旋转磁场驱使强迫流对Sn-Bi合金微观结构的影响

以Sn-Bi合金为研究对象,分析了旋转磁场对凝固组织的影响.发现旋转磁场能够消除宏观偏析、碎断枝晶和细化凝固组织,加快了熔体流动和固-液界面溶质的扩散速度,使共晶组织的层片间距变小及形成区域差别.同时,随着磁场旋转频率的增大,合金的生长形态经历了从枝晶→等轴晶→球状晶→枝晶的转变.枝晶碎断、生长形态的改变以及共晶组织层片间距变化的主要原因在于,旋转磁场加快了熔体流动,造成熔体中溶质场和温度场在分布上趋于均匀化.同时,电导率的不同造成了初生相与液体的相对运动.宏观偏析的消除是由于初生相同时受到重力、浮力和Lorentz力的合力作用的结果.分析了旋转磁场对凝固组织改变的物理机制.

金属锶的声子谱及振动性质的研究

基于改进分析型嵌入原子法模型和晶格动力学理论,在谐和近似下重现了面心立方金属锶沿[00ζ]、[0ζζ]、[ζζζ]和[0ζ1]四个高对称方向上声子谱的实验结果,预测了沿[0.5 1-αα]、[0.5+α1-α0]、[0.5+α0.5+α0.5-2α]和[α1-αα]四个低对称方向上的声子谱,并讨论了不同对称方向上不同色散支的兼并特征和振动性质。结果发现:高对称方向上声子谱的计算结果与实验结果非常吻合,在低频附近二者完全一致。在[00ζ]和[ζζζ]两个高对称方向上,振动方向不同的两个声频横波模AT1和AT2兼并为一个声频横波模AT;在其它高对称方向上没有兼并现象,各个色散支的振动方向和振动模式不随波矢变化。

层状钙钛矿LaSr_2Mn_(2-x)Cu_xO_7的结构、磁性及电特性

利用固相反应烧结法制备了层状钙钛矿锰氧化物LaSr_2Mn_(2-x)Cu_xO_7多晶样品.通过X射线衍射仪、超导量子干涉仪、直流四探针法对其结构和磁性、电特性进行了研究.结果表明,样品均为Sr_3Ti_2O_7型单相多晶,属四方晶系,空间群为I4/mmm.10%Cu的替代,破坏了LaSr_2Mn_2O_7的电荷有序态,从而呈现出一种典型的自旋玻璃特性,在T=225K发生自旋冻结.电性测量表明,Cu的替代,破坏了LaSr_2Mn_2O_7的导电特性,使此材料在整个观察的温区呈现绝缘体特性,进一步影响了其输运性性.

高压下超导体FeSe电子结构的第一性原理研究

从头计算了高压下超导体FeSe体相的性质,参数设定和性质计算都基于密度泛函理论,交换相关能采用GGA,泛函形式为PBE,原子间相互作用的描述采用超软赝势。计算发现压力使FeSe4四面体发生畸变,Fe的3d轨道劈裂为t2g轨道和eg轨道,并且Fe的d轨道劈裂能在一定压力范围随压力增加而变大,其中t2g电子具有空穴的导电特征,eg电子为电子导电特征;在费米面附近Fe的3d电子的态密度与总能态密度几乎相等,说明物质的超导电性源于同一层之间的Fe2+的相互作用。

氟掺杂钛酸钡的电子结构和磁性的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,计算了F掺杂立方相BaTiO3的稳定性、电子结构和磁性。结果表明F掺杂BaTiO3体系结构稳定,掺杂体系的磁耦合作用与F原子间距密切相关。当F原子间距为0.6468nm时具有很强的铁磁耦合作用,其磁性机制可归结为未配对的Ti 3d电子自旋极化,且一个F原子替代产生1.0μB磁矩。当F原子间距为0.4933 nm时为反铁磁耦合,而间距大于0.7511 nm时为顺磁态。由于F掺杂立方相的BaTiO3可以获得比较好的铁磁性而且其稳定性很高,故有望在自旋电子器件方面发挥重要的作用。

磁控溅射法生长ZnO薄膜的结构和表面形貌特性

采用射频磁控溅射方法,在Si(111)和玻璃基片上制备ZnO薄膜。研究衬底温度和基片类型对薄膜结构、表面形貌的影响。结果显示,所有ZnO薄膜沿c轴择优生长,同种基片类型上生长的薄膜,随着衬底温度升高,(002)衍射峰强度和表面粗糙度增高;相同衬底温度下生长的ZnO薄膜,Si基片上制备的薄膜(002)衍射峰强度和表面粗糙度小于玻璃片上的。基片类型影响薄膜应力状态,玻璃片上制备的ZnO薄膜处于张应变状态,Si基片上的薄膜处于压应变状态;对于同种基片类型上生长的ZnO薄膜,衬底温度升高,应力减小。Si衬底上、300℃下沉积的薄膜颗粒尺寸分布呈正态。

氧分压对BiFeO_3薄膜能带结构和折射率的影响及其光学表征

采用射频磁控溅射在玻璃衬底上制备了BiFeO3薄膜,通过透射光谱和椭圆光谱研究了氧分压对BiFeO3薄膜能带结构及光学性能的影响。结果表明,BiFeO3薄膜在近红外区具有良好的透射性,透射率均在80%以上,其禁带宽度Eg=(2.79±0.03)eV。随着氧分压的增大,BiFeO3薄膜中氧缺陷及氧缺陷能级减少,导致透射率和禁带宽度均增大。同时发现,OJL色散模型与Cauchy色散模型的叠合能够对BiFeO3薄膜的椭圆光谱进行很好的描述。

强迫对流下各相场参数对枝晶生长的影响

基于耦合流场的相场模型,采用有限差分法,研究了各相场参数对纯金属凝固过程中的枝晶生长的影响。结果表明,对流作用下枝晶形貌发生了很大变化,上游枝晶的枝晶臂最长,下游枝晶臂最短,水平方向枝晶臂介于两者之间;过冷度越大,上游及水平方向侧枝越发达;各向异性系数越大,主枝晶枝晶臂越瘦长,二次枝晶间距越小;对流速度越大,上游枝晶生长越快。

正交钙钛矿YFeO3的磁性、介电性及磁介电效应研究

采用溶胶-凝胶法制备了YFeO3陶瓷粉末并研究了烧结温度对YFeO3结构的影响。XRD表明,当烧结温度达850℃以上,可形成具有正交钙钛矿结构的YFeO3。室温磁滞回线测量表明,YFeO3具有弱铁磁性,并在H=0kA/m处出现突变,这是由YFeO3的磁各向异性引起的。εr-T曲线和D-T曲线表明在40～300K之间YFeO3的介电常数随温度升高而增加,并表现出频率色散现象,同时YFeO3存在低温介电弛豫行为。当外加0.8T的磁场时,介电测量表明YFeO3具有磁介电效应,最大值可达35.11%。

旋转磁场作用下Pb-Sn合金的凝固组织

采用自行设计的旋转磁场,研究了在不同转速和不同磁感应强度下旋转磁场对Pb-45Sn亚共晶和Pb-64Sn过共晶合金凝固组织的影响,并与常规条件下的凝固组织进行对比。试验结果表明,对Pb-45Sn亚共晶,旋转磁场可以明显的碎断枝晶,细化晶粒;对Pb-64Sn过共晶,旋转磁场可以消除常规条件下的重力偏析,枝晶间的共晶组织被粗化,并有团状组织生成。试验发现,随着磁感应强度和转速的增大,Pb-45Sn亚共晶和Pb-64Sn过共晶凝固组织中等轴晶的数目均增多。

对流下二元合金等温凝固过程的相场模拟

采用耦合流场的相场模型,以Ni-Cu合金为对象模拟金属在等温状态下的枝晶生长,并研究对流速度对枝晶生长及溶质分布的影响。实验结果表明,对流作用下枝晶形貌发生很大变化,上游枝晶臂最长,下游枝晶臂最短,水平方向枝晶臂介于两者之间;对流速度越高,生长peclet数及上游枝晶尖端生长速率也越大,并且枝晶的二次分支也越发达。另外,此模型的计算结果与Oseen-Ivantsov理论符合较好。

对流作用下胞晶侧向生长实时观察

对透明模型合金的晶体生长过程进行实时观测,是研究晶体凝固过程的有效手段,对认识晶体组成结构形成机理及控制金属组织结构具有重要的意义.采用自行设计的定向晶体生长室和观察测量装置,在不同的晶体生长速度下,对丁二腈-5wt%乙醇透明模型合金定向凝固的界面生长形态进行了实时观测研究.实验发现,由于重力对流和微对流机制对晶体生长过程的影响,使得胞晶在生长过程中有明显顺流偏转现象.

Bi_(1-x)Ba_xFe_(1-y)Mn_yO_3陶瓷的磁性和介电性研究

溶胶-凝胶法制备了Bi1-xBaxFe1-yMnyO3陶瓷样品,研究掺杂对BiFeO3(BFO)的微观结构、磁性及介电性能的影响。XRD表明Bi1-xBaxFe1-yMnyO3为单相菱方钙钛矿结构,BiFeO3的磁滞回线表明其在室温具有反铁磁性(弱铁磁性),Ba和Mn掺杂后使体系由反铁磁性向铁磁性转变。BiFeO3和Bi0.9Ba0.1FeO3介电常数随温度变化曲线在200和230K下均出现转变点,但掺杂Mn时体系转变点消失。当外加磁场时,介电常数的测量表明Ba和Mn掺杂能够增大BFO的磁介电效应。

带电线性谐振子在非对易空间中的Wigner函数

在利用Wigner函数性质的基础上,考虑到空间变量的对易关系中包含了坐标-坐标的非对易性,得到了带电线性谐振子在非对易空间中的Wigner函数。

相场法模拟丁二腈枝晶生长研究

基于相场方法对纯物质的凝固,进行了二维数值模拟。以丁二腈(SCN)为例,展示了界面形貌的演化过程,研究了相场参数对枝晶界面形貌的影响。结果表明,随着各向异性值的增加,晶核由一圆核逐渐发展为发达的枝晶,当γ=1/15时与γ=0一样,晶核生长为一圆核;随着过冷度的增大,二次枝晶出现并长大,枝晶的稳态尖端速度呈递增趋势,且增加趋势明显加快;随着耦合系数的增大,枝晶稳态尖端速度呈递增趋势,且耦合系数越大,界面的稳定性越差。

实时观察法在金属凝固中的研究进展

介绍了用于研究凝固过程的实时观察法的发展情况,同时综述了目前用于实时观察法研究的合金类型和现有的实验仪器和装置,分类探讨了类金属合金实时观测现象与金属合金实验结果的吻合程度,和对实际凝固实验中无法克服的困难的解决情况,并对国内外的发展情况和存在问题进行了分析和讨论。

超声作用下模型合金的定向凝固行为

以模型合金丁二腈-5%乙醇为试验对象,研究了定向凝固过程中施加超声振动对固/液界面形貌动态演化过程的影响。结果表明,超声场可抑制定向凝固的速度,使界面形态钝化;超声施加与去除,致使界面凸起增多,晶粒细化;超声作用使熔体中产生气泡,气泡的增大、合并和崩溃引起形核增多,从而细化晶粒。

La_(0．9)Ce_(0．1)MnO_3薄膜的输运特性和光诱导效应

用脉冲激光沉积(PLD)法制备了钙钛矿锰氧化物La_(0.9)Ce_(0.1)MnO_3(LCEMO)单晶薄膜.X射线衍射分析表明,薄膜具有钙钛矿赝立方结构,且沿(100)方向择优生长;电阻-温度关系给出其存在金属-绝缘体相变和庞磁电阻(CMR)效应,相变温度(T_(MI))为213K;在0.1T的磁场下,其磁电阻峰值为38.5%,对应的温度为153K;其电阻在低温区满足R=R_0+R_1T^2+R_2T^(4.5),在高温区符合小极化子输运.薄膜在绿激光(532nm,40mW)作用下T_(MI)向低温方向移动;这主要是由于激光激励下体系的自旋发生了变化.且电阻与时间的变化曲线满足关系:R(t)=R_0+Aexp(—t/r),说明薄膜在激光作用下具有明显的与自旋相关的弛豫现象.

真空退火La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3薄膜的光诱导特性

用溶胶-凝胶(Sol-gel)法制备La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3(LSMO)靶材,用脉冲激光沉积(PLD)法在LaAlO_3(012)基片上沉积出厚度约为187 nm的LSMO薄膜,研究了真空退火对薄膜的输运和光诱导特性的影响.结果表明,薄膜的相变温度随着退火时间的增加而降低,薄膜的电阻率升高,在低温金属相光照使电阻率降低,在高温绝缘相光照则使电阻率升高.随着退火时间的增加,光电导(△p)先增大而后减小,在真空条件下退火40 min的薄膜光电导(△p)达到最大值为0.013Ωcm.根据双交换作用解释了薄膜光电导的变化规律.

Co掺杂ZnO的第一性原理计算

为了拓宽ZnO光电材料的应用前景,研究了ZnO薄膜的晶体电子结构、掺杂以及光学性质.采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了ZnO和Zn0.9Co0.1O的能带结构、电子结构和光学性质.计算结果表明:纤锌矿ZnO为直接带隙半导体,掺杂10%Co后ZnO能级发生劈裂,态密度向稳定的低能级移动,禁带宽度变窄,吸收谱红移,呈现铁磁性.