Ti,V,Co,Ni掺杂二维CrSi_(2)材料的电学、磁学及光学性质的第一性原理研究

二维磁性材料的研究是一大热点,其中单层CrSi_(2)表现出优良的磁性,有望应用于自旋电子学等领域,但金属性限制了其部分层面的应用与发展.采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法研究了不同元素(Ti,V,Co,Ni)、不同掺杂浓度(原子百分比为3.70%,7.41%,11.1%)对二维CrSi_(2)电子结构、磁学及光学性质的影响,期望改善二维CrSi_(2)材料的相关性质,也为开发基于二维CrSi_(2)的电子器件提供有效的理论基础.研究表明:二维CrSi_(2)在远红外以及紫外范围内的吸收系数与反射系数都很强,表现出优异的光学性质.在原子百分比为3.70%的浓度下掺杂Ti,V,Ni后,成功打开了二维CrSi_(2)的带隙,导致其分别向间接半导体、稀磁半导体和半金属铁磁体转变,同时,掺杂能对单分子层CrSi_(2)的磁性进行有效的调控.掺杂后的二维CrSi_(2)拥有良好的光学性质,多数掺杂体系的光学性质峰值增大并发生蓝移,但在原子百分比为11.1%的掺杂浓度下,吸收峰红移.二维CrSi_(2)有望成为高稳定性的新型自旋电子器件的制备材料.

Sc、Ce掺杂CrSi_(2)的电子结构与光学性质的第一性原理

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法对Sc、Ce单掺和共掺后CrSi_(2)的几何结构、电子结构、复介电函数、吸收系数和光电导率进行了计算。结果表明:Sc、Ce掺杂CrSi_(2)的晶格常数增大,带隙变小。本征CrSi_(2)的带隙为0.386 eV,Sc、Ce单掺及共掺CrSi_(2)的禁带宽度分别减小至0.245 eV、0.232 eV、0.198 eV,费米能级均向低能区移动进入价带。由于Sc的3d态电子和Ce的4f态电子的影响,Sc、Ce掺杂的CrSi_(2)在导带下方出现了杂质能级。掺杂后的CrSi_(2)介电函数虚部第一介电峰峰值增加且向低能方向移动,说明Sc、Ce掺杂使得CrSi_(2)在低能区的光跃迁强度增强,Sc-Ce共掺时更明显。Sc、Ce掺杂的CrSi_(2)吸收边在低能方向发生红移,在能量大于21.6 eV特别是在位于31.3 eV的较高能量附近,本征CrSi_(2)几乎不吸收光子,Sc单掺和Sc-Ce共掺CrSi_(2)吸收光子的能力有所增强,并在E=31.3 eV附近形成了第二吸收峰。说明掺杂Sc、Ce改善了CrSi_(2)对红外和较高能区光子的吸收。在小于3.91 eV的低能区掺杂后的CrSi_(2)光电导率增加。在20.01 eV<E<34.21 eV时,本征CrSi_(2)光电导率为零,但Sc、Ce掺杂后的体系不为零,掺杂拓宽了CrSi_(2)的光响应范围。研究结果为CrSi_(2)基光电器件的应用与设计提供了理论依据。

煤油流量对NiCrBSi-CrSi_(2)涂层微观结构及高温磨损性能的影响

在12CrMoVG基体上通过超音速火焰喷涂(HVOF)技术,分别采用不同煤油流量制备了NiCrBSi-CrSi_(2)复合涂层。利用XRD、SEM、EDS、Raman、维氏显微硬度计、电子拉伸试验机和高温旋转式摩擦磨损试验机分别表征了不同煤油流量下涂层物相、组织结构、力学性能和高温摩擦磨损性能。结果表明:不同煤油流量涂层的物相组成基本相同,均有γ-Ni、Ni_(3)B、Cr_(2)B、CrSi_(2)和Cr_(5)Si_(3),但随着煤油流量的升高,涂层中的CrSi_(2)和Cr_(2)B的部分会分别转变为Cr_(5)Si_(3)和CrB相。涂层显微硬度和结合强度随着煤油流量的升高均呈现先增后减的趋势,孔隙率和磨损率表现出先减后增的趋势。当煤油流量为30 L/h时,粉末熔融效果最好,涂层的孔隙率最低为0.17%,显微硬度(HV0.3)最高达到5576.2 MPa,结合强度最高为59MPa,磨损率最低为2.84×10^(-14)m^(3)·(N·m)^(-1)。磨痕表面产生的Cr_(2)O_(3)、SiO_(2)和NiCr_(2)O_(4)等氧化物以及较高的涂层硬度使得30 L/h的涂层显示出最优的耐高温摩擦磨损性能。涂层的磨损机制以氧化磨损和黏着磨损为主。

大规格82B高碳钢盘条难酸洗原因研究

针对酒钢生产的大规格φ10.0~φ16.0 mm 82B盘条表面磷化膜在拉丝工艺中易脱落,氧化层中难酸洗的Fe_(3)O_(4)含量相对较高,拉拔困难的问题,选用酒钢和A钢厂生产的?12.5 mm规格82B盘条,用SEM观察盘条表面氧化层厚度和结构组成,用EDS分析氧化层各层元素的分布,用XRD检测氧化层物相的种类和比例。结果发现,酒钢生产的盘条表面粗糙度大,氧化层在盘条表面呈犬牙交替的结合方式;Fe_(3)O_(4)的质量分数较A钢厂盘条高39.1%,含CrSi_(2)层也较致密。为此,对生产工艺提出了优化措施,通过降低吐丝温度和提高冷速,来提高易酸洗相FeO的比例,减少在共析反应最激烈的450~550℃温度区间的停留时间,从而减少了难酸洗相Fe_(3)O_(4)的含量,改善了盘条的酸洗性能。