49-2游泳池式轻水反应堆池底点缺陷超声测量技术研究

为掌握49-2游泳池式轻水反应堆(简称49-2堆)堆水池铝质池底点缺陷的现状,以进一步为堆水池的服役性能评估提供数据支撑,确保反应堆的安全稳定运行,根据池底结构、池内介质、池壁材料等信息,研发了水浸超声测量系统,对池底点缺陷的分布情况进行了全面检查,实现了点缺陷深度的精确测量。该研究实现了首次对49-2堆池底点缺陷实际状态的远程水下无损检测,检测结论显示:与历史数据相比,池底点缺陷的分布和点坑深度测量数据基本一致,最大点坑深度为1.495 mm。研究结论为49-2堆池底材料的时限老化分析提供了重要数据支撑,研发的水下超声测量技术也可应用于同类型池式堆堆容器及乏燃料贮存池的老化管理工作以及服役寿命分析论证工作中。

铀对α-Al_(2)O_(3)中氢与本征点缺陷相互作用的影响

在长期高温服役过程中,铀床的氚渗透泄露问题是聚变堆涉氚系统中需要关注的焦点之一,而一种行之有效的解决思路是在内壁制备阻氚涂层.然而,服役过程中通过热扩散渗入涂层内部的铀可能在阻氚涂层氢行为中起作用,进而影响其服役可靠性.基于此,采用第一性原理计算方法,研究了铀对α-Al_(2)O_(3)中氢与本征点缺陷相互作用的影响.结果发现,铀对α-Al_(2)O_(3)中空位型本征点缺陷及氢相关缺陷的存在形式、电荷态及相对稳定性有重要影响.从形成能观点来看,铀对α-Al_(2)O_(3)中空位型本征点缺陷及氢相关缺陷的形成有利,且α-Al_(2)O_(3)中空位型点缺陷对氢的捕陷能力因铀的引入显著增加.研究结果对α-Al_(2)O_(3)基内壁阻氚涂层在氚工艺系统铀床中应用的可靠性评估具有重要的指导意义.

InP中点缺陷迁移机制的第一性原理计算

磷化铟作为重要的第二代半导体材料,具有禁带宽度大、电子迁移率高、光电转换效率高、抗辐照性能强等优点,是制备航天器电子器件优良材料之一.但空间辐射粒子在磷化铟电子器件中会产生点缺陷,导致其电学性能发生严重下降.本文采用第一性原理方法对磷化铟中点缺陷的稳态结构进行研究,并计算了最近邻位点的缺陷迁移能.通过构建不同电荷态点缺陷的稳态结构,发现了4种稳态结构的铟间隙和3种稳态结构磷间隙.研究空位点缺陷的迁移过程,发现磷空位比铟空位迁移能高,同时带电空位点缺陷迁移能高于中性空位.对于间隙点缺陷迁移过程的研究发现,相较于空位点缺陷,间隙点缺陷迁移能更小.在不同电荷态的铟间隙迁移过程计算中,发现了两种不同的迁移过程.计算磷间隙的迁移过程,发现了特殊的中间态结构引起多路径迁移情况.研究结果有助于深入了解磷化铟材料中缺陷的形成机制和迁移行为,对于设计和制造空间环境中长期稳定运行的磷化铟器件有重要意义.

InSe单层中点缺陷的第一性原理研究

InSe是Ⅲ-Ⅵ族化合物中的主要成员,由于其具有优异的电学性能,在太阳能电池、固体电池组等领域受到广泛的关注.光电材料及器件的优良特性由电子结构决定,而Ⅲ-Ⅵ族化合物中的点缺陷对电子结构具有重要的调控,且单层InSe中点缺陷的Perdew-Burke-Ernzerhof(PBE)和Heyd-Scuseria-Ernzerhof(HSE)对比研究尚且缺乏.本文基于密度泛函理论的第一性原理计算,对单层InSe的硒空位、铟空位、溴替代硒、硫替代硒、碲替代硒、镓替代铟、锡替代铟和铊替代铟的缺陷形成能和稳定性进行了研究.结果表明:在缺铟和富铟条件下,硫替代硒和镓替代铟的缺陷形成能低且可以有效的降低体系总能,提高体系的稳定性.溴替代硒具有较小的缺陷形成能,但较大的体系总能表明溴替代硒的缺陷体系不稳定.在缺铟条件下易形成铊替代铟缺陷;在富铟条件下易形成碲替代硒缺陷.上述研究结果有助于理解点缺陷对Ⅲ-Ⅵ族化合物稳定性的影响,同时也为未来实验上设计基于InSe的高效的光电子器件提供理论依据.

单层Cs_(2)PbI_(2)Cl_(2)中点缺陷的形成与稳定性

Cs_(2)PbI_(2)Cl_(2)是卤化铅钙钛矿材料的新成员,由于其高的光吸收系数和长的载流子迁移距离等优异的光电物理性能,在太阳能电池、光电探测器、场效应晶体管以及发光二极管等领域受到广泛的关注.其中光电材料及器件的优良特性由电子结构决定,而钙钛矿的点缺陷对电子结构具有重要的调控,且单层Cs_(2)PbI_(2)Cl_(2)中点缺陷的研究尚且缺乏.本文基于密度泛函理论的第一性原理计算,对单层Cs_(2)PbI_(2)Cl_(2)的铯空位、碘空位、氯空位、铯替代铅、碘替代铯、碘替代铅、碘替代氯、氯替代铯、氯替代铅和氯替代碘的缺陷形成能和稳定性进行了研究.结果表明:在富铅和缺铅条件下,碘替代氯和氯替代碘的缺陷形成能偏低,且氯替代碘能有效降低体系总能,提高体系稳定性.在缺铅条件下铯空位缺陷形成能低于富铅条件,在缺铅条件下更易形成铯空位;富铅和缺铅条件下对碘替代氯和氯替代碘的缺陷形成能基本无影响.上述研究结果有助于理解点缺陷对钙钛矿材料稳定性的影响,同时也为未来实验上设计基于Cs_(2)PbI_(2)Cl_(2)的高效的光电子器件提供理论依据.

钼含量和均匀化处理冷却方式对β型Ti-Mo合金中点缺陷弛豫的影响

采用真空电弧熔炼制备β型Ti-xMo(x为质量分数/%,3~24)合金,并进行950℃×20 min均匀化处理,随后分别水冷和炉冷至室温,通过内耗测试结合物相和微观结构分析,研究了钼含量和冷却方式对该合金点缺陷弛豫的影响。结果表明:炉冷和水冷Ti-xMo合金中均出现2个Snoek型驰豫峰,炉冷Ti-xMo合金的弛豫峰随钼含量的变化特征与水冷合金相似。2种冷却方式下Ti-xMo合金在加热时的低温峰峰高随钼含量的增加而增大,但峰温几乎不变,峰高的增大与β相和间隙氧原子含量的增多有关;除Ti-3Mo合金外,其余合金高温峰的峰高和峰温都随钼含量增加而增大,峰高和峰温的增大与钼和氧的相互作用增强有关。

科学家实现对金刚石内点缺陷的高精度成像

中国科学技术大学中国科学院微观磁共振重点实验室杜江峰院士、王亚教授等人在量子精密测量领域取得重要进展。他们提出基于信号关联的新量子传感范式,实现对金刚石内点缺陷的高精度成像,并实时观测了点缺陷的电荷动力学。1月5日,研究成果在线发表于《自然-光子学》。

中国科大发展关联量子传感技术实现点缺陷的三维纳米成像

中国科学技术大学中国科学院微观磁共振重点实验室杜江峰、王亚等人在量子精密测量领域取得重要进展,提出基于信号关联的新量子传感范式,实现对金刚石内点缺陷的高精度成像,并实时观测点缺陷的电荷动力学。这项研究成果以Correlated sensing with a solid-state quantum multisensor system for atomic-scale structural analysis为题,于2024年1月5日在线发表在Nature Photonics上。

管柱型近周期声子晶体点缺陷结构的大尺寸压电超声换能器

大尺寸压电超声换能器的耦合振动会导致其辐射面纵向位移振幅的平均值较小,振幅分布不均匀,严重影响系统的性能和可靠性.为了改善大尺寸超声振动系统性能,可利用二维孔/槽型近周期声子晶体结构对横向振动进行抑制,但在对横向振动抑制的同时,该结构会对换能器机械强度和工作带宽等性能参数造成不利的影响.针对这一问题,本文提出利用管柱型近周期声子晶体点缺陷结构对大尺寸夹心式纵振压电陶瓷换能器进行优化的新思路.该方法不仅可以利用构造的固/气二维近周期声子晶体结构的点缺陷模式,获得极低的能量损耗,有效提高系统辐射面的纵向位移振幅和振幅分布均匀度;也可以利用管柱结构中的双环形孔增强声波的多重散射,使得换能器在管柱柱高较低的条件下产生禁带,在有效抑制横向振动的同时,大幅拓宽换能器系统的工作带宽,增强系统的稳定性和机械强度,降低加工成本.仿真结果证明了优化的有效性.

点缺陷折叠结构声学超材料的声局域化特性

以折叠结构为基本单元组成点缺陷声学超材料。采用数值模拟和试验分析的方法探索结构低频声局域化机理,分析结构参数对声局域化模态的影响规律。结果表明,该结构在800 Hz以下可产生多个声局域化模态。在频率为222 Hz, 362 Hz, 385 Hz, 408 Hz和511 Hz入射平面波作用下,结构可在中心腔体或周边腔体中实现声压局部放大,这种现象是由于结构内各子腔体的声学虹吸效应或它们之间的耦合共振所致。通过增加中心腔体尺寸、隔板数量、隔板长度,可降低结构声局域化响应频率。试验结果进一步证明了结构在低频范围内具有放大多个频段声波的能力。研究成果可为实现低频宽带声能聚集提供借鉴。

热浸镀Zn-11Al-3Mg镀层黑点缺陷形成机理研究

目的研究Zn-11Al-3Mg镀层黑点缺陷位置与正常位置组织特征差异,阐明黑点缺陷的形成机理,寻找导致黑点缺陷的原因,从而控制和消除黑点缺陷。方法以工业生产的Zn-11Al-3Mg镀层钢板表面的黑点缺陷为研究对象,综合运用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、双束聚焦离子束显微镜(FIB-SEM)等,详细对比了缺陷位置和正常位置镀层显微组织的差异,分析了引起镀层组织差异的根本原因,揭示了Zn-11Al-3Mg镀层表面黑点缺陷的形成机理。结果Zn-11Al-3Mg镀层组织由初生Al枝晶和枝晶间第二相组成,缺陷位置和正常位置枝晶间第二相显微组织存在明显差异,宏观上表现为局部黑点缺陷。缺陷位置枝晶间第二相的平均成分与原始镀液成分接近,组织为细小的颗粒状Zn/Al/MgZn_(2)三元组织,未出现明显的Zn/MgZn_(2)二元共晶;而正常位置枝晶间第二相由大量的层片状Zn/MgZn_(2)二元共晶及少量Zn/Al/MgZn_(2)三元共晶组成。造成上述镀层组织差异的根本原因是镀后凝固过程中冷却速率不均匀。结论在镀后冷却速率局部过高的位置,在初生Al枝晶析出后,剩余液相被快速冷却至三元共晶反应温度以下,促使熔融态的镀层快速凝固,从而形成了与镀液成分相近、组织细小的枝晶间第二相。而在镀后冷却速率较低的区域,依次发生了初生Al枝晶析出、二元共晶反应、三元共晶反应,形成了不同的镀层组织。

TiVTaZr高熵合金中点缺陷形成行为的第一性原理研究

本文采用第一性原理研究了TiVTaZr高熵合金的点缺陷性质。结果显示,空位形成能随着第一近邻环境中V原子数量的增加而增大,由于Zr原子具有较大的原子半径,富Zr环境中局部晶格畸变更严重,因此空位和间隙的形成能随着第一近邻环境中Zr原子数量的增加而降低。TiVTaZr合金平均空位与间隙形成能分别为(1.27±0.59)eV和(1.38±0.78)eV,均低于TiVTa合金((1.68±0.34)eV和(1.76±0.37)eV),表明在TiVTaZr合金中空位和间隙都更容易形成。此外,本文还发现在TiVTaZr合金中,间隙原子更容易以[111]取向的哑铃型间隙形式存在,其中,[111]取向的VV和TiV哑铃型间隙是TiVTaZr合金中最稳定的构型。TiVTaZr合金由于引入了Zr原子,使得合金具有更大的局部晶格畸变,这将导致更不规则的能量分布,致使空位和间隙的形成能降低,从而更容易形成。通过对电子结构研究,发现TiVTaZr合金较TiVTa合金具有更短的赝能隙,这可能会提高原子间结合强度,改善合金的力学性能。这些结果为bcc结构的高熵合金的缺陷演化以及组分设计提供了科学依据。

无取向硅钢环保涂层黑点缺陷成因分析与控制措施

随着环保政策的加强,近年来无取向硅钢环保涂层产品产量迅速增长。环保涂层液成分与传统含铬涂液成分不同,表面质量稳定性差,极易出现各种缺陷。在生产某无取向硅钢过程中,无取向硅钢表面出现黑点缺陷,对产线稳定性以及产品成材率产生较大影响。通过宏观观察、扫描电镜(SEM)、能谱分析、现场模拟实验等,对黑点缺陷产生的原因进行分析,并针对此类缺陷提出控制措施,有效降低了黑点缺陷发生率。

高拉速对Ф300 mm单晶硅点缺陷分布及生产能耗的影响

大尺寸直拉单晶硅的“增效降本”是当前光伏企业急需解决的问题。本文采用有限元体积法对Ф300 mm直拉单晶硅生长过程分别进行稳态和非稳态全局模拟,研究提高拉晶速率对直拉单晶硅生长过程中的固液界面、点缺陷分布以及生长能耗的影响。结果表明:拉晶速率提高为1.6 mm/min时固液界面的偏移量为33 mm,不会影响晶体的稳定生长;拉晶速率对晶体中点缺陷的分布起决定性作用,提高拉晶速率不仅能降低自间隙点缺陷的浓度,而且使晶棒内V/G始终高于临界值;且拉晶速率对功率消耗影响较大,提高拉晶速率后晶体生长时间减少了46.4%,单根晶体生长消耗功率降低了约4.97%。优化和控制适宜的拉晶速率有利于低成本地生长特定点缺陷分布甚至无点缺陷单晶硅,为提高大尺寸直拉单晶硅质量、降低生产能耗提供一定的理论支持。

高技术陶瓷材料点缺陷化学和物理

无机材料点缺陷的研究具有基础性和前沿性特色,是当前高技术陶瓷发展中的一个新兴的技术支撑,具有诱人的应用前景,甚为世人瞩目.点缺陷结构与高技术陶瓷的物理和化学性能密切相关.本文就点缺陷能量、生成、缔合、点缺陷和界面间的互作用等化学和物理机制,点缺陷的电子学以及点缺陷工程研究中的最新进展等方面进行了综述.本文还就点缺陷对改善高技术陶瓷的电、磁、光、力和生物等性能所提供的美好前景进行了评述,以期有助于今后我国在无机材料领域原创性和开拓性研究的深入发展.

B2-RuAl点缺陷结构的第一原理计算

采用第一原理赝势平面波方法,计算了B2-RuAl金属间化合物的基本物性及其点缺陷结构的几何、能态与电子结构,通过对不同点缺陷结构形成热与形成能的计算与比较,分析和预测了RuAl金属间化合物中点缺陷结构的种类与存在形式。结果表明:RuAl金属间化合物的点缺陷主要是Ru空位和Al反位,在富Ru合金中主要为Ru反位,在富Al合金中则主要是Al反位。这些点缺陷主要以Ru-Ru双空位和Al-Al双反位的组态结构形式出现,并且双空位以Ru-Ru为第一近邻时其点缺陷结构最稳定,而双反位则是以Al-Al为第三近邻时稳定性最高。进一步通过对NiAl和RuAl不同点缺陷结构Cauchy压力的比较,发现点缺陷对RuAl塑性的降低程度比NiAl低,因而含有点缺陷的实际合金的室温塑性RuAl比NiAl好。

温度、pH值和氯离子对X80钢钝化膜内点缺陷扩散系数的影响

借助于Mott-Schottky和点缺陷模型(PDM)研究了溶液温度、pH值以及氯离子对X80管线钢在模拟土壤环境中所形成钝化膜内点缺陷扩散系数D0的影响.结果表明:随着溶液温度的升高、溶液pH值的降低以及氯离子浓度的增大,钝化膜内的施主密度呈现增大的趋势.依据点缺陷模型可以得到钝化膜内点缺陷(假设点缺陷为氧空位或铁离子间隙)的扩散系数D0达到10-16～10-17cm·S-1,且D0随着溶液温度的升高、溶液pH值的降低及氯离子浓度的增加而增大。

二维点缺陷正方光子晶体的微腔结构

通过平面波展开法对由Al2O3介质棒在空气背景介质中构成含有点缺陷的二维正方光子晶体微腔结构进行研究，计算得出缺陷态能带以及缺陷态模场分布。缺陷模对应的电磁波波长为470—476nm。对该微腔结构的品质因数的求解，得出缺陷态光谱曲线。在光谱曲线中，随着传输波长的增大，将产生几个峰值，并且在475nm处的波动最为明显，反映出在475nm附近的电磁波段在缺陷处的光强较大。进一步利用全矢量等效折射率法研究该结构缺陷模频率的稳定性，得出等效折射率的变化曲线。从等效折射率变化曲线可以看出，当传输波长达到475nm时，该结构已经达到稳定传输的区域。含缺陷模的二维光子晶体微腔结构在光子晶体发光二极管以及高阈值半导体激光器等方面有着重要的应用价值。

热屏位置对直拉硅单晶V/G、点缺陷和热应力影响的模拟

为了研究热屏位置对200 mm直拉硅单晶V/G、原生点缺陷浓度场以及热应力场的影响,使用CGSim有限元模拟软件进行了系统模拟。结果表明:热屏位置对硅单晶的V/G和原生点缺陷浓度的径向分布规律没有影响;较热屏至晶体侧表面距离相比,其底端至熔体表面距离的影响更大,即随着它的增加,V/G值沿径向普遍增大且由内向外变化程度增强,晶体心部高浓度空位区扩大,最大热应力减小。合理控制热屏底端至熔体表面的距离可有效改善晶体质量。

存在点缺陷的深沟球轴承的动力学响应

点缺陷对滚动轴承的使用寿命和整机性能有着显著的影响.基于单边接触模型和弹流润滑理论,分析了存在点缺陷的滚动轴承的响应特征.采用多体动力学方法建立了考虑点缺陷的滚动轴承动力学模型,对外圈存在点缺陷的滚动轴承的内圈、外圈和保持架等的动力学响应进行了模拟.分析了在滚动体通过缺陷的动力学过程中滚动体和外圈产生的冲击现象,发现频率响应中的峰值频率与外圈的特征频率相关,这与滚动轴承故障诊断结论相吻合.提出的滚动轴承动力学模型可以用于点缺陷故障特征的提取和滚动轴承的故障诊断.