液体的脆性——一把深入了解玻璃态物质的钥匙

“液体的脆性”概念的提出不到20年的时间, 已成为玻璃态物质研究中的一个热点. 它利用玻璃转变温度约化温度轴的办法, 使具有不同动力学性质的玻璃形成体可以用一个统一的标准进行比较. 为阐明液体的脆性在研究玻璃转变过程、结构弛豫现象及过冷态结构中的重要意义, 综合评述了液体的脆性在凝聚态物质热力学和动力学性质相关性、势能图谱、非指数弛豫过程、微观理论模型以及中程有序等研究领域中的最新进展和面临的挑战, 并指出了该研究领域今后的发展方向.     

LiCl玻璃中的微观空洞——分子动力学模拟的研究

处于玻璃转变范围内的玻璃的某些性质会随保温时间发生变化,并逐渐趋于平衡值。这种弛豫型的变化被认为是玻璃某些原子或分子局部重排的结果,并被称为玻璃的结构弛豫。由于结构弛豫,玻璃的许多物理化学性质在相当程度上依赖于其热历史。 晶格缺陷理论的发展使人们意识到有可能利用这方面的成就来解释玻璃的结构弛豫。但是至今证明缺陷(空位)存在的实验在本质上差不多都是间接的,甚至如何定义玻璃中的缺     

脉冲电流对Zr基大块非晶玻璃转变行为及晶化动力学的影响

用DSC分析方法从动力学角度研究了脉冲电流对Zr基大块非晶合金玻璃转变和晶化动力学的影响. 结果表明: Zr_41.3Ti_14.2Cu_12.8Ni_10.3Be_21.4大块非晶合金经过脉冲电流低温处理后, 其玻璃转变温度Tg, 起始晶化温度Tx和各晶化峰的峰值温度Tpi都显著降低, 但过冷液相区DT基本不变. 用Kissinger 方程进行计算的结果表明, 经脉冲电流低温处理后, Zr_41.3Ti_14.2Cu_12.8Ni_10.3Be_21.4大块非晶合金玻璃转变的表观激活能明显降低, 而晶化的表观激活能基本保持不变. 脉冲电流对Zr_41.3Ti_14.2Cu_12.8Ni10.3Be21.4大块非晶玻璃转变行为和晶化动力学的影响与脉冲电流处理所导致的结构弛豫有关.     

局域环境对Tm3+掺杂透明氟氧化物玻璃陶瓷荧光光谱温度特性的影响

通过变温条件下选择激发掺杂发光离子, 在同一样品中实现了不同局域环境下离子荧光的光谱分离. 利用频域及时域的光谱学测量, 研究了镶嵌有纳米晶体的透明玻璃陶瓷体系中掺杂离子的荧光性质和弛豫过程随样品温度和离子局域环境的变化规律, 探讨了局域结构变化对荧光温度特性的影响. 根据样品结构和基质声子分布特点, 分析讨论了荧光衰减过程二阶指数行为. 结果显示, 位于晶相环境中离子的荧光寿命显示较强的温度依赖特性, 而玻璃环境中发光离子的荧光寿命受温度影响较小.     

块体金属玻璃过冷液相的高热稳定性与非晶形成能力的原子机制

过去几十年里,从原子尺度理解块体金属玻璃形成过冷液相特性与微结构的关系吸引了材料学家和凝聚态物理学家极大的关注,是此类先进工程金属材料得到实际开发应用的关键之所在。本文综述了前期有关块体金属玻璃有序原子团簇结构随热处理或微量元素添加,演化及其对过冷液相热稳定性、晶化行为和玻璃形成能力影响的研究成果;并聚焦在块体金属玻璃过冷液相中的两类不同原子团簇,即类二十面体原子团簇和类晶体原子团簇。这两类原子团簇的共同存在是块体金属玻璃高热稳定性和纳米晶化的重要因素。通过微合金可以调控过冷金属液相中原子团簇的结构和体积分数,从而进一步推进它们的实际工程或功能性运用。     

玻璃态物质的本质

玻璃自古以来便被不断使用,当今仍然是人类生活中无处不在、不可或缺的最有价值材料之一.然而,由于玻璃态物质是一种与固体、液体不同的介稳态物质,处于复杂的多体相互作用体系,玻璃态物质的本质一直是凝聚态物理中最富挑战的谜题之一.Science在创刊125周年之际将"玻璃态物质的本质是什么"这一问题列为125个最具挑战性的科学前沿问题之一.本文综述了玻璃态转变过程中的热力学和动力学变化规律、玻璃态形成的物理机制和理论预测、玻璃态的结构假说等玻璃态物质研究的焦点和难点,讨论了当前的研究进展并展望未来的研究方向,以期增加人们对玻璃态物质本质的新认识,为玻璃态物质的后续研究提供借鉴.     

Ti-Si-O多孔玻璃在低烧结温度下的析晶现象

随着溶胶-凝胶制备技术的发展,具有纳米级微孔的多孔二氧化硅玻璃作为纳米复合的担体,已显示出其独特的优势.将活性组元植入微孔中所得复合材料,在光学非线性、传感、电子材料等领域有着巨大的潜在应用价值.采用溶胶-凝胶技术可以在纳米尺度上将活性组元分散到多孔二氧化硅中,通过尺寸效应使复合材料呈现出特异的性质.TiO_2是一种弱极性介质,但当其复合到多孔SiO_2玻璃中时,则呈现了强的光学非线性;TiO_2同时又是氧传感器的良好材料,其多变的结晶结构提供了不同的应用背景.研究TiO_2 在多孔SiO_2中的结晶行为无疑会为其应用提供良好的基础.     

液态银的比热和玻璃态转变温度的分子动力学模拟

采用以嵌入原子模型为基础的分子动力学方法对液态银的比热进行了模拟，得到了熔点以上液态以及过冷液态银的比热及其与温度的关系。模拟发现液态银的比热在950K左右存在一个峰值，相应地，对液态银结构的分子动力学模拟发现银的结构在该温度附近发生了转变，从而证实银存在玻璃态并据此确定出金属银的玻璃态转变温度。     

金属玻璃异常放热现象与隐藏非晶相变研究进展

金属玻璃因其简单的金属键结合及原子密堆积结构而成为研究非晶物理的理想材料模型。解开玻璃形成液体的微观结构可以探寻玻璃形成能力的秘诀。许多非晶合金体系在玻璃转变点以上、结晶温度以下表现出异常放热现象,暗示在超过冷液相区间隐藏着非晶相变,这一现象的微观结构本质困扰了学界逾四十年。近来,中子和同步辐射散射等大科学装置的发展为揭示隐藏非晶相变的机制提供了原位、无损以及从原子到纳米级别的多尺度"探针"。最新研究发现Pd-Ni-P这一典型的具有异常放热现象的原型非晶合金在临界转变温度处发生了重入超过冷液体转变,其内在微观机制为中程有序结构的演变所导致的液-液相变。同时通过恰当的热处理,人们可以方便地调控这一类非晶合金的微观结构。经过统计几种具有异常放热现象的典型金属玻璃体系的热物理参数,发现异常放热峰可能与玻璃形成能力有一定的关联。金属玻璃中的异常放热现象及其隐藏的非晶相变为开发新型非晶合金体系并改进合金的性能提供了新的思路。     

含铋金属玻璃热弛豫过程的动态电阻研究

近年来,人们对金属玻璃物性与退火处理过程的关系进行了大量地研究,并且提出了一些模型理论来解释所观测到的实验现象。但是关于热驰豫过程对金属玻璃电性影响的报道较少,尤其在退火处理对其电阻温度系数影响方面研究甚少。我们研究了热弛豫过程对     

广州大气气溶胶中糖类化合物的组成及主要来源

采用BSTFA 衍生化预处理和GC/MS 分析技术, 对广州市老城区荔湾和新城区五山2002~2003年春、夏、秋、冬4个季节大气气溶胶中的糖类化合物进行了定性和定量分析. 结果表明, 在大气气溶胶中, 糖类化合物主要为脱水糖、单糖、二糖和糖醇类物质. 脱水糖类(包括左旋葡聚糖和少量的甘露聚糖、半乳糖体、苦杏仁苷)主要来源于生物质燃烧, 秋季浓度达到最大值; α,β-葡萄糖、α,β-果糖、蔗糖、海藻糖、还有少量的甘露糖、木糖、半乳糖及糖类多羟基化合物(包括山梨糖醇、木糖醇和甘露醇等)主要来源于土壤的再悬浮, 与农作物的耕作、收割以及枯枝落叶的腐烂密切相关.     

三元Al-Cu-Si共晶合金的深过冷与快速凝固

在常规凝固条件下, 液态铝合金由于容易氧化而难以达到深过冷状态. 本文采用熔融玻璃净化法并结合循环过热实现了液态Al_80.4Cu_13.6Si₆三元共晶合金的深过冷和快速凝固, 研究了实验过程中一定冷却速率下合金熔体过热度与过冷度的相关规律, 获得的最大过冷度为147 K (0.18T_E). 不同过冷条件下三元共晶均由α(Al)固溶体、(Si)半导体相和θ(CuAl₂)金属间化合物三相构成. (Al+Si+θ)三元共晶中, (Si)小平面相独立生长, 非小平面相(Al)和θ相以层片方式协同生长. 在小过冷条件下, 只有(Al)固溶体作为领先相形成. 当过冷度超过约73 K时, (Si)相能够领先形核并生长为初生相. 小过冷时合金的凝固组织由初生(Al)枝晶、(Al+θ)二相共晶和(Al+Si+θ)三元共晶组成; 大过冷时则主要由初生(Si)块、(Al+θ)二相共晶和(Al+Si+θ)三元共晶组成. 随着过冷度的增大, 凝固组织中初生(Al)枝晶的体积分数减小而初生(Si)块的体积分数增大.     

压电材料的新星--弛豫型铁电晶体的结构、性能及应用前景展望

以Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3和Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PZN-PT)等为代表的弛豫型铁电晶体是近年来铁电领域物理领域的一个研究热点,在基础研究以及应用技术研究中都有重要意义.本文着重介绍了弛豫型铁电晶体PZN-PT的重要压电性能,对该系列晶体广阔的应用前景进行了探讨.     

金属玻璃的过去、现在和未来

金属玻璃(又称非晶合金)是一类原子结构长程无序、短程有序的金属材料。它是通过急冷、高压、强变形、先进制造等现代技术工艺以及熵或序调控理念合成的，兼具金属、玻璃、液体、固体和软物质等物态特性的新型金属材料，也是玻璃家族的新成员。金属玻璃突破了金属材料原子结构有序的固有概念，颠覆了传统金属材料从成分和缺陷出发设计和制备的思路，把金属材料的强度、韧性、弹性、抗腐蚀、抗辐照等性能指标提升到前所未有的高度。它对金属材料的研发、结构材料、绿色节能、磁性材料、催化、信息等领域产生深刻的影响，同时催生了准晶、高熵合金、复杂合金、高熵金属玻璃、非晶基复合材料等新金属材料体系，彻底改变了古老金属和玻璃领域的面貌。金属玻璃的发明和研究虽然只有不到百年历史，但已经在军工航天等高技术、绿色节能、信息电子器件、催化、防腐等领域有广泛的应用，也为研究材料科学、凝聚态物理、复杂体系中一些重要科学问题提供了独特的模型体系，并成为凝聚态物理的一个重要分支学科。文章回顾了近百年来金属玻璃研究和研发的历程，分析了当前该领域的前沿科学问题、发展方向、重要进展、机遇和挑战，以及在高新技术领域的应用，并探讨了金属玻璃及其相关领域如地外玻璃的发展前景。     

一种新型掺镱磷酸盐激光玻璃的性质

制备了可商品化的一种新型大尺寸Yb︰磷酸激光玻璃──NEW/Yb, 并与美国Kigre公司的QX/Yb掺镱磷酸盐激光玻璃的物质、光谱等性质进行对比研究, 结果表明NEW/Yb玻璃的热光稳定性优于QX/Yb玻璃, NEW/Yb玻璃内部玻璃态性质较QX/Yb好, NEW/Yb玻璃的受激发射截面和荧光寿命分别为0.53×10－20 cm2和2.2 ms, 高于QX/Yb玻璃所对应的0.50×10－20 cm2和2.0 ms.     

金属玻璃的过去、现在和未来

金属玻璃(又称非晶合金)是一类原子结构长程无序、短程有序的金属材料。它是通过急冷、高压、强变形、先进制造等现代技术工艺以及熵或序调控理念合成的，兼具金属、玻璃、液体、固体和软物质等物态特性的新型金属材料，也是玻璃家族的新成员。金属玻璃突破了金属材料原子结构有序的固有概念，颠覆了传统金属材料从成分和缺陷出发设计和制备的思路，把金属材料的强度、韧性、弹性、抗腐蚀、抗辐照等性能指标提升到前所未有的高度。它对金属材料的研发、结构材料、绿色节能、磁性材料、催化、信息等领域产生深刻的影响，同时催生了准晶、高熵合金、复杂合金、高熵金属玻璃、非晶基复合材料等新金属材料体系，彻底改变了古老金属和玻璃领域的面貌。金属玻璃的发明和研究虽然只有不到百年历史，但已经在军工航天等高技术、绿色节能、信息电子器件、催化、防腐等领域有广泛的应用，也为研究材料科学、凝聚态物理、复杂体系中一些重要科学问题提供了独特的模型体系，并成为凝聚态物理的一个重要分支学科。文章回顾了近百年来金属玻璃研究和研发的历程，分析了当前该领域的前沿科学问题、发展方向、重要进展、机遇和挑战，以及在高新技术领域的应用，并探讨了金属玻璃及其相关领域如地外玻璃的发展前景。     

别藻蓝蛋白聚集体中的色素耦合模型

对别藻蓝蛋白 (APC)的亚基、单体、三聚体的电子吸收光谱及其色素耦合模型进行了详细研究 .APC单体的电子吸收光谱近似地为α亚基和 β亚基电子吸收光谱之线性叠加 ;而APC三聚体 (αβ)₃ 的电子吸收光谱不再是两个亚基电子吸收光谱的线性叠加 ,在 6 5 0nm处出现了新的吸收峰 .现今的“二聚体模型”和“三聚体模型”都不能很好地解释该结果 .我们的模型仅忽略距离最远的不同单体的α_PCB的激子相互作用 ;并采用群论理论对其进行描述 ;分析结果不仅解释了APC三聚体在 6 5 0nm处新的吸收峰的出现 ,而且解释了在可见光区它至少有 3个本征跃迁.     

用俄歇谱仪研究金属玻璃Pd_(80)Si_(20)的热稳定性

系统地研究金属玻璃的结构弛豫和晶化过程对研究这些材料的热稳性十分重要,一般采用传统的透射电子显微技术、X射线衍射、示差扫描卡计(DSC)和电阻测量等技术。这些方法各有特点和优越性,但也有它们的局限性,往往不能直接反映在加热过程中微区的结构变化和局部成份变化之间的关系。俄歇谱仪是研究试样表面层成份的重要工具,有较高的灵敏度。我们用俄歇谱仪原位加热的分析技术,初步看到了在Pd_(80)Si_(20)加玻璃态合金结构弛豫和晶化的同时,试样表面的成份在局部区域有明显的、规律性的变化。     

金属玻璃动态拉伸断裂(层裂)中的损伤演化行为

金属玻璃独特的非晶结构使其具有许多优异的力学、物理性能,因而在装甲防护、卫星护罩等方面拥有广阔的应用前景.近年来,在金属玻璃层裂面上观察到一种"韧脆转变"现象,其可能会加速材料的动态损伤演化进程,影响其在国防军事、航空航天方面的实际应用.如何有效规避此类缺陷,要求研究者在机理层面进一步加深对该过程的认识.本文回顾了冲击载荷下金属玻璃动态力学性能和损伤演化机理方面的研究现状,并对层裂过程中动态孔洞扩展的相关理论展开介绍,明确了已有实验工作和理论模型中的不足,旨在吸引更多研究者参与到该领域的研究中.     

Mg-Gd二元合金中β′-Mg7Gd沉淀相的第一性原理计算研究

亚稳β′相是Mg-Gd系合金中最有效的沉淀强化相. 采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了Mg-Gd二元合金中β′-Mg7Gd沉淀相的晶格常数、弹性性质以及电子结构. 计算结果表明,β′-Mg7Gd与β′-Mg基体的晶格错配能够合理解释实验观察到的β′相的形貌. 采用弹性常数分析了该相的力学性能及其成键特性. 结果表明, β′-Mg7Gd为硬质脆性相. 电子结构表明β′-Mg7Gd相中存在强烈的共价键, 同时解释了其力学性能. 本文的理论计算结果同实验观察的结果吻合.