纳米孔洞发射位错的愈合机理研究

孔洞影响材料的使用寿命,因此孔洞愈合的机理研究有重要意义。本研究采用晶体相场(Phase Field Crystal, PFC)模型,研究纳米孔洞缺陷在单轴压应变作用下的微观愈合过程中位错发射的特征。结果表明,在压应变作用下,体系能量累积到某一临界值时,孔洞发生变形并长出凸口,在凸口处位错开始萌生。随着压应变的增加,凸口处位错开始发射,使得孔洞不断缩小,最终通过该方式实现孔洞愈合。上述结果表明,位错发射机制是纳米孔洞愈合的主要形式,对防止材料裂纹的扩展以及提高材料的寿命具有重要的理论意义。     

布拉格衍射实验的类比教学研究

布拉格衍射实验是近代物理实验中重要的实验教学课题之一。在该实验课程教学中有针对性地安排用X射线和微波来研究布拉格衍射现象，这两种实验在教学中各有特色，也各有不足。但同步开展这两个实验项目能各取所长，优势互补，有效激发学生兴趣，促进对抽象理论的理解，提高实验研究能力的培养。这种类比形式的实验教学方式是一种实验教学上的创新。     

高温预熔化晶界位错的结构组态转变的探究

晶体材料的性能受其内部晶界特性的影响。在高温下,晶体材料在晶界上易发生预熔化。本研究采用晶体相场(PFC)方法模拟高温二维六角晶体的晶界预熔化区在双轴加载作用下的结构演化情况。结果显示,晶界位错会发生配对,形成具有对称结构的位错团,一对位错上下排列,另一对位错左右排列,构成4个位错的组合。随着施加的应变增大,晶界位错预熔化区域横向扩展,其形状最初为棒状,逐渐转化为六边形,再转变成“V”形,最后又收缩为六边形。晶界预熔化区的形状变化伴随着内部位错结构的转变,从而发生位错芯扩展,原来上下配对的位错转变为并行排列的位错,左右排列的位错发生扩展滑移,并在左右两端萌生出一对新的位错。当预熔化区域扩展达到横向最宽时,该区域发射一对位错,随后预熔化区域开始收缩,最后又恢复到初始的形状。上述结果表明,位错结构的组态转变对晶体材料的高温变形机制能产生强烈的影响。     

贝塞尔光束的简易实现方法

对光纤中传播的电磁场分析发现,其纵向分量可以用贝塞耳函数及第二类变态贝塞耳函数来描述,据此,提出一种利用玻璃毛细管和聚焦透镜实现贝塞尔光束的简易方法.通过观察发现,在光束传播方向,出射光束即为贝塞尔光束,沿光束传播方向的光强分布不会发生改变,仅产生扩散.研究表明,随着聚焦透镜的焦距f的变大,贝塞尔光束的高瓣数光环的光强变弱,光束的光强向低瓣数光环和中心光斑移动;随着毛细管长度l的增加,光束的高瓣数的光环光强在不断增强.此外,研究还表明,透镜与毛细管端面之间距离d对于出射光束横截面上的光强分布有很大的影响.     

利用杨氏双缝干涉实验检测涡旋光束的拓扑荷数

研究涡旋光束经过杨氏双缝干涉后的干涉条纹,发现不同于平面波的竖直干涉条纹,涡旋光束的干涉条纹出现扭曲.从条纹的上部往下看,涡旋光束的干涉条纹出现横向的移动,而移动的方向和大小分别取决于涡旋光束拓扑荷数的符号和数值大小.对干涉条纹进行观察发现,实验观察结果和理论结果基本上保持一致,可以通过观察涡旋光束的干涉条纹来判断涡旋光束的轨道角动量.     

晶体相场方法在纳米裂纹扩展与韧脆断裂领域的研究进展

进入21世纪,计算机数值模拟技术在科学研究中的作用越来越突出,它与实验观测、理论模型分析并称为20世纪以来的三大科学研究方法。本文首先简要介绍裂纹研究的现状和宏观断裂力学存在的尺度局限性,并对近年来发展的原子级空间分辨尺度的晶体相场(PFC)模拟方法所具有的特征尺度范围和特色,以及PFC模型在模拟纳观尺度的材料微结构演化上所具有的优势进行说明。然后,介绍PFC模型在裂纹研究上的主要应用成果,包括以下5个方面：Zener裂纹的形核与扩展、纳米裂尖楔形位错空隙发射、晶列取向对纳米裂纹扩展的韧-脆断裂影响、纳米裂纹扩展模式的分类、纳米孔洞裂纹的愈合修复。最后,总结并指出PFC模型的发展方向及其今后在裂纹研究领域应用的新领域和重点方向。     

晶体相场法研究小角晶界<100>位错芯的扩展演化

位错扩展对材料的性能有重要影响。本文应用晶体相场（PFC）法模拟体心立方（BCC）晶体的双晶晶界在施加双轴应变下，晶界的<100>位错芯的扩展现象。研究发现，晶界的■位错芯区域出现空位，从而给位错芯的扩展提供了条件。研究表明：随着应变量的增加，<100>位错发生分解反应，位错芯从单个刃位错分解成两个混合位错，然后，两个相邻的位错芯扩展成一个整体。这个大位错芯里包括4个柏氏矢量不同的1/2<111>位错，晶界的<100>位错的分解反应与这个1/2<111>位错相关，应变场分析表明<100>位错芯扩展时出现应变集中。