的C′是负值,说明铁磁性才能保证该相的稳定性.因此,Fe3X合金的动力学稳定性与磁有序性和原子占位有序性高度相关.     

Fe-Ni合金中相能量的修正嵌入原子法计算

运用修正岩入原子法（MEAM）系统地研究了Fe-Ni合金中，面心立方和体心立方两种结构的有序和无序相能量，在用MEAM计算无序的相能量时，引入原子占据某一阵点的几率与成分的等同关系，计算结果表明，α（bcc)和γ（fcc)两种无序相在347℃时平衡原子分数分别为8．6％Ni和31．5％Ni，与相图基本符合，基于3种有序相的能量计算，可预期FeNi3最稳定，FeNi次之，而Fe3Ni最不稳定，这与文献报道的实验结果相符。     

Fe-Ni-C粉末触媒体系金刚石的合成与表征

利用FeNi粉末触媒在六面顶压机上进行工业金刚石单晶的合成与表征. 结果表明: 在Fe-Ni-C体系合成了优质的六面体、 六-八面体及八面体金刚石单晶; 金刚石{111}晶面的生长属于二维层状生长机制; 金刚石中的包裹体主要由FeNi合金组成.     

类金属对(Fe_(80)Ni_(20))_(78)Si_xB_(22-x)系非晶磁性合金居里温度和晶化温度的影响

研究了类金属 Si 和 B对(Fe_(80)Ni_(20))_(78)Si_2B_(22-x) 系非晶磁性合金居里温度T_c 和晶化温度T_x 的影啊。实验发现,随Si 含量的增加(或随 B 含量的减少),T_c 降低,T_x 增加。T_c 的这一变化规律可用本文提出的有效 Fe 原子数的变化来解释;T_x 的变化规律可用类金属价电子密度 e/a 的变化来解释。     

TPPFe(II)、L-Thr-TPPFe(II)的电子结构特征及其载氧功能模拟

采用密度泛函理论B3LYP方法和混合基组(Fe(Ⅱ)采用赝式基组Lan2dz;C、H原子采用6-31G(d);N、O采用6-311++G(2d,p))对卟啉亚铁(TPPFe(Ⅱ))、L-苏氨酸卟啉亚铁(L-Thr-TPPFe(Ⅱ))的电子结构特征进行了研究;为了模拟真实的体内环境和实验条件,理论计算采用了极化连续介质模型(PCM)模拟CHCl3和H2O的溶剂效应.在优化获得稳定构型的基础上,采用Multiwfn软件对获得的波函数进行了拓扑分析和静电势研究,获得了键鞍点电荷密度和分子表观静电势数据.利用VMD软件绘制得到了表观静电势分布图.研究发现:(1)苏氨酸残基中的羰基O原子与Fe(Ⅱ)原子形成配位键,H(7)与N(1)之间存在分子内氢键;以上作用使得卟吩环扭曲变形.(2)苏氨酸残基与Fe(Ⅱ)配位后可减弱O2和Fe(Ⅱ)的配位作用,有利于O2的离去.(3)溶剂效应主要使分子内氢键作用减弱,卟吩环扭曲程度增加;减弱苏氨酸残基与Fe(Ⅱ)的配位作用,增强O2与Fe(Ⅱ)的配位作用.(4)L-ThrTPPFe(Ⅱ)的表观静电势的负值区域主要集中在O原子、N原子附近和苯环的轴面,分别体现了孤对电子和π电子的贡献;正值区域主要集中在苯环H原子和Fe(Ⅱ)附近区域;中心Fe(Ⅱ)处存在具有较大的表观静电势,容易与O2配位.     

激光熔覆原位析出Ni-Fe-Ti-B复合涂层组织结构研究

选用合适的激光工艺参数及涂层成分,在45#钢基体表面得到了激光熔覆原位析出的Ni-Fe-Ti-B复合材料涂层.涂层中的粘结金属基体为γ-(Ni,Fe)和Nihcp,原位弥散析出相为呈现出颗粒状、细条状等分布的稳定相TiB2、Ni4B3及亚稳定相Ni2B、(Fe,Ni)3B型化合物.前两者已经细化成为纳米晶,而后两者晶粒度相对较粗.γ-(Ni,Fe)是稳定的Ni、Fe固溶体,而Nihcp形成于基体金属内部的堆垛层错作用;原位析出相产生于激光熔覆过程中涂层表面发生的原位燃烧反应或合金系快速凝固过程中的低熔点共晶作用.在基体与析出相的界面上存在高密度位错堆积,从而引起基体金属亚结构细化.