Fe_(78)B_(13)Si_9非晶合金纳米晶化的新方法

Gleiter及其合作者首先用气体冷凝法合成了纳米晶材料.最近卢柯等人又发展了从非晶态合金制备纳米材料的晶化法.由于纳米晶材料中的高密度的界面组元具有既无长程序又无短程序的类气态结构,可以预期这种新材料会有不同于晶态或非晶态材料的许多优越性能.因而,近年来纳米晶材料的制备及其结构与性能的研究引起了人们的极大兴趣.本文报道制备纳米晶材料的一种新方法,即由非晶态合金经高密度脉冲电流处理使之晶化为纳米材料的方法.与上述的晶化法相比,这种方法不需高温退火处理,而是通过调整脉冲电流参数来控制晶体的成核与长大以形成纳米晶.且由脉冲电流的焦耳热所产生的试样温升远低于非晶合金的晶化温度.     

铁基纳米晶合金的界面缺陷结构及力学性能

正电子寿命谱结果表明,在由非晶晶化法制备的大块纳米晶(晶粒尺寸为1—100nm)合金的界面处存在两类缺陷:自由体积型缺陷和纳米空洞.前者尺寸小于一个单空位,后者约为几个单空位大小,且通常位于几个晶界的交叉点处.两者相比,自由体积型缺陷是一种浅的捕获势,但其数量可占90%以上.值得注意的是随着晶粒的粗化,纳米空洞的尺寸和浓度将发生显著的变化.因此可以想象这种类型的缺陷将对纳米晶材料的界面结构及性能产生极大的影响.目前有关这方面工作的报道很少.     

纳米Ag-Cu合金的Ag和Cu析出与晶粒长大行为研究

纳米晶材料(nc-)首先由Gleiter和他的合作者提出,并用惰性气体淀积法(IGC)所获得.这些纳米颗粒在真空下原位加压成型.纳米晶材料的平均直径一般采用X-射线衍射法测定.引起X射线衍射峰展宽有两个因素:小的颗粒直径和晶体缺陷造成的内应力.在惰性气体淀积法(IGC)过程中,由于金属蒸气迅速冷却凝聚,可能形成过饱和固溶体而处于非平衡状态;另一方面金属合金蒸气中的溶质原子浓度的涨落会改变溶质在纳米颗粒中的浓度,这都可能使X射线衍射峰展宽.因此除用X射线衍射法外,结合其他方法是必要的.AgCu合金是研究这一效应的最佳材料.Kumpmann用示差热分析(DSC)来研究nc-AgCu合金,观察到大的放热反应,这与过饱和α-Ag和α-Cu的析出有关.     

纳米晶体原子结构及其温度的影响

纳米材料由于具有许多独特的性质,对它的研究已成为材料科学的一个新领域.纳米晶体中晶界区域的体积占到整个晶体的50%或以上,因此晶界对纳米晶体的特性具有重要作用.目前,对纳米晶体中的晶界结构还无较为统一的认识,通过直接或间接的实验观察和分析形成了若干假说.具有代表性的是气态完全无序说、有序说和有序无序说.本文则从理论角度利用模拟技术对纳米晶体的晶界及晶内原子结构进行了研究.     

纳米固体钼、氮化二钼、钛、氮化钛的DSC分析

纳米固体材料是一种新型的类气体结构固体材料.结构上表现为既无长程有序又无短程有序.其构成通常是由超细颗粒(纳米级颗粒)在保持清洁表面的情况下压制成型,形成块状材料.由于颗粒很小,界面部分所占比例很大(可达20—50%左右).形成固体后,原来颗粒的自由表面成了材料内部的界面.这种结构,使得材料具有许多显著特征和优异性能.从热力学观点来看,这是一种亚稳态结构.     

高速撞击诱导大梯度纳米结构化高熵合金的力学行为

国防军工与航天领域的防护结构要求材料能经受住弹体或空间碎片的高速撞击,包括处于极低温环境.高熵合金因其特殊的化学结构与优异的综合力学性能,成为新型装甲防护材料研究的新范式.本文通过弹丸高速撞击高熵合金靶板的响应分析,提出了一种通过室温和低温高速冲击制备大梯度纳米晶和纳米孪晶混合结构高熵合金的新方法,并研究了该梯度纳米结构高熵合金的拉伸力学性能以及变形机理.结果表明,大梯度纳米结构从冲击端到自由面,微结构过渡主要为:纳米晶-纳米晶带-高密度纳米孪晶带/高密度位错带/点阵旋转带-稀疏纳米孪晶带/高密度位错带/点阵旋转带-高密度位错-稀疏位错.单纯纳米晶和纳米孪晶混合结构的梯度层厚度达到4 mm,远超传统手段制备的梯度层厚度(小于500μm).相比初态样品,大梯度纳米结构高熵合金的强度提升明显,最高提升390%,塑性仍保持在较大范围内:21%～62%.这得益于大梯度样品“软区”和“硬区”共存,除了较大背应力提供额外强化外,软硬组织弹塑性变形的不同步和断裂发生的不同步也会额外提高力学性能.本研究不仅可为开发块体大梯度纳米结构材料提供新方法,也可为理解高熵合金的抗弹行为并指导装甲防护材料设计提供...     

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     

中国科学家攻克氧化铝纳米材料瓶颈难题

<正>氧化铝是重要基础材料,性能优异,价格低廉,是应用最广泛的陶瓷材料,被用作结构陶瓷、功能陶瓷及生物陶瓷,也是冶炼铝的原料.2014年氧化铝全球年产量达1.1亿t,中国产量约占43%.然而,氧化铝的脆性限制了其更广泛的应用.1987年Nature报道了德国萨尔州大学H.Gleiter研究小组发现纳米晶微结构的Ca F2和Ti O2陶瓷在低温时发生很大塑性变形,这一研究为解决陶瓷材料脆性问题提供了可能性.英国材料科学家Cahn在Nature撰文指出,纳米晶微结构是解决陶瓷脆性的战略途径.随后,纳米晶陶瓷研究在世     

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     

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.     

纳米Fe的低温比热

纳米微晶是由纳米量级(1～100nm)晶粒构成的多晶物质.纳米微晶是由两种组元组成,其一为晶体组元,该组元中所有原子都位于晶格内的格点上;另一部分为界面组元,其原子都位于晶粒之间的界面上.由于纳米微晶物质的界面比大尺寸晶粒物质大得多,且晶体组元又远小于大尺寸晶粒物质,这样纳米微晶就表现出不同于普通晶体的结构特点和物理性质.纳米铁的磁性和Mǒssbauer谱的测量表明,纳米Fe的饱和磁化强度远小于大块α-Fe和非晶铁的饱和磁化强度,并且纳米Fe界面组分的居里温度T_c比大块多晶Fe低,这意味着     

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     

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.     

钛合金表面纳米结构对成骨细胞黏附的促进作用

采用塑性变形和化学处理方法在Ti6Al4V合金上制得一种新型多孔纳米晶体的表面结构特征, 通过体外实验研究了成骨细胞在纳米Ti6Al4V 合金表面的黏附情况. 将原代培养的大鼠成骨细胞与纳米表面、光滑表面钛合金共培养, 分别通过荧光显微镜、扫描电子显微镜及RT-PCR分析等, 观察成骨细胞在不同材料表面的黏附生长情况. 结果表明: 与普通钛合金相比, 纳米表面钛合金早期就能使成骨细胞伪足伸展良好, 促进成骨紧密贴壁和早期融合; 与细胞黏附相关的Integrin β1的表达也高于普通钛合金, 这为将纳米技术应用到人工关节等植入器械领域提供了新的方向.     

解析准一维钙钛矿硫系化合物中的二向色性转换

<正>光的二向色性是指自然或人造晶体中沿着不同晶向对线偏光吸收的差异.通过设计优化人造晶体中的微/纳米结构可以获得很强的二向色性,可用在起偏器和半波片等光学组件中.在自然晶体中,二向色性通常来源于晶体中的低对称性,而这与晶体结构和元素组成有很大关系.这些各向异性晶体同样可以用于改善传统光学元件的性     

地震超材料:从自然结构到新型人工结构

光子晶体、声子晶体和声学超材料在调控波和波衰减等领域产生了深远影响.它们并不是自然界中新发现的材料,而是根据不同需求设计的复合结构,通常利用布拉格散射或局域共振机理来达到调控声波/弹性波能带结构的目的.与光子晶体不同,声子晶体和声学超材料的工作区域在较低频区域,因此获得低频且大范围的禁带是该领域的研究重点,并逐渐拓展到频率低、波长长的地震波隔震减灾防控上.本文从纳米光子和地震超材料的联系出发,从固体物理的视角分析了地震超材料的城市群、自然森林超材料等,将新型人工地震超材料在分布区域、禁带机制、实验方式3个方面进行了分类比较,并展望了现阶段地震超材料研究的一些局限性以及面临的挑战.     

溶液加工基于稠环组装的单根有机微米线场效应晶体管

利用有机稠环化合物自组装实现一维组装体,并使用此类一维结构实现单根线的微纳米器件,在近两年中获得了越来越多的关注.相比有机薄膜场效应管,一维的微纳米组装体通常具有单晶结构,该特性使这类器件中没有晶体界面,半导体和栅极接触良好,容易实现高迁移率、高     

纳米晶体材料的有效弹性模量与界面效应

纳米晶体材料的很多性质与界面效应有关，从材料的微观结构特点出发，研究界面对材料的有效弹性性质的影响，首先，将纳米晶体材料看作一种两相复合材料，基体是具有不规则原子结构的界面相，夹杂是具有理想晶格的晶粒相，用Mori-Tanaka方法给出了有效模量的表达式，进而用应变梯度弹性理论，通过对纳米晶体材料的代表性胞元的分析，考察了应变梯度对材料变形行为的影响，分析了界面效应影响材料性质的两种微观物理机制，其一是界面相不规则原子结构的软化效应，其二是界面附近边界层存在引起的硬化效应。     

纳米结构超硬块材研究进展

超硬材料作为基础性的工具材料,在工业与科学研究领域发挥着重要的作用,发展高性能超硬材料一直是科学界和产业界共同奋斗的目标.我们从共价晶体硬度的微观模型出发,系统研究了多晶共价材料的硬化机制,揭示了两种主要的硬化效应,分别为霍尔-佩奇效应和量子限域效应.随着显微组织特征尺寸的减小,多晶共价材料可持续硬化,为大幅度提高材料的硬度指明了全新的发展方向.在此基础上,提出了在金刚石和立方氮化硼两种超硬材料中形成超细纳米孪晶组织来获得超高性能的新思路.通过洋葱结构碳和氮化硼前驱体在高温高压下的马氏体相变,合成出具有超细纳米孪晶结构的金刚石和立方氮化硼块材.纳米孪晶结构同时提高了两种材料的硬度、断裂韧性和热稳定性.纳米孪晶金刚石的硬度达到200 GPa,为天然金刚石的2倍,将合成出比天然金刚石更硬材料的梦想变成了现实.纳米孪晶极硬材料的成功合成极大推动了高性能超硬材料研究,有望带来机械加工业和高压科学等领域的技术变革.     

ESR研究ZrO_2纳米晶的点缺陷

电子自旋共振(ESR)是研究晶体中点缺陷和化合物中离子价态的实验方法之一.ESR实验研究发现ZrO_2纳米晶中的点缺陷与材料制备的方法和工艺密切相关.通常情况下ZrO_2多晶和微晶是白色的,Zr~(4+)和O~(2-)都是非磁性离子,自旋量子数s均为零,因而没有ESR信号.但用柠檬酸盐爆炸分解方法制备的纳米晶(粒径为9.2nm)是深灰色的,并测到了色心的ESR信号,这是由于爆炸分解法制备的纳米晶是在极短促的瞬间生成的,晶粒中有许多色心点缺