镀镍石墨烯/钛复合材料界面力学行为的分子动力学研究

目的研究拉伸载荷下镀镍石墨烯/钛复合材料界面的应力-应变行为。方法采用分子动力学模拟方法,建立了镀镍石墨烯/钛复合材料界面的单晶模型,研究了不同方向拉伸载荷下材料的力学行为。结果镀镍石墨烯复合材料的力学性能随着镀层厚度的增大而提高,镀层镍可以作为位错源使复合材料的位错密度提高,镀层镍塑性变形的滞后使镀镍石墨烯/钛复合材料具有更高的塑性变形能力。结论材料的力学性能更多依赖于镀镍层数,随着镀层厚度的增大,镀镍石墨烯/钛复合材料表现出了更高的抗拉强度,但界面处的裂纹和空洞数量也有所增加,材料的延伸率有所下降。

GO/Ti基复合材料界面性质的第一性原理研究

目的研究氧化石墨烯在继承石墨烯优异性能的同时,是否会因为官能团的存在而影响复合材料界面的结合方式,抑制脆性相TiC的产生,解决石墨烯作为增强体时易发生界面反应从而影响材料塑韧性的问题。方法根据(0001)_(Ti)∥(0001)_(GO)、[2110]_(Ti)∥[1010]_(GO)界面位向关系,建立了Ti/氧化石墨烯/Ti共格界面模型。采用第一性原理计算方法从电子原子尺度研究了环氧基和羟基对Ti/氧化石墨烯/Ti界面黏附功、界面能、原子结构和电子结构的影响。结果环氧基和羟基都会使界面黏附功变大,界面能减小,形成结合更强、更稳定的界面,其中环氧基的贡献更大。官能团附近的Ti原子与氧化石墨烯中C原子的结合能力减弱。在形成界面时,氧化石墨烯被还原,环氧基和羟基中的O原子与Ti基体会发生反应生成固溶体,羟基中的H原子可能保持与O原子之间的相互作用,也可能会脱离O原子的束缚与Ti基体有相互作用。结论当氧化石墨烯和Ti基体形成界面时,氧化石墨烯的官能团会固溶在Ti基体中,抑制界面产物脆性相TiC的产生,石墨烯的片层结构更容易被保留,形成界面结合更好的复合材料。

气氛环境下Au/CeO_(2)催化剂烧结行为的原位电镜研究

气氛环境下原位研究催化剂的烧结行为,能够为理解催化剂在预处理以及反应条件下的烧结机理和高稳定催化剂的设计提供重要的实验依据。本文以Au/CeO_(2)模型纳米催化剂为研究对象,利用环境透射电子显微镜原位观察其在O_(2)与CO气氛下的高温动态烧结过程。实验发现,负载在CeO_(2)上的Au纳米颗粒在O_(2)与CO气氛环境中表现出不同的烧结行为,其在O_(2)气氛下具有较高的烧结速度,同时存在颗粒迁移与聚集长大(particle migration and coalescence,PMC)和奥斯特瓦尔德熟化(Ostwald ripening,OR)两种烧结过程;在CO气氛下烧结速度较慢,烧结过程以OR为主。对比不同气氛环境下烧结后催化剂的表面结构可知,CO增加了CeO_(2)表面台阶的数量以及表面氧空位浓度,增强了载体对Au颗粒的锚定作用,从而提升Au/CeO_(2)催化剂的稳定性。

P掺杂对Ni_(3)Al晶界结合性能的影响

晶界对于金属和合金材料的力学性能至关重要。晶界本身相对于晶内结合性能差,是导致合金延展性低的一个重要原因。因此,有必要改善其晶界结合性能,进而提高材料的延展性。利用物理冶金及合金化方法可以改善有序金属间化合物的延展性和可加工性。添加合金化元素可以有效地控制晶界的结构,达到提高晶界结合性能的目的。利用第一性原理方法在原子尺度上研究了P掺杂在Ni_(3)AlΣ5(210)晶界中的偏聚行为及晶界结合性能的增强机制。计算的偏聚能表明,相对于体位置,P原子倾向于向晶界偏聚,且向纯Ni的晶界孔隙中由8个Ni原子围成的间隙位置偏聚的趋势最大。计算晶界断裂过程中的格里菲斯功显示P的晶界偏聚可以改善晶界的结合性能。

扫描透射电子显微镜原位揭示ZnO纳米片缺陷的动态演变机制

缺陷对金属氧化物的物理化学性质具有至关重要的影响,掌握缺陷的调控方法,有助于设计结构稳定、性能优异的金属氧化物材料。然而外场环境下缺陷动态结构演变原位信息的缺乏使得精确调控缺陷成为一项巨大的挑战。本文利用球差校正扫描透射电子显微镜、环境透射电子显微镜和电子层析三维重构方法原位研究了ZnO纳米片体缺陷的动态结构演变规律,探索了高温环境及氧气环境下孔洞缺陷的烧结长大与重构行为。研究发现,在外场环境下晶体缺陷以类似颗粒烧结的奥斯瓦尔德熟化和迁移长大机制烧结长大;缺陷的烧结和重构行为由降低表面能的驱动机制主导以及不同环境下氧空位浓度不同导致了不同的缺陷演变行为。

立方氮化硅的合成与提纯

设计和采用有炸药驱动平面飞片加载器和圆桶形样品回收室的装置,用非高纯的α–Si3N4粉体和铜粉作原料合成了c–Si3N4。在该装置中完整的回收到冲击波压缩的实验样品。当冲击压力与温度分别约为50GPa和2300K时,原料中约有85%的α–Si3N4转化为c–Si3N4。回收样品在440K左右经9～10h与氢氟酸反应处理后,c–Si3N4粉体的纯度接近100%。

添加Y_2O_3-Al_2O_3烧结助剂的氮化硅陶瓷的超高压烧结

以Y2O3-Al2O3体系为烧结助剂,在5.4～5.7GPa,1570～1770K的高温高压条件下进行了氮化硅陶瓷的超高压烧结研究。用X射线衍射及扫描电镜对烧结样品进行了分析和观察,探讨了烧结温度及压力对烧结的陶瓷样品性能的影响。结果表明:得到的氮化硅由相互交错的长柱状β-Si3N4晶粒组成,微观结构均匀,α-Si3N4完全转变为β-Si3N4。经5.7GPa,1770K且保温15min的超高压烧结,样品的相对密度达99.0%,Rockwell硬度HRA为99,Vickers硬度HV达23.3GPa。

高温高压下石墨Ni_(70)Mn_(25)Co_5体系中石墨的层状生长现象与合成金刚石的质量

为了研究石墨Ni_(70)Mn_(25)Co_5体系在高压高温下石墨的变化和金刚石的生长现象,用六面顶压机对交替组装的圆片状石墨和Ni_(70)Mn_(25)Co_5触媒进行高温高压处理及金刚石合成实验。扫描电镜观察结果表明:在触媒中再结晶石墨以片状为主,而类球状石墨由片状石墨的堆积长大形成的;覆盖在金刚石的金属包膜中有大约1μm厚的片状石墨。借助于多功能光学显微镜,观察到金刚石的晶体形态和缺陷特征随合成温度、压力的不同有规律地变化。实验证实了高温高压下石墨Ni_(70)Mn_(25)Co_5体系中石墨和金刚石的层状生长现象,进而提出了预防金刚石宏观缺陷、合成优质金刚石的技术措施。

6H-SiC单晶的生长与缺陷

采用升华法 ,在一定的温度、气体压力和流量的条件下 ,生长了尺寸 5 0 .8mm的 6HSiC单晶。利用光学显微术观察了原生晶体的表面形貌 ,发现了微管在晶体表面的露头点具有明显的多个螺位错成核特征。采用透射模式对抛光晶片进行观察 ,发现了SiC晶体内的典型缺陷 ,如 :负晶、微管、碳颗粒等 ,并对它们的形成机理进行了讨论。

立方氮化硅的冲击波合成实验研究

以α-Si3N4粉体作原材料,采用炸药爆轰平面飞片加载装置和样品回收技术进行了冲击波合成实验,完整回收到合成样品,经过酸处理,对回收样品进行X射线衍射分析,结果表明:当加载压力超过50GPa而且冲击温度约3600-5000K时,α-Si3N4可以较完全地转化为γ-Si3N4．本实验的研究结果建立了一种冲击压缩技术可单次合成克量级的立方氮化硅,为进一步开展立方氮化硅的性能研究奠定了基础．

水热条件下BaTiO3晶粒中OH^—缺陷的形成

本文研究了水热条件下制备的ＢａＴｉＯ３晶粒中ＯＨ－缺陷的形成。实验表明，随着溶液中的钡钛摩尔比增大，产物中的ＯＨ－缺陷减少，四方相ＢａＴｉＯ３的含量增多。从结晶化学的角度剖析了ＢａＴｉＯ３与锐钛矿结构的相似性，两种晶粒中的Ｔｉ—Ｏ６八面体的结晶方位一致，其顶角分别指向晶轴ａ，ｂ和ｃ，因此锐钛矿的生长基元可以往ＢａＴｉＯ３晶粒上配向生长，在结构失配处即可形成缺陷，在缺陷部分ＴｉＯ６八面体自由端处保留了ＯＨ－结构，这是形成晶粒中ＯＨ－缺陷的主要原因。

导模法蓝宝石单晶的位错缺陷及其力学性能的研究

采用导模法生长了a向,尺寸为60 mm×5 mm×300 mm的蓝宝石单晶片,采用化学腐蚀-金相显微镜法观测了其(0001)晶面的位错特征,并且采用INSTRON-1195万能试验机测试了抛光样品的弯曲强度。结果显示:当晶体中位错缺陷分布均匀时,在外部弯曲应力下,蓝宝石晶体发生特定晶面的高强解理断裂,位错密度的升高对蓝宝石弯曲强度没有明显损害作用。然而当晶体中出现位错密排结构时,蓝宝石单晶常温弯曲强度迅速下降。

r面白宝石单晶的温梯法生长及缺陷研究

本文描述使用温梯法(TGT)生长(1102)方向的白宝石单晶,应用X射线双晶摇摆曲线(XRC)测定了晶体内部的完整性,再利用KOH熔体腐蚀出样品的r面(1102)上的位错蚀坑,借助扫描电子显微镜(SEM)进行观察,发现r面白宝石的位错腐蚀坑呈等腰三角形,并且有台阶状结构,并分析了位错的成因。

6H-SiC成核表面形貌与缺陷产生的研究

利用光学显微镜观察了6H-SiC晶体成核表面形貌,并使用高分辨X射线衍射法检测了不同区域的结晶质量。根据表面形貌的不同将成核表面分为三个区域:平台区、斜坡区、凹坑区。平台区的结晶质量最好,斜坡区和凹坑区由于缺陷(例如微管、小角晶界和多型夹杂等)的存在导致结晶质量变差。依据温场分布以及籽晶的固定分析了凹坑产生的可能原因。根据观察纵切片发现源于斜坡区以及凹坑区的缺陷随着晶体的生长继承到晶体内部导致后期生长的晶体质量变差。最后我们提出了通过优化成核温场分布以及改善籽晶固定方法来提高晶体成核质量的思路。

大尺寸氟化铅晶体的生长

描述了不用高真空条件，在通常的Ｂｒｉｄｇｍａｎ－Ｓｔｏｃｋｂａｒｇｅｒ炉中，用高温下的反应方法，消除了原料及生长炉内残存的Ｏ￣（２－）及ＯＨ￣－，生长出优质、大尺寸的β－ＰｂＦ＿２晶体。在晶体生长时，出现的主要问题是在晶体中的针状结构及开裂，但可通过控制工艺条件来解决。

YVO_4晶体缺陷分析

运用同步辐射白光X射线形貌术分析了YVO4 的结构和缺陷行为 ,也观测了YVO4 晶体 (0 0 1)、(10 0 )面的缺陷。发现在 (0 0 1)面出现应力生长区、沿 [10 0 ]方向的位错线以及晶体中镶嵌结构。运用白光形貌术拍摄到的劳埃斑 ,证明晶体为四方晶系。确定了小角晶界是引起多晶的主要原因。

近红外光谱区光子晶体禁带与KTP缺陷研究（英文）

光子晶体引入缺陷后形成的缺陷模在增益介质中将被放大形成激光,为了进一步明确缺陷的激光特性,首先从理论上分析了光子晶体的特征矩阵,接着得出了以下光子禁带特性:光带隙宽度随着周期数的增加而增大,但在周期数达到一定数值后其光带隙宽度是确定不变的;折射率比值越大,光带隙宽度越大;叠加不同中心波长的光子晶体可以简单、有效地拓展光带隙范围。在一维KTP光子晶体的禁带特性实验分析中得到了KTP缺陷的光子能带结构的波长响应曲线;随着温度的上升,KTP的折射率随之增大,进而缺陷模向长波长方向移动。上述研究对于微小光源的发展具有一定的理论和实际意义。

计算典型结构金属元素空位形成能的新方法

在Tiwari和Patil计算空位形成能的模型基础上,对金属表面能的计算方法进行了改进,计算了面心立方(fcc)、体心立方(bcc)、密排六方(hcp)典型金属的空位形成能,并引入能量修正因子,可使理论计算结果与实验值基本一致,对fcc,bcc,hcp结构金属的能量修正因子分别取1.292,1.265和1.357,可以比较精确地计算fcc,bcc,hcp金属的空位形成能。

铌酸钾锂晶体的生长和缺陷

用电阻加热提拉法生长了一系列较大尺寸 ,组分离子均匀性较好的铌酸钾锂晶体。利用X射线荧光光谱法测量了不同配比的熔体中生长出的晶体组成 ,用同步辐射X射线测量了晶体结构 ,结果表明随晶体组成变化 ,晶体的晶格常数发生了变化。根据晶体组分离子浓度与折射率的关系研究了晶体折射率变化情况 ,结果表明用本方法生长的大尺寸KLN晶体 ,寻常折射率no 在测量误差范围内没有变化 ,非寻常折射率ne 的变化率在 82 0nm仅为1.2 2× 10 -4 /mm ,在 410nm仅为 1.93× 10 -4 /mm。晶体的干涉条纹证明了晶体有良好的光学均匀性。结合晶体生长实验 ,探讨了改进晶体组分离子浓度分布均匀性的方法 ,结果表明采用籽晶和坩锅向相同方向旋转可以改善晶体生长界面处组分离子浓度的波动 ,提高晶体组分离子均匀性。晶体的缺陷研究表明晶体结构完整性较好 ,位错形状与晶体结构相一致 ,密度为 7.5× 10 4 ,[0 0 1]轴是晶体的极化轴。晶体对 890～ 96 0nm波长范围的cw

利用转移矩阵法和频域块迭代法分析点缺陷二维光子晶体

本文介绍了广泛用于分析光子晶体的两种方法:转移矩阵法和频域块迭代法。运用这两种方法,我们研究了一个5行5列在空气中呈正方排列的二维介质柱晶体,改变中心介质柱的半径和介电常数,分别得到各自对应不同的透射和色散关系曲线。对于同一参数结构的光子晶体,不同算法得到的带隙和缺陷态频率是一致的。同时根据透射和色散曲线所体现出来的晶体特性,我们分析了将光子晶体用作激光谐振腔以提高Q值的机理。