纳米结构金属晶界塑性机理的原子尺度模拟研究进展

纳米结构金属中富含晶界,对材料微观结构演化与宏观力学性能调控具有重要意义.厘清纳米结构金属晶界塑性变形的原子尺度机理,将之与材料宏观力学行为相联系,是纳米结构金属力学研究关注的核心问题.近年来,我们围绕晶界塑性变形机制及其影响因素,采用原子尺度模拟方法,探究了晶界诱导孪生与界面宏微观自由度的关联规律,揭示了晶界位错往复滑移主导的纳米晶体循环塑性机制,提出了孪晶界滑移诱导纳米晶体极端剪切变形,发展了取向依赖的晶界迁移和滑移转变模型,为纳米结构金属晶界行为预测与调控提供了新思路.本文梳理了晶界塑性原子尺度模拟的研究现状,总结了本团队从原子尺度探究晶界塑性变形机理的相关进展,指出了纳米结构金属晶界调控理论与力学表征的难点和挑战.     

基于单层胶体晶体的功能性二维有序阵列研究进展

二维有序微纳米结构阵列往往呈现出有序图案化结构所带来的新颖或增强的性质,由胶体球自组装而成的单层胶体晶体已被广泛应用于二维有序微纳米结构阵列的可控制备.这种方法具有简单、高效、适用范围广等诸多优点,因而愈来愈受到人们的关注.本文简要综述了近年来基于单层胶体晶体的功能性二维有序阵列的研究进展,主要包括二维光子晶体传感器、等离激元纳米阵列、太阳能转换器件、光学与光电器件、表面浸润与黏附以及生物医学材料等方面的最新成果.其中着重介绍了本课题组在Zn S纳米碗阵列、异质结构Ag_2S-Ag纳米碗阵列、异质结构TiO_2纳米棒@纳米碗阵列以及方解石单晶微透镜阵列等方面所取得的一些研究进展.     

基于自组装胶体晶体构筑有序微结构

有关胶体晶体自组装以及以胶体晶体为模板制备有序图案化微结构方面的研究, 由于方法简便、结构多样、重复性好等优点, 近年来受到越来越多的关注. 本文系统总结了我们在胶体微球和胶体晶体领域开展的研究工作, 主要包括: 无机或聚合物胶体微球的设计制备、纳米复合及功能化; 结合聚合物材料可溶涨、可拉伸、热形变等特性构筑图案化胶体晶体、非球形对称胶体晶体、非紧密堆积胶体晶体等特殊结构; 以胶体晶体为模板制备三维大孔骨架、纳米环、纳米碗阵列等有序微结构等.     

α-Fe(Si)纳米相的晶格畸变

纳米晶合金通常是指晶粒尺寸为1—100nm的单相或多相多晶合金.该材料可视为纳米晶体和晶界两部分.Gleiter等称纳米晶材料的晶界是一种既无长程序又无短程序的类气态结构.到目前为止,纳米晶材料的界面结构得到了广泛的研究,而且该材料的许多性能亦多从界面结构及界面体积百分数来寻找答案,然而,Thomas等利用高分辨电镜并未观察到Gleiter等称的类气态的界面结构;同时,文献[7]表明纳米晶Pd的热膨胀和热振动行为与普通晶体材料并无明显的区别,而通常认为纳米晶材料的热膨胀系数远大于普通晶体的值,原     

胶体晶体制备与应用研究进展

不同于由分子、原子或离子所形成的晶体,胶体晶体是由单分散的微米或亚微米胶体颗粒组装形成的二维或三维有序阵列结构.与通常晶体相比,胶体晶体中占据每一个晶格点的是单分散的胶体粒子.由于具有特殊的周期性晶格结构和光学、模板等性能使其在制备三维有序大孔材料、光子晶体和传感器等领域有着重要的应用价值,受到科学界和工业界的广泛重视.本文综述了近几年来在胶体晶体制备和应用领域研究的最新进展,包括单分散胶体颗粒的制备及功能化、不同类型胶体晶体的自组装制备和图案化、以及胶体晶体在构筑晶体结构模型、二维有序微结构、三维有序大孔材料、光子晶体、传感器和仿生材料等领域的应用,并对其未来研究发展的方向进行了展望.     

ZrO_2纳米材料制备及其顺磁特性研究

自1986年Gleiter等关于纳米材料的结构和性能的首次报告以来,国际、国内广泛开展了纳米材料的制备及其性能研究。纳米晶体既不是长程有序,也不是短程有序的,而是具有全新固体结构的材料,因而有与晶体或非晶体完全不同的独特性质。又由于纳米粉末有大的比表面积,高的化学活性,可以在非常低的温度下制备出化学成分均匀、致密的陶瓷体。获得高纯,化学成分均匀、超细、团聚程度小的超微粉是保证氧化锆增韧陶瓷样品具有高强度,韧性及其可靠性的关键。本文报道用柠檬酸盐爆炸分解法制备ZrO_2纳米超微粉,与其它化学方法相比它具有粒子分布均匀,无团聚现象,有F心等特点。并研究其微结构和顺磁     

试论有序和无序

有序和无序是自然辩证法的一对重要范畴。现在,各门自然科学都在从不同的侧面研究其对象的秩序性问题,研究自然界各个领域如何从有序向无序或从无序向有序转化,研究这些转化的途径和机制。从总体上探讨客观世界的秩序性,探索有序和无序的矛盾,研究其相互转化的一般规律,则是哲学的重要课题。研究有序和无序的范畴,探索其历史、规定和相互转化的规律,不仅有重大的理论意     

应用Raman光谱方法研究玻璃炭纳米晶体的键距畸变特征

键距(或晶格)畸变与晶粒尺寸、晶界结构一样都是纳米晶体结构研究的重要方面.有关晶格畸变对纳米晶体性能的影响已有较多研究工作发表,但关于纳米晶体的键距(或晶格)畸变特征则未见专门报道.本文从Fitzer炭键键距公式出发,建立一种键距畸变的Raman光谱分析方法.应用这种方法可以测量玻璃炭纳米晶体sp~2杂化键的最可几键距b_g、平均键距(?)_g、键距畸变△b_g以及键距膨胀率α等参量.指出,畸变可能主要存在于晶粒边界附近形成畸变键距过渡层,并对过渡层中的键距膨胀现象从电子结构角度进行了初步探讨.1 实验过程通过控制炭化温度制备具有不同晶粒尺寸的玻璃炭试样.试样的X射线分析在D/max-rA衍射仪上进行.分析结果表明经800℃至2300℃炭化得到的玻璃炭均具有乱层石墨微晶结构.试样晶粒尺寸(六元环炭原子面大小)L_a的X射线测试结果列于表1,L_a的测量误差为0.04nm.Raman光谱分析在Spex-1403型谱仪上完成.Ar~+激光器的波长为488nm、功率为500mW.试样环境为室温大气环境.测试结果如图1所示.由于玻璃炭Raman谱中G线与D线略有重叠,故图中的G线谱形已经过计算机分峰处理.     

贝壳珍珠层中文石晶体择优取向动态分析

通过扫描电子显微镜(SEM)观察, 证实了珍珠层由文石晶体与有机基质交错排列而成, 呈现出规整有序的“砖墙”式结构. 利用X射线衍射(XRD)和高分辨率透射电子显微镜(HRTEM), 对鲍鱼(Haliotis diverscolor supertexta)贝壳珍珠层中的文石晶体择优取向进行了基于贝龄的动态分析. 发现在幼年贝珍珠层的文石晶体中存在(113), (002)和(012)三种明显取向, 但随着贝壳的生长, (012)和(113)取向逐渐变弱, 在成年贝珍珠层中只有(002)取向, 即文石晶体的结晶学c轴与珍珠层层面垂直, 表明贝壳珍珠层在微米/纳米多尺度范围具有高度有序的结构.     

含微量过渡元素的铁基纳米晶合金性能的研究

近年来,具有纳米级晶粒尺寸的多晶材料的研究引起了人们极大的兴趣。很重要的原因是晶界已成为该材料中一项不可乎略的组元。这些材料中大量晶界的存在导致许多与微结构特性有关的性能发生变化,如反常Hall-Petch关系的发现。Lu等提出了利用非晶晶化法制备大块纳米晶合金,即通过控制热处理工艺使非晶条带、丝或粉晶化成具有一定晶粒尺寸的纳米晶材料,为直接生产大块纳米晶合金提供了可能性。本文利用该方法成功地制备了晶粒尺寸在15-250nm范围内的Fe-TM-Si-B(TM-Cu,Mo)多晶合金,并研究了显微硬度     

层状硅酸盐Magadiite的层板剥离

以十六烷基三甲基溴化胺和四丙基氢氧化铵为膨化剂, 利用超声波的空化作用将合成的层状硅酸盐Magadiite进行层板剥离, 从而制备了一种新型介孔材料. 采用了XRD、氮气吸附、NMR, IR, SEM和TEM等表征工具对这种材料的结构和形貌进行了详细的表征. 研究结果表明: 这种材料在长程上是无序的而在短程上是有序的. 此外, 这种新型介孔材料不仅具有高的比表面, 而且约有一半的部分是外表面. 形貌观察进一步表明这种介孔材料的孔壁是由不规则的单个晶体片层组成. 由于这些结构特点, 这种新型介孔材料同时满足了孔壁晶体化, 良好的大分子可接近性的要求.     

层状硅酸盐Magadiite的层板剥离

以十六烷基三甲基溴化胺和四丙基氢氧化铵为膨化剂,利用超声波的空化作用将合成的层状硅酸盐Magadiite进行层板剥离,从而制备了一种新型介孔材料.采用了XRD、氮气吸附、NMR,IR,SEM和TEM等表征工具对这种材料的结构和形貌进行了详细的表征.研究结果表明:这种材料在长程上是无序的而在短程上是有序的.此外,这种新型介孔材料不仅具有高的比表面,而且约有一半的部分是外表面.形貌观察进一步表明这种介孔材料的孔壁是由不规则的单个晶体片层组成.由于这些结构特点,这种新型介孔材料同时满足了孔壁晶体化,良好的大分子可接近性的要求.     

静高压对Al/Fe-Mo-Si-B纳米合金多层复合材料的影响

工作已取得较大的进展.将这种薄带纳米合金与具有较好韧性的金属粘接,制成金属/纳米合金多层复合材料,既具有较好的力学性能,又不破坏纳米合金的结构和性能,因而有利于纳米合金材料的实际应用.研究静高压在多层复合材料的制备过程中对纳米晶体的形成、性能、金属/纳米合金界面相的形成及扩散反应速率的影响,在理论研究上和实际应用上都具有重要的意义.     

具有无机/有机核壳结构的窄分散发光微球的合成与表征

纳米晶在光、电、磁、催化等方面都表现出优良的性质, 而复合了纳米晶的单分散无机或有机胶体微球在光子晶体的组装和研究中更展现了突出的优越性, 使含有纳米晶的无机或有机胶体微球的制备成为近来微球合成工作的重点[1,2]. 代表性的工作[2~8]有利用反复静电沉积技术, CdTe纳米晶被复合到二氧化硅或聚苯乙烯微球的表面; 利用溶剂的溶胀或溶胶凝胶法, CdTe纳米晶也被复合到无机或有机胶体微球里. 其中CdTe纳米晶复合的单分散无机/有机胶体微球发光性能稳定, 既可以将单个微球用作标记物, 也可以用以组装成具有有序结构的功能材料, 具有很好的应用前景. 本文中, 我们利用前面工作中制备的尺寸可控的SiO2-CdTe共混微球为模板1)进行乳液聚合, 成功地合成了窄分散的SiO2-CdTe/聚合物核壳微球, 以一种简便易行的方法实现了CdTe纳米晶与聚合物的复合, 并对其形貌和发光性质进行了详细的表征. 这些核壳微球在光子晶体、生物标记和发光高分子材料等方面具有潜在的应用前景.........................     

六方密堆晶体中填隙原子的有序结构

许多金属晶体呈六方密堆结构。当这类金属与其它原子较小的非金属元素形成化合物时,金属子晶格可保持六方密堆结构,非金属原子则占据填隙位置。实验上发现,随组分的不同非金属原子形成不同的有序结构,并且在一定温度下发生有序-无序相变。这对于材料的性能有重要影响。因此,研究非金属原子的基态位形对这类材料的设计具有重要意义。     

可制成纳米晶体的有效溶剂

美国阿肯色大学的研究人员 ,最近用一种新的溶剂制成了工业用的安全、廉价、高质量的半导体纳米晶体。他们的研究成果发表在最近一期的《应用化学》杂志上。该成果阐述了用合成化学制造高质量半导体纳米晶体管的新方法。由于高质量的纳米晶体不易取得 ,因而寻找安全、简便、廉价的合成方法 ,对于材料科学、生物医学和物理学等众多领域的科学家来说都非常重要。过去 1 0年中 ,制造半导体纳米晶体的所有相关成功合成的方法都是基于精心选择的配位溶剂 ,而如今 ,这一研究则表明 ,非配位溶剂是合成胶状半导体纳米晶体的更好媒质。研究人员说 ,非…     

固体C_(60)分子动力学的核磁共振研究

在室温下,固体C_(60)呈面心立方结构,因分子快速旋转故取向无序.在250—260K,固体C_(60)分子的晶体结构出现了一级相变,在简立方晶格,降低的空间群对称性至P_a~(?),但即使在有序相,短程无序仍持续到较低的温度.不久前,Shi等报道了C_(60)单晶的弹性力学研究结果,对纯化的fcc晶体,杨氏模量在260K的一级相变点有8%的跳跃,而在160K存在着一个与频率有关的反常弹性形变(来自随时间变化的压力弛豫),而Tycko等提出的与自旋-晶格     

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     

静高压对块状Pd-Si-Cu纳米合金的形成及其晶粒度的影响

块状纳米材料的理论研究和实际应用已越来越引起人们的关注.目前纳米晶体的制备方法,如气相沉积等,只能生产低维的纳米材料,如粉末状纳米晶体,将这些低维的纳米晶体压制块状纳米材料,不但不方便,而且还存在着界面污染和致密度差等缺点.利用压力在结晶过程中能够控制晶体的成核速率和抑制晶体的生长速率的作用,可望通过保压急冷熔融合金(简称压淬)直接制备块状纳米晶体,并通过调整压力控制晶粒的尺度,为理论研究和实际应用提供无界面污染和致密的块状纳米材料.     

两端接枝聚合物的金纳米棒在乳液液滴中的受限组装

聚合物接枝金纳米棒(polymer grafted gold nanorods, AuNRs@Polymer)不仅具有聚合物的稳定性、功能性和可设计性,还具有金纳米粒子(gold nanoparticles, AuNPs)的光学、光热转换、等离子体等性质,在成像、光电器件和药物控释等领域具有重要的应用前景.两端接枝聚合物的金纳米棒(AuNRs@End-Polymer)由于聚合物选择性接枝在金纳米棒的两端,易形成软硬兼具的哑铃状纳米粒子(类似ABA型嵌段共聚物).哑铃状纳米粒子受其两端特殊的空间位阻影响,在受限空间中难以形成紧密稳定的肩并肩结构,而更倾向于形成倾斜、交叉或螺旋排列等新颖结构.本文系统地研究了三维受限空间的尺寸以及纳米粒子形貌等因素对AuNRs空间排布的影响,并构建了一系列有序组装结构.