激光熔凝Al_(72)Ni_(12)Co_(16)中十面体准晶的生长

以展宽的激光束为加热源，在超高温度梯度条件下Ａｌ_72Ｎｉ_12Ｃｏ_16合金中获得了单相、十面体准晶定向生长组织．Ｘ射线衍射、透射电子显微镜、扫描电子显微镜和光学显微镜分析结果表明：在上述条件下定向凝固组织中为单相十面体准晶相；该相呈小平面形态并以侧向方式生长．十面体准晶中的周期性和准周期性的原子结构和熔池中的外延生长条件是影响生长形态的主要因素．实验结果与Ｔｏｎｅｒ原子结构生长模型预测相符．     

准晶微粒形成的五角十二面体

只有长程取向有序而无平移对称的准晶体的发现(Shechtman, et al., Phys. Rev. Lett.,53(1984), 1951)引起了科学界的极大兴趣和广泛的注意。我们最近在观察准晶的生长形态时,在急冷的Al-16.6 at％Mn合金中,使用光学和扫描电子显微镜(SEM)观察发现准晶具有二级结构:准晶微粒是一级结构,颗粒尺寸在0.1～2μm之间;再由这些寸尺不等的     

水热条件下BaTiO3晶粒的结晶学特性

水热法在制备含氧化合物细粉方面具有许多优点.水热反应不需要很高的温度,这不仅降低了能耗,而且使所得产物反应活性得到提高;由于反应是在较高压力和温度下进行的,所以反应速度较快,且可得到高纯、单相产物.近年来,水热法在含氧化合物粉体的制备方面得到了广泛的研究和应用,但有关水热条件下所制得的粉体的结晶学特性的报道不多,而这方面的研究对认识水热条件下粉体的形成机理及选择适宜工艺路线都是十分重要的.本文报道了水热条件下BaTiO_3晶粒在晶相和晶胞参数方面的一些变化规律.     

形态发生之美丽

人类对形貌和结构之美的探索不止于自然界更延伸到科学领域,我们更关注的是蕴藏在形态和模式中的物理规律和应用价值。随着非线性科学的出现,形态和模式的研究再次成为科学研究的焦点,晶体可以在非平衡体系中生长出骸晶和枝晶等特殊形态的晶体,表面活性剂及模板分子的应用极大地丰富了晶体的结构和形貌。本文评述了部分晶体生长理论和不同条件下的形态发生图样。     

TiC原位增强块状Cu47Ti34Zr11Ni8非晶合金复合材料

在电弧炉中利用吸铸法制备了直径1~4 mm的原位生成TiC和β-Ti枝晶联合增强的块状Cu₄₇Ti₃₄Zr₁₁Ni₈非晶合金复合材料. DSC热分析结果表明, 原位生成TiC颗粒的引入, 没有影响基体合金的非晶形成能力. 用OM, XRD, SEM, EDS等方法研究了复合材料的相组成、微观组织以及成分分布, 结果表明, TiC颗粒作为异质形核中心促进了β-Ti枝晶的形成, 形成了TiC颗粒和β-Ti枝晶联合增强的块状Cu₄₇Ti₃₄Zr₁₁Ni₈非晶合金复合材料, 而且β-Ti枝晶的尺寸和数量与TiC颗粒的多少以及试样的尺寸有关. 室温压缩试验表明, 同单相非晶合金相比, 块状Cu₄₇Ti₃₄Zr₁₁Ni₈非晶合金复合材料提高了抗压强度及塑性.     

新纳米晶Fe72Cu1Nb2V2Si14B9和Fe72Cu1Nb1Mo1V2Si14B9合金的磁性能和应用

近期,我们成功地开发了新纳米晶Fe_(72)Cu_1Nb_2Si_(14)B_9和Fe_(72)Cu_1Nb_1Mo_1V_2Si_(14)B_9合金,和早期问世的典型的纳米晶 Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9和Fe_(73.1)Cu_(1.2)Nb_(3.2)Si_(12.5)B_(10)合金相比,降低了成本,明显改善了原始非晶带脆性,仍显示出优良的综合磁性能,并得到若干重要实际应用.本文报道新合金的磁性能、铁损分析结果和几个应用例子.1 实验用单辊液态快淬法制成32～35μm厚、1.0cm宽的非晶带,卷成内外径分别为2.0cm和2.5cm的环形样品.样品在氮气中在不同温度下无磁场退火0.5h后炉冷,根据直流相对起始磁导率μi和f=20kHz及Bm=0.5T条件下铁损值确定最佳退火温度范围.用退火样品测量磁性能.直流磁性、交流相对有效磁导率μe及铁损P的测量方法、条件及采用的符号已在文献[2,3]中说明.纵向和横向磁场退火是在最佳无磁场退火后,再在793K下磁场退火2h.     

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     

落管中Ag60Sb34Cu6三元合金的快速凝固机制

采用落管无容器处理技术实现了直径为60~800 mm的Ag₆₀Sb₃₄Cu₆三元合金液滴的快速凝固, 对其凝固机理进行了理论探索. 随着液滴尺寸的减小, 冷却速率从57 K/s增大至5.8×10⁴ K/s, 最大过冷度达180 K(0.23T_L), 初生ε(Ag₃Sb)枝晶发生了显著细化, 直至形成均匀的等轴晶. 实验结果表明, 深过冷条件使得(ε+ Ag)二相共晶在小液滴中难以生成, 同时初生e相中Ag的固溶度随液滴过冷度的增大显著增大. 根据差热分析与晶体生长形态, 提出了合金液滴在不同过冷度下的两种凝固方式.     

四元Ni基合金中的快速枝晶生长

采用熔融玻璃净化法与电磁悬浮无容器处理技术实现了Ni-10%Cu-10%Fe-10%Co四元合金的深过冷与快速凝固, 实验获得样品最大过冷度为276 K(0.16T_L). 差示扫描量热(DSC)分析与X射线衍射(XRD)分析表明, 所有凝固样品的组织均为α-Ni单相固溶体. 随着过冷度的增大, 合金显微组织由枝晶转变为等轴晶, 并显著细化. 深过冷条件下溶质截留效应增强, 微观偏析程度减小. 对不同过冷度下的枝晶生长速度进行了实验测定, 结果表明V和ΔT 之间存在指数函数关系: V=8×10^−2ΔT^1.2. Cu, Fe, Co三种溶质元素的引入显著提高了合金枝晶生长速度.     

C60单晶溶液生长中的枝晶与分形

<正>C₆₀作为一种新型功能材料已受到人们广泛关注,为了深入研究这种材料的结构和物性,以及开拓其潜在的应用领域,通过C₆₀粉来制备高质量的C₆₀单晶体就显得越来越重要.目前已报道的制备C₆₀单晶体的方法主要有两种:一是溶液法,即将C₆₀粉溶于苯、甲苯、环已烷等有机溶剂中,然后通过溶剂的快速蒸发结晶出C₆₀单晶.此法优点是生长装置简单,生长条件易于控制,生长出的C₆₀单晶尺寸较大,缺点是有机溶剂分子可能进入C₆₀晶体内部;另一种是气相法,即在真空中加热C₆₀粉,使其升华,并在冷端凝结为C₆₀单晶 此法优点是生长的C₆₀单晶纯度高、晶面规则,缺点是生长条件不易控制,生长的晶体尺寸较小.因此,无论用上述哪一种方法,目前要生长出高质量、大尺寸C₆₀单晶都是很困难的,其主要原因就是关于C₆₀晶体生长的动力学机制尚不十分清楚.本文在C₆₀晶体的甲苯溶液生长系统中,通过扫描电子显微镜观察到C₆₀晶体生长中的小面化晶体、枝晶及分形等生长形态,并且分析了其产生的动力学机制.     

YBa2Cu3O7-δ 微桥中的准粒子注入

对₂Cu₃O_7-δ(YBCO)微桥中准粒子注入进行了讨论, 利用几种注入模型, 演示了准粒子注入效应、电流叠加效应和热效应, 得到了准粒子注入下的电流增益及其与温度的关系, 对YBCO的超导微桥的临界电流实现了压缩, 并提出了一种新的注入模型.     

落管中Al-Cu-Fe合金的形核与过冷

自从在Al-Mn急冷合金中首次发现了具有5次对称性的二十面体三维准晶相以来,人们又在许多其它合金系中发现了该相及其它低维的准晶相.准晶的发现不仅极大地丰富了人们对固体微观结构的认识,而且这些新相的结构和性质等也有相当的研究价值,因此引起了许多研究者的广泛兴趣.10年来,对准晶的研究已经取得了相当丰硕的成果.但是,除了少数合金系中的准晶相是稳定相以外,大多数准晶相都是由快凝方法制备的亚稳相.     

MgB2的高压高温合成及其超导电性

在高压(3.0GPa)和高温(900℃)条件下,制备出单相MgB2样品.样品的粉末X射线衍射实验和Rietveld精修结构分析表明,所制样品具有AlB2型六方结构,空间群为P6/mmm,a=3.0861(5)A,c=3.5222(8)A.测量结果表明样品的超导临界转变温度(Tc)为39K.     

纳米TiO2膜对水中微量微囊藻毒素的光催化降解

富营养化水体中的微囊藻毒素是一种传统净水技术难以去除的致癌毒素. 研究了低光强辐照条件下, 溶胶凝胶法制备的纳米TiO₂薄膜光催化降解水中微量微囊藻毒素Microcystin-LR. 固相萃取结合高效液相色谱方法的分析结果表明: 自然条件下浓度水平的Microcystin-LR (μg/L)能够有效地被光催化氧化分解, 降解受到pH值、毒素初始浓度和光照强度的影响. pH 4左右时降解速度最快, 辐照强度为400 μW/cm2条件下120 min内浓度为20 μg/L的毒素的降解率达到95%. 采用Langmuir-Hinshelwood机理研究了微量Microcystin-LR的光催化降解, 降解模式符合准一级动力学方程. 在pH 6.7和辐照强度为400 μW/cm²条件下, 浓度为20 mg/L的毒素的准一级降解速率常数和半衰期分别为0.0157 min^-1和44 min. 在200~1000 μW/cm²的UVA光照变化范围内, 降解速率随辐照强度的0.82次幂值增长, 相应表观量子效率为5.19×10^-8 g/J.     

旋转磁场强度和频率对Pb-Sn合金凝固组织的影响

研究了Pb-45%Sn亚共晶和Pb-85%Sn过共晶合金在旋转磁场作用下的凝固组织, 发现旋转磁场使得初生相的生长形貌由原来的枝晶形态变为椭球状, 具有碎断和细化作用. 碎断和细化的程度随磁场强度的增大而加强, 但是, 当磁场强度高达一定值时, 初生相的晶粒尺寸反而变大, 磁场强度在碎断和细化凝固组织时存在最佳值. 此外, 旋转频率的高低影响磁场在熔体中的作用距离, 进一步影响熔体温度场和溶质场的均匀化. 合适的旋转频率和磁场强度是凝固组织细化和均匀化的关键因素. 磁场的引入, 影响了液固体系的热力学函数, 导致临界晶胚的吉布斯自由能和原子的扩散激活能的降低, 提高了形核率.     

ZrO2掺杂YBa2Cu3O7-δ超导薄膜的磁通钉扎

YBa₂Cu₃O_7-δ(YBCO)超导薄膜的临界电流密度J_c会因为外磁场的增大而衰减.为了抑制这一现象,有必要引入人工钉扎中心.预制纳米晶能够实现对异质相大小和形状的预先调控,是一种非常高效的人工钉扎手段,能有效解决传统元素掺杂引起的尺寸和团聚问题.本文利用水热法可控地制备出两种尺寸小于10 nm的点状和棒状ZrO₂纳米晶,并采用葡萄糖酸对其表面进行修饰,实现它们在YBCO前驱液中的均匀单分散.单分散ZrO₂纳米晶的掺杂明显地提高了YBCO薄膜的低温磁通钉扎效果和在场临界载流性能,但是纳米晶掺杂量过多,又会因为生成BaZrO₃(BZO)而消耗过多Ba源,致使YBCO薄膜超导性能下降.另外,掺杂5%的点状ZrO₂纳米晶比棒状纳米晶对超导性能提升更优.     

自然科学前沿中蕴含的美——科学与艺术之关系的哲学思考

本文介绍了分形、准晶、非平衡生长等科学前沿中出现的一些美的艺术形象,并从哲学的角度对科学与艺术的关系进行了讨论.     

Al2O3担载Fe催化CVD法合成纳米洋葱状富勒烯

以Fe/Al₂O₃作催化剂, 采用化学气相沉积法在400℃下催化裂解乙炔合成了纳米碳材料, 为了去除催化剂载体和残留的催化剂颗粒, 进一步将产物在60℃下于36%的浓盐酸中回流48 h, 并通过扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜和X射线衍射仪对产物进行了表征. 结果表明: 在400℃下合成了直径在15~50 nm之间、石墨片层呈层状堆积结构的内包Fe₃C的纳米洋葱状富勒烯. 进一步将产物在1100℃下热处理2 h, 得到了具有完整清晰的石墨壳层结构的纳米洋葱状富勒烯. 在此基础上, 探讨了内包金属纳米洋葱状富勒烯的生长机制, 认为此实验条件下内包金属纳米洋葱状富勒烯的生长遵循气-固生长机制.     

高压加热过程中Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5块状非晶合金中的非晶-晶化-非晶相转变

众所周知,非晶合金的晶化是指由非晶态到结晶态的转变, 在加热过程中这种转变是不可逆的.在研究高压下Zr_41.2Ti_13.8Cu_12.5Ni₁₀Be_22.5块状非晶合金晶化过程时, 发现该非晶合金在加热的某一阶段出现了晶态到非晶态的逆转变. 这种反常现象可能是由于在高压退火过程中形成了吉氏自由能高于非晶态的过饱和固溶体相.     

Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5非晶形成合金在落管中的无容器凝固

利用落管技术，在高纯He和Ar的混合气氛中获得了直径为80-1000μm的非晶合金小球，采用示差扫描量热分析（DSC）方法，研究了在落管无容器状态凝固的Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5非晶小球的玻璃转变及晶化动力学。结果表明：与水淬得到的Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5大块非晶相比，利用落管获得的非晶小球，具有较小的玻璃转变激活能和较大的晶化激活能，从液态结构及形核机理角度讨论了这一差异，将有助于认识非晶合金的形成机理。