分子动力学模拟高压下铁的相变

采用分子动力学(MD)方法,结合原子间多体势函数,模拟了bcc铁(α-Fe)在高压下向hcp铁(ε-Fe)转变的过程,并与实验数据进行了比较.系统的压强通过计算维里压强获得,并通过Berendsen方法进行调整和改变.还采用相同的原子间势模拟bcc和hcp两种不同结构的铁,对高压下铁相变的机制和相变压强进行直接的计算和模拟,以对采用的原子间势进行更严格的检验和修正.模拟计算得到超高压下(＞15 GPa)两种结构的P-V曲线图以及hcp铁的c/a值等相关结果,都与实验结果有较好的符合.而在较低压下(0～15 GPa)P-V关系中常用的铁的原子间势对bcc铁仍有很好的模拟效果,而对hcp铁则效果不是很理想.因此,铁的原子间势还有待进一步改进.     

钇在高压下的弹性性质和相稳定性研究

运用密度泛函平面波赝势方法(PWP)和广义梯度近似(GGA),对钇的3种结构相(体心立方bcc、面心立方fcc和六角密排堆积hcp)的总能和电子结构进行计算,得到了hcp结构的状态方程、价电子分布情况以及各种相在不同压力下的弹性常数和体模量,结果表明理论计算与实验值吻合得很好,比用局域密度近似(LDA)方法有了很大的改善.此外,还发现hcp相在加压到40GPa时发生相变,fcc是稳定的相.     

含裂纹bcc铁拉伸与疲劳的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟方法研究了含(0 1-1)[011]型中心裂纹的金属α-Fe在拉伸载荷和疲劳载荷作用下裂纹扩展的微观机制.研究结果表明:在拉伸载荷作用下,材料因应力集中导致了由bcc到hcp的相变,裂纹呈现严重钝化扩展现象,整个过程还伴随着层错、孪晶等现象的发生; 在循环载荷作用下时,位错沿滑移面(-2 1 -1)和(2 -1 1)快速发射,从而使得裂尖处应力得以快速释放,疲劳裂纹扩展相当缓慢,裂纹出现止裂现象,整个疲劳加载过程未发现孪晶、相变等现象.     

计算典型结构金属元素空位形成能的新方法

在Tiwari和Patil计算空位形成能的模型基础上,对金属表面能的计算方法进行了改进,计算了面心立方(fcc)、体心立方(bcc)、密排六方(hcp)典型金属的空位形成能,并引入能量修正因子,可使理论计算结果与实验值基本一致,对fcc, bcc, hcp结构金属的能量修正因子分别取1.292,1.265和1.357,可以比较精确地计算fcc, bcc, hcp金属的空位形成能.     

室温下Fe_(79)Ni_(19)Mn_2合金的压致bcc→hcp相变

采用Mao-Bell型金刚石对顶砧及高压在位粉末X光衍射照相方法,研究了Fe_(79)Ni_(19)Mn_2合金在室温下,0～41.0 GPa压力范围内的压致结构相变和等温压缩行为。实验结果表明,该合金在低压时为bcc结构,在10.6 GPa压力附近出现压致bcc→hcp结构相变。二相共存压力区约12GPa。卸压到常压时,又恢复到bcc结构。用Murnaghan等温固体状态方程对合金的压缩数据进行最小二乘法拟合,得到了bcc相和hcp相的状态方程参量。对hcp相的晶格参数比小于1.633及存在宽范围的二相共存压力区进行了讨论。     

基于分子动力学模拟的锆辐照损伤及拉伸力学行为研究

本文采用分子动力学方法模拟了不同初级离位原子(PKA)能量下单晶α锆的辐照损伤动态过程,以及辐照后的缺陷模型在沿[0001]单轴拉伸下的力学性能及微观结构演变。结果表明,随着PKA能量的增加,α锆晶体中辐照产生的Frenkel缺陷对数目稳步增加;单轴拉伸模拟结果显示,辐照产生的Frenkel缺陷对会显著降低单晶α锆的屈服强度,且随着PKA能量的增大,辐照材料的屈服强度呈缓慢逐渐下降的趋势;结合拉伸形变过程的微观结构演化可知,辐射产生的缺陷为位错环提供了成核位置,在较低的应变下即产生了大量位错,导致辐照后α锆的屈服强度大幅降低。     

Mg1-xScx合金理想强度的第一性原理计算

采用第一性原理计算方法研究了Mg_1-xSc_x（0.10c合金bcc[001]和hcp[0001]理想强度随Sc组分的增加显著增加;合金bcc[001]理想强度在Sc组分从15at.%增加至25at.%时增加了25%,而hcp[0001]理想拉伸强度增加8.6%,说明Sc合金化对Mg的bcc相稳定化效果显著。MgSc合金hcp[0001]的理想强度约为bcc[001]的10倍,对应hcp[0001]理想强度的应变约为bcc[001]的3倍,说明hcp相结构稳定性显著强于bcc相。Mg和Sc基态均为hcp结构,Sc合金化对hcp合金理想强度的影响略小。     

冷速对Cu_(70)Ni_(30)合金凝固结构的影响

采用分子动力学方法对Cu_(70)Ni_(30)合金在5种不同冷速下快速凝固过程进行了模拟研究。经过分析发现,1×1012K/s冷速下,双体分布函数第二峰有裂缝出现,说明形成了非晶态结构,而其它4种冷速下双体分布函数形成许多尖锐的峰,说明形成了晶态结构。1×1011K/s、1×1010K/s、5×109K/s三种冷速下的凝固结构,晶态键型和非晶态键型都在某一温度发生突变,三个温度依次为900 K、950 K、1000 K。这3个温度也是面心立方晶体(fcc)、体心立方晶体(bcc)和密排六方晶体(hcp)3种典型晶体团簇数目跃变的温度,对应于体系的结晶温度。最后采用三维画图演示了晶体团簇及非晶体团簇的区别。     

金属氢的基态及超导电性

给出金属氢3种可能结构(bcc, fcc和hcp)的基态能量 表达式及力、 热物性, 并讨论金属氢 (fcc结构)的BCS弱耦合与Eliasherg强耦合超导电 性. 计算结果表明, 根据能量最低原理, 金属氢基态的fcc结构处于能量上更有利的位 置, 其晶格常数a=0.226 324 nm, 强耦合电-声耦合常数λ=1.806, 临界温度Tc=179.126 K.     

单晶Al熔化的分子动力学模拟

采用Adams嵌入原子势(EAM),利用分子动力学方法对单晶Al的熔化过程进行了模拟,分析了Al样品体熔化过程中结构、能量的变化及表面熔化过程中固-液界面的移动情况.模拟的结果表明:对于Al样品体熔化过程,体系的体积和内能在1 205K发生突变;通过计算1 000-1 200K下Al的表面熔化速度,得出热力学熔点为985K,与存在的实验结果基本吻合.     

铝、锆液固态转变和动力学性质的第一性原理分子动力学研究

采用第一性原理分子动力学(Ab Initio Molecular Dynamics,AIMD)方法研究了Al和Zr液固转变过程中的能量、偶关联函数、结构因子和键对分布的变化规律,获得了不同温度下两种金属液体的扩散系数和黏度.结果表明,AIMD计算得到的液态金属偶关联函数、结构因子和扩散系数与实验测量数据符合得很好.在冷速为5.0×1013和2.5×1013K/s时,液态Al分别在730K附近发生玻璃化转变或者形成有一定缺陷的fcc晶体结构.在平均冷却速率为4.3×1013和2.0×1014K/s的条件下,液态Zr在1200K时分别开始转变为热力学上亚稳定的bcc结构和玻璃相.Zr的液态和玻璃态结构中二十面体和bcc类型短程序是其主要拓扑短程序.     

等变形压加载下单晶铝fcc-bcc相变的分子动力学模拟

采用EAM势,利用分子动力学方法模拟了单晶铝在高速率等变形压加载条件下的fcc-bcc的结构相变.模拟结果表明,在等变形压加载条件下,单晶铝在加压至270GPa左右,体积缩小至0.55 V0时,由面心立方结构转变为体心立方结构.这一结果与第一原理计算的结果大致符合.     

高能球磨对纳米Fe60Ni40系统微结构的影响

利用XRD(X射线衍射)和XAFS(X射线吸收精细结构),研究了机械合金化Fe60Ni40二元金属合金的微结构随球磨时间的变化情况．结果表明：球磨5h,α-Fe和金属Ni的混合物开始形成合金,样品保持原来的bcc和fcc结构;球磨20h,α-Fe的特征配位峰完全消失,样品为比较均匀的fcc结构的固溶体;球磨时间增至40h时,Fe原子的近邻结构又有了新的变化,是由多种物态组成的复相固溶体．用柯西公式计算的结果表明：随着球磨时间的增加,晶粒不断细化,晶格畸变加剧,Ni相的晶格常数与Fe60Ni40合金的物相同步变化．这说明机械合金化过程中,晶格畸变引起的晶格常数的变化是相变的重要因素．     

Zr基金属玻璃原子结构研究

摘要报道了利用经典分子动力学、逆蒙特卡罗模拟与第一性原理分子动力学模拟、以及高分辨透射电镜技术等对Zr-Ni和Zr-Ti—Al—Cu—Ni金属玻璃的原子结构进行的研究．重点研究了玻璃结构中的短程序结构（SRO）与中程序结构（MRO）,研究表明,在Zr基金属玻璃中存在着二十面体、FCC和BCC型多种短程序结构．基于分子动力学模拟,提出了缺位有序（IOP）结构模型,并对非晶合金的晶化过程中IOP结构到纳米晶的转变过程进行了研究．发现IOP结构经过3个阶段转变成纳米晶：先是沿某个优先生长方向转变成一维周期有序结构,进而发展成二维周期有序结构,最终转变成三维周期有序的纳米晶体,而且这3个阶段是相互交错同时进行的．     

金属Cr的电子结构和物理性质

依据纯金属单原子理论(OA)确定了体心立方结构(bcc)Cr的电子结构为[Ar](3dc)3.32(3dn)2.26(4sc)0.25-(4sf)0.17,并对Cr的面心立方结构(fcc)和密排六方结构(hcp)初态特征晶体和初态液体的电子结构进行了研究.在此基础上,定性地解释了Cr的电子结构和晶体结构之间的关系:bcc→hcp→fcc结构的转变过程中,dc电子逐渐减少(3.32→3.24→3.14),sc电子逐渐增加(0.25→0.28→0.32),电子云分布的对称性逐渐增强而方向性逐渐减弱,故形成晶体时配位数逐渐增加的现象;并通过计算得到了bcc Cr的势能曲线、弹性和热膨胀系数随温度的变化曲线.     

锆自辐射损伤的分子动力学模拟与缺陷判定研究

采用分子动力学方法,模拟了300 K温度时由能量10 keV到50 keV的初级反冲原子(primary knock-on atom,PKA)在密排六方(hexagonal close packed,HCP)结构锆晶体内自辐射造成的级联碰撞.采用离位原子判定法、自间隙原子(self-interstitial atom,SIA)判定法以及Wigner-Seitz(WS)原胞分割法等三种方法对级联碰撞过程中产生的点缺陷进行了判定.通过对比不同方法获得的点缺陷变化趋势、统计涨落、鲁棒性等特征,发现采用WS分割方法获得的点缺陷数更适合用于描述锆晶体中级联碰撞的辐射损伤.此外还研究了自间隙原子的基本扩散特征,结果发现其更倾向于一种二维(2D)扩散.     

A位掺杂金属阳离子半径对稀土锰氧化物LaMnO3晶体结构的影响

采用溶胶-凝胶(sol-gel)法制备了La0.6A0.4MnO3(A代表Cu,Ag,K,Na)多晶样品材料,对其XRD进行了研究.发现:La0.6Cu0.4MnO3;La0.6K0.4MnO3;La0.6Na0.4MnO3均为单相菱面体钙钛矿结构,La0.6Ag0.4MnO3则由菱面体结构的钙钛矿相和立方结构的金属Ag相组成.对LaMnO3母体进行A位掺杂,随着离子半径不同的金属阳离子的掺入,会导致样品产生晶格畸变,从而使样品的晶格常数,晶胞体积发生变化.变化趋势与掺入的金属阳离子半径有关,随着掺杂离子半径的增大,样品的晶格常数,晶胞体积也相应的增大.     

机械合金化Fe70Cu30体系的结构研究

利用XAFS方法对机械合金化Fe70Cu30样品中Fe、Cu原子的局域环境结构随球磨时间的变化情况进行了研究.结果表明,由于Fe和Cu原子分别向fcc的Cu相和bcc的Fe相的扩散,Fe和Cu同时存在于fcc和bcc结构相中,但Fe和Cu原子的局域环境结构随球磨时间的变化有很大差别.球磨2h后,样品中73%的Cu原子在fcc相,27%的Cu原子在bcc相;21%的Fe原子在fcc相,79%的Fe原子在bcc相.球磨5h后,fcc相的Cu原子减少到59%,fcc相的Fe原子则略有增加,为29%.球磨10h后,fcc相的Cu原子比例又增加到86%,fcc相的Fe原子也迅速增加到51%;说明大量的Cu原子扩散到bcc的Fe相后诱导其产生fcc结构相变.继续球磨到20h,样品中Cu原子和Fe原子在fcc和bcc相的比例基本保持不变.这些结果说明,在球磨过程中Fe和Cu并未形成均一的固溶体,同时存在着fcc的Cu富集区、fcc的Fe富集区和bcc的Fe富集区.     

机械合金化Fe70Cu30体系的结构研究

利用XAFS方法对机械合金化Fe70Cu30样品中Fe,Cu原子的局域环境结构随球磨时间的变化情况进行了研究，结果表明，由于Fe和Cu原子分别向fcc的Cu相和bcc的Fe相的扩展，Fe和Cu同时存在于fcc和bcc结构相中，介Fe和Cu原子的局环境结构随球磨时间的级很大判别，球磨2h后，样品中73％的Cu原子在fcc相，27％的Cu原子在bcc相，21％的Fe原子在fcc相，79％的Fe原子在bcc相，球磨5h，fcc相的Cu原子减少到59％，fcc相的Fe原子则略有增加，为29％，球磨10h后，fcc相的Cu原子比例又增加到86％，fcc相的Fe原子也迅速增加到51％，说明大量的Cu原子扩散到bcc的Fe相后诱导其产生fcc结构相变，继续球磨到20h，样品中Cu原子和Fe原子在fcc和bcc相的比例基本保持不变，这些结果说明，在球磨过程中Fe和Cu并未形成均一的固溶体，同时存在着fcc的Cu富集区，fcc的Fe富集区和bcc的Fe富集区。     

溶胶-凝胶法制备具有室温铁磁性的Ti_(0.975)Co_(0.025)O_2纳米颗粒

采用溶胶-凝胶工艺制备了磁性Co掺杂TiO2基稀磁半导体的纳米颗粒,在空气氛围中以不同温度对样品进行退火处理.通过差热/热重综合热分析仪(TG-DTA)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)、透射电镜(TEM)分析了纳米颗粒的结构和相变温度.使用振动样品磁场计(VSM)测试样品磁性能.研究发现:退火温度较低时样品为锐钛矿结构,在823K时出现少量金红石相,当退火温度为873K时,样品基本转变成金红石结构,同时析出少量CoTiO3.退火温度同时对样品的磁性有较大影响.随着退火温度的升高,样品室温下的M-H曲线由顺磁形式向铁磁形式转变.退火温度为873K时,我们得到了具有室温铁磁性的Ti0.975Co0.025O2纳米颗粒.