FLAPW方法研究δ-钚单层表面几何和电子结构

采用全势线性缀加平面波(FLAPW)方法,在广义梯度近似(GGA)下研究了单层δ-钚(100)和(111)面的几何和电子结构.结果表明,自旋-轨道耦合对平衡几何结构的影响强于自旋极化,与体相相比,表面晶格常数显著收缩,实验上可选择晶格常数相对较小的物质作为δ-钚薄膜的沉积基体.表面原子由于近邻原子数目的减少,5f电子波函数重叠几率的降低,更多地表现出局域化特征,(100)面5f电子的局域化程度强于(111)面.

纳米Mg-Ni合金吸/放氢过程的热力学性能研究

采用机械合金化法制备了Mg-Ni合金粉末,用XRD及SEM等手段分析表征了球磨过程中的相和微观结构变化,测定了纳米Mg-Ni合金吸/放氢过程的热力学性能。结果表明,Mg-Ni合金粉末的尺寸在10nm～20nm之间;P-C等温线存在明显的坪曲线,坪宽较长。纳米Mg-Ni合金有较好的储氢性能,具有很好的工程应用价值。

聚酰亚胺的抗β辐照性能研究

为了考察聚酰亚胺的抗β辐照性能,进行了聚酰亚胺的热重及在氚气氛中静态辐照1 a后的力学性能和红外光谱等分析。结果表明,在553℃前,聚酰亚胺的质量无明显变化,在600℃的分解气体主要为NH3;辐照1 a后,红外光谱峰的位置变化不大,但峰的强度发生了变化;力学性能变化不大;在氚辐照气氛中,氮含量略微增加。聚酰亚胺的抗β辐照性能较好,适宜作氚系统的密封材料。

氦在bcc和fcc过渡金属中稳定性的理论研究

采用基于密度泛函理论的从头算对bcc和fcc过渡金属中氦原子的稳定性进行了研究。计算结果表明,除了V和Nb外,不管是bcc还是fcc,氦都是在替换位置最稳定。对于间隙位置,在bcc过渡金属中,氦在四面体位置比八面体位置更稳定,而在fcc过渡金属中,间隙氦的稳定位置没有规律可循。对有磁性的bccFe和fccNi进行自旋和非自旋极化研究,发现金属的磁性对间隙氦的稳定位置没有直接的影响。

CO_2在Pd表面吸附的热力学

用密度泛函方法和相对论有效原子实势,分别对PdCO2,PdCO和PdH的基态几何构型进行优化,得到PdCO2分子基态为Cs构型,Pd与CO2分子在同一平面,键长PdC为0.203 0 nm,CO为0.118 3 nm,CO′为0.121 0 nm,键角∠OCO′为154.215°,电子状态为1A′;PdCO分子基态电子状态为1∑+,键长PdC为0.183 4 nm,CO为0.114 0 nm,键角∠PdCO为180°;PdH分子基态为2∑,键长PdH为0.152 6 nm。根据电子-振动近似理论计算了不同温度下金属Pd与CO2,CO及H2分子反应的生成热力学函数,导出了反应平衡压力随温度的变化关系。分析认为杂质CO2气体引起Pd合金膜中毒可能是由于CO2分子吸附在Pd膜表面,形成Pd的CO2化合物后,再自发分解为PdO和CO,而使Pd表面出现O和CO中毒所致。

铀表面铝镀层热应力的有限元分析

对铀表面磁控溅射沉积铝镀层的热应力进行了热弹塑性有限元分析。结果表明：镀层内的热应力较大,达到铝的屈服强度,镀层界面两侧存在明显应力梯度,试样侧边存在由于边缘效应引起的应力分布不均匀性,至侧边约4倍镀层厚度处,应力分布不均匀性逐渐消失；沉积温度升高,界面塑性应变明显增大,镀层弹性模量和泊松比对镀层界面热应力和塑性应变的影响较小,而屈服强度的影响较大,减薄镀层厚度有利于改善镀层界面的热应力和塑性应变。

钨基合金激光立体成形的组织及性能研究

为了制备高性能、大尺寸钨合金零件,利用激光立体成形技术进行了前期探究实验,在大气环境下制备多种配比的W-Ni-Fe高比重合金力学拉伸试验件,通过测试抗拉强度、硬度,结合组织结构和成分配比的探究分析,发现其成形性及力学性能与传统的粉末冶金烧结工艺之间还存在着一定的差距。抗拉强度在W原子数分数为0.6时达到最大值717.5MPa,之后随着W原子数分数的增大反而明显减小,当W原子数分数在0.8以上时,强度已低于400MPa。样品存在孔洞和氧化现象,大量W未溶化,Ni和Fe元素越多,微观组织均匀性越好、成分偏析越小。结果表明,利用激光立体成形技术可对钨基合金堆积成形,但是实验工艺参量和实验环境仍需进一步改进。此研究可获得免受大气气氛影响和工艺参量限制的试样,为获得性能更好的高比重钨合金激光立体成形件提供了帮助。

锆合金中的氢化物脱附行为研究进展

锆合金因具有强的耐腐蚀能力、低的热中子吸收截面等特点而被广泛应用于核反应堆中。经过六十多年的发展,锆合金已由第一代锆-1合金发展至第二代锆-2、锆-4合金以及第三代的N36、ZIRLO、M05等。氢化物析出是造成核级锆合金力学性能变差的主要原因,氢主要来自于金属锆和水发生的腐蚀反应,它通过扩散运动进入金属基体,并滞留在基体中。锆合金中氢化物的种类及性质一直以来备受研究者们的关注。目前发现的氢化物有四种,但由于ζ-ZrH 0.5(bct)、γ-ZrH(fct)两种氢化物为亚稳态,且ζ相氢化物存在时间极短,现阶段的实验设备或实验方法无法在如此短的时间尺度上对其进行观察,因此大量关于氢化物的研究均集中于δ-ZrH 1.4—1.7(fcc)、ε-ZrH 2(fct)这两种稳定相上。锆合金包壳或结构件的工作环境均为高温,高温下基体中的滞留氢将发生脱附。在停堆及其他条件下吸收的氢超过极限固溶度后将以氢化物的形式析出,造成晶格畸变,而在高温时氢脱附使晶格畸变消失。此循环过程中,材料内部将逐渐累积大量微缺陷,加速材料老化。大量研究者均采用纯ZrH 2粉末样品研究氢的脱附行为,但实际服役的锆合金中还含有大量合金元素,合金元素的存在会影响氢的滞留状态以及脱附行为。因此以纯ZrH 2粉末样品中氢脱附温度的实验数据作为依据来判断锆合金的适用条件并不严谨,需研究不同种类锆合金中不同氢化物的脱附温度。热脱附谱(TDS)技术是研究金属及合金中滞留氢及其同位素的有效方式之一,但采用TDS设备测定锆合金中氢的脱附行为存在一定的局限性。此外,锆合金表面普遍存在一层氧化层,其会影响氢的脱附行为,在脱附过程中当氢扩散至氧化层时,氧化层中的氧将捕获部分氢原子形成氢氧键,使脱附量减少,同时滞后氢的脱附,使脱附温度升高。因此,实验数据上的脱附温度升高并不意味着基体内的氢化物实际脱附温度升高,只是氢向外扩散的过程受到了氧化层的阻挡,使脱附谱向高温方向移动。本文总结了氢化锆脱附行为的研究进展,分别对氢化物的结构、氢的来源、氢滞留量、TDS设备局限性以及氢化物脱附行为进行了介绍,指出了当前研究的不足之处,并展望了未来研究的方向。

PEMFC电催化剂研究进展

介绍了质子交换膜燃料电池用电催化剂的研究进展。论述了Pt-Ru、Pt-Sn、Pt-W、Pt-Mo等阳极催化剂以及Pt-Fe、Pt-Co、Pt-Cr等阴极催化剂的制备方法、催化机理和性能;介绍了无铂大环螯合物和过渡金属复合氧化物等非铂系催化剂和碳纳米管等新型载体催化剂的研究进展,提出了PEMFC用催化剂的研究方向。

基于铀的激光氮化机理研究和数值模拟

针对工件铀的表面激光氮化工艺,考虑铀的固-液相变过程中各物理参数随温度的变化,结合计算流体软件FLUENT中流体体积函数(VOF)模型计算气-液相界面处的降膜解吸传质过程。进行了铀的瞬态激光氮化传热传质耦合数值仿真,仿真分析研究了不同工艺参数下瞬态温度场和流场的分布,同时获得渗氮量在铀表面和深度上的分布。分析结果表明,因激光局部加热引起的表面张力梯度导致的Marangoni对流对铀表面氮化过程中的传热和传质有很大的影响。其中渗氮量在不同工艺参数下的数值结果与试验结果相吻合,验证了数值模型的可行性,为激光氮化的理论分析和工艺指导提供了理论和方法。

基于表面增强拉曼光谱技术的金表面耐腐蚀性分析

金属表面耐腐蚀性能与其微观结构密切相关。以金为分析对象,采用不同粒径氧化铝抛光粉抛光处理金片表面,经扫描电镜和原子力显微镜观察,表明金片表面具备与实际工件类似的微观结构,在此基础上,研究金片表面微观划痕结构对表面增强拉曼散射(SERS)以及耐腐蚀性能的影响。以罗丹明B为探针分子,对不同特征尺寸的微观划痕进行SERS分析,获得了罗丹明B的SERS信号强度随划痕平均特征尺寸的变化规律。通过改变拉曼激发光偏振方向与划痕方向的夹角大小,发现SERS信号主要归因于激发光与划痕相互作用产生的横向表面等离激元。划痕平均特征尺寸在50nm附近时,横向表面等离激元最强,之后随着划痕平均特征尺寸增加,横向表面等离激元逐渐变弱。另一方面,对具有不同特征尺寸微观划痕的金片进行电化学极化测试,获得了各样品的自腐蚀电位,发现金片的自腐蚀电位随着划痕平均特征尺寸增大而降低。结果表明,当划痕平均特征尺寸大于50nm,金表面的SERS信号与自腐蚀电位间存在良好的线性对应关系,这为SERS技术用于工件耐蚀性分析提供了依据。通过在工件表面滴涂探针分子并使用便携式拉曼光谱仪测量有望可以对工件耐蚀性进行现场快速预判。

基于L-M算法的快中子爆炸物检测方法研究

比起传统的X射线探测方法,快中子对爆炸物的检测更加准确,因而备受各国研究者的重视。利用中子源的快中子共振连续谱,准确计算待测物体的核素比例以达到检测爆炸物的目的。采用蒙特卡罗程序(Monte Carlo N-Particle code,MCNP)结合中子飞行时间(Time of Flight,TOF)方法模拟了4种爆炸物的中子共振谱,通过伴随γ粒子法测量252Cf源TOF谱,并运用L-M(Levenberg-Marquardt)算法对各核素的相对比例进行拟合计算。考虑时间分辨、中子飞行距离、待测物体厚度以及统计涨落对计算结果的影响,提出了更准确的TOF谱测量方法。研究结果表明,在能量分辨率较好的条件下,L-M拟合算法能较为准确地计算爆炸物的核素比例,最大误差不超过10%;能量分辨变差,物体厚度增大都会造成计算误差增大;统计涨落的影响使得该方法对于中子计数有一定的要求,总计数达到106条件下的误差在可接受范围内。通过拟合快中子共振连续谱的方式能够获得物质的精确的核素比例以实现爆炸物的检测,但是要想将这种方法应用到现场测量中还需要进一步的研究。

氢气拉曼光谱压缩感知方法分析研究

气体监测与我们的生活息息相关,氢气作为一种理想的研究模型更是受到广泛关注。拉曼光谱作为一种气体分析手段,具有无损非接触等优点。气体拉曼光谱测量存在的一个主要问题是拉曼散射信号弱。在一些特定场景下,需要信号采集时间较短,因此获得的拉曼光谱信噪比低。压缩感知方法作为一种新发展起来的信号处理手段,不仅可以压缩采样,缩短采样时间,而且可以降噪,提高信噪比,以更好地实现原始信号的恢复和重建。该研究以氢气和氘气为测量对象,分别采用洛伦兹函数设计原子构建字典OMP(orthogonal matching pursuit)算法重构和傅里叶变换滤波后多个正交基构建正交基字典OMP重构两种压缩感知方法分析氢同位素气体的拉曼光谱。通过对仿真数据和实际测量数据的处理,比对了两种压缩感知分析与小波软阈值、小波硬阈值和SG(Sawitzky-Golay)滤波处理的谱峰强度效果以及信噪比和均方根误差,证明洛伦兹函数设计原子构建字典OMP算法重构可以用于氢气拉曼光谱降噪。

稀土Y对Mg-Zn-Mn镁合金显微组织和力学性能的影响(英文)

研究不同稀土Y含量对Mg-6Zn-1Mn合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:Y元素的添加对Mg-6Zn-1Mn合金的相结构、组织和力学性能有明显的影响。随着Y含量的增加,合金中的第二相依次从Mg7Zn3相、I相(Mg3YZn6)、I相+W相(Mg3Y2Zn3)到W相+X相(Mg12YZn)转变;热分析和组织观察证明合金相的稳定性趋势为X相>W相>I相>Mg7Zn3相;Mn元素主要以单质颗粒形式弥散分布在基体中;Y的添加能显著提升Mg-Zn-Mn合金的力学性能,其中含6.09%Y的挤压态合金具有最佳的力学性能,其抗拉强度和屈服强度分别达到389 MPa和345 MPa。合金强度的提升主要源于Y元素的晶粒细化、Mn颗粒的弥散强化和Mg-Zn-Y稀土相的引入。

基于WO_3-Pd复合膜的D型光纤光栅氢气传感器

采用磁控溅射方法在侧边抛磨的光纤光栅(D型光纤光栅)上溅射40 nm WO3-Pd复合薄膜,制作了D型光纤光栅氢气传感器.40 nm WO3-Pd复合薄膜是由5 nm的WO3、5 nm的WO3/Pd混合膜和30 nm的Pd薄膜组成.实验中,首先采用射频溅射技术向D型光纤光栅溅射5 nmWO3薄膜,再利用共溅射技术溅射5 nm WO3/Pd混合膜,最后用直流溅射技术溅射30 nm的Pd薄膜.SEM结果显示在多次通氢气后WO3-Pd薄膜仍然具有较好的表面形貌,这说明WO3-Pd复合薄膜具有较好的机械性能.实验结果表明:该氢气传感器具有较好的重复性,同镀有同样氢气敏感膜的普通FBG相比,D型光纤光栅的灵敏度提高了200%;在氢气体积浓度为6%时,D型光纤光栅传感器的波长变化为15pm.

高频脉冲电沉积改善Ni镀层的组织和性能

采用高频脉冲电沉积制备纳米Ni镀层,研究高频脉冲频率对纳米Ni镀层组织、腐蚀性能和摩擦性能的影响;室温下,在含50μg/g Cl-的氯化钾溶液中通过测试Ni镀层的极化曲线和电化学阻抗谱（EIS）研究其腐蚀性能。结果表明：在实验脉冲频率范围内（30~100 kHz）,提高脉冲频率,可使Ni镀层晶粒细化;电极过程的转移电阻从30 kHz时沉积Ni镀层的1.97×104Ω·cm2增大到100 kHz时的6.56×104Ω·cm2,自腐蚀电位从-551.41 mV正移到-420.28 mV,这表明高频沉积的Ni镀层晶粒更细小,致密性更高,因而耐蚀性更强。摩擦试验结果表明：摩擦因数由30 kHz时沉积Ni镀层的0.39降低到100 kHz时的0.25,说明高频沉积的Ni镀层具有更强的耐磨性;镀层晶粒细化、较高的致密性和硬度是耐磨性提高的主要原因。

VAR法钒合金的铸态组织特征

利用VAR(vacuum arc remelting of consumable electrode,真空自耗电极电弧重熔)法制备了V-4Cr-4Ti(ω/%,下同)钒合金,并采用XRD、OM、SEM和TEM对铸态组织结构进行了分析。结果表明:铸锭杂质C、N、O含量高,Ti、Cr都有一定的烧损,合金实测成分为V-3.7Cr-3.6Ti。铸锭内部含有许多的微小气孔。合金具有明显的3个晶区:激冷层的晶粒大小不均,平均晶粒尺寸500μm;等轴晶区晶粒大小分布也不均匀,但平均晶粒尺寸较激冷区的更大;柱状晶区晶粒明显拉长,长度可达2mm。固溶体晶格常数a=0.3021nm。合金为多相结构,第二相有两种类型:1)在晶内呈"盘状"形貌,其厚度100～150nm,其余两维尺寸达到1～2μm,在晶界处呈连续网状分布。该析出相是富Ti型的Ti-(CON);2)少量的粒径达1～2μm的"球形"析出相,推测也是Ti-(CON)。

粘结剂含量对热压TATB基PBX残余应力的影响

为了掌握粘结剂含量对高聚物粘结炸药(PBX)残余应力和宏观力学性能的影响规律,采用基于VKα靶的X射线衍射方法测试了F2314粘结剂含量为0~11%热压成型的TATB基PBX残余应力,采用巴西试验方法测试其宏观力学性能,并采用了TATB晶体-粘结剂包裹结构简化模型进行温度单一因素条件的残余应力数值模拟验证。实验结果表明:不含粘结剂的PBX,其残余应力为拉应力;随着PBX中粘结剂含量增加,残余应力逐渐减小,当粘结剂含量超过5%,其拉伸残余应力递减趋势增强;当粘结剂含量由7%增加到9%时,残余应力由拉应力转变为压应力;PBX力学强度随粘结剂含量增加而增强。残余应力模拟结果与实验结果具有相同变化趋势。

PuH_2分子激发态的外场效应

采用密度泛函（DFT）方法B3IYP／Gen，在Pu为SDD基组、H为6-311＋＋G＊＊基组水平上优化得到了分子轴方向不同电偶极场（-0．005～0．005a．u．）作用下，二氢化钚的基态电子状态、几何结构和分子总能量．在优化构型下用同样的基组采用含时密度泛函（TDDFT）方法（TD-B3LYP）研究了同样外电场条件下对二氢化钚的激发能、振子强度、自旋污染和Pu原子正电荷的影响．计算结果表明，分子几何构型与电场大小和方向呈现较强的依赖，H—Pu—H的角度线性减少，分子总能量线性减少；自旋污染随电场增加线性增加；Pu原子正电荷随电场增加而线性减小；激发能随电场强度增加而减小。且对电场方向的依赖呈现近似对称性，满足Grozema关系．电场对振子强度的影响比较复杂，但仍满足跃迁选择定则．

脉冲频率对电沉积CoFe合金镀层组织和磁性能的影响

用纯Co片做阳极,研究在纯Cu基体上采用高频（20~140 kHz）脉冲电流获得的CoFe合金薄膜组织和性能与频率的关系.EDS结果表明,镀层中Fe的原子分数随频率提高呈下降趋势.采用XRD分析CoFe合金的微观结构,发现提高频率,未知相的39.2°峰与bcc相的44.9°峰相对强度显著增加,结果使镀层晶粒细化,残余压应力减小,显微硬度下降.SEM和振动样品磁强计（VSM）结果进一步表明,提高脉冲频率可以增加沉积速率,使镀层变厚,饱和磁矩增加.