具有二重对称轴的弹性各向异性晶体的范性问题

本文首先说明晶体的弹性性质对其范性性质的重要作用,然后利用富氏变换方法推导出具有二重对称轴的晶体内由于集中作用力和位错所引起的应力分布。最后,利用本文中的公式讨论了Zn晶体的孪晶问题,指出孪晶的晶体可以使弹性能降低约35％左右。这就更进一步的证明了A.B.斯捷潘诺夫认为晶体的孪晶是由于弹性稳定性丧失的理论。     

Tb0.3Dy0.7Fe2单晶中巨磁致伸缩的逆效应

研究了Terfenol-D材料中巨磁致伸缩的逆效应,即磁机械效应.基于Stoner-Wohlfarth(SW)模型,考虑磁晶各向异性和应力各向异性能,依据自由能极小原理,获得了退磁态下Terfenol-D单晶中磁化强度方向和压应力的关系.采用数值方法求解了平衡条件下的非线性方程组.理论结果表明,Terfenol-D巨磁致伸缩单晶中的磁各向异性取决于磁晶各向异性和应力各向异性之间的竞争.在压应力的作用下,Terfenol-D单晶中的磁各向异性由立方向单轴转变.理论和实验结果的比较表明,存在一个临界压应力,使磁致伸缩效应达到极大值.该理论结果还解释了压应力使得Terfenol-D单晶材料难于磁化和磁致伸缩效应出现极大值的实验事实.理论计算不仅为研究这类问题提供了一个更准确的方法,而且其结果也有助于理解类似材料中的磁化过程. 关键词： Terfenol-D 磁机械效应 巨磁致伸缩效应 磁各向异性     

Tb0.3Dy0.7Fe2单晶中巨磁致伸缩的逆效应

研究了Terfenol-D材料中巨磁致伸缩的逆效应,即磁机械效应.基于Stoner-Wohlfarth(SW)模型,考虑磁晶各向异性和应力各向异性能,依据自由能极小原理,获得了退磁态下Terfenol-D单晶中磁化强度方向和压应力的关系.采用数值方法求解了平衡条件下的非线性方程组.理论结果表明,Terfenol-D巨磁致伸缩单晶中的磁各向异性取决于磁晶各向异性和应力各向异性之间的竞争.在压应力的作用下,Terfenol-D单晶中的磁各向异性由立方向单轴转变.理论和实验结果的比较表明,存在一个临界压应力,使磁致伸缩效应达到极大值.该理论结果还解释了压应力使得Terfenol-D单晶材料难于磁化和磁致伸缩效应出现极大值的实验事实.理论计算不仅为研究这类问题提供了一个更准确的方法,而且其结果也有助于理解类似材料中的磁化过程.     

纳米颗粒的表面效应和电极颗粒间挤压作用对锂离子电池电压迟滞的影响

硅作为锂离子电池电极材料之一,其应力效应尤为突出,进而将影响电池性能.本文建立了电化学反应-扩散-应力全耦合模型,并研究了恒压充放电条件下扩散诱导应力、表面效应和颗粒间挤压作用对电压迟滞的影响.结果发现,应力及其导致的电压迟滞程度与颗粒尺寸相关.在大颗粒(颗粒半径r 100 nm)中,扩散诱导应力是导致电势迟滞效应的主要因素,这将导致电池能量耗散.对于纳米级小颗粒(r 100 nm)而言,表面效应占据主导,表面效应虽然能缓解电压迟滞,同时却会使驱动电化学反应部分的过电势回线下移,造成锂化容量衰减.本文综合考虑了扩散诱导应力和表面效应,得出:半径为10 nm的颗粒将会使电极具备较好的综合性能.此外,对于硅电极而言,颗粒间挤压作用会使应力回线向压应力状态演化,进而导致锂化容量的衰减.计算结果表明,在电极设计中,对孔隙率设定下限值有助于提升电极性能.     

探究橡皮泥的弹性形变实验

教学过程中,通常用弹簧演示弹性形变和范性形变,用橡皮泥演示范性形变.而橡皮泥是否会有弹性形变过程,本文将利用激光器和平面镜等材料,采用放大法,对该问题进行了研究.结果发现在橡皮泥的弹性限度以内,也会发生弹性形变,超过它的弹性限度,它将发生范性形变.     

非线性滞弹性—一门新的学科领域

固体的力学性质包括弹性、范性和断裂，由于实际应用上的重要性，关于断裂的研究已经受到相当重视，但是范性形变是断裂过程的前奏，因此在解决固体材料破坏问题的整个环节中，必须研究范性形变的机制。另一方面，弹性形态是范性形变的先导，而目前作为阐明范性形变要制的基础的位错理论还不能与研究弹性形变的弹性理论衔接起来，所以需要重视从弹性到范性的过渡的研究。该文介绍的非线性滞弹性是关于这方面的一种初步尝试。     

Morse势函数和钼单晶临界切应力的温度依赖性

Ｍｏｒｓｅ势函数和钼单晶临界切应力的温度依赖性龙期威中国科学院金属研究所，中国科学院国际材料物理中心沈阳１１００１５位错中心原子相互作用对于它的结构及范性行为有很重要的作用［１］。几乎和国外同时，本文作者等与艹勾清泉教授合作开展了金属力学性质的原子...     

巴克好森效应及其应用

铁磁材料的巴克好森效应,按照测量方法可分为磁巴克好森效应和声巴克好森效应.效应的信号特征依赖于材料的微组织结构和应力状态.此效应可用于材料的研究和无损检测.与其他分析方法相比,该方法有一系列优点,是一个颇有发展前途的方法,已引起人们的关注. 一、巴克好森效应的研究     

铁磁板磁巴克豪森应力检测的解析模型

作为评估铁磁材料性能及应力状态的重要无损检测技术之一,磁巴克豪森噪声方法可实现对材料早期结构损伤及相关应力状态的定量评价,应用前景广阔.此方法能否准确评估材料内部损伤及应力状态,关键在于能否建立合理有效的检测信号与材料内部应力分布之间的关系.为此,本文以铁磁板为例,沿板厚度方向激发信号,根据磁巴克豪森信号传播过程中的强度衰减效应,建立了铁磁板表面磁巴克豪森信号与材料内部应力定量关系的解析模型.基于已有实验结果的研究证实,本文理论模型能准确反映不同检测频率下铁磁板内部均匀应力值差异对检测信号的影响.而且,对于铁磁板内存在应力分布的情形,采用本文解析模型,研究得到了板内应力分布、铁磁板厚度、磁导率和电阻率等主要参数对铁磁板表面检测信号的影响规律.本文理论模型不仅揭示了基于磁巴克豪森噪声方法的铁磁材料应力检测机理,同时也为发展磁巴克豪森无损检测技术提供了合理有效的理论依据.     

FeCuNbSiB非晶带材压应力阻抗研究

采用单辊法制备了宽4.5 mm、厚25μm的Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶带材,并进行热处理以消除带材的残余内应力,利用4294A型阻抗分析仪测试了非晶带材的应力阻抗效应.结果表明:当测试频率低于20 MHz时,FeCuNbSiB非晶带材的应力阻抗效应较弱,随着测试频率的升高,材料的应力阻抗效应出现了明显的增强;热处理后非晶带材的应力阻抗效应增强,且随着热处理温度的升高而增强.     

HgCdTe薄膜的输运特性及其应力调控

窄禁带直接带隙半导体材料碲镉汞(Hg1–xCdxTe)是一种在红外探测与自旋轨道耦合效应基础研究方面都具有重要应用意义的材料.本文对单晶生长的体材料Hg0.851Cd0.149Te进行阳极氧化以形成表面反型层,将样品粘贴在压电陶瓷上减薄后进行磁输运测试,在压电陶瓷未加电压时观察到了明显的SdH振荡效应.对填充因子与磁场倒数进行线性拟合,获得样品反型层二维电子气的载流子浓度为ns=1.25×10^16m^-2.在不同磁场下,利用压电陶瓷对样品进行应力调控,观测到具有不同特征的现象,分析应是样品中存在二维电子气与体材料两个导电通道.零磁场下体材料主导的电阻的变化应来源于应力导致的带隙的改变;而高场下产生类振荡现象的原因应为应力导致的二维电子气能级的分裂.     

强脉冲磁场冲击处理对铝基复合材料塑性的影响机制

铝基复合材料在加入颗粒相之后, 延伸率和塑性变形能力明显降低. 为改善其塑性变形能力, 通过对比强脉冲磁场冲击处理前后试样内部组织和残余应力的变化特征, 研究了磁致塑性效应对铝基复合材料塑性变形能力的影响机理. 结果表明: 当磁感应强度从2 T变化到4 T时, 铝基复合材料中位错密度显著增加, 4 T时的位错密度是未加磁场时的3.1倍; 3 T, 30个脉冲处理后的复合材料中残余应力值从未加磁场时的41 MPa减小为-1 MPa. 从原子尺度来看, 强磁场导致了磁致塑性效应, 从而引起了位错的运动, 并促进了位错的退钉扎和可移动位错数量的增加; 从材料内部整体结构变化来看, 磁场加速了材料内应力的释放速率, 降低了材料内部的残余应力, 从而改善了铝基复合材料的塑性变形能力.     

超高压处理对Bi0.8Pb0.2SrCaCu2Oy超导材料的影响

本文研究了超高压影响 Bi 系超导材料超导电性的方式和特点.我们认为,Bi 系材料的2212和2223相在高压切应力作用下发生了结构畸变,从而导致其电磁特性的剧烈变化.对切应力的稳定性随品格参数 C 的增加而减弱.高压处理后的超导样品,品粒有取向排列的趋势.     

基于力磁耦合效应的铁磁材料修正磁化模型

Jiles-Atherton (J-A)模型和Zheng Xiao-Jing-Liu Xing-En (Z-L)模型在分析应力对铁磁材料磁化的影响方面应用十分广泛.目前, J-A模型中的磁致伸缩应变与应力和磁化强度的关系式采用Jiles给出的经典拟合公式,该拟合公式中磁化强度的二次项和四次项系数与应力均为线性关系,不能准确描述铁磁材料磁致伸缩系数随应力、磁化强度的非线性变化规律; Z-L模型中磁致伸缩应变与应力和磁化强度的关系式采用了双曲正切函数tanh(x),更好地描述了铁磁材料磁致伸缩应变和磁化强度随应力的非线性变化规律,但Z-L模型却没有考虑Weiss分子场、钉扎效应的作用,且由于采用了基于弹性能的接近定理,只能描述弹性应力对磁化过程的影响.针对上述问题,本文结合Z-L模型中的非线性磁致伸缩应变关系式以及J-A模型中的磁滞理论,考虑弹性应力、塑性变形对模型参数的影响,建立了能够反映弹-塑性阶段应力与塑性变形对铁磁材料磁化曲线影响的修正磁化模型,分析了弹性拉、压应力及塑性拉、压变形对磁化曲线、矫顽力和剩余磁化强度的影响规律.通过与试验结果及原有模型的计算结果进行对比,发现修正模型能够更好地反映单次磁化、循环磁化过程中应力、塑性变形对磁化曲线的影响规律,理论预测结果与试验结果之间的相关系数均在0.98以上,可为分析力磁耦合效应对铁磁材料磁化影响规律提供更准确的理论模型.     

超导材料的应力效应

本文评述了超导材料在低温下的反常机械行为及应力对超导材料各种性能和超导磁体运行特性(退化和锻炼效应)的影响.同时提出了作者认为有待进一步研究的各种问题.     

Nd:YAG棒中的热光效应计算

激光通过工作物质时所产生的热透镜以及应力双折射两种效应是高功率二极管泵浦激光器(DPL)的设计和优化过程中必需考虑的因素.讨论了采用有限差分光束传播法计算热透镜效应及结合材料的弹光系数矩阵计算应力双折射效应的一般方法,并具体针对长6 cm、均匀泵浦的NdYAG棒,计算了这两种效应对光束的影响.结果表明,由于热透镜的聚焦效应,棒中心的光场振幅在通过棒后增大了6%,棒中心与边缘产生了20个波长的相位差;同时,应力引起的双折射造成了约30%的功率损失.     

混凝土材料凯塞效应与Felicity效应关系的实验研究

本文通过试验，证明了混凝土材料在往得加载过程中声发射过程凯塞效应和弗勒斯特效应的存在性。并对凯塞效应同弗勒斯特比的关系进行了详细研究。结果发现，混凝土材料在往复加载过程中其凯塞效应不仅具有应力上限，而且具有应力下降。     

含色散特异材料三明治结构的量子悬浮效应

在金属板与电介质材料板基底间插入色散特异材料板形成三明治结构,并对其Casimir作用力进行了研究.基于Casimir-Lifshitz理论,通过麦克斯韦应力张量计算了真空涨落的辐射压,并对三明治结构利用电磁模式传输矩阵方法进行了数值计算分析.计算结果表明,原本两板结构中存在的Casimir吸引力,在插入特异材料板后的三明治结构中将转变为斥力,从而使轻薄的金属板产生量子悬浮效应。讨论了特异材料板的色散电磁响应特性以及电介质板基底的影响,结果表明特异材料磁等离子频率越大、磁共振频率越小以及电介质板基底的介电常数越小时,三明治结构中获得的斥力越大.此外,板间距增加到一定范围时,三明治结构中将出现Casimir平衡回复力.特异材料填充因子越小、三明治结构中层距和层厚越大时,三明治结构间的回复力会出现在较长距的位置.三明治结构中的量子悬浮效应与平衡回复力可保证微纳米机械系统稳定性,展现出基于真空辐射压的应用前景.     

电晕充电的聚丙烯无纺布空气过滤膜的电荷储存及稳定性

讨论了用作空气过滤材料的聚丙烯（polypropylene，PP）无纺布驻极体的电荷储存能力及 其稳定性. 研究了温度和环境湿度对电荷稳定性的影响，并从材料形貌特征和能阱结构方面 分析了电荷储存对湿度敏感效应的结构根源. 指出热处理工艺（包括常温充电后老化和高温 充电）对电荷稳定性的明显改善. 结果说明PP无纺布驻极体在常温常湿时呈现出很好的电荷 储存寿命，脱阱电荷的输运规律受慢再俘获效应控制. 关键词： 聚丙烯无纺布 驻极体 电荷稳定性 湿度和温度     

新型的氧化物磁制冷工质与隧道磁电阻材料--2004年度国家自然科学二等奖获奖项目介绍

文章介绍了2004年度国家自然科学二等奖获奖成果[21].类钙钛矿型材料是一类物理内涵极其丰富的化合物,它是著名的高温超导材料、铁电材料、压电材料,又是庞磁电阻效应材料,目前又显示出具有大磁熵变效应与隧道磁电阻效应.文章作者系统地研究了锰钙钛矿磁性化合物的磁熵变与组成、微结构以及颗粒尺寸的关系,研究结果表明,磁性钙钛矿化合物具有显著的磁熵变,居里温度易调,并且化学稳定性佳,从而成为一类新型的磁制冷工质候选材料.此外,文章作者还研究了钙钛矿化合物纳米颗粒体系的磁电阻效应,发现除人们发现的居里温度附近的本征的庞磁电阻效应外,在很宽的低温区,存在与温度不甚敏感的隧道磁电阻效应.