纳米晶体钒热稳定性的分子动力学模拟

用分子动力学技术, 结合分析型嵌入原子方法模拟计算了平均晶粒尺寸为2.86~7.50 nm的纳米晶体钒的微观结构及其热稳定性. 用原子键对分析技术区分了晶粒与晶界原子, 发现晶界原子所占的比例随晶粒尺寸的减小明显提高, 晶体中原子的平均能量要较普通单晶的高. 从原子平均势能、晶界原子比率以及径向分布函数随温度的变化关系得出纳米晶体钒的热稳定温度, 发现随晶粒尺寸的减小纳米晶体钒的热稳定温度明显降低. 最后还讨论了引起这种热稳定温度降低的原因.     

多孔硅发光中的极化子效应

多孔硅体现了许多新光学性质，本文通过温度依赖的发光，傅立叶红外谱，时间分辨红外谱的观察。发现了些有规律的信息。众所周知，多孔硅在空气中陈化氧化，导致内部纳米尺寸减小。界面层由氢变为氧，我们发现同时伴随着电子态从本征态向极化子态的变化，前者随尺寸减小能量升高，表现为正常的量子限域效应。而后者却随尺寸减小能量降低。表现为量子限域极化子效应。温度依赖的发光谱型和强度变化也清楚地反映了尺寸依赖的极化子行为。因此，我们提出了个基本的物理模型来描述多孔硅中增强的极化子尺寸效应及其光学行为。     

稀土纳米晶合成研究：从溶液化学到晶体生长

稀土化合物纳米晶体由于其独特的4f电子结构，具有优异的光学、磁学、催化等性质．随着纳米晶体液相合成方法的逐渐完善与成熟，稀土化合物纳米晶体的溶液合成方法在近年来也得到了长足的发展．本文首先概述稀土化合物纳米晶体的研究背景，并从晶体生长的角度总结了目前较为成熟的纳米晶体溶液相合成的模型与理论，进而从合成化学的角度阐述了近年来在稀土化合物纳米晶体油相合成中，尺寸、形貌、相态控制等方面的主要进展，并对稀土纳米晶体合成中的一些共性问题进行了比较与归纳，提出了今后可能的研究发展方向．     

微成形中尺寸效应研究的进展

微纳米尺度下微细工件塑性变形中会出现尺寸效应,即随着工件尺寸的减小材料的应力应变关系、塑性成形性能和摩擦系数等成形工艺参数呈现出与常规尺寸工件的塑性变形不同的特点,对于尺寸效应的研究是微成形工艺研究的基础.本文首先综述了实验观察到的各种尺寸效应现象,如随着晶粒尺寸的减小塑性变形机理发生变化,从而导致Hall-Petch关系的变化.然后,介绍了为描述材料应力应变关系中出现的尺寸效应而提出的各种材料模型,其中考虑表面层晶粒体积分数、工件尺寸与晶粒尺寸的比值、应变梯度等因素的影响对经典塑性塑性力学模型进行的修正可以从现象学的角度描述尺寸效应,而基于位错运动、统计存储和几何必须位错密度的演化、晶界滑动等塑性变形机理的的本构模型,不仅能更准确地描述尺寸效应等塑性变形行为,而且能更深入地揭示尺寸效应的物理本质.另外,对于尺寸因素与极限应变的关系和摩擦中呈现的尺寸效应研究也进行了介绍.     

多元Ti-Cu基合金非晶形成过程的分子动力学模拟与落管实验研究

采用DeePMD计算方法和落管快速凝固实验技术,研究了液态Ti_41.5Cu_37.5Ni_7.5Hf₅Sn₅Zr_2.5Si合金的非晶凝固机制.分子动力学计算结果显示,液态合金原子的总第一近邻配位数随系统温度的降低而增加,而Ti原子的第一近邻原子数则随着温度的降低而减少.同时,随着系统温度的降低,液态合金中二十面体和类二十面体团簇的数量显著增多,但中心Ti原子的比例却发生了衰减.在非晶凝固过程中, Ti原子表现出与大尺寸原子的弱亲和性和对二十面体团簇的弱构建性.在自由落体实验中,合金液滴所能达到的过冷度随液滴直径的减小而增大,其凝固组织主要由少量的富Cu相、极细的非规则(Ti₂Cu+TiCu)共晶和非晶相组成.当合金液滴直径减小至566μm时,合金凝固组织中开始出现非晶相,相应的临界过冷度?T_C为312 K (0.27TL).非晶相体积分数随着液滴尺寸的减小而增大.如果合金液滴直径小于317μm,晶体相的形核与生长被完...     

聚合物纳米复合电介质电热耦合分子断裂击穿特性与机理研究

薄膜介电电容器是电力系统、新能源汽车及电磁能装备中广泛使用的高功率储能设备.但面对越来越高的工作温度,电介质的击穿强度急剧下降,导致电容器的储能密度大幅减小.为了明确电介质击穿特性和温度间的定量关系,本文制备了聚丙烯/氧化铝和聚醚酰亚胺/氧化铝纳米复合电介质,研究其击穿强度的温度依赖性.结果表明,电介质的击穿场强随温度升高下降幅度增大,两者间为凸函数关系.但传统击穿模型均得到击穿强度与温度的变化为凹函数关系,与实验结果不符.本文建立了电热耦合分子断裂击穿模型,模型解析值与实验数据的最大误差仅为3.57%;从分子定向运动导致局部分子链相互作用强度下降的角度揭示了聚合物的击穿机理;纳米填料掺杂会导致复合电介质中的分子链受到束缚,界面区分子链间相互作用增强,并减少弱束缚分子链段,提升电介质的击穿场强及其温度稳定性.该研究为开发耐高温储能电容器提供了理论模型支持.     

考虑NBTI空穴俘获释放机制的组合逻辑门延迟预测

随着集成电路工艺尺寸下降到纳米级,负偏置温度不稳定性(NBTI)成为影响电路可靠性的首要老化效应.精确的老化预测模型是节省防护开销的重要前提.针对已有反应扩散机制下阈值电压变化预测模型存在的预测偏差问题,本文分析了NBTI空穴俘获释放机制下阈值电压变化模型,提出了新的组合逻辑门传输延迟预测模型(TDDP),达到了更精确预测数字电路老化的目的,为老化防护提供了更优的参考模型.实验结果表明,针对设置时序余量的老化防护方法,在保证10年等值生命周期可靠性的前提下,参考TDDP模型比参考已有的RD延迟模型减少平均17.8%的时序余量开销.     

页岩气储层微观渗流机理研究

页岩气储层孔隙结构复杂,纳米孔隙所占比例大,而纳米孔内部气体流动机理不同于宏观流体流动,因此认识页岩气在纳米孔隙中的流动机理对页岩气的高效开采具有重要的科学意义.页岩气开采过程中,纳米孔的吸附解吸、应力敏感效应及滑脱效应使渗透率发生显著变化.为此,基于毛细管模型耦合考虑吸附变形修正应力应变的渗透率模型,在此基础上,考虑滑脱效应影响,建立页岩表观渗透率模型来描述气体流动.通过试验数据验证其合理性,并对模型相关参数对表观渗透率的影响进行讨论.研究结果表明,新建页岩表观渗透率模型能够合理地描述页岩气真实储层条件下气体的流动,考虑了吸附变形、应力敏感及应力变化下纳米孔气体滑脱效应等微观机理.在围压恒定条件下,新建模型计算出的曲线均与实测值吻合较好;随孔隙压力升高,页岩表观渗透率呈指数函数降低.两种气体的表观渗透率随平均分子自由程的增大而增大;孔径越大,在压力区间内渗透率越高,且随孔隙压力升高,渗透率逐渐降低.页岩表观渗透率对弹性模量较为敏感,弹性模量增大会导致在其压力阶段内有较高的渗透率;在孔隙压力升高过程中,裂隙压缩系数越小,渗透率越高;随温度的升高,页岩表观渗透率呈上升趋势.所建模型能为页岩气生产动态分析、产能预测和生产制度制订提供指导.     

包覆镍膜的银粒子过热与熔化的分子动力学模拟及实验研究

采用分子动力学及镶嵌原子势模拟了包覆于Ni膜中的球形Ag粒子（含3055个原子）的熔化行为. 发现Ag粒子与Ni膜可形成半共格界面，从而抑制了粒子的表面熔化，使其熔点升高至1330 K，即相对Ag的平衡熔点((1230±15) K)过热100 K,而比相应的自由粒子的熔点约高290 K. 熔化以非均匀形核方式从有缺陷的局部界面处开始，并向粒子内部推进. 采用热分析方法，在熔体激冷制备的Ag/Ni条带中观察到平均粒径为30 nm的Ag粒子的过热度为70 K. 分析表明，用非均匀形核熔化理论可以很好地解释Ag粒子的过热行为.     

纳米晶钛酸钡陶瓷的制备

利用两段式无压烧结和放电等离子体烧结工艺（SPS）分别制备出一系列晶粒尺寸小于100nm的高密度纳米晶钛酸钡陶瓷．通过原位变温拉曼光谱对纳米晶钛酸钡陶瓷进行相结构的分析，结果表明：纳米晶钛酸钡陶瓷和大晶粒钛酸钡陶瓷一样随温度的降低经历从立方→四方→正交→三方的相转变；8nm钛酸钡陶瓷呈现多相共存和相变区间弥散的结构特性．