Tix-Nb1-x合金结构及弹性性质的第一性原理研究(英文)

本文基于密度泛函理论的第一性原理计算方法详细地计算了高温高压下不同铌含量对Ti_x-Nb_(1-x)(x=0,0.25,0.5,0.75,1)二元合金的能量和结构的影响。结果表明,零温零压下不同铌含量下的三种稳定的合金组成结构分别为六角密堆结构Nb_(0.25)Ti_(0.75),体心立方结构Nb_(0.5)Ti_(0.5)和体心立方结构Nb_(0.75)Ti_(0.25),所得的稳定的合金结构晶格参数与相关的实验值和理论值符合的很好。这样,分别计算了在压强60GPa范围内的稳定的合金结构的弹性性质和弹性模量。

杂质对Gd_5(Si_xGe_(1-x))_4(x≈0.5)合金结构与磁熵变的影响

采用纯度分别为99.94%和99.2%的稀土金属Gd,配制了Gd5Si1.9Ge2.1和Gd5Si1.72Ge2.28两组合金,研究杂质对Gd5(SixGe1-x)4合金磁熵变的影响原因。粉末衍射结构分析表明,所研究的合金中都有Gd5Si2Ge2相,而采用低纯Gd配制的Gd5(SixGe1-x)4合金中还出现了明显的Gd5(Si,Ge)3相。磁性测量表明,杂质不改变合金中主相的居里温度,即没有改变合金中主相磁性原子的相互作用,但由于低温反铁磁性Gd5(Si,Ge)3相对室温Gd5Si2Ge2相的磁熵变没有贡献,导致Gd5(SixGe1-x)4合金在室温附近的磁熵变下降。

Mg_xZn_(1-x)O合金的相结构转变和光学性质

利用等离子辅助分子束外延(P-MBE)技术,在蓝宝石c-平面上外延生长了MgxZn1-xO(0≤x≤0·65)合金薄膜,其x值分别为0,0·11,0·28,0·44,0·51和0·65.X射线衍射测量表明,随着x增加到0·28,只在2θ为34·46～34·67°的位置观察到(002)衍射峰,表明样品为单一六角纤锌矿结构的MgZnO合金.当x值增加到0·44时,观察到了MgxZn1-xO的相分离.当x值增加到0·65时,MgZnO合金完成了从单一六角纤锌矿结构向立方向结构的转变.通过对样品的光致发光谱、吸收谱的测量,详细研究了上述样品的相结构转变对其光学性质的影响.

RF磁控溅射工艺对TiNi_(1-x)Cu_x合金薄膜组织形貌的影响

采用RF磁控溅射技术制备了TiNi(1-x)Cux合金薄膜,利用扫描电镜、电子能谱仪和XRD技术分析研究了RF磁控溅射工艺对TiNi(1-x)Cux合金薄膜组织形貌的影响规律.结果表明:在基片不加热的条件下溅射薄膜组织结构为非晶,并呈柱状形貌垂直于基片生长;经650～720℃,3 min退火处理后,薄膜均发生晶化转变;在他它条件相同的情况下,溅射功率和工作气压对薄膜组织形貌有很大影响;薄膜的柱状单胞直径、薄膜厚度和生长速度均随溅射功率的增长而增长,但当溅射功率一定时,工作气压增加使柱状单胞直径、薄膜厚度和薄膜的生长速率显著减小;RF磁控溅射过程中,沉积原子的活性及其沉积速率是影响薄膜组织形貌的主要原因.

Gd)4(Bi_xSb_(1-x))_3系列合金在低磁场下的磁热效应

用高频悬浮炉熔炼了Gd4(BixSb1-x)3系列合金,利用X光粉末衍射技术确定其结构。在1.3T的磁场下,利用自制的△Tad-T曲线测量仪直接测量了该系列合金的磁热效应。发现Gd4(BixSb1-x)3系列合金在低磁场下具有较大的磁热效应,通过改变Bi的含量,其居里温度在267K～332K温度之间增加,从而在一个较宽的温度范围内能获得较大的绝热温变。在对退火前后的样品进行△Tad-T测量后,发现其热稳定性很好。实验结果说明Gd4(BixSb1-x)3系列合金是一种性能良好的磁致冷材料。

部分有序(Al_xGa_(1-x))_(0.51)In_(0.49)P(x=0.29)合金的发光衰退过程

利用时间分辨光谱研究了 (AlxGa1-x) 0 51In0 4 9P合金的时间衰退过程 ,观察到载流子的转移过程和PL谱峰蓝移现象。这和变温发光谱中谱峰的Z 型依赖关系相吻合。这种现象明显表明了载流子的转移过程和子带的存在 ,证实了我们对超晶格带折叠效应的猜测。子带是由于有序结构的超晶格效应使导带的L带折叠到Γ带 ,载流子在时间衰退过程中从Γ带转移到L带。

单层MoS_(2(1-x))Se_(2x)合金材料中硒原子的晶界择优掺杂和富集

采用球差校正扫描透射电子显微镜(STEM)研究化学气相沉积法制备的二维MoS_(2(1-x))Se_(2x)合金材料中Se元素掺杂、取代的微观过程和机理。定量和统计STEM表征结果发现:Se原子晶界处富集显著,晶界处Se元素含量远高于晶畴内部。进一步研究表明晶界中掺杂取代Se原子的浓度和分布与晶界结构密切相关。主要与晶界处的局域畸变及其诱导的反应活性有关。该结果对于二维过渡金属硫族化物合金体系的可控合成及应用拓展具有重要意义。

Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金中Al3(Scx,Zr1-x)粒子的形成机制研究

用水冷铜模激冷铸造制备Al-5.8Mg-0.4Mn-0.25Sc-0.1Zr合金。用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和金相显微镜(OM)研究合金中Al3(Scx,M1-x)第二相粒子的存在形式和形成机制。结果表明:Al-5.8Mg-0.4Mn-0.25Sc-0.1Zr合金在急冷铸造条件下,合金中的Sc和Zr主要以固溶形式存在于α(Al)基体中,透射电镜和扫描电镜下很难观察到这些粒子存在。初生Al3(Scx,M1-x)粒子对铸态晶粒具有细化作用,晶粒尺寸可细化到10~20μm。铸态合金经550℃退火20 h后析出大量次生Al3(Scx,M1-x)粒子,这些粒子呈内部富Sc,外部富Zr的复合结构。该结构的形成一方面是由于Sc在铝合金基体中的原子扩散速率比Zr大;另一方面,通过形成这样的结构可降低界面能。

离子束辅助沉积入射角对FexCr1-x合金薄膜微结构及磁性的影响

运用离子束辅助沉积技术在不同的离子束入射角(0°,15°,30°,45°,60°,75°)下,制备了的FexCr1-x合金薄膜(x=50,67),并对其微结构和磁性进行了研究.在两组不同成分的薄膜中,均发现仅在入射角为45°时,垂直于膜面的方向上出现了(002)择优取向,且伴随着膜面的平面磁各向异性,而在其他角度的情况下,无择优取向及平面磁各向异性获得.根据择优取向的形成机制,斜入射的离子束在沉积过程中起到了混合及沟道效应的作用.

Tb0.5Dy0.5（Fe1-x）1.91（x=0～0.15）合金的温度性能研究

研究了Mn元素掺杂及热处理工艺对超磁致伸缩材料Tb0.5Dy0.5（Fe1-x）1.91（x=0～0.15）合金温度性能的影响，实验结果表明Mn掺杂对该材料居里温度影响较大，随Mn掺杂量的增加居里温度降低：在无预压应力时，Mn掺杂提高了合金的低温、低场磁致伸缩应变性能；热处理工艺对进一步提高磁致伸缩性能无明显作用。

SPS法制备的赝二元合金(Ga_2Te_3)_x-(Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3)_(1-x)(x=0～0.2)电学性能

采用放电等离子烧结(SPS)方法制备了赝二元合金(Ga2Te3)x-(Bi0.5Sb1.5Te3)1-x(x=0～0.2),并研究其电学性能。结果表明,在318K时(Ga2Te3)x-(Bi0.5Sb1.5Te3)1-x(x=0.1)合金的电导率为3.7×104Ω-1·m-1,是三元合金Bi0.5Sb1.5Te3的2倍,而Seebeck系数没有明显下降。从所测得的α和σ值可知,赝二元(Ga2Te3)x-(Bi0.5Sb1.5Te3)1-x(x=0.1)合金的功率因子最大,为2.1×10-3(W·K-2·m-1),是三元Bi0.5Sb1.5Te3合金的1.5倍。

镁含量对MmNi_(5-x)(CoAlMn)_x/Mg复合储氢合金吸氢性能的影响

借助扫描电镜、X- ray及吸氢性能测试装置研究了镁含量对机械合金化制备的 Mm Ni5- x ( Co Al Mn) x/Mg纳米晶复合储氢材料的性能的影响。结果表明 ,随着镁含量的增加 ,合金的活化性能表现出差 -好 -差的变化趋势。当镁含量达到50 wt%时 ,材料无法被活化。镁含量对吸氢量也有影响 ,具体表现为 ,随着镁含量的增加 ,材料的吸氢量增加。

相场法预测低铝合金Ni_(75)Al_xV_(25-x)的早期沉淀过程

采用微观相场模型,通过分析原子图像、有序相内序参数分布及有序相体积分数随时间的变化,在原子尺度对低Al浓度Ni75AlxV25-x合金的早期沉淀动力学进行了计算机预测.研究发现该合金沉淀过程中,析出D022结构的θ(Ni3V)相和L12 结构的γ’(Ni3Al)相,二者构成伪二元系;θ相先于γ’相析出,θ相的沉淀机制为等成分有序化+失稳分解,γ’相在θ相的相界处非经典形核,二者均先形成非化学计量比有序相,之后向化学计量比有序相转变;随Al浓度增加,θ相析出变慢,所占比例减少,而γ’相反之,析出越来越早且所占比例增加.

Gd_5(Si_xGe_(1-x))_4磁致冷材料的研究与发展

为了促进室温磁致冷技术的实用化,本文系统全面地介绍了室温磁致冷材料Gd5(SixGe1-x)4系金属间化合物近年来的发展概况,阐明了巨磁热效应与晶体结构、相变类型的关系,着重介绍了优化合金磁热性能的各种途径,最后针对合金实用化存在的问题提出了解决方法,并对其应用前景进行了展望．

Al3Sc/Al3(Scx,M1-x)相对裂纹萌生与扩展作用研究进展

介绍了含钪铝合金中Al 3Sc/Al 3(Sc x,M 1-x)第二相粒子对裂纹萌生与扩展作用研究进展.Al 3Sc/Al 3(Sc x,M 1-x)第二相粒子具有三种尺度,微米级、纳米级和亚微米级,粗大的Al 3Sc/Al 3(Sc x,M 1-x)粒子可以成为裂纹源,降低疲劳性能;纳米级的Al 3Sc/Al 3(Sc x,M 1-x)粒子通过提升合金强度,钉扎位错和亚晶界,从本质上降低裂纹萌生的几率,还可以通过改善其它粗大粒子的析出和分布来改善疲劳性能.在对疲劳裂纹扩展的作用上,Al3Sc/Al3(Sc x,M 1-x)第二相粒子总体上对疲劳性能的提升是有利的,可以降低裂纹扩展速率.同时还对裂纹扩展的计算方法进行了综述,认为计算方法是研究Al 3Sc/Al 3(Sc x,M 1-x)第二相粒子在裂纹萌生与扩展作用方面的一种行之有效的方法.

ε-(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)/ε-Ga_(2)O_(3)异质结电子输运性质研究

Ga_(2)O_(3)是一种新兴的宽带隙半导体,在电力和射频电子系统中具有潜在的应用前景。前期研究以β-Ga_(2)O_(3)为主,并且已经对β-(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)/Ga_(2)O_(3)异质结构中的二维电子气(2DEG)进行了理论计算,本文主要研究ε-(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)作为势垒层对ε-(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)/ε-Ga_(2)O_(3)异质结电子输运性质的影响,首先介绍了ε-(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)/ε-Ga_(2)O_(3)异质结的结构和性质,分析计算了由于ε-(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)/ε-Ga_(2)O_(3)异质结的自发极化和压电极化所产生的极化面电荷密度,以及极化对2DEG浓度产生的影响,接着分析了在不同Al摩尔组分下,ε-(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)势垒层厚度与合金无序散射、界面粗糙度散射和极性光学声子散射之间的关系。最后通过计算得出结论:界面粗糙度散射和极性光学声子散射对ε-(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)/ε-Ga_(2)O_(3)异质结的电子输运性质有重要影响,合金无序散射对异质结的输运性质影响较小;2DEG浓度、合金无序散射、界面粗糙度散射和极性光学声子散射的电子迁移率强弱由ε-(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)势垒层的厚度和Al摩尔组分共同决定。

Nb掺杂对微波制备TiCoSb Half-Heusler合金热电性能的提升

TiCoSb Half-Heusler合金固有的高导热性,以及传统制备方法制备周期长、成本高等缺点限制了其商业化应用。采用微波合成与急速热压烧结相结合的方法成功制备了低热导率的Ti_(1-x)Nb_(x)CoSb Half-Heusler合金,大大缩短了制备周期,同时提高了TiCoSb Half-Heusler合金的致密度。研究了Ti位Nb取代对Ti_(1-x)Nb_(x)CoSb Half-Heusler热电材料的相组成、成分分布及热电输运性能的影响。在功率因子增加和晶格热导率降低的共同作用下,Ti_(1-x)Nb_(x)CoSb样品的热电优值(ZT)得到显著优化。在725 K时,Ti 0.93 Nb 0.07 CoSb样品的最大ZT值为0.1,比相同工艺下制备的TiCoSb纯相样品高两个数量级。

层数变化对堆叠生长的MoS_(2(1-x))Se_(2x)电子结构的影响

二维过渡金属硫化物因其独特的光电特性在多功能光电器件方面具有广泛的应用前景.为了进一步拓展其在微纳光电子器件方面的应用范围,并提高器件性能,人们开展了通过合金手段改变端组分材料配比实现对二维半导体材料带隙调控的带隙工程以及调控生长条件改变材料形貌和结构的缺陷工程研究.本文利用光学、原子力和扫描电子显微镜等设备以及拉曼和光致发光光谱等手段对由化学气相沉积法生长出来的堆叠状MoS_(2(1-x))Se_(2x)合金的性质进行了研究.不同于大多数单层或少层MoS_(2(1-x))Se_(2x)合金的情况,堆叠生长的阶梯状MoS_(2(1-x))Se_(2x)合金材料在厚度从2.2 nm (约3层)一直增加到5.6 nm (约7层)时都显出了较强的发光特性,甚至在100 nm厚时,样品的发光谱线仍具有两个发光峰.两个激子发光峰分别来源于自旋轨道耦合造成的价带劈裂.随着厚度的增加,两个峰都逐渐红移,显示了合金掺杂时的能带弯曲效应.拉曼光谱给出了类MoS_2和类MoSe_2两套振动模.随着厚度的增加,拉曼峰位几乎不移动,但面内的两个振动模E_(2g(Mo-Se))和E_(2g(Mo-s))逐渐显现并增强.显然缺陷和应力是影响堆叠生长MoS_(2(1-x))Se_(2x)合金样品电子结构的主要因素,这为特殊功能器件的制备和可控缺陷工程的研究提供了有益的参考.

混合动力汽车用镁基储氢合金制备与性能研究

研究了成分配比和热处理温度对La_xMg_((1-x))Ni_(3.5)(x=0.70,0.85)储氢合金的储氢性能、物相组成和显微形貌的影响,分析了影响合金储氢性能的影响因素。结果表明,铸态和热处理态La_xMg_((1-x))Ni_(3.5)(x=0.70,0.85)储氢合金的主要物相都为LaNi_5、(LaMg)Ni_3和(LaMg)_2Ni_7;当热处理温度为850和950℃时,储氢合金中的物相组成没有发生显著变化,但LaNi_5和(LaMg)Ni_3相存在向(LaMg)_2Ni_7相不断转变的趋势;经过850、900和950℃热处理后,储氢合金的吸氢平台和放氢平台均高于铸态的;900℃热处理,储氢合金的放氢动力学和放氢容量达到最优值,并且放氢速度最快。

热轧Mg-5Sn-Si-0.9Sb镁合金的组织与性能

对Mg-5Sn-Si-0.9Sb镁合金进行了轧制温度370℃、压下量10%的多道次单向轧制,轧制后对合金进行了固溶+时效处理。研究了热轧和热处理后的Mg-5Sn-Si-0.9Sb镁合金的组织与性能。结果表明,轧制合金随道次增加析出第二相增多,尺寸减小,初生Mg_(2)Si相多边形尖角逐渐钝化、破碎为类似于球状的多边形。合金显微组织中发现Mg_(3)Sb_(2)相与Mg_(2)Si相存在依附生长的现象,成分中Sb抑制Mg_(2)Si相生长。经过轧制后形成新的含Sb-Mg_(2)(Si_(x)Sn_(1-x))相。经4道次轧制后,发生了完全动态再结晶,晶粒细化为15~20μm。铸态合金抗拉强度为106.1 MPa,断后伸长率为7.8%。经轧制和T6热处理后,材料性能显著提高,合金抗拉强度提高到213.8 MPa,断后伸长率提高到11.6%。