Zr_(55)Cu_(35)Al_(10)金属玻璃中紧键结合团簇的定量表征

定量表征金属玻璃的原子结构是深入理解和解释金属玻璃独特的物理性能和力学性能的关键.本文通过铜模吸铸法制备了Zr55Cu35Al10大块金属玻璃圆棒状试样,并利用中子衍射获得试样的对分布函数,从而定量地定义了金属玻璃紧键合团簇模型中的紧键合团簇.还通过第一性原理分子动力学模拟对Zr55Cu35Al10大块金属玻璃局域原子结构进行模拟计算,从模拟得到的结构中提取了许多紧键合团簇,并通过团簇尺寸对其定量地表征.     

Zr50Cu50金属玻璃形成过程中自由体积与玻璃态转变温度关系的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟了Zr50Cu50金属玻璃的形成过程,并获得了不同温度下合金的原子构型.借助金属玻璃中自由体积量等于金属玻璃与对应晶体的体积差理论提出一种自由体积湮没速度法,对Zr50Cu50金属玻璃形成过程中的临界玻璃态转变温度Tc以及热力学玻璃态转变温度Tg进行预测.用该方法确定出的Tc(969.5K)与利用模式耦合理论计算获得的Tc(978.4K)接近;Tg(731K)与利用平均原子体积随温度变化关系曲线确定的Tg(725K)相近.运用自由体积湮没速度法计算的Tc和Tg无需计算各温度下的原子扩散系数,节省了计算时间.     

钕团簇的原子结构研究

利用莫比乌斯反演对势和遗传算法获得了钕团簇NdN(N=3~20)的基态原子结构,给出了钕团簇的对称性,结合能以及最近邻原子间距.计算结果表明,具有Id对称性的Nd13团簇结构上最为稳定,Nd7团簇的对称性比Nd11高,但Nd11在结构上比Nd7更稳定,表明高对称性的团簇并不总是比低对称性的团簇稳定.     

小尺寸Au-Ag合金团簇负热容的模拟研究

利用分子动力学方法,研究了AuN-XAgX(N=144;X=0,24,48,72,96,120和144)纳米团簇熔化过程中的热力学性质.计算模型采用原子嵌入模型(EAM)和Johnson提出的贵金属原子间相互作用势函数.模拟结果表明:金银合金团簇在熔点附近具有负热容特性,负热容主要由相变前后团簇内部结构突变引起.     

ScnN(n=2～12)团簇的磁性和热容量研究

基于第一性原理,在密度泛函理论框架下,用广义梯度近似方法计算了团簇ScnN(n=2～12)的总磁矩Mt、与N原子最近邻的Sc原子的局域磁矩MSc、掺杂原子N的局域磁矩MN.从原子相互作用角度出发,应用统计物理理论,计算了团簇ScnN的磁矩和热容量,研究了它们随温度的变化规律.结果表明:ScnN团簇的磁性与团簇的构型、原子相互作用、磁性粒子间的磁相互作用、团簇中的Sc原子数n有关.总磁矩随Sc原子数n呈波动性变化,当n=3,8,9,11,12时,总磁矩为零,团簇的磁性消失;当n=2,4,5,6,7,10时,团簇表现为铁磁性,其中当n=6时,团簇的磁性最强.ScnN团簇的磁矩随温度升高而减小,其变化趋势与块状磁体类似.温度较低时,磁相互作用产生的热容量CM随温度升高而增大,在某温度附近取极大值;原子相互作用产生的热容量CV在温度较低时与温度成正比,和块状磁体的CV与温度的三次方成正比不同;在对团簇的热容量的贡献中,原子相互作用占主要.     

Cu_(59)团簇在升温过程中结构变化的分子动力学研究

应用基于嵌入原子势的分子动力学方法研究了一个Cu59团簇在升温过程中由固态转变为熔体的结构演化过程.根据由原子密度分布函数确定的4个壳层内原子局域结构随温度升高所发生变化的分析表明,在升温过程中由于原子之间连续地交换位置,团簇结构发生了三个阶段的变化.首先在团簇内部形成由13个原子组成的近二十面体结构,继之各壳层内的原子结构逐渐变得无序,并最终形成原子分布于3个壳层内的处于熔融状态的Cu59团簇.     

铂金团簇结构与稳定性的密度泛函研究

采用随机踢球全局优化模型结合密度泛函理论系统,研究了Pt^λ_n(2≤n≤9,λ=0,-1)团簇的几何结构等微观性质,以及这些性质随着团簇尺寸变化的关系与演化规律.通过对计算结果理论的分析发现:中性与阴性团簇的基态构型在所研究的尺寸范围内更倾向于具有低对称性的三维立体结构;体系的平均结合能均随着铂金原子个数的增多而增大,阴性团簇平均结合能比相应的中性大;所有电荷态下团簇的离解能、二阶拆分能都随着铂金原子个数的增加呈现出明显的奇偶交替现象.结果表明:阴性的奇数团簇的稳定性要强于与之相邻的偶数团簇的稳定性;相反,中性团簇下偶数团簇的稳定性比奇数团簇强.     

MSn10(M=Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni)团簇的稳定性和磁性研究

采用密度泛函理论(density functional theory,DFT)中的广义梯度近似(generalized gradient approximation,GGA)对Sn11团簇的4种同分异构体(对称性分别为D5h,D5d,D4h,D4d)的几何结构、电子结构计算研究,得出对称性为D5d的团簇最稳定.将Sn11团簇的中心原子替换成过渡金属原子成为MSn10(M=Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni)团簇,对其稳定性和磁性进行了分析.在Sn11团簇中将中心原子替换成过渡金属原子后,束缚能都变小了,说明过渡金属原子的替换提高了原锡团簇的稳定性,其中NiSn10团簇的束缚能最小,稳定性最强.过渡金属原子都具有一定的磁性,当把这些原子掺入锡团簇后,过渡金属原子的磁性都有所减弱,其中MSn10(M=Sc,Ti,V,Ni)团簇的磁性完全消失,其原因在于掺杂后,团簇中各原子的电荷分布发生了变化.     

氮化镓(Ga_nN)团簇的结构性质研究

研究了镓团簇掺杂一个氮原子后团簇的结构特性.通过遗传算法结合密度泛函理论(DFT)计算出了GanN团簇的最低能量结构.结果发现当n<11时,GanN最低能量结构均是N原子位于中心的构型;n≥11时,GanN最低能量结构与相应尺寸的纯镓团簇的结构已经基本相同.     

液态金属Al凝固过程中大团簇结构的形成与演变机理

采用分子动力学方法, 对含有400000个Al原子的液态金属大系统在凝固过程中纳米级大团簇结构的形成、演变特性进行了模拟研究, 并采用中心原子法、键对分析技术与原子团类型指数法(CTIM)相结合, 描述了各种类型的基本原子团结构组态. 结果表明: 在所有的键型与原子团类型中, 以1551键型以及由1551键型所构成的二十面体原子团(12 0 12 0)的数量最多, 它们在液态金属Al的微观结构转变中起着决定性的作用; 纳米级大团簇(含有多达150个原子)是由一些大小尺寸相差较大的中、小团簇通过拉锯式(得而复失、失而复得)的相互竞争形式不断兼并、演变后, 相互连接而成, 而不是以某一个原子为中心按一定规则堆积为多个壳层而成, 这正是与由气相沉积、离子溅射等方法所获得的团簇结构的本质差别所在; 虽然纳米级大团簇结构的形状和大小各不相同, 但都具有突出的角隅, 正好成为液态金属凝固过程中形成各种支晶结构的起点.     

Zr基大块非晶的研究

利用射流成型法制备出Ｚｒ５２．５Ｃｕ１４．６Ａ１１０Ｔｉ５大块非晶,该合金系统具有很强的玻璃形成能力和宽的过冷区,其玻璃转化温度Ｔｇ＝６５０．６３Ｋ,晶化温度Ｔｘ＝７２１．９０Ｋ,过冷区△Ｔｘ＝Ｔｘ－Ｔｇ＝７１．２７Ｋ,Ｖｉｃｋｅｒ硬度为５５８ｋｇ／ｍｍ＾２,压缩断裂强度１７３０ＧＰａ,弹性模量８２ＧＰａ,观察其断口有大量纹络状河流花样,并有融化的液滴存在,该合金系统大的玻璃形成能力应归功于合金组     

Mg86.33Ni12.67Y1非晶合金的制备及其低温弛豫行为

采用单辊快速凝固技术,以4种冷却速度制备Mg86.33Ni12.67Y1非晶合金,并在Tg以下进行低温退火.利用X射线衍射(XRD)、差热分析(DTA)及扫描电镜(SEM)研究该合金的非晶形成能力、热稳定性及低温弛豫过程中的结构特征.结果表明,该非晶合金的过冷液相区宽度△Tx和约化玻璃转变温度Trg最大值分别为41.05 K和0.517 1,且随冷却速度的提高,△Tx表现出增大趋势,说明其非晶形成能力和热稳定性逐渐提高;低温退火时随退火温度逐渐升高,其非晶漫散射峰最大强度所对应的20值逐渐增大,表明原子的邻间距逐渐减小,非晶内部发生结构弛豫,导致拓扑结构不稳定性降低.     

P2O5-SiO2-Na2O-Al2O3玻璃系统的热力学性质

采用差式扫描量热法(DSC)和热机械分析(TMA)方法研究了P2O5-SiO2-Na2O-Al2O3玻璃系统的热力学性质,探讨了磷酸盐玻璃中不同二氧化硅含量对其特征温度、热膨胀系数的影响、研究表明,随着SiO2的增加,玻璃转变温度Tg及玻璃软化温度Tf逐渐升高,热膨胀系数逐渐降低。     

聚丙烯酸树脂涂层的外增塑研究

研究了三种增塑剂对玻璃化转变温度为５０℃的甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸正丁酯共聚物涂层的力学性能的影响。结果表明，加入增塑剂后，涂膜的Ｔｇ下降到室温。同时还发现三种增塑剂的增塑效果只有与增塑剂的体积分数有关，与增塑剂种类无关，并从理论上解释了这一现象。     

聚醋酸乙烯酯熔体的力学谱

利用液态内耗仪研究了聚醋酸乙烯酯(PVAc)在其玻璃化转变温度（Tg）及其以上温度区域的力学弛豫行为.结果表明：PVAc内耗与温度的关系曲线上存在α和α′ 2个弛豫型内耗峰，α峰与PVAc的玻璃化转变有关，α′峰则对应于一种液/液转变，且两者的弛豫时间均满足Vogel Fulcher Tamman关系；在PVAc熔体内耗与频率的关系曲线上，交叉温度TB≈387 K处的α′峰的弛豫时间、弛豫强度和分布参数均出现了一个转折，这是由于降温过程中TB至Tg之间分子耦合作用显著增强的结果.     

玻璃组成对CaO-Al2O3-SiO2系玻璃烧结、晶化和性能的影响

采用烧结法制备以钙长石为主晶相的微晶玻璃.采用差热分析(DTA)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和性能测试研究玻璃组成对玻璃的烧结、晶化特性和性能的影响.结果表明:随着CaO含量的增加,玻璃转变温度和析晶放热峰温度逐渐降低,而且析晶放热峰变得尖锐;增加氧化钙降低玻璃的析晶活化能,有利于玻璃的析晶;随着SiO2量的增加,玻璃转变温度和析晶放热峰温度移向高温,使玻璃的析晶困难;玻璃样品的烧结温度随CaO含量的增加而降低, 但过多的CaO促进硅酸钙的析出,增加样品的介电常数和热膨胀系数;增加SiO2能够降低微晶玻璃样品的热膨胀系数,改善其介电性能;所制备的微晶玻璃具有相对密度高(≥98.3%),介电常数适中(6.9～7.5),介电损耗低(≤0.1%),热膨胀系数低(3.8×10-6～4.5×10-6 /℃),烧结温度(900～1 000 ℃)低,及介电常数温度稳定性低(66×10-6～113×10-6 /℃).     

非晶态合金Pd_77.5Ag_6.0Si_16.5的玻璃转变和晶化的研究

用倒扭摆和DSC研究了非晶态合金Pd_77.5Ag6.0Si16.5的玻璃转变和晶化过程.在玻璃转变Tg附近出现1个内耗峰,具有可逆性和重复性的特征.在晶化过程中发现3个内耗峰,峰温附近切变模量发生软化.DSC分析发现3个放热峰分别与3个内耗峰对应,晶化激活能E_1=3.94eV,E_2=2.89eV,E_3=3.43eV,表示晶化有3个结构转变阶段.a—Pd77.5Ag_(6.0)St_(16.5)中由于Ag的掺入,提高了稳定性.     

空心玻璃微珠填充环氧树脂复合材料力学性能试验研究

在制备了不同配比改性空心玻璃微珠填充环氧树脂复合材料的基础上,对不同填充质量比的改性空心玻璃微珠(HGB)填充环氧树脂复合材料进行了准静态拉、压,简支冲击,应力松弛,动态力学行为等试验,得出了不同配比下材料的弹性模量、拉压强度、冲击韧度、应力松弛率、玻璃化转变温度等参数。试验发现,空心玻璃微珠的加入对材料的各项力学性能均产生了明显的改变。随玻璃微珠配比增加,材料的弹性模量、拉压强度大体上均呈现明显降低趋势;而冲击韧度、应力松弛率则有明显增强趋势;填充比为10%左右材料的耐热性最佳。以上研究发现对此类复合材料的研究和应用具有参考意义。     

玻璃结构的几种研究方法

介绍了玻璃的物理性能（热膨胀性能、密度、玻璃转化温度和软化温度、玻璃的化学稳定性）在玻璃结构研究中的应用,概述了如何使用现代测试手段（核磁共振、X射线吸收精细结构谱、红外-拉曼光谱、X光电子能谱、X射线衍射分析）获取玻璃结构的一些参数。     

利用神经网络预测聚合物玻璃化温度

分析了影响聚合物玻璃化温度的各种因素，采用合成时进料组成中各组分的摩尔分数、组成成分的重量分数以及聚合度等共计６个变量来表达聚合物结构上的差别，通过神经网络的训练建立了描述硬脂酸乙烯酯＋乙酸乙烯酯＋氯乙烯三元共聚物链结构和组成等６变量空间到玻璃化温度空间的映射关系，进而对未知三元聚合物的玻璃化温度进行预测，预测结果与实验结果与比较吻合。