液态金属A1凝固过程中团簇结构的尺寸分布及幻数特性

采用分子动力学方法, 对含有100000个Al原子的液态金属系统在快凝过程中团簇结构的形成及幻数特性进行了模拟研究, 采用原子团类型指数法(CTIM)描述了各种类型的团簇结构组态. 模拟结果显示: 在凝固过程中, 二十面体原子团(12 0 12 0)及其组合在微观结构转变中起着最重要的作用; 由不同数目基本原子团的不同组合所形成的不同层次的团簇结构, 其尺寸分布具有明显的幻数序列, 依次为13(13), 19(21), 26~28(27), 32~33(32), 39~40, 43~44, 48, …… 等(括号内为液态时的对应值), 它们分别依次与由1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, ……个基本原子团的不同组合所形成的该层次的团簇数的峰值位置相对应. 本幻数序列与Harris, Echt 及Schriver 等人的实验结果相符.     

液态金属Α1凝固过程中团簇结构的尺寸分布及幻数特性

采用分子动力学方法,对含有100000个Al原子的液态金属系统在快凝过程中团簇结构的形成及幻数特性进行了模拟研究,采用原子团类型指数法(CTIM)描述了各种类型的团簇结构组态.模拟结果显示:在凝固过程中,二十面体原子团(120120)及其组合在微观结构转变中起着最重要的作用;由不同数目基本原子团的不同组合所形成的不同层次的团簇结构,其尺寸分布具有明显的幻数序列,依次为13(13),19(21),26~28(27),32~33(32),39~40,43~44,48,······等(括号内为液态时的对应值),它们分别依次与由1,2,3,4,5,6,7,······个基本原子团的不同组合所形成的该层次的团簇数的峰值位置相对应.本幻数序列与Harris,Echt及Schriver等人的实验结果相符.     

超重力熔铸梯度材料制备饲草料收获机械自磨锐切刀

采用Fe_3O_4/Al铝热体系,在超重力场中熔铸出硬度呈梯度分布的复合材料,而后制备出饲草料收获机械的自磨锐切刀并进行了现场试验.结果表明,Fe_3O_4/Al铝热剂体系的绝热温度为3148.2 K(Fe的沸点温度),约2 mol%的产物Fe以气相存在.体系内添加约15 mass%的高硬铁基合金颗粒(钒铁、铬铁、锰铁、钼铁等)稀释剂,可使Fe产物全部以高温(3148 K)低黏度液相存在,这对于超重力场中梯度材料成型十分有利.梯度材料的基体是具有择优取向的柱状晶组织,高硬铁基合金颗粒沿超重力方向呈线性排列且与基体冶金结合,由于密度及熔点不同,不同颗粒在复合材料内的分布状况有较大差异,这是材料硬度呈梯度变化的主要原因.新材料制备的饲草料收获机械切刀刃面硬度呈梯度分布,工作过程中会均匀磨损而形成自磨刃,始终保持锋利的切割性能.现场试验结果表明,该自磨锐切刀具有良好的使用效果.     

变Al组分AlGaN/GaN结构中的二维电子气迁移率

AlGaN/GaN结构中Al组分对2DEG迁移率有显著的影响,但对这种现象的机理分析非常欠缺,尚不清楚.结合最近研究的实验数据,采用多种散射机制联合作用的解析模型对变Al组分AlGaN/GaN结构中的二维电子气迁移率做了理论计算和分析,所考虑的散射机制包括声学形变势散射、声学波压电散射、极性光学声子散射、合金无序散射、界面粗糙散射、位错散射、调制掺杂远程散射等.发现势垒层Al组分增加引起的2DEG密度增大是造成各种散射作用发生变化的主要因素.77K下2DEG迁移率随Al组分的变化主要是由界面粗糙散射和合金无序散射决定,室温下这种变化则主要由极性光学声子散射和界面粗糙散射决定.计算的界面粗糙度参数与势垒层Al组分的函数关系说明,Al组分增大所造成的应力引起AlGaN/GaN界面粗糙度增大,是界面粗糙散射限制高Al异质结2DEG迁移率的一个重要因素.     

R—Fe—Al赝三元系富Fe区相图的研究（R=Dy0.65Tb0.25Pr0.1）

采用光学显微镜、X射线衍射、EPMA和DTA技术研究了R—Fe—Al(R=Dy_(0.65)Tb_(0.25)Pr_(0.1))赝三元系富Fe区1000℃等温截面.该截面由9个单相区、14个两相区和6个三相区组成。对于R—Fe赝二元系,除R_3Fe_(17),化合物外,其它化合物的均匀范围都向化学计量的富稀土一侧偏移.当以Al部分替代Fe的含量x=015时,R(Fe(1-x)Al_x)_2的均匀范围移回到化学计量成分;在0.15相似文献   

Aln (n = 3, 4, 6, 13, 19)团簇的结构稳定性与形态演化

采用第一原理赝势平面波方法, 计算了不同结构形态Al_n (n = 3, 4, 6, 13, 19)团簇的几何与电子结构, 通过结合能与HOMO-LUMO能隙表征和分析了其结构稳定性, 采用线性同步转变 (LST)方法考察了其不同结构形态间的演化与转 变. 结果表明: Al₃, Al₄, Al₆, Al₁₃和Al₁₉团簇的稳定结构形态分别为三角形、 菱形、八面体、二十面体、双二十面体. Al₃, Al₄与Al₁₃团簇不存在亚稳结构. Al6与Al19团簇存在亚稳结构, 其结构形态分别为平行四边形与八面体. Al₆团簇亚稳结构与稳定结构的能级差大、转变能垒低, 结构转变容易, 亚稳结构稳定性差. 而Al₁₉团簇亚稳结构与稳定结构的能级差小、转变能垒高, 结构演化不易, 因而实验和理论模拟中能观察到其亚稳结构形态——正八面体的存在.     

金属/非金属间界面热导的飞秒激光瞬态热反射法测量

搭建了飞秒激光泵浦-探测瞬态热反射测量系统,利用该系统测量Al/SiO2,Al/Si,Au/SiO2,Au/Si四种样品的界面热导.测量结果表明,对于同一种金属薄膜,基底热导率越低,金属与基底间的界面热导越小.通过引入DMM模型中的声子透过率,初步解释了实验结果.     

Fe-Mn-Si基形状记忆合金中FCC相的电子结构与稳定性

利用基于第一原理的离散变分法研究了Fe-Mn-Si合金的电子结构与FCC相稳定性的关系. Si元素使Fe原子的d带空穴数减少, 而Mn的影响较复杂. 以此为基础, 从电子浓度的角度解释了这两种元素对合金层错能的影响, 并结合对合金结合能的计算结果—— Si降低合金的结合能而Mn的作用相反, 阐述了Mn降低而Si升高马氏体相变温度的物理原因. 在不同方向上施加应力时, 合金的电子结构发生变化, Fermi能级处的总态密度有明显提高. 从Fermi能级附近的能谱变化可看出, 应变使能隙减小, 能级的简并性提高. 在同一方向上施以不同的应变, 中心原子的3d和4s轨道上的电子数减少, 3d局域态密度变窄, 且峰值增加. 对比电子密度的变化, 在应力方向上的成键轨道有减弱的趋势, 而在垂直于应力的方向上出现增强, 导致FCC结构的稳定性降低. 这是外场(应力)作用下合金的马氏体相变温度提高的重要原因.     

钢中硫化物及其异相界面的价电子结构对热脆的影响

建立了稀土固溶在MnS中形成的(Mn, RES)相空间电子结构计算模型,计算了其相结构因子及与奥氏体的界面结合因子. 用最强键上的价电子对数nA和相界面的电子密度差? ρ 研究了稀土对MnS变性的物理机理.     

反应合成Ag(111)/SnO2(200)复合材料界面结构的DFT研究

根据 HTEM 原位观察的 Ag/SnO₂ 电接触材料的两相界面结构, 建立了 Ag(111)/ SnO₂(200)界面结构模型. 原子驰豫位移的计算结果显示, 驰豫引起界面原子严重错排, 破坏了点阵周期性排列. 界面区的O与Ag原子为达到稳定结构而彼此有靠近的趋势, 界面的结构驰豫是材料系统降低能量的一种方式. 界面附近态密度表明界面对材料的导电性有很大影响, 界面 O 原子的存在引起了材料导电性下降. 界面区域电子云和布居分析表明, 在Ag/SnO₂界面结构中未形成 AgxOy 化合物, 且界面会导致电荷分布不均匀, 在整个材料系统内形成微电场, 影响电子传输和材料的导电性. 计算显示 Ag(111)/SnO₂(200)界面结合较强, 界面结合能约为−3.50 J/m².     

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.     

合金化元素Nb在铁 γ 相中的占位倾向及对晶界的影响

利用密度泛函理论框架下的离散变分DV和DMol方法, 根据单杂质固溶模型和结构缺陷复合模型, 研究了微合金化元素Nb在铁 γ 相中的作用. 分别计算了合金化元素Nb在晶体内、晶界和表面的杂质形成能, 结果表明: 与在体内占位相比, 晶界更适合Nb元素占据. Nb在晶界和在表面上的杂质形成能之差为 -0.39 eV < 0, 根据Rice-Wang热力学模型可以判定, Nb在铁 γ 相中可增强晶界结合. 原子间相互作用能和电荷密度计算表明, 当Nb原子占据晶界位置时, Nb与周围的相互作用减弱, 距Nb原子较近的跨晶界的基体原子间的相互作用加强, 从而使得晶界迁移变得困难, 在电子层次解释了Nb在铁 γ 相晶界上的拖拽作用     

超薄Al_2O_3绝缘栅AlGaN/GaN MOS-HEMT器件研究

采用原子层淀积(ALD),实现超薄(3.5nm)Al2O3为栅介质的高性能AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管(MOS-HEMT).新型AlGaN/GaN MOS-HEMT器件栅长0.8μm,栅宽60μm,栅压为+3.0V时最大饱和输出电流达到800mA/mm,最大跨导达到150ms/mm,与同样尺寸的AlGaN/GaNHEMT器件相比,栅泄漏电流比MES结构的HEMT降低两个数量级,开启电压保持在?5.0V.C-V测量表明Al2O3能够与AlGaN形成高质量的Al2O3/AlGaN界面.     

热压烧结Ti_3AIC_2材料在空气中的恒温氧化行为

研究了热压烧结的Ti3AlC2(含有2.8%(质量分数)的TiC)在900~1300℃空气中的恒温氧化行为.结果表明,该材料具有良好的抗高温氧化性能,其氧化行为遵循抛物线规律.随着温度升高,氧化抛物线速率常数kp从900℃的1.39×10?10增大到1300℃的5.56×10?9kg2·m?4·s?1,计算得到的氧化活化能为136.45kJ/mol.在900~1100℃时,氧化产物为α-Al2O3和TiO2;当温度达到1200℃时,TiO2开始部分地转变为Al2TiO5;氧化温度升高到1300℃,Ti在氧化层中完全以Al2TiO5的形式存在.氧化过程由Al3 和Ti4 的向外扩散和O2?的向内扩散控制.Al3 和Ti4 的快速向外扩散在基体与氧化层界面处导致大量的缺陷的形成.     

螺旋状下降的复式断面明渠中紊动结构与次生流动的数值模拟

采用正交曲线坐标下建立的紊流控制方程, 对弯道水流中由离心力和紊动应力联合驱动的二次流结构建立了数学模型. 将螺旋下降的明渠流动条件下的数值模拟结果与如下试验资料进行了对比: (ⅰ) 交错边滩式矩形断面弯道明渠流动, (ⅱ)复式断面顺直明渠流动. 计算中采用了3种不同的Reynolds应力计算方法, 包括Launder和Ying(LY)及Naot和Rodi(NR)的代数应力模型及运用非线性k-ε模型计算紊动黏性系数的SY模型, 在各种弯道曲率和边界条件下, 对不同紊流模型的二次流结构数值模拟结果精度进行了评估. 研究表明, LY和SY模型数值模拟计算得到的二次流结构和紊动应力分布与试验数据均能达到趋势上的符合, 能够模拟出紊动应力和弯道流动中的离心力对二次流结构形成的影响.     

简单液体径向分布函数的Gauss分解

通过分布函数曲线 4πrρ(r)可分解为Gauss峰的事实 ,从数学上证明 ,简单液体在几个原子层内 ,其径向分布函数 4πr2 ρ(r)也可进行Gauss分解 .并用θ θ高温X射线衍射仪测量了Al和Si的液态结构 ,由Al液的分布函数 4πrρ(r)和Al液及Si液的径向分布函数 4πr2 ρ(r)的分解结果 ,说明了简单液体径向分布函数在十分之几个nm的范围内进行Gauss分解是可以的 ,4πr2 ρ(r)的分解结果有更明确的物理意义 ,能很好地反映液体的近程有序结构 ,从而能提供有关简单液体结构更清晰的图景 .     

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．     

硼原子对电子结构的作用及其晶界偏聚行为——Ni_3Al脆、韧性的结合能位移判据

用X射线光电子能谱研究了硼原子对Ni_3Al的Ni2p_(3/2)结合能的作用及其晶界偏聚规律,结果表明,纯Ni_3Al的Ni2p_(3/2)结合能按下列顺序增加:Ni0时,材料呈脆性;当△E_B≤0时,则材料呈延性.结合上述实验规律该判据预测:纯Ni_3Al是脆性的,并且硼韧化Ni_3Al时存在化学计量效应和浓度效应.由此可为开发延性金属间化合物提供一个合金设计原则.     

相平衡热力学方法在超细碳化物高碳合金钢合金设计中的应用

多元合金高碳钢成分设计合适时,钢中存在多类型碳化物(M3C、M23C6、M7C3、M6C和MC)在常规的锻轧加工和退火工艺条件下,碳化物具有超细化特征.根据Cr-W-Mo-V高碳合全钢的碳化物在退火温度下的变化规律,应用Fe-Cr-W-Mo-V-Si-Mn-C系相平衡热力学计算,给出各温度下的钢中相结构、相成分和相变规律;并根据不同奥氏体化温度下的基体成分,推导合适的热处理工艺,并预测淬火硬度和回火硬度;借助在电子、原子层次上计算马氏体基体的原子间平均结合能,推断屈服强度和韧性指标.按照技术指标对机械性能的要求,对合金元素不同含量的钢的全部计算结果进行比较,最终确定钢的合适的化学成分.用上述方法研制了系列多类型超细碳化物中合金高碳钢和高合金高碳钢,实践结果表明,理论设计计算与少量的生产性实验结合可以达到预期的目的.     

几种纯金属熔体原子团簇的微观热收缩现象

利用高温液态金属X射线衍射仪对纯金属In、Ga、Ge、Ag、Cu、Al、Sn等在液相线以上不同温度进行了实验研究,得到了其衍射强度、结构因子、双体分布函数、径向分布函数以及平均最近邻原子间距、原子配位数.实验结果表明,纯金属In、Ge、Ag、Cu、Al、Sn等在液相线以上较大温度范围内,原子团簇都存在微观热收缩现象,几种金属的微观热收缩都具有一个共同的特点--在整个测试温度区间内热收缩是不均匀的,每种金属在各温度区间内的热收缩程度以及特征不同.在此基础上进一步探讨了微观热收缩现象的机理以及熔体内发生的结构变化.