液态金属Al凝固过程中大团簇结构的形成与演变机理

采用分子动力学方法, 对含有400000个Al原子的液态金属大系统在凝固过程中纳米级大团簇结构的形成、演变特性进行了模拟研究, 并采用中心原子法、键对分析技术与原子团类型指数法(CTIM)相结合, 描述了各种类型的基本原子团结构组态. 结果表明: 在所有的键型与原子团类型中, 以1551键型以及由1551键型所构成的二十面体原子团(12 0 12 0)的数量最多, 它们在液态金属Al的微观结构转变中起着决定性的作用; 纳米级大团簇(含有多达150个原子)是由一些大小尺寸相差较大的中、小团簇通过拉锯式(得而复失、失而复得)的相互竞争形式不断兼并、演变后, 相互连接而成, 而不是以某一个原子为中心按一定规则堆积为多个壳层而成, 这正是与由气相沉积、离子溅射等方法所获得的团簇结构的本质差别所在; 虽然纳米级大团簇结构的形状和大小各不相同, 但都具有突出的角隅, 正好成为液态金属凝固过程中形成各种支晶结构的起点.     

冷速对Cu_(70)Ni_(30)合金凝固结构的影响

采用分子动力学方法对Cu_(70)Ni_(30)合金在5种不同冷速下快速凝固过程进行了模拟研究。经过分析发现,1×1012K/s冷速下,双体分布函数第二峰有裂缝出现,说明形成了非晶态结构,而其它4种冷速下双体分布函数形成许多尖锐的峰,说明形成了晶态结构。1×1011K/s、1×1010K/s、5×109K/s三种冷速下的凝固结构,晶态键型和非晶态键型都在某一温度发生突变,三个温度依次为900 K、950 K、1000 K。这3个温度也是面心立方晶体(fcc)、体心立方晶体(bcc)和密排六方晶体(hcp)3种典型晶体团簇数目跃变的温度,对应于体系的结晶温度。最后采用三维画图演示了晶体团簇及非晶体团簇的区别。     

Fe团簇在Fe（110）表面上扩散和结构稳定性的分子动力学研究

采用嵌入原子势和分子动力学方法研究了Fe的小团簇（小于10个原子）在Fe（110）表面上的结构稳定性和扩散特性.计算结果表明体心立方结构的Fe表面,四原子和七原子团簇有较高的转变能和扩散势垒,说明这两种团簇比其他原子团簇更稳定和容易观测到.这两种团簇可能是薄膜生长过程中的临界晶核.研究了三聚体的旋转扩散和团簇扩散过程中二聚体剪切机制,发现二聚体扩散可能是Fe的小团簇在Fe（110）表面扩散的一种重要扩散方式.     

液态Ca50Zn50合金快速凝固过程中微观结构的演变特性

采用分子动力学方法对液态Ca50Zn50合金的快速凝固过程进行了模拟研究.并采用双体分布函数、HA键型指数法、原子团类型指数法(CTIM)和可视化等方法对凝固过程中微观结构的演变特性进行了分析.结果表明：由于Ca，Zn原子的半径差异较大，导致总双体分布函数的第1峰明显分裂成为3个次峰，随着温度下降，半径较小的Zn原子互为近邻的几率明显增加.系统中1551键型所构成的二十面体基本原子团(12 0 12 0)的数量占绝对优势，对非晶态结构的形成起主导作用.系统中基本原子团的中心原子主要是原子半径较小的Zn原子.具有短程序的基本原子团之间大多以共顶点(VS)，共棱线(ES)，共面(FS)和相互交叉(IS)的方式相结合，在凝固形成非晶态的过程中，基本原子团大多以相互交叉(IS)的方式相结合，最后形成各种不同尺寸的、原子结合比较紧密、结构比较稳定的较大团簇.     

降温过程对Au_(24)Cu_(19)合金团簇结构变化影响

采用基于嵌入原子法的正则系综NVT分子动力学方法在原子尺度上计算了包含24个金原子和19个铜原子的Au24Cu19双金属团簇在急冷和连续降温过程中的结构演化.根据原子平均势能、主要原子键对数目以及原子堆积结构随温度的变化表明,随着温度的降低,团簇表现为铜原子在内,金原子和少量铜原子包覆在外的构型.在温度被降低到较高温度区间时,急冷降温过程中,键对数目呈高-低振荡变化;连续冷却过程中,键对数目则呈低-高振荡变化.在温度较低的区间,直至400 K,这两个冷却条件下的键对数目表现为同步变化.     

降温过程对Au24Cu19合金团簇结构变化影响

采用基于嵌入原子法的正则系综NVT分子动力学方法在原子尺度上计算了包含24个金原子和19个铜原子的Au24Cu19双金属团簇在急冷和连续降温过程中的结构演化.根据原子平均势能、主要原子键对数目以及原子堆积结构随温度的变化表明，随着温度的降低，团簇表现为铜原子在内，金原子和少量铜原子包覆在外的构型.在温度被降低到较高温度区间时，急冷降温过程中，键对数目呈高-低振荡变化；连续冷却过程中，键对数目则呈低-高振荡变化.在温度较低的区间，直至400K，这两个冷却条件下的键对数目表现为同步变化.     

不同冷速和压力下AgCu合金团簇结构遗传分析与结构特征

采用分子动力学方法模拟研究了液态Ag₆₀Cu₄₀合金在不同冷速与压力下的快速凝固过程,并通过双体分布函数、Honeycutt-Andersen键型指数和扩展团簇类型指数法(CTIM)对其微结构演变特性进行了分析.结果表明：Ag₆₀Cu₄₀快凝玻璃合金的主要存在键型为1551键,局域五次对称性明显.主要原子组态是二十面体团簇,其中以正则二十面体团簇(12 12/1551)为主约化玻璃转变温度随着冷速与压强的增加而增加,遗传跟踪发现冷速与压强能够显著提高二十面体团簇的遗传分数和起始遗传温度,增强了Ag₆₀Cu₄₀合金的玻璃形成能力.     

Au19团簇热力学特性的微观分析

利用经典微正则系综分子动力学,采用Gupta原子间作用势,对非晶结构的19个金原子团簇的热力学特性进行了研究.通过计算团簇内原子时间平均势能的特性以及对团簇瞬时结构的分析发现,团簇的融化过程较对称团簇具有一些新的特征,团簇的融化过程可以分为多个过程.第1阶段的融化涉及团簇表面多个原子(14个原子),其余(4个)原子则处于准固态;第2阶段涉及表面全部原子,但此时有2个位置原子逗留时间较长;第3阶段表面的原子全部开始了快速的换位;第4阶段产生了包括团簇内部原子在内的结构异构化过程.由此,导致了团簇的卡路里曲线、相对均方根键长涨落和热容量的一些新的变化.     

Cu纳米团簇发光性能的调控研究

报道了通过硫醇配体实现Cu纳米团簇发光特性的调控.光致发光谱(PL)显示,在初始合成的2-巯基-5-正丙烷基嘧啶(MPP)包覆的Cu纳米团簇溶液中逐渐增加十二硫醇(C12SH)的浓度,Cu纳米团簇主发光峰的波长从623 nm逐渐蓝移到584 nm.质谱结果显示,在配体交换过程前后,Cu纳米团簇中Cu原子数目保持不变,但随加入的C12SH的浓度增加,C12SH逐渐取代原有的MPP配体.通过X射线吸收精细结构(XAFS)技术进一步研究了溶液中发生配体交换过程的Cu纳米团簇的原子结构变化.结果表明,随着C12SH浓度的增加,金属特征的Cu—Cu配位消失,Cu—S键长从0.228 nm缩短到0.224 nm,同时Cu—S之间的电荷转移增多,C12SH的刻蚀使得Cu纳米团簇的原子构型由初始的四面体排布展开为"—S—Cu—S—"一维链状结构,导致团簇整体发生金属性到共价性的转变,从而引起光致发光和吸收波长的显著蓝移.     

Mg98Cu2合金快凝过程中化学中程有序研究

采用分子动力学方法对快凝过程中Mg₉₈Cu₂合金5种不同冷速下微结构演变进行了模拟研究.并采用原子团簇类型指数法(CTIM-3)以及扩展团簇等方法系统地讨论了快速凝固过程中微观结构的演变过程.经过分析发现,凝固过程中体系主要以高配位数12、13和14Kasper团簇数目为主.最后利用扩展团簇分析了MRO变化,表明IS联结是MRO的主要联接方式,高冷速有利于高配位12、13、14团簇IMRO的形成.     

初始条件对Ga冷凝过程影响的模拟研究

对液态金属快速凝固过程进行了分子动力学模拟研究.以1000个液态纯金属Ga原子的系统为例,深入考察了微观结构组态的变化.采用H-A键型指数法分析该过程中各种键的变化情况.发现在其微观结构的转变过程中,与二十面体及其缺陷结构密切相关的1551键型起着重要的作用,同时,还发现不同的初始平衡态对其固态微结构有明显的影响,这-结果对于深入理解液-固微结构之间的转变关系,具有一定的理论和实际意义.     

铁熔体快速冷却过程的分子动力学模拟

利用LAMMPS建立8×8×8原子箱,采取EAM模拟大量铁原子体系。先对体系升温,让体系充分均匀,然后对体系进行不同冷却速度下的降温。经过分子动力学模拟得到能量温度曲线、径向分布函数(RDF)和体系结构。结果表明:冷却速度低于1.8×1010K/s时,结晶相变点和熔点基本重合;冷却速度超过1012K/s时,生成物为非晶;铁熔体的过冷度可达到700 K;冷却速度在1011K/s附近时,能够生成体心立方的Fe单晶。     

Ir（110）表面原子结构、氧原子吸附和STM图像的第一性原理研究

用密度泛函理论（DFT）的总能计算研究了金属Ir（110）表面结构以及氧原子的吸附状态.计算得到Ir（110）-（1×1）的外层表面间的弛豫分别是-13.3%（△d12/d0）和＋6.1%（△d23/d0）,表面能σ=175meV-2,功函数Φ=5.22eV;相应的Ir（110）-（1×2）缺列再构表面的△d12/d0=-9.7%,△d23/d0=-2.4%,表面能为169meV/2,Φ=5.33eV.研究Ir（110）-（1×1）和（1×2）再构表面氧吸附,发现各吸附位置的吸附能值均为正值,表明吸附为放热反应,且氧原子最有可能吸附在短桥位（shortbridgesite,SB）.同时我们还模拟计算Ir（110）-（1×2））缺列再构表面和氧吸附再构表面的扫描隧道显微镜（STM）图像并记录STM针尖的起伏变化,结果显示表面吸附氧的位置远高于{001}方向的铱原子列,但是在STM形貌图上氧原子基本上没有凸起.     

铝、锆液固态转变和动力学性质的第一性原理分子动力学研究

采用第一性原理分子动力学(Ab Initio Molecular Dynamics,AIMD)方法研究了Al和Zr液固转变过程中的能量、偶关联函数、结构因子和键对分布的变化规律,获得了不同温度下两种金属液体的扩散系数和黏度.结果表明,AIMD计算得到的液态金属偶关联函数、结构因子和扩散系数与实验测量数据符合得很好.在冷速为5.0×1013和2.5×1013K/s时,液态Al分别在730K附近发生玻璃化转变或者形成有一定缺陷的fcc晶体结构.在平均冷却速率为4.3×1013和2.0×1014K/s的条件下,液态Zr在1200K时分别开始转变为热力学上亚稳定的bcc结构和玻璃相.Zr的液态和玻璃态结构中二十面体和bcc类型短程序是其主要拓扑短程序.     

毛细管区带电泳测定两种生物碱与牛血清白蛋白的结合常数研究

采用毛细管电泳淌度移动法研究盐酸麻黄碱、磷酸可待因与牛血清白蛋白(BSA)的结合常数.使用未涂层弹性石英毛细管柱75μm×60cm(有效长度50cm),在pH 7.40、浓度25mmol/L Tris-HCl的电泳缓冲溶液及分离电压20kV,紫外检测波长214nm,温度37℃的条件下,测得盐酸麻黄碱、磷酸可待因与BSA的结合常数分别为1.46×104 L/mol和0.75×104 L/mol.该法简单、快捷,可用于研究结合比为1∶1的药物小分子与生物大分子的相互作用.     

模具温控凝固成形中关键控制参数的选取

提出了一种基于数值模拟的模具温控凝固成形控制参数的选取方法.针对两个较易于控制的关键控制参数进行了研究,对模具预热温度取743、693、673K和冷却控制阈值取753、293、673K等多种工艺条件的成形过程进行了三维非稳态传热模拟,模拟值与实验值的误差在8%以内.结果表明:模具预热温度稍高于材料熔点时有利于减少缩孔缺陷,提高成形质量,同时应结合成形效率和工艺误差合理选取模具预热温度;冷却控制阈值取753K时,全部冷却管道同时开启,材料中上部形成了明显的缩孔;阈值取673K时成形质量较好,此时7组冷却管道依次开启,固液界面基本保持平面形状,凝固速度较快.     

Rapid growth of primary dendrite in highly undercooled copper-antimany alloy

The droplets of Cu-11wt.%Sb hypoeutectic alloy have been rapidly solidified during containerless processing in a 3 m drop tube. The undercooling and cooling rates are estimated, and both play a dominant role in the dendritic growth of primary Cu phase. Undercoolings up to 200 K (0.16TL, where TL is the liquidus temperature) have been obtained in the experiment. With the increase of undercooling, the microstructural evolution of primary Cu phase proceeds from remelted dendrites to the equiaxed grains. A coarse dendritic grain microstructure can form in the undercooling range of 61～102 K and at cooling rates of 1.35×102～2.66×103 K/s. The segregationless solidification of Cu-11wt.%Sb hypoeutectic alloy occurs when undercooling is more than 176 K. The growth of primary Cu phase is mainly controlled by solute diffusion.     

NdIn_(3-x)Mn_x合金化合物的结构和磁电输运性质

本文应用非自耗真空电弧炉制备稀土NdIn3-xMnx(x=0,0.2,0.3,0.5)合金化合物.采用X射线粉末衍射(XRD)研究其相成分和结构,利用TREOR对衍射数据进行指标化,采用Rietveld全谱拟合分析方法测定了NdIn3-xMnx的晶体结构.结果表明:当x≤0.3时,为具有AuCu3型结构,空间群为Pm3m,Z=1,点阵常数a=4.640(6)-4.738(7);当x=0.5时,化合物中出现杂相In.在x≤0.3固溶区,Mn原子部分取代In原子占据3c(0.5,0.5,0)晶位,Nd原子占据1a(0,0,0)晶位.NdIn3-xMnx的磁化曲线显示:当x≤0.2时,呈现出顺磁结构;当x=0.3时,呈现出弱铁磁性和顺磁性的混合.NdIn2.7Mn0.3电阻率在0–300 K区间变化呈半金属性.     

乙氧基血根碱与人血清白蛋白的相互作用

研究了血根碱与人血清白蛋白（HSA）之间的结合特征．采用荧光光谱法,计算在不同温度下乙氧基血根碱与HSA相互作用的结合常数与结合位点数．实验结果显示,在290K,300K,310K时乙氧基血根碱与人血清白蛋白的结合常数分别为1．081×10^5L·mol-1,7．784×10^4L·mol-1,2．397×10^5L·mol-1．结合位点数分别为1．013,0．979,1．071．二者之间的主要作用力为氢键和范德华力．这表明血根碱与人血清白蛋白之间作用生成了无荧光效应的复合物,属静态猝灭．