锆自辐射损伤的分子动力学模拟与缺陷判定研究

采用分子动力学方法,模拟了300 K温度时由能量10 keV到50 keV的初级反冲原子(primary knock-on atom,PKA)在密排六方(hexagonal close packed,HCP)结构锆晶体内自辐射造成的级联碰撞.采用离位原子判定法、自间隙原子(self-interstitial atom,SIA)判定法以及Wigner-Seitz(WS)原胞分割法等三种方法对级联碰撞过程中产生的点缺陷进行了判定.通过对比不同方法获得的点缺陷变化趋势、统计涨落、鲁棒性等特征,发现采用WS分割方法获得的点缺陷数更适合用于描述锆晶体中级联碰撞的辐射损伤.此外还研究了自间隙原子的基本扩散特征,结果发现其更倾向于一种二维(2D)扩散.     

铁粉部分预合金化过程中间隙元素的定向迁移

采用与水雾化铁粉纯度相同的致密铁铸锭作试样 ,通过在其表面涂覆合金元素粉末层进行部分预合金化扩散处理 ,以研究部分预合金化铁粉的压缩性改善的机理 .研究发现 ,在铁粉扩散处理过程中 ,由于部分合金化铁粉中的合金化区域产生了铁晶格畸变 ,导致该区域的体系能量升高 ,将未合金化区域中的间隙原子如C ,N ,O等吸引到合金化区域 ,产生未合金化区域中的间隙原子向合金化区域的定向迁移 ,未合金化区域产生“自纯化”效应 .实验结果表明 ,随着扩散处理温度的提高和处理时间的延长 ,未合金化区域中间隙元素的含量降低程度也增大 ;间隙原子自未合金化区域向合金化区域的迁移过程符合扩散动力学规律     

低温声腔中基于二能级系统与高频泛音相互作用引起的声学声子损失

在晶体中,杂质原子或晶格缺陷形成的二能级系统会对声子产生弹性散射.利用压电晶体作为共振腔的低温声腔中,这种散射过程的存在导致高频泛音的损失.这种散射可以解释为压电晶体中应变场与二能级系统的耦合,并且能够用一个相互作用哈密顿量描述.根据这个相互作用哈密顿量和二阶微扰论,得到了一个基于声子-二能级系统弹性散射的声子损失公式.根据这个公式,得到了声波损失如何受声波频率和环境温度的变化,而这种分析给出了一个合理的损失机制,解释了M.Goryachev等人在2013年对石英体声腔品质因子的测量结果.希望该工作可以为降低低温声腔激发的高频声波损失提供了理论支持.     

金属间化合物Fe_2B在液态锌中的腐蚀机制

利用扫描电镜、电子探针以及X射线研究了Fe2B的微观组织及被液态锌腐蚀后的界面形貌及化学组成,并运用固体与分子经验电子理论(EET)建立了Fe2B的价电子结构,对腐蚀过程中的反应扩散机制进行了合理的分析.结果表明:Fe2B在液态锌中的腐蚀机制以反应扩散为主;首先液态Zn原子扩散到Fe2B固体表面,然后沿能量较高的晶界进入Fe2B基体;Zn原子在Fe2B晶格中有限固溶,引起了Fe2B晶格畸变,同时在热应力作用下,Fe2B基体产生大量裂纹,液态锌沿着裂纹扩展方向渗入;当晶格畸变达到极限时,Fe原子周围的化学键全部断裂,Fe成为"自由"原子;"自由"的Fe原子与周围的Zn原子发生反应,生成Fe-Zn化合物;化合物从基体上剥落下来,漂移到液态锌中;Fe原子成为"自由"原子需要的能量越高,材料的耐腐蚀性能越好.     

固体互扩散生长的唯象理论

原子互扩散过程中可以产生复杂的应力应变现象,但目前缺乏系统的理论分析。传统固体化学扩散理论的研究对象是扩散的原子或原子流,并不关心互扩散区域内微观体积单元的变化,因此无法描述原子扩散流与应力之间的关系。为了解决这一问题,作者借鉴流体力学的基本概念和方法,通过建立固体互扩散区域中“流点”的概念,推导了描述固体互扩散生长的普适方程,严格区别了相的体积生长与界面生长方式,并给出多元扩散偶中相生长的一般动力学描述。在此基础上,详细讨论了分别与两种不同生长方式相联系的扩散应力和扩散应变问题,并以此分析具有代表性的固态反应周期层片型结构的形成机理。     

Fcc结构Ti-Al合金的原子状态及其性质

在特征晶体模型基础上,引入特征原子的有效电荷概念,从第一原理出发利用特征晶体理论对Fcc结构Ti Al合金系的无序固溶体、TiAl金属间化合物电子结构和晶体性质进行研究.其过程为:首先采用中心原子团簇模型,用密度泛函理论的离散变分方法确定特征原子的有效电荷;然后用密度泛函理论的线性Muffin tin轨道法研究特征晶体的电子结构和性质;再根据特征晶体理论的叠加原理计算实际合金的性质,得到固溶体的平衡晶格常数、结合能、体弹性模量随成分变化的关系曲线.计算结果表明,金属间化合物TiAl的平均原子体积和结合能与实验数据一致.     

基于第一原理计算拟合Ag、Si和C原子间作用势的研究

为了实现Ag在SiC晶体中扩散的分子动力学模拟,根据第一性原理计算结果,采用"力匹配"方法对Ag、Si和C原子间相互作用势进行拟合,并用晶格常数、内聚能、体弹性模量、弹性常数和缺陷形成能等进行了势函数的验证.结果表明,拟合所得的势对Si、C和SiC晶体的内聚能、晶格常数和体弹性模量的计算非常准确,最大误差不超过0.6%;并且,该势对Si和C晶体中空位与间隙形成能及SiC晶体中Si与C空位形成能的计算值比采用J.Tersoff给出的势的计算值更精确;此外,该势对16种AgSiC三原子体系缺陷形成能的计算也比较精确.     

Wigner固体平均势的计算

修正了Callaway J计算Wigner固体的平均势理论中出现的错误。以单原子的bcc和fcc结构的金属为例,建立了计算Wigner固体的平均势的理论。理论结果表明:金属晶体的平均势与晶体的晶格常数a的倒数1/a成正比。对一些常用的bcc和fcc结构的金属晶体的平均势进行了数值计算,获得了大量具有应用价值的计算结果。     

单晶金刚石在铁基合金中的性态与行为

将金刚石单晶孕镶在Ｆｅ基合金中，在一定条件下烧结，发现金刚石受到明显刻蚀，但晶体结构和强度未变，刻蚀在金刚石与结合剂的界面发生，它是金刚石晶格中的Ｃ原子溶入Ｆｅ，并在其中扩散的过程，适当控制这一扩散过程，将使Ｆｅ基结合剂的金刚石工具获得优良性能。     

MgSiO3后钙钛矿在三轴应力场中的第一原理模拟及地球物理学应用

MgSiO3后钙钛矿具有明显的弹性各向异性,可以解释地球核幔边界D″层中地震波的不连续性等现象,但目前的研究对晶格优选方位的机理一直没有好的解释.针对复杂的D″层应力环境中晶体特性与应力场和晶轴取向的密切关联,引入三轴应力场对矿物性质进行约束,模拟应力场状态下后钙钛矿相弹性性质,通过最小能量原理获得稳定的晶体空间取向类型.对具有最小能量类型的晶体弹性常数和地震波速研究发现,晶体a轴取向平行于最大压缩方向;以b轴为垂直对称轴的剪切波横向各向异性(横向各向同性平均)大于静水力场中的剪切波横向各向异性.结果支持以(010)为主滑移面的观点,为D″层各向异性和晶体取向研究提供新的数据和证据.     

The effect of Al and Cr elements on the oxidation resistance of MoSi_2 via first-principles calculation

The properties of structure, energy and oxidation resistance of interstitial and substitutable MoSi_2 systems have been investigated using the density functional theory. The calculated lattice constants for pristine MoSi_2 confirm the early experimental results. In the interstitial MoSi_2, the impurity energy of O atom was computed for the stable interstitial site in the systems. The results reveal that the O atom prefers to occupy the Oct2 site with the lowest impurity energy. In the substitution MoSi_2, the Si sites tend to be substituted with Al and Cr atoms,whereas, Mo sites do not behave like the Si sites. The co-substitution of Al/Cr atoms and the direction of the O diffusion in MoSi_2 have been analyzed as well. The results from electronic structural analysis indicate that the SiO bond is the main factor to inhibit the diffusion of O, and the alloying elements of Al and Cr contribute to the oxidation resistance of MoSi_2.     

中性原子电负性的研究

利用原子的有效核电荷和共价半径,给出了计算中性原子电负性的新公式X本文=0.450Zr 0.330,利用该公式计算了100种元素的中性原子的电负性.计算结果与Allred-Rochow的电负性值相当一致.     

奇异原子能级与光学模型势

为进一步研究K^-介子原子和∑^-超子原子2类奇异原子中的相互作用和能量问题,基于二阶线性偏微分方程的差分数值解法求解了Klein-Gordon方程和Dirac方程,得到K介子原子和∑-超子原子的相应能级．其结果与实验数据的最大误差分别仅为-0．051％和0．035％,这表明光学模型势应用于奇异原予能级计算能够提高理论结果的准确性．此结果连同π^-原子、P原子的情况支持了Batty光学模型势在奇异原子中应用的正确性,进而表明核子间的强相互作用力为排斥力．     

盲肠回流泥沙运动机理初析

本文以实验观察得到的物理模式为基础,依据Plandtl边界层理论、湍流的半经验和统计理论,及有关旋转流体的特性,建立了描述盲肠口门处水流泥沙运动的系统数学模型。并运用分解协调技术和Blasius相似解思想,求得模型的分析解和近似分析解。文中论述了主副流动量交换、泥沙扩散、平面回流结构和立体环流结构等理论问题。在VAX/VMS系统上进行了数值模拟,结果表明,理论和实测资料符合得较好。     

薄膜外延生长中表面原子过程的动力学研究

从理论上研究了薄膜生长过程中原子在表面上的各种动力学表现，对原子扩散、原子团扩散、多层膜生长等过程的动力学行为进行了详细的分析，进一步探讨了薄膜生长的微观机制．     

3-吡啶甲酰基丙酮酸乙酯铜配合物的合成和结构研究

以3-乙酰基吡啶和草酸二乙酯为原料,合成得到3-吡啶甲酰基丙酮酸乙酯（简称HL）,核磁共振波谱表明该物质的?-二酮部分在溶液中采取烯醇式结构。通过界面扩散法合成了该配体的第一个配合物{CuL2}n,并用单晶X-射线衍射进行了详细的结构分析。该配位聚合物中Cu(II)与四个L?配体形成拉长的反式CuN2(OO)2八面体配位构型。两种晶体学独立的L?配体都是以?-二酮基的两个O原子螯合一个Cu(II), 以吡啶N原子与另一个Cu(II)配位,形成二维网格结构。     

含氮的Fe-Mn-Si基合金共格界面能的理论计算

利用改进的离散点阵平面模型（MPLD），引入Smirnov的统计模型，将间隙原子和置换原子对界面能的贡献分开，可计算含有间隙原子的多元合金体系的共格界面能．含N（ωN〈0．5％）的Fe-Mn-Si基合金{111}fcc／／{0001}hcp共格界面能的计算结果表明，N增加合金的共格界面能。间隙原子增加了相界面的结合强度．置换原子对界面能的贡献随温度的上升而增加，而间隙原子的贡献与之相反，两者综合的结果是共格界面能随温度上升而增加．间隙原子C对共格界面能的影响程度大于N，原因是C、N同置换原子的交互作用不同．     

冷轧谐波齿轮坯直径的确定

本文利用回归正交设计的试验方法,对计算齿坯直径公式中的材料凸起系数T进行了回归试验计算,得到了T值的计算式.经方差分析表明,回归方程是高度显著的,用此式计算的T值来确定齿坯直径是可靠的.     

也谈电位溶出分析法理论

本文对电位溶出分析法理论进行探索,提出与前人不同的观点.考察了溶出形式(搅拌溶出和静止溶出)对溶出时间方程式的影响,得到了一般化的溶出时间方程式.认为电位溶出过程是由金属原子与氧化剂分别在汞膜和溶液中同时向电极/溶液界面的扩散共同控制.作者认为常数k的物理意义是氧化剂的传质系数,其表达式与溶出形式有关.