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.     

落管中Ag60Sb34Cu6三元合金的快速凝固机制

采用落管无容器处理技术实现了直径为60~800 mm的Ag₆₀Sb₃₄Cu₆三元合金液滴的快速凝固, 对其凝固机理进行了理论探索. 随着液滴尺寸的减小, 冷却速率从57 K/s增大至5.8×10⁴ K/s, 最大过冷度达180 K(0.23T_L), 初生ε(Ag₃Sb)枝晶发生了显著细化, 直至形成均匀的等轴晶. 实验结果表明, 深过冷条件使得(ε+ Ag)二相共晶在小液滴中难以生成, 同时初生e相中Ag的固溶度随液滴过冷度的增大显著增大. 根据差热分析与晶体生长形态, 提出了合金液滴在不同过冷度下的两种凝固方式.     

催化分解二茂铁制备Fe3O4/螺旋形碳纳米纤维复合材料及磁学性能

在500℃实验条件下, 通过锡粉催化分解二茂铁, 反应12 h 获得大量高纯Fe₃O₄/螺旋形碳纳米纤维复合材料. 表征结果表明, Fe₃O₄ 纳米颗粒的直径主要集中在35~65 nm 之间,螺旋形碳纳米纤维的直径为40~70 nm. 调节反应温度可以控制纳米复合材料的形貌和组成. 在此基础上, 讨论了Fe₃O₄/螺旋形碳纳米纤维复合材料的形成过程. 500℃反应12 h 制得Fe₃O₄/螺旋形碳纳米纤维复合材料的磁滞回线表现出铁磁行为, 其饱和磁化率、剩余磁化率和矫顽力分别为29.8 emu/g, 9.6 emu/g 和306.6 Oe.     

三元Fe-Co-Cu包晶合金中壳核组织形成机制

三元Cu₅₀Fe_37.5Co_12.5包晶合金液滴在自由落体过程中发生亚稳液相分离, 主要形成由L₁(Cu)和L₂(Fe,Co)两相构成的壳核组织. 在测定固相面和液相面温度以及液相分离临界过冷度的基础上分析了壳核组织形成机制, 发现分离两液相的界面能随温度降低而增大, 合金液滴沿着半径方向从内向外存在着由小变大的温度梯度. 作用于L₂(Fe,Co)相上的Marangoni力(F_M)随其尺寸增加而增大, L₂(Fe,Co)相小液滴在F_M力的作用下从外向内迁移过程中逐渐粗化, 同时发生碰撞和凝并, 进而形成壳核结构的凝固组织.     

高频声场作用下Pb-Sb过共晶合金凝固过程研究

研究了15 kHz高频声场作用下Pb-16%Sb过共晶合金的凝固过程, 发现高频声场促进晶体形核从而减小了合金熔体的过冷度. 理论分析表明, 超声空化效应和熔体受迫振动是降低合金过冷能力的主要因素. 对比不同声强下的凝固组织发现, 随着声强的升高, 初生(Sb)相的宏观偏析逐渐被抑制, 并且其生长方式从小平面相生长转变为类似粗糙界面的分枝生长, 同时Pb-Sb二元共晶组织明显粗化, 当声强超过1.6 W/cm²时, 共晶生长形态由层片共晶转变为不规则共晶. 高频声场还改变了凝固界面前沿的溶质分布规律, 使得初生(Sb)相中的Pb含量随声强的升高而逐渐减小.     

单分散四氧化三铁亚微球的合成、表征及磁性研究

在不使用表面活性剂的条件下, 以K₃Fe(CN)₆为铁源, 采用溶剂热合成技术, 于200℃反应24 h得到亚微球状的Fe₃O₄. 产物的物相、微观形貌、结构和表面元素状态分别采用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线光电子能谱等进行了表征. 结果表明, 产物为面心立方结构、具有单分散性的Fe₃O₄亚微球, 平均直径为170 nm. 通过一系列对比实验研究了反应参数对产物的影响, 发现作为还原剂和溶剂的乙二醇在合成中起着关键的作用; 此外, 反应时间和反应温度也对最终产物产生重要影响. 所得近单分散的Fe₃O₄亚微球在室温条件下的磁滞回线表现出铁磁行为, 其饱和磁化率为60.8 emu/g, 矫顽力为124.7 Oe.     

定向凝固Al2O3/Al-4.5Cu复合材料的弯曲性能与断裂特征

采用定向凝固的方法研究了Al₂O₃/A-4.5Cu复合材料的力学性能的变化规律 ,实验结果表明 :随着定向凝固冷却速率的提高,Al₂ O₃/Al-4.5Cu复合材料的抗弯强度和塑性提高 ,与搅拌铸造Al₂O₃/Al-4.5Cu复合材料相比 ,当定向凝固速度达到700μm/s时 ,其抗弯强度提高66% ,断裂应变提高135%.另外,在相同定向凝固条件下Al₂O₃/Al-4.5Cu复合材料与Al-4.5Cu合金相比较,其抗弯强度均得到明显改善 ,而断裂应变则降低 .搅拌铸造Al₂O₃/Al-4.5Cu复合材料表现为沿晶断裂,而定向凝固Al₂O₃/Al4.5Cu复合材料表现为韧性断裂,随着定向凝固速率的提高,其断裂面上韧窝数量明显增加.     

超声场中Sn-38.1%Pb 共晶合金的动态凝固

Sn-38.1%Pb 共晶合金在频率为35 kHz 的超声场中发生凝固时, 随着试样高度H 的降低, 声场对宏观偏析的抑制效果更加显著, 球状共晶团在凝固组织中所占体积分数相应增大. 当H 等于声波在合金熔体内的波长λ时, 超声场能够扩大初生(Sn)相分布区域, 缩小Sn-Pb 共晶和初生(Pb)相分布区域. 同时, 初生(Sn)相晶粒显著细化, 生长方式发生“枝晶-等轴晶”的转变. 对于 H=λ/2 和λ/4 的合金试样, 超声场能够促进熔体形核, 降低合金整体过冷度. 分析表明, 超声场中的空化效应抑制了熔体过冷, 声流促进共晶生长界面前沿的温度场和浓度场呈空间对称分布, 使Sn-Pb 共晶以三维对称方式生长.     

系列Fe(Ⅱ/Ⅲ)配位超分子的晶体结构及光电性能

采用水热合成方法得到了3种Fe(Ⅱ/Ⅲ)配合物: [Fe₂(μ₂-btec)(μ₂-H₂btec)(phen)₂(H₂O)₂]_n(1), [Fe₂(btec)(phen)₂(H₂O)₄](2), {[Fe(o-pha)(phen)(H₂O)]•H₂O}_n (3), (phen=1, 10-phenanthroline, o-H₂pha= o-phthalic acid, H₄btec=1, 2, 4, 5-benzenetetracarboxylic acid). X射线单晶衍射结果表明, 配聚物(1)和配合物(2)都是以均苯四甲酸根做为桥, 分别形成了1D和双核结构; 配聚物(3)是以邻苯二甲酸根为桥形成了1D结构. 3种配合物中羧基配位模式各不相同, 在配合物(2)中, 采用了μ₂-η¹η¹η¹η¹配位模式; 配聚物(3)中, 邻苯二甲酸根的两个邻位的羧基采用了μ₂-η²η¹模式; 而配聚物(1)中均苯四甲酸根存在两种不同的配位模式, 一种为μ₂-η¹η¹η¹η¹, 另一种为两个对位羧基参与配位的μ₂-η¹η¹模式. 此外, 分子间大量氢键的存在和π-π堆积作用又将3个配合物分别网成了3D和2D无限结构. 通过红外光谱(IR)、电子吸收光谱(UV-Vis-NIR)及表面光电压光谱(SPS)等方法对配合物进行了表征. 重点分析了3种配合物的表面光电压光谱, 结果表明, 它们在300~600 nm范围内均有正的光伏响应, 呈现出一定的p型半导体行为特征. 而且由于3种配合物的结构、中心Fe离子的价态和Fe离子配位环境不同, 使得3种配合物的SPS响应带的强度、位置和峰数都出现明显不同. 此外, 将SPS结果与其电子吸收光谱进行关联, 发现它们基本上是一致的.     

共晶Al71.6Ge28.4合金液-固结构相关性

利用高温液态X射线衍射仪研究了共晶Al_71.6Ge_28.4合金熔体的液态结构及其液固相关性. 研究表明, 对Al_71.6Ge_28.4合金熔体而言, 在1150~550℃的温度范围内, 熔体原子团簇结构没有变化, 有序度随温度降低而提高; 进一步通过纳米晶粒模型分析指出, 该熔体是由72.8%α相原子团簇和27.2%β相原子团簇组成, 但其液态结构和固态结构存在较大的差异. 同时对该合金在凝固时容易产生过冷状态的原因进行了探讨.     

Fe3O4-SiO2-Polypyrrole纳米核壳颗粒的制备及其吸附性能

制备了一种高磁响应的Fe₃O₄-SiO₂-Polypyrrole纳米复合核壳颗粒, 并成功应用于水相体系中重金属离子Cr₂O₇²⁻的吸附研究. 分别采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、红外光谱仪(FTIR)和振动样品磁强计(VSM)对产物的结构、形貌与磁性能进行了表征, 结果揭示, 核壳复合吸附材料由400 nm大小的Fe₃O₄多晶球簇内核、100 nm厚度的非晶SiO2壳层以及外层聚吡咯材料组成, 其饱和磁化强度为43.5 emu/g. 通过电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)研究了其对重金属离子的吸附性能, 按照Langmuir等温吸附模型计算的饱和吸附量为35.52 mg/g. 证明对于Cr₂O₇²⁻离子, 该核壳结构纳米材料是一种性能良好、可高效磁分离的吸附材料.     

石英纤维增强氧化硅复合材料与因瓦合金的钎焊接头界面组织及性能研究

通过一种胶接辅助钎焊连接方法, 采用自制活性胶做表面改性剂, Ag-Cu共晶箔和纯Cu箔做中间层, 对石英纤维增强氧化硅复合材料和因瓦合金进行了钎焊连接. 通过扫描电子显微镜、能谱仪及X射线衍射仪对接头的微观组织、界面成分及接头的物相组成进行了分析研究. 结果表明, 胶接辅助钎焊连接方法可以有效实现石英纤维增强氧化硅复合材料与因瓦合金的致密连接, 接头界面处形成多种生成相, 包括TiO, Si, TiC, Fe₂Ti, Cu(s,s)和Ag(s,s). 当钎焊温度为850℃, 保温时间为15 min时, 接头界面结构可表示为: QFSC/TiO+Si+Cu(s,s)+Ag(s,s) +TiC/Cu(s,s)+Ag(s,s) +Fe₂Ti/ Invar, 接头抗剪强度可达44 MPa. 当钎焊温度升高或降低时, 接头的抗剪强度均呈现降低趋势.     

相场法研究沉淀早期两相竞争随作用势的变化规律

基于微观相场法, 利用Khachaturyan 所给原子间作用势与长程序参数关系方程得 出L1₂ 相和DO₂₂ 相原子间作用势方程, 计算出Ni₃Al(L1₂ 相)、Ni₃V(DO₂₂ 相)随温度和浓度 变化的原子间作用势值. 计算结果表明: 随Al 原子浓度增大, Ni-Al 间作用势近似呈线性 增大, Ni-V 间作用势近似呈线形减小. 将作用势代入微观相场方程中表明: 当Ni-V 间作 用势大于Ni-Al 间作用势时, DO₂₂ 相先于L1₂ 相析出; 当Ni-V 间作用势等于Ni-Al 间作用 势时, DO₂₂相和L1₂相同时析出; 当Ni-Al 间作用势大于Ni-V间作用势时, L12相先于DO22 相析出. 计算结果与实验值符合较好.     

肝素对CaCO3晶体形貌和结构的控制

有机物对CaCO₃晶体生长的调控作用是其矿化机制与仿生制备的一个重要组成部分. 利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、红外吸收光谱仪和荧光分光光度计研究了低分子量肝素(heparin, HEP)对CaCl₂/Na₂CO₃体系中CaCO₃晶体形貌与结构的影响. 结果发现, 在纯水溶液中CaCO₃为菱形方解石; HEP的加入促使CaCO₃形貌与结构发生变化. 当HEP浓度达到2.5 mg/mL时, 可成功诱导CaCO₃晶体取向生长并形成直径为1.5 ?m左右的球霰石型晶体. X射线衍射分析显示, HEP浓度为5和20 mg/mL时, 球霰石晶体含量分别为57.4%和64.9%. 这种HEP/CaCO₃微球对HEP的包封率达到80%以上. 实验研究结果可以为探讨生物矿化机制和制备肝素功能化材料提供新的参考依据.     

快速凝固Co-Sn合金的组织形态与电学特性

采用单辊实验技术研究了 Co-Sn 二元合金的急冷快速凝固行为, 并通过将金属熔体热传导方程和Navier-Stokes方程相耦合, 理论计算了液态合金的冷却速率. 实验发现, Co-20%Sn亚共晶合金的初生αCo 相的生长形态对冷速变化十分敏感, 低冷速下在合金条带中部会形成一定厚度的柱状αCo 枝晶区. 随着冷速的增大, 柱状晶区减小并逐渐趋于消失, 凝固组织以均匀细小的αCo等轴晶和分布于其间的γCo₃Sn 相为特征. Co-34.2%Sn共晶合金形成了全部的不规则共晶组织. 随着冷速的增大, 一方面两种合金组织明显细化, 均匀性显著提高; 另一方面晶体缺陷数量增多, 对自由电子的散射作用增强, 从而导致电阻率的显著增大. 晶界散射系数r→1, 可使用M-S模型对快速凝固Co-Sn合金的电导特性进行理论计算.     

水热/超声法合成γ-Fe2O3纳米空心球及磁性

结合水热法和超声法的优点, 首先用水热法合成出晶粒尺寸约为15 nm的Fe₃O₄纳米实心球, 用硝酸处理并最终在硝酸铁溶液中超声Fe₃O₄纳米实心球, 得到了晶粒尺寸约在5 nm的γ-Fe₂O₃纳米空心球. X射线衍射(XRD)、X射线散射能谱(EDS)、扫描/透射电子显微镜(SEM/ HRTEM)、氮气和孔径分布(BJH)证明所得的样品为高纯的具有孔结构的γ-Fe₂O₃纳米空心球. 超导量子干涉仪(SQUID)和稳定性实验显示, γ-Fe₂O₃ 纳米空心球在室温下为超顺磁性, 且具有较高的饱和磁矩和化学稳定性, 这为γ-Fe₂O₃纳米空心球在药物运输领域的应用提供了依据.     

超声、磁共振多功能微气泡造影剂的制备和应用

随着包膜微气泡材料和制备技术的发展, 微气泡超声造影剂不仅用于超声成像诊断, 而且在分子成像、药物传输及靶向治疗等多个领域得到广泛的研究与应用. 实验制备了膜壳装载Fe₃O₄纳米颗粒、中心包裹氮气的聚合物微气泡造影剂, 体外超声成像(US)显影实验发现该微气泡具有良好的超声图像增强作用. 利用包膜微气泡在超声场作用下的振动模型研究其动力学行为发现, 膜壳中包裹的Fe₃O₄纳米颗粒在一定浓度范围内能增加微气泡的膜壳散射截面, 增强超声波的背向散射强度, 从而显著增强超声图像的显影效果; 当超过一定Fe₃O₄纳米颗粒浓度则会导致微气泡膜壳散射截面减小, 从而降低超声图像增强效果. 另一方面体外磁共振成像(MRI)显影实验证明, 随着膜壳中Fe₃O₄纳米颗粒含量的增加, MRI增强效果亦增加. 因此为了制备US和MRI双重显影增强的微气泡造影剂, 控制磁性纳米颗粒在微气泡膜壳中的包裹量十分重要.     

重力对ZrTiCuNiBe大块非晶形成合金定向凝固组织的影响

以ＺｒＴｉＣｕＮｉＢｅ大块非晶形成合金为研究对象，利用定向凝固装置，进行了不同重力场方向下合金的定向凝固实验，利用Ｘ射线衍射仪分析了初生相组成，并通过金相显微镜观察了凝固组织形貌。研究发现，当凝固方向与重力场取向相同时，凝固组织主要为大量共晶相＋少量针状初生相，当凝固方向与重力场取向相反时，针状初生相多而粗大。     

靶向性Fe3O4@Au纳米粒子在光声/核磁双模成像中的应用

多模互补成像可以提高医学诊断精度. 多模探针是联合各个成像模式的桥梁, 这意味着发展多模式、多功能的纳米探针是非常必要的. 本文发展了一种具有靶向性的四氧化三铁核/金壳纳米粒子(Fe₃O₄@Au)作为核磁和光声双模成像的探针, 实验证明Fe₃O₄@Au纳米粒子具有超顺磁性, 可以增强T₂序列的核磁信号. 此外, 该探针同时具有光学吸收性质, 可以增强光声信号. 在其表面修饰Integrin a_vb₃单克隆抗体后, 该探针对U87-MG肿瘤细胞具有选择靶向性. 基于Fe₃O₄@Au纳米粒子的核磁/光声双模成像将在肿瘤诊断中发挥重大作用.     

耐高温垂直取向FePt 连续薄膜的表面形貌与磁性

用磁控溅射法在加热到400℃的MgO(001)单晶基片上沉积了总厚度为25 nm 的[Fe(0.6 nm)/Fe_30.5Pt_69.5(1.9 nm)]₁₀ 多层连续薄膜, 总成分配比为Fe₅₀Pt₅₀. 然后对其在[500, 900]℃温度范围进行真空热处理, 分析了热处理温度对薄膜表面形貌、晶体结构以及磁特性的影响. 结果表明, 在加热基片上生长的FePt 薄膜, 层间已经发生扩散, 形成无序的A1 相. 经过700℃以上的高温热处理, 薄膜转变为具有(001)织构的L1₀相FePt 合金, 易磁化轴沿垂直于膜面的方向, 有序度大于0.85, 单轴磁晶各向异性能约2.7×10⁷ erg/cc. 利用扩散后残存的周期性微弱成分起伏, 可以使薄膜在800℃以下保持形貌连续. 用原子力显微镜对薄膜表面进行观察证实, 在780℃进行热处理, 薄膜的表面最平整. 这种优质的连续薄膜可以应用于微加工制作超高密度垂直磁记录阵列介质.