Heusler型磁相变合金先进原位表征与功能设计

Heusler型磁相变合金是一类新型智能材料,能够在外加磁场下发生相变,从而产生磁致形状记忆效应、磁超弹性、磁热效应、磁阻效应等多功能特性,作为传感、驱动和固态制冷材料在航空航天、国防、能源等领域具有广阔的应用前景.此类合金的晶体结构、磁结构和多场耦合下的相变对其功能特性具有重要影响.中子散射技术为Heusler型磁相变合金的晶体结构、磁结构和晶格动力学研究提供了独特的条件,原位中子散射和同步辐射高能X射线衍射技术为多场耦合下的磁-结构相变研究提供了理想的工具.本文综述了基于先进中子散射技术和同步辐射技术对Heusler型磁相变合金晶体结构、磁结构和外场耦合下相变的原位研究,以及基于这些先进原位表征的合金高性能设计,以期能为将来高性能磁相变材料的设计和研制提供借鉴.     

中子散射及其应用

在近30年间，由于中子源和散射装置的改进，中子散射在凝聚态物质中的应用日益广泛，在许多方面是其他（X射线、电子、激光、同步辐射等）散射技术不可比拟的．在简单评述供散射用的中子源和散射实验技术进展之后，重点介绍中子散射在凝聚态物质研究中的应用，它们包括晶体结构和磁结构的测定、表面、界面和薄膜的表征、测定结构涨落、磁涨落的现代相变研究、畸变、无序系统（包括分形和小角散射）和高分子材料、高Tc氧化物超导体的研究。     

R(Fe,M)12的间隙原子效应研究

利用中子衍射,磁测量和Linear-muffin-tin-orbital (LMTO)能带结构计算研究了间隙氮原子对R(Fe, M)₁₂金属间化合物的结构和磁性的影响。系统地分析了间隙原子效应,并解释了间隙原子效应的起因和机理。     

磁卡与压卡材料的中子散射

固态相变制冷材料是指利用外场调控固态相变的熵变来制冷的一类新材料,其物理本质是材料的结构(磁结构)与原子(自旋)相互作用对相应外场的响应.由于中子散射技术可以探测多个时空尺度的原子/自旋结构与动力学,同时中子又具有极强的穿透能力可以保证复杂外场样品环境的应用;因此,原位外场条件下的中子散射技术是研究固态相变制冷材料的理想手段.本文简要介绍了中子散射技术的基本原理,并分别以Tb_5Si_2Ge_2, Mn_5Si_3,C_5H_(12)O_2为例来说明原位压力中子衍射、原位磁场非弹性中子散射和原位压力准弹性中子散射技术在磁卡和压卡材料里的典型应用.     

TiCu金属玻璃结构的中子和X射线的衍射研究

通过比较由中子衍射和x射线衍射得到的原子密度径向分布函数,进一步研究了金属玻璃TiCu的结构,某些结构细节已被揭示出来。     

多学科应用的散裂中子源

中子是构成物质的基本粒子，中子散射技术是用高能质子等快速粒子轰击重原子核，使其中部分中子“散裂”出来，然后用中子束流瞄准样品，探测、计算得到散射中子的能量、散射角度及位置，进而得到固体位置、运动、特性等信息。在国际上，中子散射技术都已经发展到了一个较好的阶段。中子散射技术已成为当前研究物质微观结构及其动力学过程最重要的工具之一，中子散射可帮助科学家了解从液态晶体到超导陶瓷、从蛋白质到塑料、从金属到胶粒等各种物质特性的详细情况，在诸如凝聚态物理、化学、生物工程等领域被广泛采用。     

稀土化合物TbPdSn的中子衍射分析

TbPdSn化合物为斜方晶系(Pnma),TiNiSi型晶体结构,低温显示反铁磁性质.采用电弧炉制备了TbPdSn化合物多晶样品,再用提拉法生长成TbPdSn单晶样品,并用背射劳埃法对单晶样品定向.在单晶样品的a*-c*面和b*-c*面进行了中子衍射实验,在5K温度点发现,k=(0,~0.26,0.9)处有磁衍射现象.     

基于朗道二级相变理论的铁单晶磁结构分析

利用朗道二级相变理论以及磁点群理论对于4种单晶铁,也就是阿尔法-铁、德尔塔-铁、伽马-铁以及伊普西龙-铁的磁结构进行了分析.其中,着重利用朗道二级相变理论中实现二级相变的条件和Birman的群选择定则来分析一定晶体结构的铁单晶如果发生顺磁铁磁相变后可能具有的空间对称性,进而得到铁单晶可能具有的磁结构.同时,得到的结论与之前文献报道中的结果进行了比较,发现符合得很好.     

Fe83Ga17合金热处理过程中的磁致伸缩性能和结构分析

实验研究了热处理对〈110〉取向多晶Fe83Ga17合金磁致伸缩性能的影响.发现Fe83Ga17经过淬火处理后,饱和磁致伸缩应变明显增大.在25 MPa预压力作用下,饱和磁致伸缩应变超过了300×10-6.中子衍射和差热分析实验表明,Fe83Ga17合金在炉冷过程中存在相结构变化,结构变化导致合金磁致伸缩应变的改变,淬火处理能够抑制合金中DO3相的形成,从而使Fe83Ga17合金的磁致伸缩应变增大.     

对硝基苯甲酸胆甾醇酯的合成及其分子自组装结构研究

 从对-硝基苯甲酸与胆甾醇出发,采用DCC、DMAP酯化法一步合成了对硝基苯甲酸胆甾醇酯,产物结构经核磁、X射线衍射单晶结构测试得到证实;化合物的液晶行为采用偏光显微镜(POM),差示扫描量热仪(DSC)等手段进行了研究.研究表明,该化合物为具有胆甾相的液晶分子,建立了化合物形成胆甾相的分子组装模型,并分析了化合物从晶体结构到液晶相结构转变过程中分子自组装结构的变化过程.通过对比,讨论了苯环上的取代基对苯甲酸胆甾醇酯衍生物液晶性质的影响.     

中子散射技术在热电材料研究中的应用

热电材料是一种可以直接将热能转换为电能的有效能源材料,具有较高稳定性及简单结构等特点,但是低的能效限制了它的应用。因此,如何有效提高热电材料的效率是当下一个研究热点。"声子玻璃-电子晶体"(即高电导率低热导率材料)概念为设计理想的热电材料提供了一个明确的思路:目前,剪裁能带结构和降低晶格热导是改善热电性能的两个主流方向。其中降低晶格热导的方法主要集中在微观上改变声子色散关系,包括掺杂点缺陷和重原子、构造复杂的晶体结构和衍生非简谐性原子键、引入ratteling原子等等。中子散射技术(包括中子衍射、非弹性中子散射、中子漫散射等技术)可以从晶体结构、原子占位、均方位移、结构内应力、声子色散关系与态密度等多方面研究与晶格热导率相关的微观机制,在热电材料的研究中起着重要的作用。     

超高压技术在化学研究中的应用

超高压技术近年来得到了快速的发展，特别是金刚石压腔装置的完善，目前已经可以达到550 GPa和6000 K的条件，使其在化学研究中具有巨大的应用前景。压力作为基本的参数，压力作用对物质的电子结构和晶体结构都存在很大的影响。超高压对电子结构的影响包括原子内和原子间，其中原子间的电荷变化包括电荷转移、不均匀分布、以及绝缘体向金属转变。物质的晶体结构在超高压作用下会发生从松散向致密的结构形式的相转变。超高压技术在有机化学反应的选择性、无机固相反应、以及气体的聚合反应等领域都具有重要的应用潜力。     

利用永久磁场抑制中子管中的电子电流

讨论密封式中子管中抑制二次电子的几种方法．对Philip型中子管,用永久磁块抑制二次电子时得到中子产额是不加磁块时中子产额的1．33倍．     

材料结构——晶体学、衍射和对称性引论

该书是一本自成一体的教材,涵盖了晶体学、对称性和衍射的基本知识,陈述严格并易于阅读。侧重于结合晶体结构的可视化插图和晶体学的数学理论来理解各种材料的复杂性。本书的上半部分系统地描述了晶体学的基础知识,讨论了化学键、晶体体系、对称性、点群和衍射的概念。下半部分内容则更加前沿,阐述了如何通过测定物质结构来研究各种材料,如金属、陶瓷、共价键、无定形、分子固体和纳米材料。并且还介绍了晶体学的几何原理和计算技术。     

晶体结构预测的新方法和典型应用

物质的微观结构直接或间接决定了材料的几乎所有物理和化学性质.这也是后续材料设计的重要基础.近年来,随着多种晶体结构预测方法的发展和改进,仅根据化学组分就从理论上确定物质结构的研究已经取得了长足进步.本文概述了当前主流的晶体结构理论预测方法,并对基于自适应遗传算法(AGA)以及利用"结构单元(Motifs)"(XMsearch)的新型结构预测方法做了重点介绍.近年来,基于不同算法的AGA,XMsearch等程序包得到了开发与完善,只需给定化学组分和压力等条件,便能对材料的稳态、亚稳态结构进行预测研究.目前,这些新工具已在高压材料、电池材料、磁性材料、界面材料等凝聚态物质结构研究中得到了广泛应用.     

挥发性组分对煤结构变形及煤吸附甲烷的影响（英文）

研究了煤中的挥发性物质对煤结构变形的作用,考察了此类结构变形对煤吸附甲烷的影响.实验过程采用溶剂抽提方式逐步移除了煤的挥发性物质.使用热重分析、X射线衍射及N2吸附/脱附等技术方法,考察了抽提前后样品的晶体结构、织构结构以及样品对甲烷吸附能力的差异.结果表明,移除挥发性物质导致煤结构变形,并导致煤吸附甲烷量的改变.微观结构表征证明,挥发性物质以两种形态存在于煤结构中:即其镶嵌在孔道中,或者以交联的方式附着在煤大分子网络中.其中,镶嵌在孔道中的挥发性物质是构筑煤孔道结构重要组成部分,因此影响气体在孔中的储存量;交联在煤大分子网络中的挥发性物质,影响煤与煤之间的分子相互作用,是煤晶体结构的重要参数,其可影响煤的孔结构变形程度.     

阳极弧放电等离子体制备镍纳米粉末

根据阳极弧放电等离子体方法制备金属纳米粉末的基本物理原理,运用自行研制的实验装置制备得到镍纳米粉,并利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和相应选区电子衍射(ED)等测试手段对制得的样品的化学成分、形貌、晶体结构、粒度及其分布进行性能表征.结果表明所制得的镍纳米粉的晶格结构与相应的块物质相同,为fcc相结构.平均粒径为47nm,粒径范围在20～70nm,纯度高.     

X射线粉末图的计算机模拟

在晶体结构的研究中．X射线衍射法占有非常重要的地位。特别是X射线粉末分析更是晶体结构测定中不可缺少的一种手段。但是在一般缺少这种测试仪器的学校，讲解这部分内容却比较困难。我们在计算机上模拟出X射线粉末图，并将其打印出来，使每个学生得到一张计算机模拟的图片，用来学习研究晶体的结构。     

粘胶在活性碳纤维的微观结构

分析了在真空设备中经碳化活化工艺制备的粘胶基活性碳纤维(ACF)的微观结构。X-射线衍射(XRD)分析了ACF的晶体结构,结果证实所制备的ACF为类石墨微晶结构,得到了微晶结构参数;借助扫描电镜(SEM)观察了粘胶纤维、ACF的横截面和纵向外观形貌;氮吸附法(BET法)研究了ACF的孔结构,测定出制备的ACF比表面积为1717m     

新化合物Er_5Co_6Sn_(18)的结构与磁电性能

对合成的三元化合物Er5Co6Sn18进行了研究。用X射线粉末衍射技术和Rietveld全谱图拟合法获得了化合物Er5Co6Sn18的晶体结构,该化合物为四方晶系,空间群为I41/acd,a=1.353 44(1)nm,c=2.699 28(2)nm,Z=8,Dcalc=8.807 g/cm3,为Tb5Rh6Sn18结构类型。在5～300 K温度范围对Er5Co6Sn18的磁性进行了测量,得到该化合物的顺磁居里温度约为-87.8 K,有效顺磁磁矩为12.8μB。电阻测量得到它的剩余电阻率为2.0。