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     

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     

晶态钛氧簇合物的制备与性能研究进展

太阳能在可持续能源的供应和环境污染物的处理方面起着非常重要的作用.纳米二氧化钛由于其低成本、高效能以及环境友好的特征,被认为是太阳能转化和环境治理中很有潜能的光催化剂.然而,这类纳米颗粒材料也具有一些不容忽视的缺点,包括结构非精确性、粒径不均一、无机-有机界面信息不明确以及表面成分不确定等.这些因素极大阻碍了对这类重要光催化材料的深入研究,比如催化机理的探讨、电荷转移路径的确定、表界面的理性修饰以及构效关系探索等.作为纳米二氧化钛材料结构和催化性能的分子模型化合物,具有明确结构的晶态钛氧簇合物逐渐成为研究者关注的焦点.其精确的原子层面结构信息、明确的配体-簇核连接方式、可调控的簇核尺寸以及较好的溶解性都为深入研究它们的功能导向结构设计,最终优化其催化应用提供了可能.本文详细介绍了钛氧簇合物的研究背景、合成方法、结构多样性及其性能,并总结了其在功能材料方面的最新应用.     

纳米硅薄膜的扫描隧道显微镜研究

纳米硅薄膜(nc-Si:H)是由纳米尺寸超细微晶粒构成的一种纳米材料。其晶粒所占体积百分比为50％,其它50％则为大量晶粒之间的界面原子所占据,而界面对纳米材料的结构和物性具有重要作用。由于纳米硅薄膜结构上的新颖性,使它具有一系列不同于同类物质晶态材料或非晶态材料的特殊性能,有利于在器件中的应用。     

高压烧结致密非晶SiBCN块体陶瓷的组织结构演化与力学性能

非晶SiBCN陶瓷是一类独特的结构材料，具有低比重、高比强度、优异的高温损伤容限等特殊结构和性能，因此在高温防热结构部件上极具应用潜力。通过合理的结构与化学成分协同设计，可探索陶瓷形貌/微观结构演化及断裂行为的基本特征，从而进一步提高其力学性能，以满足实际应用需求。因此，文章以石墨、六方氮化硼、立方硅和硼等元素粉末为原料，提出了采用机械合金化结合高压烧结技术(1 000 ^oC/3~5 GPa/30 min)制备致密非晶Si₂ByC₂N(y=1.5~4)块体陶瓷的方法。通过XRD、SEM、TEM、TG等表征手段，研究了烧结压力诱导该系非晶陶瓷的组织结构演化、相变及热稳定性，并对其力学性能，特别是断裂行为进行了详细讨论。结果表明，提高烧结压力促使陶瓷基体由完全非晶态向晶态转变，部分块体陶瓷由大量非晶相、少量c-Si和/或t-BN(C)纳米晶相组成，显示出依赖于硼含量的物相组成。高压烧结有效地促进了陶瓷的烧结致密化，导致材料内自由体积的湮灭和“河流状”断裂形貌的产生。随着烧结压力的提高，陶瓷材料的体积密度、纳米硬度和杨氏模量单调增加。在相同烧结条件下，硼含量的增加削弱了非晶Si₂ByC₂N(y=1.5~4)块体陶瓷的力学性能和热稳定性。1 000 °C/5 GPa/30 min烧结制备的致密非晶Si₂B_1.5C₂N块体陶瓷的体积密度、纳米硬度和杨氏模量分别为2.69 g/cm³、33.6±2.2GPa和414.2±16.5 GPa。     

高压烧结致密非晶SiBCN块体陶瓷的组织结构演化与力学性能（英文）

非晶SiBCN陶瓷是一类独特的结构材料,具有低比重、高比强度、优异的高温损伤容限等特殊结构和性能,因此在高温防热结构部件上极具应用潜力。通过合理的结构与化学成分协同设计,可探索陶瓷形貌/微观结构演化及断裂行为的基本特征,从而进一步提高其力学性能,以满足实际应用需求。因此,文章以石墨、六方氮化硼、立方硅和硼等元素粉末为原料,提出了采用机械合金化结合高压烧结技术(1 000°C/3～5 GPa/30 min)制备致密非晶Si₂B_yC₂N(y=1.5～4)块体陶瓷的方法。通过XRD、SEM、TEM、TG等表征手段,研究了烧结压力诱导该系非晶陶瓷的组织结构演化、相变及热稳定性,并对其力学性能,特别是断裂行为进行了详细讨论。结果表明,提高烧结压力促使陶瓷基体由完全非晶态向晶态转变,部分块体陶瓷由大量非晶相、少量c-Si和/或t-BN(C)纳米晶相组成,显示出依赖于硼含量的物相组成。高压烧结有效地促进了陶瓷的烧结致密化,导致材料内自由体积的湮灭和"河流状"断裂形貌的产生。随着烧结压力的提高,陶瓷材料的体积密度、纳米硬度和杨氏模量单调...     

纳米非晶氮化硅的界面极化行为及其机制

纳米非晶氮化硅由尺寸为纳米级非晶小颗粒经压制而成,界面占很大的比例.这种新型团体出现一些传统氮化硅所不具有的特殊性能.传统氮化硅是良好的绝缘体,研究它的介电行为当然十分重要.传统热压烧结和反应烧结获得的氮化硅的介电常数约为8.36,不论是晶态还是非晶态氮化硅在室温下的介电常数与频率无关.对于纳米非晶氨化硅介电行为的研究却未见报道.本文将系统研究纳米非晶氮化硅的介电行为,并深入研究产生这种特殊行为的机制.     

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     

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     

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.     

多晶块材热电材料Seebeck系数的晶粒尺寸效应

基于Boltzmann输运方程, 在考虑晶界散射效应并将晶界散射作为电子输运边界条件的基础上, 建立了多晶块材热电材料的Seebeck系数的理论预测模型. 进而研究了多晶块材热电材料的Seebeck系数晶粒尺寸效应, 探讨了透射率、温度和平均自由程等对Seebeck系数的影响. 结果表明, 本文的理论模型能有效预测多晶块材热电材料的Seebeck系数的晶粒尺寸效应, 且与相关实验结果具有较好的一致性. 透射率、温度以及平均自由程等对Seebeck系数的晶粒尺寸效应也存在明显的影响.     

微胞陶瓷/金属块体复合材料

用放电等离子烧结(spark plasma sintering, SPS)方法, 烧结表面包覆纳米Al₂O₃的球形Al₉₀Mn₉Ce₁合金复合粉末, 制备了一种高致密微胞陶瓷/金属块体复合材料, 烧结温度只有520℃. 该材料由蜂窝状封闭Al₂O₃陶瓷胞壁和Al₉₀Mn₉Ce₁合金胞体组成, 胞体尺寸约为20~40 μmm, 胞壁壁厚1~2 μm. 材料抗压强度达到514 MPa, 压延塑性约0.65%. 这种特殊结构预示可能具有极好的耐腐蚀性能及耐热性能. 这种微胞结构Al₉₀Mn₉Ce₁/Al₂O₃复合材料的成功制备, 为新型陶瓷/金属复合材料的设计提供了新思路.     

超分子配位化合物及其晶态聚集体的合成、结构与功能

超分子配位化学是当今化学学科的前沿研究中最为中心和发展最迅猛的分支之一.其中晶体工程,尤其是金属一有机框架材料的合成、结构和功能,正引起国内外越来越多的化学工作者的关注和参与.本文结合本课题组的研究成果,简要总结了超分子配位晶态聚集体的自组装合成、结构和功能方面的若干规律.主要介绍了原位反应与模板合成,调控构筑基元的尺寸、形状、连接性、相互弱作用等结构策略,以及发光金属一有机框架材料的热致变色、化学传感等功能,并简要阐述了构效关系,为今后进一步研究开发光功能金属一有机框架材料提供参考.     

热解法制备MOF衍生多孔碳材料研究进展

纳米多孔碳材料因其丰富的空隙、大比表面积及易于设计等特点在工业上展现出巨大的应用潜力,而通过调控其组成结构以获得更优的性能并实现制备成本的控制一直是研究的重点.金属有机框架(MOFs)作为一种新型的晶态多孔材料,具有组成可调、结构多样、孔径可控等特点,在催化、能量储存和转化、气体储存、环境修复等诸多方面受到了广泛的关注.特别地,基于MOFs的结构与组成,MOFs被用作制备各种形式的纳米多孔碳材料以及新的多功能碳基复合材料的通用前体,与单个组件组装的复合材料相比,它往往表现出更优越的功能特性.本文综述了近年来采用MOFs热解的方法制备多孔碳材料的设计原理和策略,为获得高性能多孔碳及其复合材料提供借鉴并给出了未来的发展前景和挑战.     

取向磁场对烧结Nd-Fe-B永磁体性能的影响

自第三代稀土永磁Nd-Fe-B合金出现以来,围绕着如何进一步提高其永磁性能,开展了许多理论及实验方面的研究工作.有些作者就其成分配方,烧结及热处理工艺进行了大量的实验探索,取得了卓有成效的成果.我们就烧结磁体制备过程中磁粉压型时的取向磁场对磁体晶粒的取向程度及其永磁性能的影响进行详细的分析、研究.     

钛膜生长初期的分形和晶体结构

许多研究工作表明,薄膜材料有可能具有不同于块体材料的晶体结构.由于实验条件、制备工艺不同,同种薄膜材料也有可能具有不同的晶体结构.如钛膜的研究工作表明,用直流磁控溅射法可得到体心立方晶体结构的纳米钛膜;用电子回旋共振等离子体溅射法可得到面心立方结构的纳米钛膜.本文报道了真空蒸发沉积法制备的钛膜生长初期的分形现象和晶体结构的变化,并对成膜机制作了初步探讨.     

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.     

纳米结构材料

本文综述了纳米结构材料的发展,介绍了纳米结构材料研究的晕新进展,同时还讨论了有关纳米结构材料研究中的一些问题,例如:制备技术、晶界结构、晶粒的相稳定性、纳米合金化等。     

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.     

含CuZr相Zr_(49)Cu_(44)Al_7块体非晶合金复合材料高压下的稳定结构

制备了含CuZr纳米相的三元Zr49Cu44Al7块体非晶合金复合材料,该材料具有1.6%的弹性变形和1.78GPa的抗压强度,利用角散射同步辐射研究了该三元块体非晶合金复合材料高压下的结构变化.结果表明,室温下非晶合金基体直至40.8GPa仍保持稳定的非晶结构,没有压力诱发CuZr纳米相的消失或长大.根据Bridgman状态方程获得了该复合材料体弹模量B0为115.2GPa.