Fe_(78)B_(13)Si_9非晶合金纳米晶化的新方法

Gleiter及其合作者首先用气体冷凝法合成了纳米晶材料.最近卢柯等人又发展了从非晶态合金制备纳米材料的晶化法.由于纳米晶材料中的高密度的界面组元具有既无长程序又无短程序的类气态结构,可以预期这种新材料会有不同于晶态或非晶态材料的许多优越性能.因而,近年来纳米晶材料的制备及其结构与性能的研究引起了人们的极大兴趣.本文报道制备纳米晶材料的一种新方法,即由非晶态合金经高密度脉冲电流处理使之晶化为纳米材料的方法.与上述的晶化法相比,这种方法不需高温退火处理,而是通过调整脉冲电流参数来控制晶体的成核与长大以形成纳米晶.且由脉冲电流的焦耳热所产生的试样温升远低于非晶合金的晶化温度.     

α-Fe(Si)纳米相的晶格畸变

纳米晶合金通常是指晶粒尺寸为1—100nm的单相或多相多晶合金.该材料可视为纳米晶体和晶界两部分.Gleiter等称纳米晶材料的晶界是一种既无长程序又无短程序的类气态结构.到目前为止,纳米晶材料的界面结构得到了广泛的研究,而且该材料的许多性能亦多从界面结构及界面体积百分数来寻找答案,然而,Thomas等利用高分辨电镜并未观察到Gleiter等称的类气态的界面结构;同时,文献[7]表明纳米晶Pd的热膨胀和热振动行为与普通晶体材料并无明显的区别,而通常认为纳米晶材料的热膨胀系数远大于普通晶体的值,原     

Zr-Ti系高熵非晶合金研究进展

高熵非晶合金是指由5种及5种以上元素(近)等原子比组成,符合无序致密堆积的结构特点,且在非晶形成过程中满足热力学、动力学及结构条件的合金.高熵非晶合金兼具高熵合金的成分特征和非晶合金的结构特征,具有优异的综合性能,有作为结构功能材料的潜力.本文以Zr-Ti系高熵非晶合金为例阐述其发展现状,首先总结高熵非晶合金的成分设计思路和晶化行为,然后介绍高熵非晶合金的力学、耐磨、耐腐蚀、热氧化、热塑性成形等性能,最后展望高熵非晶合金的发展前景与前沿研究方向.     

块状Cu-Ti纳米晶合金的直接形成——高压下从高温固相淬火

纳米晶材料的研究是目前材料研究的热点课题.目前,纳米晶的形成主要有两种方法,1.气相冷凝法;2.非晶晶化法.气体冷凝法是由蒸气冷凝先制得纳米晶粒,然后再压实而成块,纳米晶粒表面易污染,压后的界面很难达到很好的结合;而且压的块不致密,不利于纳米晶粒的研究和应用,非晶晶化法虽说可以解决上面的问题,但是也有不利的一面;它必须要先制成非晶,然后再对其处理晶化形成纳米晶,这样就决定了这些纳米晶体系必须首先能形成非晶,否则也不可能形成纳米晶.其次,非晶样品目前最多只能是二维大尺寸的非晶薄带,因而其处理后产生的样品也只能是纳米晶的薄带.     

纳米Ag-Cu合金的Ag和Cu析出与晶粒长大行为研究

纳米晶材料(nc-)首先由Gleiter和他的合作者提出,并用惰性气体淀积法(IGC)所获得.这些纳米颗粒在真空下原位加压成型.纳米晶材料的平均直径一般采用X-射线衍射法测定.引起X射线衍射峰展宽有两个因素:小的颗粒直径和晶体缺陷造成的内应力.在惰性气体淀积法(IGC)过程中,由于金属蒸气迅速冷却凝聚,可能形成过饱和固溶体而处于非平衡状态;另一方面金属合金蒸气中的溶质原子浓度的涨落会改变溶质在纳米颗粒中的浓度,这都可能使X射线衍射峰展宽.因此除用X射线衍射法外,结合其他方法是必要的.AgCu合金是研究这一效应的最佳材料.Kumpmann用示差热分析(DSC)来研究nc-AgCu合金,观察到大的放热反应,这与过饱和α-Ag和α-Cu的析出有关.     

晶态与非晶态双相结构的纯稀土纳米块体材料及其制备机制

以稀土单质钐为例, 研究了通过放电等离子烧结制备晶态与非晶态结构的纳米块体材料及其形成机制. 实验获得了非晶态、晶态与非晶态双相结构的纯稀土纳米块体材料及纳米多晶块体材料. 制备的纳米多晶块体晶粒尺寸均明显小于初始纳米粉末粒径, 改变了以往由纳米粉末烧结制备块体纳米晶材料时人们关于纳米晶粒尺寸必定大于初始粉末粒径的传统认识, 为粉末烧结制备纳米块体材料提供了创新思路和制备方法. 提出的材料制备机制及技术可推广至多种纳米块体材料的制备, 为研究稀土纳米材料的物理、化学、力学性能及其纳米尺寸效应提供了先决条件.     

非晶晶化法制备纳米晶Cu-Ni-Sn-P合金

纳米晶材料是一种单相或多相的多晶材料,其晶粒尺寸通常在1—25nm之间.由于特殊的微观结构,如高密度的晶界(可达50%)及晶界部分无短程序的结构特征,使其成为在结构(原子结构和电子结构)和性能上均不同于通常的晶态和非晶态的一种具有潜在应用价值     

研究Cu,Nb对Fe-Si-B非晶合金晶化形成纳米微晶合金的作用

用非晶合金晶化法已制备出多种成分的纳米微晶合金,其典型成分为Fe-M′一M″-Si-B,这里 M′代表 Cu,M″代表 Nb,Mo,V,Hf,Ta 等元素.M′,M″为纳米结构形成元素.由于这种微晶合金具有优异的综合软磁特性,已成为新一代软磁合金.目前在纳米微晶合金的制备工艺及磁学研究等方面已取很大进展,但对纳米结构形成元素的行为尚不够清楚.本文试图用 DTA(或 DSC)方法研究添加元素 Cu,Nb 对 Fe-Si-B 非晶合金化过程中晶化激     

纳米结构超硬块材研究进展

超硬材料作为基础性的工具材料,在工业与科学研究领域发挥着重要的作用,发展高性能超硬材料一直是科学界和产业界共同奋斗的目标.我们从共价晶体硬度的微观模型出发,系统研究了多晶共价材料的硬化机制,揭示了两种主要的硬化效应,分别为霍尔-佩奇效应和量子限域效应.随着显微组织特征尺寸的减小,多晶共价材料可持续硬化,为大幅度提高材料的硬度指明了全新的发展方向.在此基础上,提出了在金刚石和立方氮化硼两种超硬材料中形成超细纳米孪晶组织来获得超高性能的新思路.通过洋葱结构碳和氮化硼前驱体在高温高压下的马氏体相变,合成出具有超细纳米孪晶结构的金刚石和立方氮化硼块材.纳米孪晶结构同时提高了两种材料的硬度、断裂韧性和热稳定性.纳米孪晶金刚石的硬度达到200 GPa,为天然金刚石的2倍,将合成出比天然金刚石更硬材料的梦想变成了现实.纳米孪晶极硬材料的成功合成极大推动了高性能超硬材料研究,有望带来机械加工业和高压科学等领域的技术变革.     

纳米结构金属晶界塑性机理的原子尺度模拟研究进展

纳米结构金属中富含晶界,对材料微观结构演化与宏观力学性能调控具有重要意义.厘清纳米结构金属晶界塑性变形的原子尺度机理,将之与材料宏观力学行为相联系,是纳米结构金属力学研究关注的核心问题.近年来,我们围绕晶界塑性变形机制及其影响因素,采用原子尺度模拟方法,探究了晶界诱导孪生与界面宏微观自由度的关联规律,揭示了晶界位错往复滑移主导的纳米晶体循环塑性机制,提出了孪晶界滑移诱导纳米晶体极端剪切变形,发展了取向依赖的晶界迁移和滑移转变模型,为纳米结构金属晶界行为预测与调控提供了新思路.本文梳理了晶界塑性原子尺度模拟的研究现状,总结了本团队从原子尺度探究晶界塑性变形机理的相关进展,指出了纳米结构金属晶界调控理论与力学表征的难点和挑战.     

铁基纳米晶合金的界面缺陷结构及力学性能

正电子寿命谱结果表明,在由非晶晶化法制备的大块纳米晶(晶粒尺寸为1—100nm)合金的界面处存在两类缺陷:自由体积型缺陷和纳米空洞.前者尺寸小于一个单空位,后者约为几个单空位大小,且通常位于几个晶界的交叉点处.两者相比,自由体积型缺陷是一种浅的捕获势,但其数量可占90%以上.值得注意的是随着晶粒的粗化,纳米空洞的尺寸和浓度将发生显著的变化.因此可以想象这种类型的缺陷将对纳米晶材料的界面结构及性能产生极大的影响.目前有关这方面工作的报道很少.     

准分子脉冲激光制备发光硅晶粒的新途径

半导体硅是制备集成电路芯片和晶体管的重要材料,用硅制成的特种器件可用于检测光信息,由于其间接带隙的能带结构及禁带宽度仅1.12eV,因而本身无法由电致(EL)和光致(PL)发射高效率的可见光,使其在光电子器件领域的应用受到了限制.探索硅基材料的可见发光是材料科学领域中的重大研究课题.目前已有多种实现这一效应的方法,如电化学腐蚀的多孔硅和微波等离子体淀积的超细硅粉等,但是实际器件运用中所需材料必须具有良好的表面性质和均匀的内部结构.我们曾用Ar离子激光晶化技术使:a-Si:H/a-SiN_x:H多量子阱(MQW)结构中:a-Si:H阱层晶化成纳米晶粒,观察到室温可见光致发光现象,该方法可以人工设计并有效控制晶粒尺寸且材料内部结构均匀.本文将报道KrF准分子脉冲激光辐照a-Si薄膜制备室温呈现可见PL特性的硅晶粒的新方法,所用激光具有曝光面积大、能量高、作用时间短等特性,其晶化的均匀程度和效率均优于Ar离子激光,并且是一种“低温”、“干法”晶化过程,对衬底影响较小,从而有利于提高晶化样品性能,形成均匀的纳米晶粒,以期研究获得可见发光材料的新途径.     

新型纳米晶Fe_(69.4)Cu_(0.6)Cr_(3.2)V_(0.8)Si_(14)B_(12)软磁合金的研究

早期开发的Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9和Fe_(73.5)Cu_(1.2)Nb_(3.2)Si_(12.5)B_(10)纳米晶合金显示出优良综合磁性能,但含有昂贵的Nb,原始制备的非晶带也比较脆.我们用便宜得多的Cr和V代替Nb制成Fe_(69.4)4Cu_(0.6)Cr_(3.2)V_(0.8)Si_(14)B_(12)纳米晶合金,它的原始制备非晶带有相当好的延性,可对折而不脆断,并具有优良的综合磁性能,有潜在的应用价值.本文扼要报道部分研究结果.1 合金的制备和实验     

ESR研究ZrO_2纳米晶的点缺陷

电子自旋共振(ESR)是研究晶体中点缺陷和化合物中离子价态的实验方法之一.ESR实验研究发现ZrO_2纳米晶中的点缺陷与材料制备的方法和工艺密切相关.通常情况下ZrO_2多晶和微晶是白色的,Zr~(4+)和O~(2-)都是非磁性离子,自旋量子数s均为零,因而没有ESR信号.但用柠檬酸盐爆炸分解方法制备的纳米晶(粒径为9.2nm)是深灰色的,并测到了色心的ESR信号,这是由于爆炸分解法制备的纳米晶是在极短促的瞬间生成的,晶粒中有许多色心点缺     

纳米钛酸钡陶瓷铁电性的第一性原理研究

从第一性原理分子动力学的角度对纳米晶钛酸钡陶瓷的铁电性起源和相变进行了研究. 基于第一性原理对钛酸钡陶瓷电子结构的计算结果表明, 即使晶粒尺寸小到8 nm, Ti-O之间仍然存在电子轨道的杂化, 而这种杂化对于纳米晶钛酸钡陶瓷铁电性的保持有重要作用; 采用密度泛函理论广义梯度近似方法计算了不同晶粒尺寸钛酸钡陶瓷不同晶相的振动模式, 计算表明, 8 nm钛酸钡陶瓷和大晶粒钛酸钡陶瓷一样随温度的降低经历从立方?四方?正交?三方的相转变, 和实验结果一致.     

激波作用下非晶合金的晶化理论研究

在实验中观察到，在激波作用下非晶合金晶化成纳米晶体。本文试图对这一现象给出初步的理论上的解释。非晶合金内部微观不均匀，分布着大量微小有序原子集团（ｃｌｕｓｔｅｒ）和位错。在激波作用下，位错运动，而ｃｌｕｓｔｅｒ阻碍激波的传播，使位错堆积于ｃｌｕｓｔｅｒ周围。激波与ｃｌｕｓｔｅｒ周围局域应力场相互作用使得ｃｌｕｓｔｅｒ旋转，而ｃｌｕｓｔｅｒ周围的高应力应变能使类液区（ｉｎｔｅｒｃｌｕｓｔｅｒ）原子切变沉积于ｃｌｕｓｔｅｒ上，ｃｌｕｓｔｅｒ长大成为微晶，非晶合金晶化。     

由非晶晶化带备的纳米晶Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9表面的扫描隧道显微镜研究

非晶态Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9合金在晶化温度以上退火,可以形成由直径10—20nm、具有体心立方结构的Fe(Si)固溶体微晶及4—5个原子层厚的晶界非晶相组成的纳米微晶合金.与非晶态合金相比,具有饱和磁感强度高、矫顽力低、高频损耗低等优点,是一种综合性能极佳的新型软磁材料.     

多元铜基硫族半导体纳米晶的发光性能及其在电致发光器件中的应用进展

半导体纳米晶(又称为半导体量子点)由于其色纯度高和尺寸依赖的发光性能等优势,在照明和显示方面受到了科学界和产业界的广泛关注.目前,基于半导体量子点的电致发光器件所使用的发光材料以镉基硫族化合物量子点为主,然而镉元素对环境和人体都有一定的危害.因此,开发一种环境友好且光电性能良好的无镉半导体纳米晶是非常必要的.近年来,多元铜基硫族半导体纳米晶由于其毒性低、组分可调的发光特性及其在光电子器件领域的潜在应用受到了广泛关注.本文详细综述了多元铜基硫族半导体纳米晶的组分、表面配体、晶体结构和纳米结构等因素对其发光特性的影响,着重阐述了多元铜基硫族半导体纳米晶在电致发光器件中的研究进展,最后对多元铜基硫族半导体纳米晶的发展进行了展望.     

静高压下界面反应对非晶(Fe_(0.99),Mo_(0.01))_(78)Si_9B_(13)合金晶化的影响

由于纳米Fe-Mo-Si-B合金优异的软磁性能,近年来,人们对非晶合金(Fe_(0.99),Mo_(0.01))_(78)Si_9B_(13)(FMSB)的晶化机制、结晶相、晶粒度及纳米合金的性能进行了深入的研究.这些研究工作都是在真空条件下,非晶FMSB合金条带表面为自由表面的情况下开展的.为了克服由非晶FMSB合金晶化制得的纳米Fe-Mo-Si-B合金的脆性,使之能在实际中得到应用,我们利用静高压下等温热处理金属Al片与非晶FMSB叠层的方法,制备出Al/Fe-Mo-Si-B纳米合金复合材料.由于在制备中,非晶FMSB与Al片将在界面发生扩散反应,因此,势必影响非晶FMSB的晶化过程和结果.本文将就此问题进行研究.     

CeO2纳米晶的制备及其在电化学上的应用

纳米材料的合成、结构功能特性及其应用的研究成为人们共同关注的前沿课题.CeO_2是一种廉价而用途极广的材料,如用于发光材料、催化剂、电子陶瓷等.细胞色素c是一种含血红素的金属蛋白质分子,通过对其电化学行为的研究,为认识生物体内的电子传递反应机理和能量转换提供有用信息,对于揭示生命现象的本质具有重大意义.细胞色素c在裸金电极上是极不可逆的,现已发现了加速其可逆反应的多种促进剂,对其电化学反应机理也进行了深入的讨论.本文用溶胶-凝胶法合成了CeO_2纳米晶;将CeO_2纳米晶修饰在金电极上研究了细胞色素c的电子传递反应,发现CeO_2纳米晶是一种良好的促进剂.1 样品的制备与测试称取一定量草酸铈(GR),用蒸馏水调成浆状,滴加浓HNO_3(GR)和H_2O_2(AR),完全溶解后加入柠檬酸(GR),于50～70℃时缓慢蒸发形成溶胶,继续加热有大量气泡产生,并有白色凝胶形成,体积膨胀,有大量棕色烟放出.将凝胶于120℃干燥12h,得到淡黄色干凝胶,将其在不同温度下进行热处理,即得到CeO_2纳米晶.用日本理学D/MAX-IIB型X射线衍射仪进行结构分析;用H-600型透射电子显微镜进行粒子形貌分析和大小测定;用BET法测比表面积.