可调谐的宽频带负体弹模量吸声超构材料

以局域共振思想为理论基础、亥姆霍兹共振器为结构单元,设计了一种可调谐的负体弹模量宽频带吸声超构材料。通过调节亥姆霍兹共振器开口孔径大小,调节超构材料的谐振频率。利用COMSOL多物理场仿真软件,模拟计算声学超构材料的透射谱;通过提取参数法,计算声学超构材料的体弹模量。计算结果表明：在谐振频率附近声学超构材料在实现负体弹模量的同时,还具有优良的吸声性能;将双层亥姆霍兹共振器周期性排列,构建了一种频率范围在970~1 300Hz的宽频带吸声超构材料。在吸声频带内,声透过率最低达到-22dB,吸声效果良好。采取将不同谐振频率亥姆霍兹谐振单元多层排列的方式构建超构材料,可以实现可听声频段任意带宽的负体弹模量和吸声。这种声学超构材料的提出能为宽频带负体弹模量吸声超构材料的设计提供一种全新的思路。

二元fcc无序合金的晶格常数和体弹模量的第一性原理计算方法探究

通过建立特殊准随机结构(SQS),采用第一性原理VASP程序,用两种不同的弛豫方法分别对二元fcc Ni-X(X=Al,Au,Cu,Ga,Mo,Pt,Ta,W)无序合金的晶格常数和体弹模量随成分的变化进行了计算。这两种弛豫方法分别是离子弛豫法和体积弛豫法。最终计算结果表明,两种计算方法所得的晶格常数和体弹模量非常相近。因此在计算二元无序合金的晶格常数和体弹模量时,可以只做体积弛豫。这不仅大大简化了计算步骤,而且能够保持点阵的对称性,为计算二元合金的体积和体弹模量提供了准确高效的计算方法。

四方相PbTeO_(3)晶体在高压下的压缩行为

利用水热法在230℃以及水的饱和蒸汽压条件下合成出毫米尺寸的四方相PbTeO_(3)单晶样品,并研究了其晶体结构、微观形貌、热稳定性等性质。利用金刚石对顶砧和同步辐射原位X射线衍射技术,探讨了该四方相PbTeO_(3)晶体在高压下的压缩行为,发现在0~37 GPa的压力范围内四方相PbTeO_(3)无相变发生。拟合该PbTeO_(3)样品的压力-体积数据,得到其体弹模量为B_(0)=42(1)GPa,体弹模量的一阶导数B’_(0)=5.5(0.2)。晶格参数随压力的变化显示,该晶体在c轴方向更易压缩。

纳米钨在高压下的物理力学行为与尺寸效应研究

探究尺寸效应对材料高压物性的影响规律有助于开发具有新颖或者改良特性的新材料。采用金刚石对顶砧结合同步辐射X射线衍射技术,研究了平均晶粒尺寸分别为30和65 nm的多晶钨粉在高压下的静态压缩行为。通过分析每个压力点下X射线衍射图谱的峰位和半高宽等,得到了纳米金属钨在高压下的晶胞体积、晶粒尺寸和微观应变等。通过拟合三阶Birch-Murnaghan方程,得到了30和65 nm钨的体弹模量,分别为257(7)GPa和343(8)GPa。结合前人的研究结果发现,当晶粒尺寸从微米降低至10 nm,钨的屈服强度逐渐增大,10 nm钨的屈服强度较微米晶样品的屈服强度提高了3.5倍;体弹模量呈现先增大后减小的趋势,30 nm钨的体弹模量较65 nm钨减小了25%。

用第一性原理研究Co_2Ti_(1-x)M_xAl(x=0,1/4;M=C,Zr)晶体的电子结构

用广义梯度近似密度泛函和全势能线性缀加平面波方法研究了晶体Co2Ti1-xMxA l(x=0,1/4;M=C,Zr)的电子结构.为了更好的了解杂质元素对晶体A lCo2Ti结构的影响,对杂质元素M(M=C,Zr)替代晶体A lCo2Ti中的Ti(1/2,1/2,1/2)位进行了对比研究.同时,对杂质元素M(M=C,Zr)对晶体A lCo2Ti的晶格常数、体弹模量和原子之间的化学键产生的作用进行了探讨.

高压下硫化钙的弹性和热力学性质的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法结合准谐德拜模型研究Na Cl结构的Ca S在高压下的弹性和热力学性质.计算得到的零温零压下的晶格常数、体弹模量与实验值符合得很好.弹性常数和弹性模量随着压强的增大而增大.压强对体弹模量和热膨胀系数的影响大于温度的影响.热容随压强的升高而降低,在高温下热容接近于Dulong-Petit极限.通过求解Gibbs自由能计算得到B1结构和B2结构Ca S的相变压为36.61 GPa.

元素Si和C对AlCo_2Ti晶体结构的理论研究

用广义梯度近似密度泛函和全势能线性缀加平面波方法研究了元素Si和C对AlCo2Ti晶体构的电子结构影响.,我们分别对杂质元素Si和C替代晶体AlCo2Ti中的Ti(1/2,1/2,1/2)位进行了对比研究.同时,对杂质元素Si和C对晶体AlCo2Ti的晶格常数、体弹模量和原子之间的化学键产生的作用进行了探讨.

Co_2Ti_(1-x)M_xA(lX=0,1/4;M=C,Si)晶体的电子结构的第一性原理研究(英文)

用广义梯度近似密度泛函和全势能线性缀加平面波方法研究了晶体Co2Ti1-xMxA(lX=0,1/4;M=C,Si)的电子结构.为了更好的了解杂质元素对晶体AlCo2Ti结构的影响,对杂质元素M(M=C,Si)替代晶体AlCo2Ti中的Ti(1/2,1/2,1/2)位进行了对比研究.同时,对杂质元素M(M=C,Si)对晶体AlCo2Ti的晶格常数、体弹模量和原子之间的化学键产生的作用进行了探讨.

硬水铝石在高温高压下的弹性性质研究

利用激光加温金刚石对顶砧装置(DAC)并结合基于平面波赝势方法的密度泛函理论研究了高温高压下硬水铝石的压缩特性和晶格参数.研究表明:温度为1 900 K时,在较低压力区域(13.5～18 GPa),a轴方向要比b和c轴方向更容易压缩,而在较高压力区域(18～27.87 GPa)3个轴的压缩性质趋于一致;硬水铝石在300 K,1 900 K及淬火后300 K条件下,等温体模量KT值分别为137.6 GPa,124.8 GPa和141.3 GPa;常压下且温度为300 K时,利用平面波赝势方法计算出的等温体模量KT值为139.3 GPa.

铝的等温状态方程

采用原位高压同步辐射X射线衍射技术,利用金刚石对顶砧(DAC)装置产生高压,选用高纯NaCl粉末作为传压介质与标压物质,在室温下、21.5GPa的压力范围内,测定了铝的等温状态方程。利用Murnaghan方程对实验结果进行了数值拟合,得到铝的零压体弹模量及其一级压力导数分别为B0=(77±2)GPa,B0′=4.8±0.3。该结果同相关文献资料报导的值在误差范围内符合得很好,略显得较大,这是由于传压介质NaCl的非静水压效应所致。在实验所达到的压力范围内,未发现明显的相变迹象。

Zn_2SnO_4纳米线高压下的相变研究

利用金刚石对顶压砧(DAC)对具有反尖晶石结构的透明导体氧化物Zn2SnO4(ZTO)纳米线进行了原位高压同步辐射角散X射线衍射(ADXRD)研究。结果发现:在压力为12.9GPa附近,晶体的对称性降低,并发生晶体结构相变,产生中间过渡相;当压力为32.7GPa时,发生高压相变,形成高压相。在样品加压前后,纳米线的形貌发生了很大的变化。通过Birch-Murnaghan方程,拟合得到B′0=4时的体弹模量B0=(168.6±9.7)GPa。

一种具有宽频效应的声学超构材料

通过周期性排布具有不同谐振频率的亥姆霍兹共振器,构建了一种宽频带负体弹模量的声学超构材料.首先基于局域共振理论和有效媒质理论,阐述了负有效体弹模量产生的机理并给出了理论表达式,然后利用有限元仿真得到了该超构材料的透反射系数,并用提取参数法计算了有效体弹模量.结果表明,设计的超构材料在673-1245 Hz的宽频范围内实现了负有效体弹模量.这种设计思路为构建宽频带负声学参数超构材料提供了一种新途径.

材料力学性能的微观模型(英文)

过去几十年里,人们一直努力在固体材料的宏观力学性能及其微观参数间建立起直接的关联。这篇综述文章介绍了我们在这方面取得的一些进展。以化学键键长、离子性、有效成键价电子数等原子尺度上的微观参数为基础,我们建立了固体材料的硬度、拉伸强度及体弹模量的微观模型。通过这些简单的模型,我们可以对材料的相关力学性能进行较为准确的评估。更为重要的是,这些模型可以帮助我们在微观尺度上认识控制材料力学性能的重要参数。结合现阶段的晶体设计方法,这些模型为搜寻新型超硬材料、高强度材料、低压缩材料提供了强有力的预估手段。

硼基超硬材料的研究进展

超硬材料的设计与合成是材料科学研究领域的热点之一。近年来,由于超硬材料设计理论的发展,促进了人们从实验和理论上寻找硬度接近甚至超过金刚石的材料。本文综述了近年来BN、B4C、BxN、BxO和BxCyNz等系列硼基超硬材料的研究现状,同时介绍了强不可压缩材料MxBy(M——过渡金属)作为可能的超硬材料的最新研究进展。

第一原理对铝的静态结构和相变的计算

在密度泛函理论(DFT)和广义梯度近似(GGA)下,用缀加平面波加局域轨道(APW+lo)方法对铝的晶格常数、体弹模量以及在静态高压下的固态相变进行了计算。计算得出面心立方晶格结构(fcc)向六角密堆积结构(hcp)和体心立方结构(bcc)的相变分别发生在220 GPa和330 GPa,hcp向体心结构bcc的相变发生在380 GPa。计算结果和实验数据以及其它理论计算符合较好。

亥姆霍兹共振器孔径长度对声学超构材料性能的影响

以亥姆霍兹共振器为结构单元构建声学超构材料,研究亥姆霍兹共振器开口孔径长度对声学超构材料的谐振频率、吸声性能及负体弹模量的影响.通过传递函数法得到声学超构材料的透射曲线;通过提取参数法得到声学超构材料的有效体弹模量.仿真计算结果表明,声学超构材料的谐振频率随开口孔径长度的增加而降低.通过改变HR的孔径长度,声学超构材料分别实现了中心频率为2 200Hz和1 660 Hz的深度吸声,并在相应频率附近实现了负有效体弹模量.

Cd_(1-x)Zn_xTe在高压下的电学性质、状态方程与相变

在金刚石压砧装置上 ,采用电阻和电容测量方法研究了Cd1-xZnxTe(x =0 .0 4 )在室温下、17GPa内的电阻、电容与压力的关系。实验结果表明 ,它在 3 1GPa左右和 5GPa左右发生了两次电子结构相变 ,而在 3 1GPa以上和 5 7GPa左右发生了两次晶体结构相变。同时 ,还在活塞 圆筒测量装置上研究了Cd1-xZnxTe(x =0 .0 4 )在室温下、4 5GPa内的p V关系。实验结果表明它在3 8GPa左右发生了相变。本工作还给出了它在相变前后的状态方程 ,以及它的Gr櫣ｎｅｉｓｅｎ参数γ0 、体弹模量B0 与B0 的压力导数B0 ′。

Heusler合金Mn_2NiAl物性的密度泛函理论研究

基于密度泛函理论架构下的第一性原理方法,对Hg_2CuTi型Mn_2NiAl的能量随四方变形的变化、晶格常数、磁矩、电子态密度、体弹模量等进行了计算.结果表明:i)在四方变形过程中,在c/a接近1及1.24附近各存在一个稳定的状态,分别对应于奥氏体态和马氏体态. ii)在奥氏体和马氏体两态下, Mn_2NiAl的总磁矩主要是由Mn原子提供, A、B晶位Mn原子的磁矩呈现为亚铁磁结构. iii)在奥氏体和马氏体两态下, Mn(A)或Mn(B)原子自旋向上和自旋向下的态密度形成较大的自旋劈裂,产生较大的磁矩.处于不同晶位的两个Mn原子之间的d-d直接交换作用较弱,维持了它们之间的反铁磁耦合,而处于同一晶位的Mn原子之间的铁磁耦合是由Al原子的s电子为媒介的间接交换作用来维持,此即为Mn2NiAl亚铁磁结构形成的机制. iv)Mn_2NiAl的抗压缩性比Ni_2MnGe, Ni_2MnGa和Ni_2MnB的均小.

TiN在高压下结构稳定性的研究(英文)

本实验利用金刚石压砧和同步辐射X衍射技术对TiN在高压下的行为进行了研究.通过实验获得的数据分析了TiN体积压缩曲线.结果表明:在0-45.4GPa的压力范围内,TiN样品的体积随着压强的增加曲线变化比较平滑,TiN没有发生相变.同时,通过三阶的Birch–Murnaghan状态方程,得出了TiN样品在相应的静水压下的体弹模量为B0=195±4.6GPa,一阶导数B′0固定为4.

小分子液体的高温布里渊散射研究

利用金刚石对顶砧技术,采用180°背向散射和60°前向对称散射两种几何配置,对水、氨、二水合氨和甲烷等含氢小分子液体进行了高温高压布里渊散射研究,计算了在室温(296K)和高温(410K)下的声速,比较了不同小分子液体中的声速及绝热体弹模量随压力的变化关系。在等温条件下,各体系中声速随着压力的增加逐渐增加;在相同温度下,甲烷液体的声速随着压力增加的速率明显高于水、氨及二水合氨液体;在相同的温度和压力条件下,水、氨及二水合氨液体的体弹模量明显高于甲烷液体的体弹模量,表明氢键的存在对于小分子液体弹性具有较大影响。二水合氨的体弹模量斜率在1.5GPa左右发生改变,表明液体结构可能发生了改变,并分析了氢键对该体系弹性性质的影响。研究有助于理解其他含氢小分子液体中压力和温度诱导的分子结构变化。