Al3团簇及其表面锂原子吸附的理论研究

基于密度泛函理论（DFT）,分别对Al3和Al3Li团簇可能的几种结构进行优化和频率分析,随后对所获得的结构分别采用 Becke三参数混合泛函（B3LYP）方法和耦合簇理论CCSD（T）方法计算单点能。计算结果表明：Li原子位于Al3团簇表面桥位时,能量最高;位于顶位时,能量次之;位于洞位时团簇最稳定。结合频率分析,进一步对Li原子在Al3团簇表面的扩散行为进行了研究。研究表明,位于桥位的Li原子可能通过顶位这一过渡态向Al3团簇中心位置扩散,从而形成稳定的结构。与Al3团簇相比,Al3Li（Li原子位于洞位时）团簇中,Li原子的吸附使得Al-Al原子之间的键长增加了;铝原子也由原来的电中性转变为带负电了。     

Al3团簇及其表面锂原子吸附的理论研究

基于密度泛函理论（DFT）,分别对Al3和Al3Li团簇可能的几种结构进行优化和频率分析,随后对所获得的结构分别采用 Becke三参数混合泛函（B3LYP）方法和耦合簇理论CCSD（T）方法计算单点能。计算结果表明：Li原子位于Al3团簇表面桥位时,能量最高;位于顶位时,能量次之;位于洞位时团簇最稳定。结合频率分析,进一步对Li原子在Al3团簇表面的扩散行为进行了研究。研究表明,位于桥位的Li原子可能通过顶位这一过渡态向Al3团簇中心位置扩散,从而形成稳定的结构。与Al3团簇相比,Al3Li（Li原子位于洞位时）团簇中,Li原子的吸附使得Al-Al原子之间的键长增加了;铝原子也由原来的电中性转变为带负电了。     

外来吸附原子对Al_(13)团簇的结构影响

应用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对Al13团簇的原子吸附特性(吸附H、Li、Na、K、B、Al、Ga、C、Si、Ge、N、P、As)进行了系统的研究.研究结果表明:第二周期中的原子,随着原子序号的增加对其结构影响逐步增加,第三和第四周期同一族中的原子对Al13团簇的结构影响相似,特别是它们吸附在洞和桥两位置处的优化结构是相同的.Al13团簇结构本身和吸附原子的成键等性质决定了吸附结构的稳定性.     

BO2团簇超卤素特性的实验和理论研究

超卤素团簇特殊的稳定性和物理化学性质使得它特别适合作为制造新型团簇组装型材料的基元.BO2团簇的电子亲和能达到了4.46eV,同时它的中性团簇差一个电子达到满壳层,具备了成为超卤素的条件.采用光电子能谱与密度泛函理论计算相结合的方法,研究了BO2与Na,Cu原子的相互作用,以及所形成的NaBO2团簇的水溶性.结果表明,在BO2与Na,Cu原子相互作用所形成的CuBO2和NaBO2团簇中,BO2仍然保持直线型结构并且表现出与卤素相似的性质,所形成团簇的电子特性也与卤盐类似.另一方面,NaBO2团簇的水溶性也与卤盐的溶解特性一致,刚开始以紧密离子对(CIP)形式存在,在结合了3个水分子以后,光电子能谱有了很明显的改变,对应着Na+与(OBO)-的溶剂隔离的离子对结构(SSIP)的出现.并且,在实验过程中,还出现了电子亲和能更大的Cu(BO2)2团簇(5.07eV),为了与超卤素相区别,我们定义其为长链二级超卤素,该团簇由3种元素组成,使得人们将其用于团簇组装型材料的制备过程时有了更大的自由度.     

团簇Ti3Al3的电子性质及催化活性

通过拓扑学原理设计空间构型,运用密度泛函理论,将团簇Ti_3Al_3的构型在B3LYP/lanl2dz水平下进行优化计算,最终得到11种优化构型。从HOMO、LUMO角度分析发现,过渡金属Ti在多数情况下是团簇Ti_3Al_3前线轨道的主要贡献者,是潜在的活性位点,但不排除在少数情况下金属原子Al做出贡献,成为活性位点。从各构型的态密度图分析得到,团簇Ti_3Al_3作为催化剂具有较强的接受电子的能力,但同时也具有一定的提供电子的能力,说明团簇Ti_3Al_3是优良的催化剂。从电子性质角度分析,Ti原子的3d、4s、4p轨道,Al原子的3s、3p轨道均参加了成键作用。构型6(2)中Ti原子的4p轨道参与成键作用的比例很高,较为活跃,容易发生化学反应。     

氮、碳原子在X@Al_(12)(X=Al~-,C,Si,P~+)团簇吸附性质的研究

使用基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)对X@Al12(X=Al",C,Si,P+)等幻数团簇吸附氮原子和碳原子性质进行研究.分析氮原子和碳原子在X@Al12表面的吸附位置,还分析了Al-N和Al-C键长,最高占据分子轨道与最低未占据分子轨道的能隙,吸附的结合能和电荷转移等性质.结果表明氮原子和碳原子都倾向于空位吸附.尽管X@Al12(X=Al-,C,Si,P+)性质都很稳定,但很大的结合能表明氮原子和碳原子都能稳定地束缚在这些团簇表面.但是由于中性的Al13团簇不具有满壳层的电子结构,它对N和C的吸附性质明显不同于具有满壳层电子结构的X@Al12(X=Al-,C,Si,P+)团簇,表明掺杂可以有效地调节团簇的性质,从而获得所期望的性质.     

掺铅锂小团簇的结构、稳定性和化学键研究

采用密度泛函理论的B3LYP方法,对锂原子用全电子6-311++g(d,p)基组,铅原子用sddall相对论有效实势基组研究了LinPb(n=7~9)二元团簇较低能量构型的几何结构,并讨论了能量最低的基态构型的化学键和稳定性.研究表明,掺入的铅原子与锂原子之间形成的化学键为共价键,并且成键的价电子对倾向于铅原子.Li8Pb二元团簇基态构型的最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占据分子轨道(LUOMO)之间的能隙比LinPb(n=7,9)二元团簇基态构型的大.此外,基于对LinPb(n=7~9)二元团簇基态构型平均原子化能、垂直电离能和垂直电子亲和能的计算分析,得出Li8Pb二元团簇的基态构型最稳定.     

密度泛函理论研究EuSin(n=12-18)团簇的结构、稳定性与电子性质

本文采用基于密度泛函理论的B3LYP/CEP 31G方法,对EuSin(n=12- 18)团簇的平衡结构、基态相对稳定性、电子性质及其随团簇尺寸的变化趋势进行了研究.结构优化和绝热电子亲和势(AEA)的计算结果表明,从n=12开始Eu原子开始占据了团簇的内部位置并形成笼状结构,同时AEA计算结果表明EuSi13团簇获得电子的能力最强.团簇的平均结合能、离解能、能量二阶差分计算结果均表明当n=13、15、17时团簇是比较稳定的.能隙分析说明(F1)掺杂后团簇的化学活性有所增强,n=16时团簇具有较高化学稳定性.Mulliken布居分析表明n=13 - 17时电荷由Si原子向Eu原子转移而电荷转移量随n的增大而减少,在n=18时Eu原子电荷为正值开始失去电子,电荷转移方向出现了翻转.     

Al_(12)Pb团簇几何构形对其稳定性的影响

基于第一性原理,在密度泛函理论框架下,用局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)研究20面体Al12Pb团簇的几何构形和稳定性,计算了束缚能(BE)、电子亲合能、原子间平衡间距、最高占据轨道(HOMO)与最低未占据轨道(LUMO)间的能隙和最高占据轨道(HOMO)电子构型.此外,还计算了团簇的原子相互作用能.结果表明:具有C5v对称性团簇Al12Pb的束缚能比具有Ih对称性团簇Al12Pb的束缚能更低,稳定性更好;计算数据与实验结果相符合.     

笼型Li6Si5团簇的结构和储氢性能研究

利用密度泛函M06方法,在6-311+G(d, p)基组水平上对Si_5和Li修饰的Si_5团簇的几何结构和电子性质及储氢性能进行理论计算研究.结果表明, Si_5团簇最低能量构型为笼型结构,纯Si_5团簇不能有效吸附氢分子. Li原子的引入显著改善了Si_5团簇的储氢能力.以六个Li原子穴位修饰Si_5团簇为载体,每个Li原子周围可以有效吸附三个氢分子,其氢分子的平均吸附能为2.395 kcal/mol,储氢密度可达16.617 wt%.合适的吸附能和较高储氢密度表明Li修饰Si_5团簇有望成为理想的储氢材料.     

玻璃在反应制备Al—Al2O3复合材料中的作用研究

本文采用Ａｌ／莫来石（３Ａｌ２Ｏ３·２ＳｉＯ２）反应法制备Ａｌ／Ａｌ２Ｏ３复合材料,讨论了Ａｌ与莫来石反应的条件,提出加入玻璃可在低温下改善Ａｌ／莫来石间接触结合．通过ＸＲＤ分析和ＳＥＭ观察,考察了有玻璃存在下Ａｌ与莫与石的反应特点及制备过程对显微结构的影响．     

深冷处理下铝和铝合金的晶粒转动

在80K,47～60h条件下,对1～8系12种铝合金进行了深冷处理．通过研究发现,长时间的深冷处理可以使铝和铝合金的XRD衍射峰值的强弱发生明显的变化,即深冷处理使铝和铝合金晶粒发生了转动,出现了择优取向即织构现象．为了进一步证实这种现象,对深冷处理前后的高纯电容铝箔进行了面密度扫描,并计算了各(HKL)晶面的轴密度ρ(HKL)和晶面占参与衍射的晶面总数的比A(HKL)．此外,对深冷处理下铝和铝合金发生晶粒转动的机理进行了讨论．结果表明,从高纯电容铝箔轧制材和工业纯铝(1230合金)的挤压材深冷处理后的衍射峰值增强并非同一衍射晶面,可以认为深冷处理引起的择优取向不仅取决于铝合金的成分,还与加工工艺有关     

铝铜连接的感应钎焊工艺

为使钎焊技术进一步提高,采用Zn-Al钎料对Al与Cu进行了感应钎焊连接研究,利用扫描电镜、X射线衍射和室温压剪试验等分析手段对接头的微观组织和室温剪切强度进行实验。结果表明,利用Zn-Al钎料可以实现Al与Cu的连接;接头的界面结构为Al/Al基固溶体＋Al-Zn共晶组织＋CuAl2金属间化合物/（Cu,Zn）固溶体层/Cu;在电流为340 A、时间为9 s的钎焊条件下,接头的剪切强度在室温下达到128.5 MPa。     

工艺参数对Al-Zr中间合金中初生Al3Zr相的影响

以Al-K2ZrF6为反应体系，采用Al热还原法，研究了不同工艺参数对Al-Zr中间合金凝固过程中初生Al3Zr相的形貌、尺寸、数量及分布状态的影响.结果表明:随着熔体反应温度的增加，Al3Zr晶体的形貌由小块状逐渐长成长条状，尺寸增加，数量减少；当温度低于1000℃，晶体呈现小块状；温度高于1000℃时，晶体呈现长条状；温度为1000℃时，晶体呈现块状和长条状的混合态.与使用铁模相比，采用耐火材料模时，Al3Zr相尺寸增大，数量减小.随着K2ZrF6加入量的增加，Al3Zr相的体积分数增多，尺寸更细小，分布更均匀.     

CeO2对原位自生Al2O3-TiCP/Al基复合材料组织结构的影响

利用Al-TiO2-C体系熔铸法制备含稀土CeO2原位自生Al2O3-TiCP/Al基复合材料.借助差示扫描量热仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等测试技术,对Al-TiO2-C体系的组织结构进行了详尽的分析,讨论了对稀土CeO2铝对Al2O3-TiCP/Al基复合材料的影响规律.实验结果表明,稀土CeO2的加入可改善陶瓷颗粒Al2O3和TiC与熔体的润湿性,而且有效的细化和净化了组织,降低了反应温度.稀土CeO2添加剂含量为0.5%时利用熔铸法制备的复合材料中原位形成的Al2O3,TiC颗粒尺寸较小,分布均匀.     

Al/Cu扩散偶相界面的实验研究

采用“铆钉法”制备了Al/Cu曲面接触扩散偶,用彩色金相、显微硬度测试方法对其界面区域进行了观察分析。实验结果表明,烧结温度对相层数量起主要作用,并和保温时间一起影响扩散溶解层厚度。在873 K,823~723 K,623 K扩散偶的扩散溶解层分别由4个,3个,1个相组成,在Al/Cu扩散偶中各相层的硬度由铜侧相向铝侧相逐渐增大并在出现硬度峰值后减小。     

Effect of total aluminum concentration on the formation and transformation of nanosized Al13 and Al30 in hydrolytic polymeric aluminum aqueous solutions

Influence of total aluminum concentration （CAIT） on the generation and transformation of nanosized AI13 and AI30 in hydrolytic polyaluminum aqueous solutions was investigated using high field 27AI NMR and time-developed AI-Ferron complex colorimetry. When prepared at the optimal basicity （B） of Al13 generation and 80℃, the All3 species in polyaluminum solution tends to further polymerize and convert to AI30 and higher polymers when CAI; 〉0.2 mol· L^-1, but Al13 does not convert to AI30 quantificationally, as the formation of Alu from Al13 and AI30 is accelerated in the same way. The conversion rate of All3 is accelerated by the increase in CAIT. When CAlT 〉0.75 mol·.L^-1, Al13 content decreases rapidly, and AI30 content increases continuously and becomes the dominant nanometer polynuclear aluminum species. AIm is one of prerequisites of Al13 conversion to AI30. When CAI; increases and B reduces, the polymerization rate between Al13 and Aim increases, and at the same time, the dissociation reaction rate of All3 and AI30 by H^＋ also increases. The latter becomes the dominant reaction in polyaluminum solution with low B value, so AI30 decreases with the increasing CAlT. The hydrolytic polyaluminum solution with Al13 content beyond 80% can only be prepared under the condition of CAlT〈0.5 mol· L^-1 and optimal B value.     

Character and fabrication of Al/Al<Subscript>2</Subscript>O<Subscript>3</Subscript>/Al tunnel junctions for qubit application

The superconductive Josephson junction is the key device for superconducting quantum computation. We have fabricated Al/Al2O3/Al tunnel junctions using a double angle evaporation method based on a suspended shadow mask. The Al2O3 junction barrier has been formed by introducing pure oxygen into the chamber during the fabrication process. We have adjusted exposure conditions by changing either the oxygen pressure or the oxidizing time during the formation of tunnel barriers to control the critical current density Jc and the junction specific resistance Rc. Measurements of the leakage in Al/Al2O3/Al tunnel junctions show that the devices are suitable for qubit applications.     

通过稀土元素La细化Al3Ti合金晶粒

对机械合金化后的粉末进行热压成型和在万能实验机上进行三点弯曲强度和断裂韧性实验(加载速度为10-2cm.s-1,切槽宽2 mm,长3～4 mm,根部半径200μm),结果发现添加原子分数为4%La时,在TiAl3晶粒周围出现新相Al11La3,隔绝了晶粒生长,实现了晶粒由柱状晶粒-扁长晶粒-等轴晶粒的转变,从而细化了晶粒,在较大程度上改善了TiAl合金的塑性。     

Fe_(57)Al_(43)合金中的Zener弛豫

考察了Fe57Al43合金的内耗特征。对于空冷和炉冷的样品,在520℃左右观察到一个弛豫型内耗峰,该峰在升降温测量过程中都能出现。根据该内耗峰的激活能,该峰可归因为Zener弛豫,产生于Fe-Al合金中Al原子对的重新取向。