MgH2-V体系H原子的扩散与吸附性能研究

基于MgH₂-5at%V机械合金化检测到VH_0.81/MgH₂相界的实验结果, 采用第一原理赝势平面波方法, 研究了MgH₂-V体系H原子的扩散与吸附性能. 结果显示: V合金化MgH₂形成VH/MgH₂相界, 靠近VH相区域的H原子形成的空位比未合金化时稳定, 而靠近MgH₂相区域的H原子形成的空位则不及未合金化时稳定; V合金化后, MgH₂-V体系中H原子在扩散过程中最大迁移屏障能较未合金化时减少, 即MgH₂-V体系较MgH₂相而言, H原子在其中更容易扩散; 对VH相而言, 容易形成V空位; 与H替代VH相中V原子相比, H原子更易以间隙位存在; 对于H原子通过VH/MgH₂相界的迁移, 以H原子占据VH相中的V空位时, 最为有利, 其次是H原子占据间隙位, 再次是H原子替代V原子位; 对VH不同表面吸附H而言, 物理吸附比化学吸附更容易发生, 与靠近MgH₂相区域表面吸附H比较, 靠近VH相区域表面H更容易被吸附.     

H原子在Mg（0001）表面的吸附与扩散性能研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对H原子在清洁与空位缺陷Mg（0001）表面的吸附与扩散性能进行了研究.吸附能与扩散能垒的计算结果显示：H原子倾向吸附于清洁Mg（0001）表面的fcc与hcp位,其中fcc位的吸附更为有利;H原子在Mg（0001）表面扩散时,所需克服的最高扩散能垒为0.6784eV;表面结构影响H原子从Mg表面向体内扩散,表面到次表面扩散较慢,次表面至体内扩散却较快,表面结构的影响仅局限在Mg表面的顶两层;空位缺陷的存在,一方面增强了Mg（0001）表面对H原子的化学吸附能力,另一方面提供更多通道使H原子更容易实现向Mg体内进行扩散,且扩散至体内的H原子主要占据四面体的间隙位.电子态密度（DOS）的分析结果发现：相对于hcp位而言,H原子吸附于Mg（0001）表面fcc位体系,在费米能级处具有较低的电子密度N（EF）值,且在费米能级以下具有更多的成键电子数;而空位缺陷Mg（0001）表面H原子吸附能力的增强归因于空位的存在改变了Mg表面的电子结构,使表层Mg原子在低能级区的成键电子向费米能级处发生转移,从而提高了Mg表面的活性.     

α-铁和钒中级联碰撞的分子动力学模拟研究

低活化铁素体／马氏体钢（α-Fe）和钒合金都是重要的聚变堆第一壁候选结构材料．在高能中子辐照条件下，第一壁材料中缺陷的产生和微结构的演化极大地影响着其使用性能，因此相关研究具有重要意义．本文应用分子动力学方法详细模拟研究了BCC结构的α-铁和钒在辐照环境中的离位级联碰撞及其缺陷结构演化过程，发现铁和钒中的自间隙原子和空位缺陷数目有类似的变化规律，即在级联碰撞最初极短的时间内自间隙原子和空位缺陷数目就达到最大值，随后自间隙原子和缺陷发生复合并在2 ps内迅速减少，平衡后仅有少量弗兰克尔缺陷对存在．研究还发现提高温度和增大初级离位原子的能量都将延迟级联碰撞热峰的出现时间，并使热峰出现时的缺陷数目增多．两种材料的不同之处是在铁中进行的级联碰撞过程比钒中的更加剧烈，且铁中自间隙原子的稳定结构为〈110〉方向排列的哑铃状结构，在扩散迁移时旋转至〈111〉方向并以挤列子的形式沿着〈111〉方向迁移，最后又旋转至稳定的〈110〉方向；而在钒中自间隙原子的稳定结构为〈111〉方向排列的哑铃状结构，并很容易以挤列子的形式沿着〈111〉扩散．     

Al-Ni非晶合金的原子堆垛结构及密度的第一性原理分子动力学模拟

在Al基非晶合金中，Al-Ni系的非晶形成能力（GFA）相比其他系列较佳，但是目前对Al—Ni二元合金系的原子排列、玻璃转变和堆垛密度与成分之间的内在联系，至今还未形成系统的认识．本文利用第一性原理分子动力学（AIMD）模拟方法对AlxNi100-x（x=80，83，85，86，87，90）二元非晶合金的原子堆垛结构和密度进行了研究．双体分布函数和Voronoi多面体分析表明，在该非晶合金系中存在明显的拓扑和化学短程有序，拓扑短程序主要是由以Al原子为中心的类似二十面体结构和以Ni原子为中心的三棱体覆盖三个半八面体（TTP）结构组成．在该合金系非晶中A-与Ni原子间存在强烈的化学交互作用，Al—Ni原子对键长小于原子半径和，化学有序随着Ni含量的增加呈现增加的趋势．AIMD计算结果表明，当x=85时，合金的堆垛密度出现了峰值，偏离了直线规律．综合结构特征和密度特征，从理论上推断，当Al含量为84％～86％时，合金的非晶形成能力较好，可以推广至多元合金体系．     

利用轴电子通道统计法测定杂质原子的占位

根据电子衍射多束动力学原理，分别计算了与入射电子束方向相关的γ相TiAl中Ti和Al位置的沿［100］、［110］和［011］的快电子概率密度. 在计算中考虑了吸收效应.计算和实验结果显示了在不同的晶带轴，或同一晶带轴的不同方向，电子通道效应有很大的差别. 因此在用轴电子通道统计法测定杂质原子占位的实验中，必须选择合适的晶带轴和电子束入射方向. 在实验前先进行模拟计算是一个可取的方法.     

Fe基合金应力退火感生磁各向异性机理的AFM研究

用原子力显微镜（AFM）观测不同外加张应力下540℃退火的Fe基合金薄（Fe73.5Cu1Nb3Si13．5B9）断口形貌,结合X射线衍射谱和纵向驱动巨磁阻抗效应曲线,研究Fe基合金薄带张应力退火感生横向磁各向异性场过程中的应力作用机制．建立了包裹晶粒方向优势团聚模型,揭示了包裹晶粒方向优势团聚与磁各向异性场的关系．     

强磁场下不同溶质含量过共晶Al-Ni合金凝固组织中Al3Ni初生相的定向排列

在不同溶质元素含量的过共晶Al-Ni合金的凝固过程中施加均恒强磁场,研究了Al-Ni初生相的定向排列行为．结果发现,均恒磁场能够使Al3Ni初生相均匀分布．而且,在平行于磁场方向的截面上Al3Ni初生相沿垂直于磁场方向发生定向排列,呈相互平行的链条状组织．但是,Al-Ni初生相晶体取向和定向排列是不同的,当初生相发生晶体取向时,却不一定发生定向排列．当溶质元素含量增大时,发生定向排列的Al3Ni初生相的量会明显减少．分析认为,合金中Ni溶质元素含量越低,磁场强度对溶质浓度场的影响越显著,Al3Ni初生相的定向排列效果越好．     

B2结构Fe3A1单晶室温拉伸变形切应力切应变曲线的取向依赖性

研究了18个取向B2结构Fe3A1单晶室温真空条件下的拉伸塑性变形，发现随晶体取向不同，切应力切应变曲线出现不同数目的线性硬化及抛物线软化阶段．曲线上不同硬化率各阶段的形成与塑性变形中滑移系的数量、次滑移作用的强弱及二分超位错的运动和分解状态有关．第Ⅰ阶段为单系滑移的易滑移段；第Ⅱ阶段对应共扼滑移的出现，硬化率较高；第Ⅲ阶段表现为比较弱的次滑移作用，硬化率较低；第Ⅳ阶段除了多系滑移之外还伴随二分超位错的扩展及拖着反相畴(APB)的不全超位错运动，硬化率最高；第Ⅴ阶段与分解了的单个超分位错的交滑移相关，表现为软化．随拉伸轴取向所处区域不同，切应力切应变曲线硬化段的数目及同一阶段硬化率的大小也不同．     

超声凝固条件下二元Al-12.6%Si共晶合金的组织演变机制研究

在三维高强超声场中实现了二元Al-12.6%Si共晶合金的动态凝固过程,探索了其组织演变机制.结果表明,静态凝固条件下形成典型的共晶组织,其中(Si)相呈不规则薄片状,而α(Al)相为枝晶状.三维超声作用下,空化引起熔体过冷和声流改变温度场和溶质场的分布特征,使两共晶相独立形核,从而形成离异共晶组织.超声的高频振动效应增加了(Si)相的孪晶生长几率,导致大量交错孪晶(Si)相产生.由于超声降低了两相之间的界面能,共晶组织平行生长取向程度升高,同时其显微硬度显著提高.     

固体中应力产生和消除空位及非平均晶界偏聚

确定固体内如何产生和消除过饱和空位，对于了解材料的许多物理过程是至关重要的，如固态扩散、晶界偏聚和超细晶材料的晶界稳定性等。晶界通常被认为是空位的源或阱。但是，在弹性应力场作用下，晶界有何变化仍然是不清楚的。提出了弹性范围内的压应力作用下晶界作为源会发射空位，张应力作用时晶界作为阱会吸收空位，这是除现在已公认的5种固体中产生和消除过饱和空位之外的第6种基本物理过程。在此基础上，建立了一套动力学方程，模拟Misra等人的张应力时效实验结果，证实了上述基本物理过程的存在。     

B2结构Fe3Al单晶室温拉伸变形切应力切应变曲线的取向依赖性

研究了18个取向B2结构Fe₃Al单晶室温真空条件下的拉伸塑性变形, 发现随晶体取向不同, 切应力切应变曲线出现不同数目的线性硬化及抛物线软化阶段. 曲线上不同硬化率各阶段的形成与塑性变形中滑移系的数量、次滑移作用的强弱及二分超位错的运动和分解状态有关. 第Ⅰ阶段为单系滑移的易滑移段; 第Ⅱ阶段对应共轭滑移的出现, 硬化率较高; 第Ⅲ阶段表现为比较弱的次滑移作用, 硬化率较低; 第Ⅳ阶段除了多系滑移之外还伴随二分超位错的扩展及拖着反相畴(APB)的不全超位错运动, 硬化率最高; 第V阶段与分解了的单个超分位错的交滑移相关, 表现为软化. 随拉伸轴取向所处区域不同, 切应力切应变曲线硬化段的数目及同一阶段硬化率的大小也不同.     

Al2O3／TiAI基复合材料在空气中的高温氧化行为

研究了热压烧结的Al2O3／TiAI基复合材料在900℃静止空气中的断续氧化行为．结果表明,随着Nb2O5掺量的增加,氧化增重减小,氧化抗力明显改善,其初始氧化动力学符合线性规律,断续氧化动力学服从抛物线规律．Nb2O5掺量大的材料,因氧化产物中含有TiAI和Ti2AIN相,显示其良好的抗高温氧化性．在900℃温度断续氧化120h后,氧化膜主要由TiO2外表层、Al2O3次表层以及TiO2和Al2O3的混合内层构成,由外向内为富AI向富Ti的氧化物混合层过渡．靠近基体TiO2和Al2O3混合内层为多孔疏松状结构,孔洞是由于形成Ti的氧化物后生成的．整个氧化层厚约20μm．氧化膜表面均未形成均一的Al2O3保护膜,但形成的内层Al2O3膜与外层TiO2膜粘附性高,没有发生氧化膜脱落现象．原位自生的Al2O3微细颗粒,高温下促使其本身成核与生长,使得热力学形成其膜所需的最低Al含量降低;同时,增加了Ti离子由M／MO界面向O／MO界面扩散的势垒,从而降低了TiO2的生成率,提高了抗氧化性能;另外,形成从外向内由富AI向富Ti氧化物混合层过渡的复层结构,降低了O^2-的内扩散,改善了复合材料的抗氧化性能．     

基于金属扩散连接机制动力学条件的空洞闭合模型

提出了金属扩散连接时塑性变形机制、表面源机制、界面源机制和蠕变机制作用的动力学条件;基于各种机制作用的动力学条件,导出了金属扩散连接过程中的空洞闭合模型,分析了扩散连接工艺条件对机制作用效应的影响;分析发现Ti-6Al-4V合金的扩散连接温度或压力较低、时间较短时,界面源机制起主要作用,否则,蠕变机制起主要作用,且直至扩散连接过程结束;延长扩散连接时间,表面源机制和界面机制的作用增强到一定阶段后停止,蠕变机制的作用持续增强;提高扩散连接温度或增大压力,界面源机制的作用减弱,其他机制的作用均增强.Ti-6Al-4V合金扩散连接实验结果表明,本文模型的预测值与实验值之间的最大误差为12.86%,平均误差为5.79%.     

稀相气粒两相流中亚网格尺度涡对颗粒扩散影响的LES／FDF模拟

本文基于颗粒扩散率这一参数,应用LES／FDF模型对稀相气粒两相流中亚网格尺度涡对颗粒湍流扩散的影响进行了数值模拟研究．通过将使用LES／FDF模型得到的模拟结果与不使用LES／FDF模型得出的结果进行对比后,得出：对于小颗粒（小Stokes数颗粒）,大涡结构是影响颗粒空间扩散的主要因素;但是对于中等粒径颗粒和大颗粒,亚网格尺度涡对于颗粒扩散率的影响与大涡处于同一数量级．亚网格尺度涡在大多数情况下会使颗粒扩散率增大,但有时也会降低颗粒扩散率．亚网格尺度下颗粒的扩散率不仅仅取决于亚网格尺度涡的强度和Stokes数,还与流场中的大尺度涡结构有关;对于各向同性湍流中的颗粒,在亚网格尺度涡的作用下,其扩散率随粒径增大而降低．     

应力、应力纤维、Rho三者关系的研究进展

应力影响细胞的形状和骨架结构并因此控制许多与组织发展有关的关键行为，因此应力作用下细胞的种种响应问题成为生物力学目前最热的研究领域，应力纤维、Rho在研究应力信号如何被细胞感受过程中占据核心地位并已成为研究者关注的重点。本文依据国内外近几年进行的细胞对应力响应的研究进展对应力、应力纤维、Rho三者的相互关系进行了综述。     

对流作用下枝晶生长行为的数值模拟

应用一个二维的改进元胞自动机(modified cellular automaton, MCA)－传输耦合模型, 对流场作用下枝晶的非对称生长行为进行了模拟研究. 模型采用MCA技术模拟枝晶的生长, 同时采用一个传输模型对流场和由对流和扩散所控制的质量传输进行数值求解. MCA考虑了热过冷、成分过冷和曲率过冷对枝晶生长的作用, 也考虑了枝晶的择优生长方向和凝固过程中的溶质再分配. 在传输模型中, 采用SIMPLE算法求解动量和质量传输的控制方程. 应用该模型模拟研究了Al-3% Cu(质量分数)合金中单枝晶和多枝晶在不同流动方向的流体作用下的生长规律. 模拟结果表明, 金属液对流对枝晶的生长形貌产生重要的影响.     

异种纯金属固-固界面化合反应初生相孕育期的动力学极限

以最小熵产生原理、昂色格倒易关系等线性不可逆过程热力学理论为基础建立模型，讨论了在扩散焊等温、等压条件下，一对可产生界面化合反应的固相纯金属，其连接界面演变初期，异种元素互扩散与界面化合反应两线性不可逆过程的相互关系；揭示了界面反应初生相孕育期在动力学上的必然性，得到了初生相孕育期的动力学极限以及初生相的动力学临界形核尺寸，并以Al-Mo界面反应为载体，对相关理论计算值与相应实验结果进行比较，证明了其理论分析的可靠性．     

B2结构Fe3Al单晶室温拉伸变形切应力切应变曲线的取向依赖性

研究了18个取向B2结构Fe3Al单晶室温真空条件下的拉伸塑性变形,发现随晶体取向不同,切应力切应变曲线出现不同数目的线性硬化及抛物线软化阶段.曲线上不同硬化率各阶段的形成与塑性变形中滑移系的数量、次滑移作用的强弱及二分超位错的运动和分解状态有关.第Ⅰ阶段为单系滑移的易滑移段;第Ⅱ阶段对应共轭滑移的出现,硬化率较高;第Ⅲ阶段表现为比较弱的次滑移作用,硬化率较低;第Ⅳ阶段除了多系滑移之外还伴随二分超位错的扩展及拖着反相畴(APB)的不全超位错运动,硬化率最高;第Ⅴ阶段与分解了的单个超分位错的交滑移相关,表现为软化.随拉伸轴取向所处区域不同,切应力切应变曲线硬化段的数目及同一阶段硬化率的大小也不同.     

量子引力学与行星距离分布规律

本文应用量子引力学的观点揭示了太阳系内行星距离分布规律的天体演化成因。作者认为：在原太阳星云从自由下状态进行了缓收缩阶段的初期，与第一次长波红外耀发所表征的电磁辐射突然增强相伴随，原太阳也发出一系列分立的引力波；落到原太阳外部星云圆盘上的引力波的基波及其各次波谐波的波峰，就是各有关引力子的密集处；该星云圆盘正是通过各处引力子的吸积作用才逐渐分裂为多个圆环并继而形成多个行星的。这些结果可能成为引力作     

室温轧制Cu/Al多层复合薄带的变形诱导反应扩散现象

以退火态工业纯铝、纯铜薄带为原料,将8层铜带、7层铝带,共15层以相互交替方式叠在一起,利用自行研制的微成形轧机,在室温下对其进行多道次轧制.在没有任何中间退火等热处理的情况下,当累积应变达到83%时,通过OM观察发现冷轧大变形后的Cu/Al界面处有新相形成.经SEM/EDS分析,发现这些新相是金属间化合物Al_2Cu/AlCu/Al_4Cu_9的混合物,是由反应扩散获得的产物.这些金属间化合物与原有的金属母体构成了一种新的复合材料.特别有意义的是:由于实测和有限元模拟计算两种方法都证实轧制过程中温升低于28℃,因此该反应扩散不是缘于常见的"热"作用,而是由于室温大变形轧制中应力-应变的作用.本文将这种现象称为变形诱导反应扩散,并对其机理进行了分析和阐述.该研究结果是在室温下加工获得金属间化合物的一个实验证据,为获得一类新型复合材料提供了新途径.