Ni对RPV模拟钢中富Cu原子团簇析出的影响

用原子探针层析技术和时效模拟方法,研究了不同N i含量并且提高了Cu含量的反应堆压力容器(RPV)用模拟钢中富Cu、富N i和富Mn原子团簇的形成。结果表明,提高钢中的N i含量会促使富Cu原子团簇的析出,富Cu原子团簇中含有N i和Mn。实验检测到富N i的原子团簇,团簇中含有Cu和Mn,富N i原子团簇可以作为富Cu原子团簇析出时的形核区。实验还检测到富Mn原子团簇,当Mn原子团簇中含有较高的N i时,它也可以成为富Cu原子团簇析出时成核的地方。由于钢中的合金元素N i在形成富N i原子团簇后会成为富Cu原子团簇析出时成核区,因而提高N i的含量将促进富Cu原子团簇的析出,这是合金元素N i会增加压力容器钢中子辐照脆化敏感性的本质原因。

反应堆压力容器模拟钢中富Cu原子团簇对材料力学性能的影响

采用淬火和时效处理方法诱发压力容器模拟钢中的微量杂质元素Cu以富铜原子团簇析出。力学性能试验结果表明,富铜原子团簇的出现导致压力容器模拟钢韧脆转变温度出现明显变化,而屈服强度和抗拉强度增长较小,塑性也只有较小程度下降。三维原子探针分析结果表明,富铜原子团簇的数密度为1023 m-3数量级,富铜原子团簇直径为1～3 nm。

低能单个Cu原子与Cu_(13)团簇沉积到Fe(001)表面的比较研究

本文利用分子动力学模拟方法对相同初始沉积条件下的单个Cu原子和Cu_(13)团簇与Fe(001)表面的相互作用分别进行了模拟研究,并将两者的模拟结果进行了比较分析.单个Cu原子和Cu_(13)团簇的初始入射能量范围均为1 e V/atom、3 e V/atom、5 e V/atom和10 e V/atom,初始入射角度均为0°、10°、30°和45°,衬底温度分别为100 K、300 K和800 K.对单个Cu原子和Cu_(13)团簇的原子动能、质心高度、迁移距离和最终沉积形貌进行了分析,对比研究了相同初始沉积条件下单个Cu原子和Cu_(13)团簇在沉积过程中和沉积效果上的具体差异.模拟结果表明:单个Cu原子和Cu_(13)团簇与Fe(001)表面的相互作用机制存在差异,Cu_(13)团簇表现出显著的集体效应.在特定沉积条件下,由于Cu_(13)团簇的集体效应,导致Cu_(13)团簇与Fe(001)表面的结合能力和在Fe(001)表面上的扩散能力均强于单个Cu原子.

以聚酰胺-胺树形分子为模板剂Cu原子簇的制备与表征

以4代端胺基的聚酰胺-胺（PAMAM）树形分子为模板剂,羟胺为还原剂,在空气中得到了分散性好、尺寸分布均匀（粒径为4-5 nm左右）、结构和性能稳定的Cu原子簇.同时,探讨了溶液的pH值对粒子的半径及分散状况的影响.

MoS_2体系的Cu原子吸附效应研究

本文基于第一性原理,利用Materials Studio软件中的castep模块,计算了Cu原子在单层和双层MoS_2晶体中的吸附效果以及对整个体系性能的影响。结果表明:对于层表面吸附和层间吸附的稳定性有所差异。对单层和双层的MoS_2表面吸附情况分析可知,TMo吸附位置最稳定,对于双层间吸附性,BMo吸附位置最稳定。

高负载Cu单原子纳米酶的制备和类酶活性研究

目的 单原子纳米酶(single-atom nanozyme,SAN)因其高原子利用率及丰富的类酶活性被广泛研究。但是目前大多数SAN活性位点负载量较低,限制了其进一步应用和发展。本研究旨在制备一种高原子负载量的SAN,并对其类酶活性进行系统研究,希望为高负载SAN的制备提供思路,并为SAN在更广泛领域的应用提供理论支持。方法 本研究通过原位锚定策略将金属盐前驱体锚定在氨基化石墨烯量子点框架中,在惰性气体保护下进行高温热解稳定Cu原子和载体之间的化学键,制备出负载量高达7.66%(质量百分比)的高负载Cu单原子纳米酶(high-loading Cu SAN)。此外,以3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)和氮蓝四唑(NBT)为显色剂,评估了high-loading Cu SAN的类过氧化物酶(POD)、类氧化物酶(OXD)及类超氧化物歧化酶(SOD)活性,并与传统金属有机框架锚定法制备的低负载Cu单原子纳米酶(low-loading Cu SAN)作比较。以过氧化氢(H_(2)O_(2))为催化底物,对比研究了高/低负载Cu SAN的类过氧化氢酶(CAT)活性。结果 研究表明,本文制备的高负载Cu SAN的类POD和SOD活性分别是低负载Cu SAN的3.4倍和8.88倍,且表现出类酶催化选择性。结论 本研究为高负载SAN的制备和活性研究提供了思路,为SAN在检测传感、疾病治疗以及环境保护等方面的应用奠定了基础。

核反应堆压力容器模拟钢中富Cu原子团簇的析出与嵌入原子势计算

利用原子探针层析技术(APT)和热处理时效方法,研究了合金元素Ni对核反应堆压力容器模拟钢中富Cu原子团簇析出的影响.实验结果表明,添加合金元素Ni(0.84wt%)的样品中析出富Cu原子团簇的数量密度高于不添加Ni的样品,富Cu原子团簇内以及团簇和基体界面处都有Ni元素的富集现象,这说明合金元素Ni会促使富Cu原子团簇的析出.从多体势的角度出发,利用嵌入原子势理论,基于纯金属元素Fe,Cu,Ni的多体势参数,建立了Fe-Cu二元和Fe-Cu-Ni三元体系的嵌入原子多体势.计算结果表明,当模拟合金中存在1at%Ni时有利于富Cu原子团簇的析出,这与实验结果相符.

Al-4.0Cu合金时效初期原子分布的计算机模拟

为了准确描述Al-4.0Cu合金时效初期Cu原子团簇的分布状态,采用了Monte Carlo方法建立模型,模拟了Al-4.0Cu合金时效初期Cu原子团簇的演变过程,得到了原子状态分布图.结果表明:Al-4.0Cu合金时效处理时,Cu原子有强烈丛聚的倾向;时效初期十几秒时,在{100}原子面上出现了较大的Cu原子簇;合金元素原子依靠空位扩散迁移,Cu原子的偏聚程度随空位浓度的增加而加剧.

含有氧杂质Cu单原子链的力学和电子特性

基于第一性原理计算研究了一维Cu线性原子链与氧原子和氧分子的相互作用,给出了包含氧杂质的原子链系统的力学和电子特性.氧原子和氧分子与原子链中的Cu原子间形成稳定的强化学键,所形成的Cu—O键具有离子键特性.在轴向应力拉伸过程中,包含氧杂质原子链的断裂一般发生在远离氧原子或氧分子的Cu—Cu键处,因此,合适的有氧环境会有助于形成稳定的Cu原子链.

Cu/In原子比及硫化温度对于CuInS_2薄膜性能影响

采用中频交流磁控溅射方法,在玻璃基底上沉积Cu-In预制膜,采用固态硫化法制备获得了CuInS2(CIS)吸收层薄膜。考察了预制膜Cu/In原子比及硫化温度对于CIS薄膜结构及禁带宽度影响。通过XRD及Raman光谱分析了薄膜结构,通过近红外透过曲线得出薄膜禁带宽度。结果表明,随着预制膜中Cu与In原子比(Cu/In)及硫化温度不断升高,薄膜CuAu(CA)相含量逐渐降低,黄铜矿(CH)相逐渐升高,薄膜结晶性逐渐改善。600℃以上硫化时薄膜中主要存在CH相CuInS2。薄膜禁带宽度随着预制膜中Cu/In原子比及硫化温度不断升高而升高,Cu/In原子比为1.05,硫化温度为500℃时薄膜禁带宽度可达1.40eV。

Cu单原子修饰对Fe(111)表面CO吸附性能及电子性质调变的第一性原理研究

采用密度泛函理论方法研究了Cu单原子修饰对Fe(111)表面CO吸附性能和电子性质的调变作用,其中,Cu单原子修饰研究了吸附和取代两种方式。结果表明,CO在Cu修饰的Fe(111)面吸附能力都会变弱,一是Cu原子自身提供的位点对CO的吸附较弱;二是Cu会使其附近的Fe对CO的吸附变弱。分析电子性质表明,Cu作用于Fe表面后,会导致Cu附近Fe原子部分电子向Cu原子转移,进而削弱了Fe与吸附分子间电子交互作用而改变Fe原子的吸附能力。故Cu原子改性Fe表面可以很好地调变CO的吸附、解离及后续反应催化活性,这为进一步探究Cu改性Fe表面的合成气催化反应机理提供了基础信息。

Cu/Sn原子比对溅射法制备的Cu2SnS3薄膜性能的影响

利用磁控溅射法在玻璃基片上沉积Sn/Cu叠层前驱体并将前驱体在H2S:N2气氛中硫化制备Cu2SnS3薄膜。制备出Cu/Sn原子比不同的薄膜样品,利用X射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描隧道显微镜、紫外-可见-近红外分光光度计、Hall测量系统等表征手段对薄膜进行性能表征。研究了Cu/Sn原子比对Cu2SnS3薄膜性能的影响。结果表明,制备的薄膜是(^-131)晶向择优生长的Cu2SnS3多晶薄膜,当Cu2SnS3薄膜的Cu/Sn原子比为1.91时,获得结晶性能优异、半导体性能满足太阳电池对吸收层要求的P型Cu2SnS3半导体薄膜,此薄膜在其光学吸收边具有较高的光吸收系数2.07×10^4 cm^-1、合适的载流子浓度6.6×10^18 cm^-3、较高的载流子迁移率5.1 cm^2 v^-1s^-1及较窄的禁带宽度0.97 eV。

脉冲负偏压对TiN-Cu复合膜结构与性能的影响

为了研究薄膜的生长过程对薄膜结构和性能的影响并促进该类薄膜的商业应用,利用电弧离子镀在不同脉冲负偏压下沉积了TiN-Cu复合膜,并对其表面形貌、晶体结构、能谱、硬度、结合强度和耐磨性进行研究.结果表明,在50~300 V范围内,随脉冲负偏压值增加,沉积薄膜中Cu原子分数逐渐减少;薄膜中最大的Cu原子分数低于Cu-Ti合金靶中Cu原子分数.沉积膜中TiN相存在明显的（111）晶面织构,并且脉冲负偏压值增大,薄膜的织构程度增加.脉冲负偏压值增加,沉积的TiN-Cu复合膜的硬度和耐磨性降低,但结合强度增加.沉积膜结构与性能的变化与脉冲偏压引起薄膜中Cu原子分数的变化有一定关系.

Cu,Li含量对新型超高强铝锂合金力学性能及微观组织的影响

利用力学性能测试和TEM分析测试手段,计算出铝锂合金Al-(3.6%~4.15%)Cu-(1.1%~1.4%)Li中非固溶Cu,Li原子摩尔分数总和及Cu/Li原子摩尔分数比,分析了强度和微观组织之间的影响机理.结果表明,合金中的主要时效强化相为大量T1相(Al2CuLi)和少量θ′相(Al2Cu),Li含量较高的合金可能析出的极少量δ′相(Al3Li).在上述成分范围内,随Cu含量或Li含量增加,合金强度提高,且Li含量的增加幅度不同,对合金强度的提高幅度存在明显的差异.非固溶Cu,Li原子摩尔分数总和及其比例共同作用,通过影响析出相总量、类型及各析出相分数决定合金强度.要获得铝锂合金的超高强度,在提高Cu,Li原子摩尔分数总和的同时,还要提高其比例.

热处理对ZL205A铝合金焊接接头组织与性能的影响

目的改善25mm厚ZL205A铝合金TIG堆焊接头的组织性能,提高接头的力学性能并明确接头的强化机制。方法通过光学显微镜、扫描电镜、万能拉伸试验机及硬度计等手段,系统研究了T5热处理前后焊接接头显微组织的演变规律及力学性能特征。结果在未经过T5热处理的焊接接头熔核区晶界处,存在大量呈网状分布的白色物质,经过T5热处理后晶界处的白色物质基本消失。热处理后熔核区晶粒间区分明显,晶界清晰可见,晶粒尺寸为25μm左右。晶界处的白色物质主要是Cu原子偏聚后生成的Al_(2)Cu化合物;热处理后,晶界处的Cu原子经过扩散溶解进入铝基体中,达到固溶强化和第二相强化的效果,使接头拉伸强度从196.8MPa升高为431MPa,接头显微硬度从80HV升高为150HV。热处理前后,接头断口处Al_(2)Cu化合物含量变化显著,在未经过热处理的焊接接头断口处,Al_(2)Cu化合物分布较多;而在经过热处理的接头断口处,Al_(2)Cu化合物仅零星出现。最终,接头的断裂类型呈现脆性和韧性混合的断裂方式。结论经过T5热处理后,ZL205A铝合金TIG堆焊接头组织特征得到改善,力学性能得到明显提升,拉伸性能提升了约119%,硬度提升了约87.5%。

基于TDLAS的电弧风洞流场Cu组分监测

电弧风洞是进行防热材料和防热结构考核与研究的必要设备,也是高超声速地面试验能力的重要组成部分,但电弧加热器的电极烧蚀会导致较为严重的流场污染,影响试验准确性。利用可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS),通过对20MW级片式电弧加热器内部流场中Cu原子809.25nm跃迁谱线进行实时测量,研究了电弧风洞流场中Cu污染情况和电极烧蚀情况。在获得Cu原子该谱线低能态数密度基础上,估算了运行功率分别在7.3、8.7、10.0和11.7MW时流场中Cu组分(原子态和离子态)总数密度平均为10.6×10^13、11.2×10^13、11.7×10^13和16.4×10^13 cm^-3,同时得到平均电极烧蚀率约为1.65×10^-5 g/C。试验还发现,TDLAS信号在高温流场建立阶段起伏变化明显,并且在功率跃变时也会出现突然增强而后迅速回落的现象,表明电弧抖动会使电极烧蚀严重加剧。

APT和萃取复型研究压力容器模拟钢中富Cu团簇的析出

用原子探针层析技术(APT)和萃取复型方法研究了核反应堆压力容器模拟钢中富Cu原子团簇的析出.提高了Cu含量的压力容器模拟钢经过880℃水淬,再经过660℃/10 h调质处理,随后在370℃进行不同时间的时效处理,利用APT对时效4500 h的样品分析结果显示,样品中富Cu原子团簇的数量密度达到3.1×10^(23)m^(-3).富Cu团簇大小在1—5 nm范围内时,随着团簇长大含Cu量也迅速增加.Ni和Mn除了在Cu团簇中发生偏聚外,还会在团簇的周围发生富集.用4%硝酸酒精溶液作腐蚀液可以将小至5 nm的富Cu团簇从α-Fe中萃取出来,HRTEM和EDS分析显示,富Cu团簇中存在孪晶结构,虽然大多数团簇是含Cu 10%-80%(原子分数)的Cu-Fe(Ni,Mn)合金,但都是9R或fcc结构的均匀固溶体.

Fe-Cu合金热老化的巴克豪森噪声研究

对Fe-1.0wt%Cu合金进行550℃不同时间的时效处理。采用巴克豪森噪声信号(MBN)检测,透射电镜(TEM)和显微维氏硬度测试等方法研究了MBN信号与微观组织和力学性能之间的关系。结果表明:MBN信号对富Cu原子团簇非常敏感,随着时效时间的延长,MBN信号先快速降低,并于2 h处取得极小值,随后又缓慢增加。上述变化主要归因于富Cu原子团簇以及内应力场对材料磁畴壁运动的阻碍作用。维氏硬度测试显示Fe-1.0wt%Cu合金时效过程存在显著的硬化和软化两阶段,且硬度值与MBN信号倒数呈相似的变化规律。通过线性拟合可得到MBN信号与维氏硬度之间的线性关系式。同时也验证了MBN检测技术用于富Cu原子团簇引起的材料老化检测的可能性。