冰表面结构及其物理特性的新探索

冰是自然界中最广泛存在的物质之一,对人类生存乃至整个自然界变化都有重要的影响,因此对其本质的研究一直吸引着科学家们的广泛兴趣．尽管上百年来科学界对冰的各种形态及其相变规律做了大量研究,但对冰的表面结构及其相应物理化学性质的了解仍然非常有限．近几年来,我们在冰表面的结构及其物理化学特性的研究中取得了一些新的进展．首次提出了可以描述冰表面氢原子（悬挂OH键）结构有序度的序参量,并发现冰表面结构在融化前比体内更加有序的现象．进一步的研究显示冰表面序参量跟冰表面分子空位的形成和小分子的吸附有着密切的联系．序参量大也就是悬挂OH键排布越不均匀的冰表面的分子越容易形成空位,而分子吸附也越容易发生．     

高温预熔化晶界位错的结构组态转变的探究

晶体材料的性能受其内部晶界特性的影响。在高温下,晶体材料在晶界上易发生预熔化。本研究采用晶体相场(PFC)方法模拟高温二维六角晶体的晶界预熔化区在双轴加载作用下的结构演化情况。结果显示,晶界位错会发生配对,形成具有对称结构的位错团,一对位错上下排列,另一对位错左右排列,构成4个位错的组合。随着施加的应变增大,晶界位错预熔化区域横向扩展,其形状最初为棒状,逐渐转化为六边形,再转变成“V”形,最后又收缩为六边形。晶界预熔化区的形状变化伴随着内部位错结构的转变,从而发生位错芯扩展,原来上下配对的位错转变为并行排列的位错,左右排列的位错发生扩展滑移,并在左右两端萌生出一对新的位错。当预熔化区域扩展达到横向最宽时,该区域发射一对位错,随后预熔化区域开始收缩,最后又恢复到初始的形状。上述结果表明,位错结构的组态转变对晶体材料的高温变形机制能产生强烈的影响。     

缺陷预熔化现象的晶体相场模拟

【目的】研究外应变作用下BCC晶体中晶界和位错的预熔化现象,揭示晶界预熔化的机理。【方法】构建包含外力场与晶格原子密度耦合作用项的三维体系自由能函数,并建立以温度为主要参数的晶体相场模型,模拟三维情况下某一平面的晶界和位错的预熔现象。【结果】随着温度的升高,位错熔解的区域不断扩大,在接近熔点温度时晶界处的位错首先诱发晶界出现预熔化现象;当熔解趋于稳定后,在应力作用下,开始出现位错滑移现象,同一水平直线上的一组位错对相互靠近,最终湮没变为一个完整晶界。【结论】体系的温度影响并决定位错的熔解。体系温度越高,位错处的熔解就越容易进行。