金属熔体的结构与性质Ⅰ——固-液相变的剩余键数

基于金属的固-液相变机制和液态金属的微观不均匀理论,建立了熔化潜热、汽化潜热与熔点处金属熔体中的剩余键数、近程有序原子数之间的物理模型,并给出了该模型的数学推导和证明.该模型只需要晶体结构的基本参数及热物性数据就可以得到金属固-液相变后原子集团内的剩余键数和所包含的近程有序原子数,为进一步认识熔体结构信息提供了有效的途径.利用所建立模型计算了铝、镍熔体的剩余键数和近程有序原子数,计算结果与试验值吻合较好.同时,讨论了原子序数对第I、第II主族元素熔体的剩余键数和近程有序原子数的影响.     

金属熔体的结构与性质Ⅲ——运动黏度与原子集团尺寸的关系

采用坩埚扭摆振动法测量铝熔体的运动黏度,获得935～1383K温度区间的黏度-温度关系曲线v(T);利用液态结构中原子集团演变行为的计算模型,得到该温度区间的原子集团尺寸-温度关系曲线d(T),计算结果与实验值基本吻合;通过数据分析发现,铝熔体黏度与原子集团尺寸均为温度的单值函数,两者之间存在线性的函数关系v(d),即v=v0+K·d(T),该关系间接验证了金属熔体结构信息的计算模型.对于深入研究金属熔体微观结构与宏观物性之间关系具有重要科学意义.     

原子外电子层的偶奇效应

一、偶奇效应及其依据在元素周期系中,原子外电子层的相对稳定度随周序数的为奇或偶呈现大小不同的现象,叫做偶奇效应。除去第Ⅰ、Ⅱ类主族外,偶数周期元素的外电子层的相对稳定度较大;奇数周期元素的外电子层的相对稳定度较小。而Ⅰ、Ⅱ类主族元素则恰有相反的趋向。由表1可知,第Ⅲ类主族元素的第一电离势呈波浪式的变化,偶数周期元素B、     

匀强电场中第Ⅰ主族元素基态原子的边界轮廓

应用原子特征边界轮廓模型,研究了第Ⅰ主族H、Li、Na、K、Rb基态原子分别在106、107、108V/m强电场中的边界轮廓.计算结果表明,在电场中原子的边界轮廓呈现近椭球形,且沿电场方向边界轮廓收缩的程度小于电场反方向拉伸的程度.电场强度越强,原子边界轮廓改变越大.相同强度电场下,第Ⅰ主族元素原子从上至下,边界轮廓变化逐渐增大.计算中得到的单位强度原子平均径向变化率与实验已测得的原子极化率结果呈现很好的线性相关性.     

氢在金属熔体中的溶解度计算模型

通过文献调研,总结了氢在不同金属熔体中溶解度变化规律。通过比较不同影响因素的作用,指出氢与金属熔体的电子相互作用是决定氢在金属熔体中溶解度的主要因素。基于近自由电子模型,提出了表征这种电子相互作用和计算氢在金属熔体中溶解度的金属熔体有效电荷密度模型。结果表明:氢在过渡族金属熔体中的溶解度远高于在其他金属熔体中的溶解度,而且随着原子序数的变化呈现有规律的变化,金属熔体有效电荷密度模型很好地解释了这种变化规律。     

Bi熔体粘滞性的非连续变化现象

金属熔体的粘滞性是液态金属原子迁移能力的一种表现，反映了原子间结合力的大小，是重要的熔体敏感物理性质之一，从中能得到许多关于液态结构的信息，同时也是重要的铸造工艺参数。Bi熔体的粘度一温度曲线关系表明，粘度随着温度的降低而增加，但并不连续，计算可知，高温区域的粘流活化能E值最小，低温区域的最大，中温区域的处于两者之间。随温度升高，流团尺寸vm在减小。结合DSC曲线分析认为，粘度异常变化区域是Bi熔体由不均匀向均匀原子结构非连续变化所引起的，与熔体中原子健的转变密切相关。     

主族元素性质的相关性

元素的性质是原子序数的周期性函数，这个规律称为元素周期律。根据元素周期律，人们把迄今为止已发现的110种元素组成一个系统，即元素周期系。在元素周期系里，随着原子序数的增加，电子在原子核外依次排列而周期性地形成了类似的结构体系。这里强调“类似”是由于没有两个元素的自由原子具有完全相同的电子结构。因此，凡是和这种类似结构有关的元素，其性质都应呈周期性的变化。但是，原子结构是复杂的，由于能级交错等原因而使原子的外层电子在得失或共用时出现不规则的变化，导致元素性质的变化不规则。下面应用元素周期系理论从“水…     

Ｉｎ熔体的结构变化与粘度变化之间的联系

利用高温液态金属X射线衍射仪在280℃、390℃、550℃、650℃、750℃研究了In熔体的结构.实验结果表明,In熔体的平均最近邻原子间距和原子配位数随温度的升高而减小,原子团簇出现热收缩现象,且收缩在390～550℃温度区间内发生突变,收缩明显.利用回转振动粘度仪对In熔体在液相线以上不同温度进行了粘度测量,结果表明,随温度升高,In熔体的粘度降低,总体上呈现指数变化规律,在430℃和470℃附近出现异常变化.粘度出现异常变化的温度与其结构发生突变的区间一致,表明熔体粘度与熔体结构之间有着密切的联系.     

Sb含量对Ni46Mn41In13-xSbx结构、相变和磁性的影响

系统地研究了铁磁形状记忆合金Ni_(46)Mn_(41)In_(13-x)Sb_x(x=0,2,4,6,8,10,12,13)的结构、相变和磁性能.研究表明:系列合金仍然为L21立方结构,原子排列有序度有所提高.居里温度和马氏体逆相变温度在x6时均随x的增大而逐渐降低;在x6时均随x的增大而逐渐升高.磁化强度-温度曲线显示,Sb对In的替代引起主族元素p轨道和过渡族金属d轨道之间p-d轨道杂化作用改变,导致Ni_(46)Mn_(41)In_(13-x)Sb_x奥氏体和马氏体磁化强度变化趋势随Sb含量的增加出现反转.     

低能电子与第二周期元素原子碰撞截面的理论计算

作者采用等效势方法讨论了电子被原子散射的物理模型.入射电子在原子有效势场中运动的势能可以表示成静电势能Vo(r)、极化势能Vp(r)和交换势能Ve(r)之和.作者考虑到入射电子波的畸变,利用修正的极化势截断函数得到了入射电子与靶原子相互作用的解析势能函数,并进一步编程计算了电子与第Ⅱ周期元素原子散射的总截面和动量转移截面,其结果与已有的实验和计算结果符合得较好,并得到了截面与原子序数的一些变化关系.     

关于含化合物金属熔体结构的共存理论

从含化合物金属熔体的原子本性和分子本性(活度的负偏差、混合△G和△H显示最小值、过剩稳定性的突然升高、电阻率显示最大值和相图等)出发,提出了反映本熔体实际的原子和分子共存理论。根据此理论制定了不同金属熔体作用浓度(即实测的活度)的计算模型。计算结果与实际符合的事实证明共存理论恰当地反映了含化合物金属熔体的结构本质。     

αFe-P固溶体价电子结构分析

本文对αFe-P固溶体提出了一个新的晶体结构模型,并就此模型利用“固体与分子经验电子理论”计算了固溶体的价电子结构。结合固溶体不同成分下晶格常数实验资料,导出了各种成分固溶体内代位磷原子和间隙磷原子的相对数量,提出了αFe-P固溶体的近似价电子结构,并讨论了γ′Fe_(>4)P相的时效析出及伴随的反常点阵常数变化。     

金属富勒烯包合物M@C_(50)结构和稳定性的理论研究

在密度泛函B3LYP理论下,用LANL2DZ基组对具有D5h,D3对称性的两种C50富勒烯异构体及以它们为基形成的第二主族金属富勒烯包合物M@C50[M=Be,Mg,Ca,Sr,Ba]进行了几何构型优化和振动频率分析.得到了相应的优化几何参数、总能量、前线轨道能级差,同时还计算了分子中原子电荷和结合能.计算结果表明,对于内包金属原子类型M(除Be外)相同时,D5hM@C50包合物比相对应的D3M@C50包合物稳定;对于具有相同对称性而内包金属原子类型M不同的D5hM@C50,其稳定性随原子序数的增大而增大;从热力学或动力学角度分析,形成D5h对称性的Sr@C50,Ba@C50包合物都是可能的.     

第五主族原子替位掺杂对砷烯几何结构和电子性质的影响

点缺陷不可避免存在于新型二维材料中,并往往对其物理性质有重要的影响. 该文运用第一性原理计算方法,研究了第五主族原子(N、P、Sb和Bi)替位掺杂对砷烯几何结构和电子性质的影响. 首先,研究发现第五主族原子替代掺杂原子在砷烯晶体中会引起明显的局部晶格形变. 其次,第五主族原子掺杂会导致二维砷烯晶体能带带隙的不同程度的减小,随后根据电子态密度和差分电荷密度的计算结果对其进行了分析和解释. 最后,给出了第五主族原子掺杂砷烯的STM图像,为实验科研者识别和分析砷烯缺陷提供有益的参考. 研究结果将对二维砷烯纳米材料在光电器件等领域的应用提供有价值的参考和依据.     

原子结构与性质间的定量关系,Ⅰ主族同族元素性质递变的定量关系

元素周期律的结构基础,在于元素原子的核外电子在能值为量子化的各壳层上呈周期性的重复排列。同族元素的相似性,是由其在价壳层上具有相同电子数所致;同族元素的性质同时也是发展的,这一发展表现出何种规律性,能否找出某种结构因子,把同族元素的性质定量地关联起来呢?本文试图对主族元素的原子结构与周期性的定量关系进行研究。在一个原子中,核荷形成一量子化力场,自核而远能级的主量子数n依次为1、2、3……,核外电子则按一定的规律排布在以各个主量子数n为表征的各壳层(能级)中。对于同族元素,从电子层结构上来看,相互间的关系实为一同系列,每下一个成员均较其上一     

相异相似元素对Zr-Cu非晶合金熔体凝固过程影响

本文通过分子动力学模拟,使用平均五次对称、平均团簇尺寸、平均团簇寿命、自扩散系数、剪切黏度等方法表征相异及相似元素对Zr-Cu体系非晶合金熔体凝固过程中原子结构和动力学的影响.相异元素替换导致Zr-Cu非晶合金熔体凝固过程中的原子排列结构和动力学过程都发生明显改变,进而使其非晶形成能力得到提高;而显著提高非晶形成能力的相似元素替换对Zr-Cu体系非晶合金熔体凝固过程中原子排列结构没有显著影响,但导致动力学过程变慢,这表明动力学显著影响合金体系的非晶形成能力.     

鲍林近似能级图的新认识

鲍林近似能级图对于理论化学的研究具有很重要的意义。但是,由于它的规律性不是那么明显,因而使用不是太方便。本人通过重新的排列,将复杂的鲍林近似能级图简便化,规律化,实用化。在将方便其与元素周期律联系起来的同时,也大大方便了元素对应其电子、价电子排布式的书写。运用这张能级图,还可以快速地将某个原子的原子序数与其所对应的元素周期表的位置相互联系对应起来,方便计算。     

中性原子电负性和分子态下原子电负性

本文以中性原子优化轨道指数和原子共价半径为主要参数,在静电模型基础上提出一套中性原子电负性新标度,同时还对分子态下原子电负性进行了探讨。过渡金属、镧系元素及主族元素的化学性质,p、d、f 轨道电子的首次填充等均在电负性相对值中得到体现。     

Ce_(80)Cu_(20)合金熔体中原子自扩散与互扩散

扩散系数是描述液态金属动力学性质的关键物理量,也是金属材料设计与成型的必要参数.本文利用滑动剪切技术和中子散射技术分别测量了Ce80Cu20合金熔体互扩散系数和Cu原子的自扩散系数,两种扩散系数随温度的变化在所研究的温度范围均符合经典的Arrhenius关系.互扩散系数激活能与Cu原子自扩散系数激活能非常接近,互扩散系数绝对值大约是Cu自扩散系数的1.5倍.根据吉布斯自由能数据,本文还计算了该合金熔体互扩散的热力学驱动力(即热力学因子).结合计算的热力学因子以及经典的描述自扩散和互扩散关系的Darken方程,本文讨论了Ce80Cu20合金熔体中自扩散系数和互扩散系数之间的关系.     

合金熔体活度数据的模型计算及非对称性组元在计算中的应用

根据最基本的物性参数及热力学基本关系式建立了计算任意三元合金系活度数据的通用模型;通过与实验推荐值进行比较,发现其吻合程度良好,且预测值随原子序数的增大而有一定的变化规律,计算精度随着实验可靠性的提高而提高;在三元系Ｆｅｉｊ中按以下顺序优先选取非对称组元:Ｂ,Ｎ,Ｃ→Ｓｉ,Ｐ→ｉ,ｊ中与Ｆｅ元素性质相差大的金属·合金熔体活度数据的模型计算及非对称性组元在计算中的应用@陈星秋@丁学勇@刘新@郑海