多晶面银纳米线拉伸形变的分子动力学模拟

本文以低能量的四棱台结构为基本单元,构建了[100]晶向的多晶面单晶Ag纳米线.利用分子动力学方法模拟其在拉伸载荷下的形变行为,考察了纳米线的单元结构、体系温度、拉伸速率等因素对该纳米线机械强度和断裂模式的影响.结果表明:当四棱台结构单元的长边与短边比值小于1.4时{111}表面的强化作用占主导地位,而当比值大于1.4时多晶面的引入对纳米线起到弱化作用.在断裂模式上,多晶面纳米线在超低温和低应变速率下易于表现脆性断裂,而在室温和高应变速率易于表现韧性断裂.后者塑性形变的机理受位错成核、增殖和位错消失的共同作用,而前者的形变机理与位错活动无关,超低温使材料脆性增加,结构单元之间交界处产生裂隙,裂隙的形成和扩张导致了纳米线的迅速断裂.     

铂晶体位错的结构能量和电子性质的研究

基于位错理论,利用分子动力学和第一性原理的方法建立并计算铂(Pt)中110(111)刃型位错结构、能量及电子结构.结果表明:110(111)的位错芯能量为2.400 e V,位错芯半径为0.554 9 nm;计算位错中心区原子的格位能,位错中心区未滑移的原子能量比发生滑移的原子能量低,即未发生滑移的原子更为稳定;对位错中心区原子的态密度分析,表明位错会引起滑移面附近原子电子结构较大的变化,电子结构的能量范围减小,这是由于键的断裂引起的.     

纳米线高应变率拉伸超塑性

应用分子动力学方法,采用嵌入势EAM与Buckingham势,对金属Cu、半导体化合物CuInSe2和陶瓷化合物MgO纳米线进行拉伸模拟,考察其拉伸应力-应变曲线,并分析拉伸过程中的结构变化.发现当以高于临界应变率的速率对纳米线进行拉伸时,纳米线由脆性断裂向韧性断裂转变,且其延伸率可以超过100%,表现出超塑性的特性,而以较低应变率拉伸时,纳米线仍然表现为脆性断裂,这表明纳米线材料的超塑性对于应变率高度敏感.通过观察纳米线在拉伸过程中的结构变化,发现高应变率拉伸时由于CuInSe2与Cu纳米线晶体结构发生非晶化,在这一转变过程中大量能量被吸收,因而导致其塑性变好.而MgO纳米线则发生面心立方结构向环形结构的相变,相变的发生同样导致了能量的吸收,从而使其塑性大大改善.     

K_(1c)的物理意义及其影响因素

本文企图从宏观和微观相结合的观点分析和讨论K_(1c)的物理意义及其影响因素。对于脆性断裂,通过表面能密度、裂纹尖端凝聚力场以及点阵“捕捉”作用说明K_(1c)的意义。用热力学原理分析了K判据的必要性和充分性,指出只有在裂纹尖端半径小于临界尺寸时,K判据才是必要和充分条件。 对于小范围屈服,裂纹尖端的钝化是通过尖端放射位错和吸引周围异号位错而形成的,这是最可能的物理过程。同时,着重指出Vitek的理论结果。 在弹塑性连续理论中,采纳了Orowan—Irwin有效断裂能密度的概念。用这概念及能量原理,本文建议要从试样塑性变形功中抽出属于K_(1c)组成部分的裂纹尖端塑性功。可以导出K_(1c)的表达式,形式上和陈篪的结果以及Hahn—Rosenfield的结果相似。影响K_(1c)的主要因素有:硬化率,杨氏樸量,抗拉强度,平面应变断裂真应变和一个适当的长度参数,其意义随断裂机制而异。其它冶金因素,例如晶粒度,可能通过断裂真应变影响K_(1c)。     

基于纳米模压的非晶合金纳米线阵列的形貌与结构演化(英文)

金属纳米线阵列因其优异的催化和传感特性等性能而受到广泛关注.非晶合金纳米模压技术提供了一种廉价便捷的近净成型技术,并可用于制备金属纳米线阵列,但目前对该技术的研究还不够深入.由于金属纳米线阵列的结构和形貌对其性能具有强烈的影响,本文对非晶合金在纳米模压过程中纳米线阵列的结构和形貌演化过程进行了系统的研究.研究发现,纳米线阵列中纳米线的长度随着模压温度、时间和压力的增加而增加,而纳米线长度的增加会促使纳米线阵列的形貌逐渐由分散型转变为聚集型.增加模压温度和时间能促进非晶合金纳米线晶化的发生,而增加模压压力则有助于抑制晶化的发生.通过模压参数的调节可以实现对纳米模压后纳米线阵列结构与形貌的调控,进而实现纳米线阵列性能的调控.     

ZnS和C60纳米线阵列的构筑和表征

以多孔氧化铝为模板,通过水热反应制备出ZnS 和 C₆₀纳米线阵列,分别用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱以及选区电子衍射图谱(SAED)等,对纳米线阵列形貌和化学成分进行表征.结果表明,ZnS 和C₆₀纳米线均为有序阵列.ZnS纳米线为多晶结构,在波长332 nm紫外光激发下, 发射519 nm特征荧光.同时介绍了水热条件下,在多孔氧化铝模板中填充目的产物,以及制备纳米线有序阵列的相关过程.该方法具有一定的普适性.     

电化学沉积Fe纳米线的结构

利用电沉积方法在多孔阳极氧化铝模板中制备了高度有序的Fe纳米线阵列.分别用场发射扫描电镜(FESEM)、高分辨场发射透射电镜(HRTEM),选区电子衍射(SAED)和X射线能谱仪(EDX)对样品进行了形貌、晶体结构及成分的表征.利用球链模型解释了纳米线底端的反磁化过程,分析了磁矩发生偏转的原因.结果表明:Fe纳米线直径约65 nm,长度约60μm,是具有(110)面择优取向多晶结构;在纳米线的中间部分,表面光滑,内部结构均匀,而在纳米线与电极接触的端点处由直径约8~15 nm的块状晶粒组成,并且块状结构之间存在明显的间隙.     

无电极光助化学腐蚀法制备GaN微/纳米结构及其物性研究

利用K2S2O8作为氧化剂,通过无电极光助化学腐蚀GaN外延层制备多种形貌的GaN微米/纳米结构.采用扫描电子显微镜(SEM)、阴极射线发光图(CL mapping)、高分辨X射线衍射(HRXRD)、拉曼光谱(Raman spectra)和光致发光谱(PL)等先进的表征手段研究腐蚀样品的形貌、晶体结构和光学性质.结果表明:在高浓度的KOH(1 mol/L)和低强度的紫外光照下,腐蚀出高质量的腐蚀坑、微米/纳米柱和纳米线;在低浓度KOH(0.4 mol/L)和高强度的紫外光照下,制备出GaN棱锥,研究发现此微米/纳米锥体阵列为包裹了位错的GaN晶体.在腐蚀液KOH浓度低至0.1 mol/L时,GaN腐蚀样品表面形成大量的晶须,聚集成束,晶须揭露了位错;并探讨了多形貌微米/纳米GaN的形成机理.腐蚀温度和GaN外延层极性对腐蚀形貌也具有明显的影响.     

YbMn_xO_y纳米结构的可控制备及光催化性能研究

在阳极氧化铝(AAO)模板中,利用负压抽滤及化学共沉淀法,可控合成了YbMn_xO_y纳米管和纳米线阵列结构。其形貌和结构分别用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM),选区电子衍射(SAED)和X射线衍射(XRD)表征。结果表明:上述纳米线和纳米管阵列形貌均一,为非晶结构。Yb~(3+)因具有丰富的4f轨道电子构型,Mn~(2+)可与其f轨道形成络合物,使YbMn_xO_y纳米管和纳米线阵列拥有良好的光催化性能。YbMn_xO_y纳米管独特管状结构和较大的比表面积使其对刚果红水溶液的光催化降解效率高于YbMn_xO_y纳米线,且催化剂重复使用4次后催化效果仍较好。     

氢氧化钠刻蚀多孔氧化铝表面形貌与疏水性能相关关系

以多孔阳极氧化铝(AAO)膜为基材,用氢氧化钠溶液进行化学腐蚀,控制适当的条件,得到了不同形貌的AAO基氧化铝表面.采用氟硅烷修饰后,对其进行了接触角测试、X射线光电子能谱(XPS)分析和扫描电子显微镜(SEM)形貌表征.结果表明:刻蚀过程中,AAO膜多孔表面层及多孔本体层中孔壁较薄的部分首先被溶断,样品干燥过程中,在水的表面张力的作用下形成了沟壑状微米级狭长裂缝.当AAO膜本体层大部分孔壁被溶断后,就形成了氧化铝纳米线.在其自身重力及水的表面张力的作用下,氧化铝纳米线聚积成微米级簇状结构,从而形成蜂巢状微米纳米相结合的双尺度阶层结构.这种蜂巢状结构修饰氟硅烷后,其对水的静态接触角(151.7°)远远高于氟硅烷修饰的纳米孔洞结构表面(138.3°)和光滑表面(101°).     

纳米铜单晶拉伸力学性能的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟了绝对零度时三种不同边界条件下纳米铜单晶的拉伸力学性能。计算结果发现：不同边界约束对钢单晶的内在原子运动和整体力学行为有明显影响;纳米杆、纳米薄膜良好的延性主要来源于位错运动;铜单晶块体的破坏源于内部孔洞的发展,破坏时延性较差;此外,纳米杆、纳米薄膜存在较大的表面张力。     

废旧钢丝错体再制造工程翻新轮胎工艺及补强机理

为了提高工程翻新轮胎的承载及抗刺爆性能,利用废旧子午线轮胎钢丝作为补强体,采用镀层法,通过废旧钢丝表面镀铜-镀锌处理,设计了废旧子午线轮胎钢丝错体再制造工程翻新轮胎生产工艺,主要包括局部修复与补强工程子午线轮胎钢丝帘线断裂层工艺、旧胎体层与翻新胎面胶层之间补强一层子午线废旧轮胎钢丝帘布层工艺.分析了废旧子午线轮胎钢丝错体再制造工程翻新轮胎补强作用机理,有效实现了废旧钢丝与轮胎橡胶的黏合,并对错体再制造工程翻新轮胎技术优势进行了分析,采用模硫化法对26.5R25全钢工程机械子午线旧轮胎进行了错体再制造翻新生产.结果表明,废旧钢丝错体再制造工程翻新轮胎承载能力和抗刺爆能力大大增强,其使用寿命为同型号普通翻新轮胎的1.2倍,接近同型号新轮胎的使用寿命,综合性能表现良好.     

公路岩质边坡稳定性的数值模拟分析

边坡因失稳而发生滑坡灾害会造成严重的人员伤亡和经济损失,为探究岩质边坡失稳破坏机理,进而对边坡进行针对性治理。本文以贵州省境内某高速公路边坡为研究对象,通过单轴压缩试验分析了该边坡的岩层岩性,并利用真实破坏过程分析方法（realistic failure process analysis）对该岩质边坡进行了数值模拟。研究表明：破碎带对边坡稳定性影响显著,支护前后边坡滑移面均出现在破碎带与基岩的接触面。锚索支护极大地提高了边坡的安全系数,无支护时边坡安全系数为1.1,边坡较不稳定;支护后边坡安全系数为1.64, 边坡稳定。边坡失稳破坏过程伴随着声发射能量的变化,支护前后均表现出缓增-激增-平缓的演化规律,因此,边坡发生灾害过程可以通过能量监测实现预警预报。研究结果对贵州省高速公路边坡失稳机制的研究和滑坡灾害防治具有重要的指导意义。     

20Mn钢复相组织变形和断裂过程的研究

本文利用透射电子显微分析技术对20Mn钢复相组织的变形和断裂规律进行了原位观察,研究变形过程中组织结构对强化过程的影响,特别是形变强化指数、变形量和组织三者之间的关系;同时对试验钢的断裂机制进行了分析,即观察扩展裂纹前沿位错组态的变化及裂纹的动态扩展过程。     

无掩模选择性制备硅纳米线阵列及其光致发光

基于金属辅助硅化学刻蚀发展了一种无掩模选择性区域制备硅纳米线阵列的方法, 并利用该方法成功制备了图形化的硅纳米线阵列. 扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM) 分析表明, 所制备的硅纳米线阵列是高质量的多孔微纳米结构, 并利用拉曼光谱仪研究了室温下硅纳米线阵列的光致发光特性. 结果表明, 硅纳米线阵列可实现有效的光发射, 发光波峰为663 nm. 该方法工艺简单、有效, 可潜在地应用于构筑硅基光电集成器件.     

解理断裂机制

解理断裂是典型的脆性断裂 ,解理断裂也是一个裂纹萌生和扩展的过程 ,其机制与位错和晶粒有关。应力的大小和晶粒的尺寸影响解理断裂。细化晶粒可抑制脆性断裂。     

可加工生物活性云母/氟磷灰石玻璃陶瓷的制备及生物活性

采用高温熔铸法制备可加工生物活性云母／氟磷灰石玻璃陶瓷；用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM／EDS）和傅里叶变换红外（FTIR）光谱分析等手段对材料的相组成和微观形貌进行研究，测定材料的抗弯强度、硬度和断裂韧性等力学性能;采用体外模拟体液（SBF）浸泡法测试材料的生物活性。研究结果表明：氟磷灰石相呈针状，与人体骨和牙齿的磷灰石形貌相似，有利于提高材料的生物活性和生物相容性；氟磷灰石的形成是材料被迅速加热至高温进行熬处理，使磷灰石以螺旋位错生长机制沿c轴晶化长大所致；经热处理获得的材料具有优良的力学性能，基本满足骨科和齿科用生物材料的性能要求；材料在体外模拟体液中浸泡3d后，样品表面已有磷灰石层生成，表明谊材料具有较高的生物活性。     

激光冲击强化对Ti2AlNb合金微观组织及残余应力的影响

Ti2AlNb(O-Ti2AlNb)具有优异的力学性能,在航空发动机方面有远大应用前景.激光冲击强化(Laser Shock Peening,LSP)是一种先进的表面改性技术,能够在材料表面诱导产生高幅值、大深度的残余压应力,改善材料微观组织,提高材料抗疲劳、高温氧化等性能.本文采用激光冲击强化对Ti2AlNb合金进行表面改性,并研究其组织演变、残余应力以及高温环境对性能的影响.结果表明:激光冲击强化能够显著减小Ti2AlNb合金近表面的晶粒尺寸.显微硬度由冲击前的350 HV提升到395 HV;在冲击区域近表面产生了约-377 MPa的残余压应力;而在高温环境中,由激光冲击强化所诱导的材料近表面残余应力随时间逐渐释放,在600℃条件下,残余应力释放较为缓慢;而在720℃条件下,残余应力迅速释放.     

电解修整精密镜面磨削工件表面形态及切屑形成理论解析

研究了硬脆材料与电解修整磨削（ＥｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃＩｎＰｒｏｃｅｓＧｒｉｎｄｉｎｇ,ＥＬＩＤ）超精密镜面磨削过程中的诸多现象,特别是对工件表面微观形态进行了研究,研究结果表明超精密镜面的微刃磨削在工件表面形成的磨痕不同于普通磨削,即工件表面材料是经过微细磨料的数次碾压、剪切、位错、滑移造成表面材料质量团累积塑性损伤,脱离材料表面层而形成切屑的．建立了微细切屑的塑性损伤形成力学模型,并进行了解析,结论适用于硬脆材料的韧性（Ｄｕｃｔｉｌｅ）超精密磨削条件及研磨、抛光工艺过程．     

变形晶粒三叉晶界迁移过程的晶体相场模拟

【目的】研究纳米多晶材料受力变形过程中微观结构(如内部晶界,位错等)的演化过程,揭示纳米多晶材料受应力作用的微观机理。【方法】通过晶体相场(Phase field crystal,PFC)模型,模拟多晶样品在外加应力作用下的变形过程,分析内部畸变能的变化情况。【结果】在外加双轴动态加载作用下,当应变较小时,样品中的晶粒没有发生较大的变形,以位错沿着晶界运动为主。随着应变的增加,样品开始出现晶粒旋转、晶粒吞并、大小角晶界迁移运动、三叉晶界发射和接收位错等现象。晶界释放位错有助于减少晶界表面能;吸收位错则增加了晶界表面能。【结论】晶体相场方法可以有效模拟多晶体材料塑性变形过程的微观结构演化。