非晶材料与物理近期研究进展

由于结合了金属和玻璃的特性,非晶合金表现出许多新奇和优异的力学和物理性质,在很多领域具有广泛的应用前景.非晶合金具有连续可调的成分、简单无序的原子结构、丰富多变的材料性质,为研究非晶态物理中的许多共性科学问题提供了理想的模型材料.块体非晶合金的发展更是将玻璃和液体及其相关科学问题的研究推进到凝聚态物理和材料科学的研究前沿.中国科学院物理研究所极端条件物理重点实验室亚稳材料合成、结构及性能研究组(EX4组)近二十年来一直致力于非晶材料和物理的研究,在新型非晶合金的制备、物性以及相关机理的研究上取得了许多重要成果.本文介绍团队最近在非晶材料和物理机理方面取得的研究成果,包括非晶合金的动力学行为和调控、非晶合金的表面动力学、功能应用以及材料探索新方法等.     

非晶态合金与氢相互作用的研究进展

非晶态合金在力学性能、耐磨耐蚀性、磁性等方面比传统晶态合金具有显著优势,是一类有优良应用前景的新型结构与功能材料.非晶态合金与氢相互作用可以产生很多有趣的物理化学现象和应用.本文从物理基础和材料应用两个方面评述非晶态合金和氢相互作用的研究进展,在物理基础研究方面,从氢在非晶态合金中的存在状态出发,讨论氢在非晶态合金中的溶解、分布、占位和扩散等相关物理问题,进而分析氢对非晶态合金的热稳定性、磁性、内耗、氢脆等的影响.在材料应用研究方面,对非晶态储氢合金、非晶态合金氢功能膜、吸氢改善非晶态合金的塑性和玻璃形成能力、氢致非晶化、利用非晶态合金制备纳米储氢材料等方面的研究进展进行评述.最后总结并展望有关非晶态合金与氢相互作用的研究和应用.     

非晶态磁性理论综述

研究非晶态磁性理论是近几年才真正开始的.随着对非晶态磁性材料的研究日益深入,应用前景越来越明显,提出了从理论上阐明非晶态材料中磁相互作用和磁性现象特点的要求.更广泛地从整个固体物理的发展上看,从过去对晶体的研究,到对非晶态材料的各种物理性质,如半导性、超导性、磁性等的研究,是固体物理发展的重要方面.过去的固体理论中,晶体的点阵结构可以说是一个很重要的基础.然而现在的实验和理论都表明,对于许多物理性质,这种结构都不是决定性的条件,例如非晶态材料中同样可以形成能带结构,出现超导性、铁磁性或反铁磁性.因此,研究非晶态…     

非晶物质中的临界现象

非晶态材料有着复杂的原子结构(短程有序、长程无序)和特殊的物理性质,其临界现象和相变问题一直受到学术界关注.非晶合金,又称为金属玻璃,是一种新型的非晶态材料,具有很高的强度和优异的弹性.从微观的角度来看,非晶合金可以看作是一个多粒子系统.临界现象的研究对认识和理解多粒子系统之间的相互作用有深刻的意义.本文主要讨论非晶合金中的临界现象,包括非晶合金从制备过程、微观结构到宏观的力学性能以及磁性方面存在的临界现象,并分析这些临界现象之间的内在联系,进而深入理解非晶合金的微观结构对其宏观性质的影响.这为认识非晶合金的形成本质,提高服役可靠性,探索具有实际应用价值的非晶合金提供理论依据.     

非晶态金属的结构模型

非晶态金属与合金具有许多有别于晶体的优异性能和效应.非晶态合金的性能,它的形成条件、稳定性以及结构相变等无不涉及它的微观结构.因此非晶态结构的研究是非晶态物理中的重要课题,在晶态固体的研究中,通常用X光、电子、中子衍射分析来获得原子排列的知识,这些都是基于晶体的结构的周期性.非晶态固体中的原子排列没有这种规则的周期性,因而通常的结构分析方法不易确定原子的组态.衍射分析所提供的只是原子的平均环境的知识,这种平均环境可以用所谓径向分布函数[RDF(r)]来描述.由实验得到的RDF(r)反映了非晶态固体的原子排列具有某种短…     

对非晶态合金结构与成分的一点探讨

在通常的工艺条件下(冷却速度约 106℃/s),人们已从实验上制备出若干非晶态合金系列,并对形成非晶态合金成分范围作了分类[1]:对过渡金属与类金属,溶质原子成分在15-25 at %较容易形成非晶态合金;对金属与金属,溶质原子成分在25—50at%亦较容易形成非晶态合金;但溶质原子成分低于 15at% 或高于50at%,形成非晶态合金较难. 本工作是在Polk和 Bennett[2,3] 等人工作的基础上,提出一种新的结构模型──菱面体单元模型,认为非晶态的结构是以菱面体单元无规堆积而成的结构.本文由菱面体单元模型计算出的合金成分与实验获得的合金成分相吻合,并解…     

离子注入法制备非晶态合金

一、前 言 非晶态金属具有特异的结构[1]和性能[2],当前已引起材料科学技术工作者的广泛兴趣.非晶态金属的形成和稳定性的研究是凝聚态物理学的一个重要方面.至今制备非晶金属的方法有气相沉积法(冷却速率1015K/sec),液态急冷法(冷却速率10～6-10～9K/sec)和激光上釉法(冷却速率 109K/sec).这些方法的一个共同特点是将特定成分的气相或液相的金属合金急速的冷却,使原气相或液相物质的杂乱无章的原子排列还未来得及有序化成晶体状态之前就凝成固相,从而呈现为非晶态. 随着物理学的进展,最近的试验研究表明,用离子注入的方法也可以制成非晶…     

金属物理的实验技术

什么叫做金属物理学?它的研究对象是些什么? 金属物理学是近代物理学中的一个重要方面,它的研究对象是金属和合金的各种物理性质,包括金属和合金的晶体结构,弹性及范性形变,相转变,扩散,沉淀,脱溶,回复及再结晶等现象,还有其它物理性质如金属及合金     

非晶态物理与软磁材料的产业化

由于非晶态材料具有独特的结构和优异的性能,其发现和发展对相关传统材料及其应用领域产生了巨大的冲击和深远的影响.从1960年首次发现非晶合金至今已有40余年,基础研究和应用开发均取得长足进展,特别是作为软磁材料的非晶合金带材已经实现了产业化,并获得了广泛应用.文章综述了非晶态物理方面的一些基本问题,以及非晶软磁合金的发展历程和产业化现状.     

第五届全国非晶态材料和物理学术讨论会简讯

由中国物理学会非晶态专业委员会主办的第五届全国非晶态材料和物理学术讨论会于1988年10月11日至15日在四川省成都市召开.来自科研单位、大专院校、生产厂家和管理部门等的56个单位的169名代表参加了会议.大会共接收了学术论文196篇. 本次会议分为非晶态半导体和非晶态金属两个大组,分别就非晶态半导体材料的制备和结构,非晶硅及其合金的物性,非晶硅太阳能电池及器件,硫系半导体和半导体多层膜,非晶态金属合金的制备、应用和性能以及非晶态金属合金的结构、结构弛豫和晶化等内容组织了报告和讨论.从事非晶半导体研究的专家、捷克斯洛伐克科…     

金属高温弹性模量的測量問題

引言金属和合金的弹性模量是金属和合金中最重要的物理常数之一。根据胡克定律,金属与合金在弹性范围内,胁强(应力)与胁变(应变)成正比,并可以用下面关系式来表示: σ=Eε. (1) 式中σ——胁强;ε——胁变;E——弹性模量。弹性模量是表示材料物理力学的一个最重要特性之一,例如确定合金钢锻件和钢锭容许的加热速度,设计高温下工作仪器及零件,均要求知道材料的弹性模量。同时精确地进行测量高温时金属和合金的弹性模量的变化,可以用来研究金属和合金原子间的作用力关系、相变     

非晶态硒砷薄膜的光电导性

一、引 言 非晶态硒具有良好的光电导特性,已在静电复印和彩色电视摄象中得到广泛的应用[1-3].随着应用的发展,对其光电导性亦提出了更高的要求,目前多采用硒合金来改进其光电导性的[1,4,5]. 鉴于非晶态硒基材料的组份对其载流子传输特性具有很大影响,且直接影响其光电导性[1,4-8].本文针对非晶态硒基材料的应用,研究了硒砷薄膜中砷含量对其暗电阻率、光电导灵敏度、光谱灵敏度和光电流与光强关系的影响.实验结果表明,薄膜中砷含量对非晶态硒砷薄膜的光电导性具有重要影响. 二、原理和方法 光电导灵敏度的各种特性。是通过测定一定尺寸样品…     

非晶态磁性材料的优异特性

非晶态磁性材料(磁性玻璃),这个名词人们还是生疏的.因为人们经常使用的磁性材料虽然种类很多,可是微观结构都属于结晶态.其原子排列长程有序,具有一定的晶格结构及相应的对称性. 然而,能否将材料制备成原子“混乱”排列、不具有长程有序的结构呢?随着研究工作的深入,近年来“玻璃半导体”,“玻璃超导体”,“金属玻璃”等纷纷出现,磁性玻璃也是其中之一,这些材料都以优异的特性而具有魅力. 例如,含铬的非晶态金属材料,具有非凡的抗腐蚀能力.图1即为非晶态Fe70Cr10P13C7,合金与不锈钢置于同样的腐蚀条件下,腐蚀速度的对比. 非晶态合金还具…     

离子束混合制备非晶态合金薄膜

非晶态合金形成的理论、制备方法和应用,近年来受到人们广泛的重视.目前国内已有专著介绍[1],制备非晶态合金的常规方法是液态急冷法和沉积法.本文介绍的离子束方法(离子注入与离子束混合)则是近几年发展起来的一种颇具特点的新方法.用离子注入法获得非晶态合金,国内已有文章作     

非晶中结构遗传性及描述

非晶态物质广泛存在于人们的日常生活和工业生产活动中,但人们对其原子结构及其结构与性能关系的认识还远不如对晶体材料那样充分.非晶态物质的原子结构不具备空间平移对称性,这使得传统针对晶体材料的实验技术和手段无法直接有效地应用到非晶态物质的结构分析中.用常规的衍射实验数据分析方法并不能直接地观察到非晶态物质的本征结构特征,但这些实验衍射数据往往隐含有极其重要的微观结构信息.本文简要综述了这些衍射数据背后所隐含的与金属玻璃中程序相关的结构信息.研究发现,非晶态物质中的一类隐含序与晶体结构中的球周期序紧密相关,意味着非晶态物质与晶体材料之间在原子结构上存在着非凡的同源性.进一步的研究结果还表明,不同隐含拓扑序之间纠缠的强弱与体系本身的玻璃形成能力存在明显的对应关系,这为衡量金属合金玻璃形成能力强弱的经验规律——混乱原理提供了微观结构上的理解,同时为进一步深入认识和理解非晶态材料衍射数据所隐含的微观结构信息提供了新的分析思路和方法.     

液态金属和玻璃的若干研究进展

概述了液态金属和玻璃的的结构和性质研究的一些近期发展，如液态金属的原子间相互作用势和结构的普适性描述，二元液态合金的物理性质的计算和金属－－非金属转变的解释，以及玻璃的结构、熔化和弛豫的微观描述。     

合金非晶态结构的形成条件

非晶态合金又名“金属玻璃”,其结构类似于一般的玻璃,其原子的三维空间呈拓朴无序状的排列,它没有晶界,堆垛层错等缺陷存在,是一种非常均匀的组织.非晶态合金所表现出的优异性能(机械、物理和化学性能),已引人注目,它是近代极有发展前途的新型合金材料. 目前在制备非晶态合金的方法中,有溅射法、液态轧制法等多种,方法繁多,但按其基本原理归纳起来主要是液态淬火法,即将熔融的合金将其快速喷射到冷衬底上急冷.因此对液态淬火法形成非晶态的机理,是当代金属物理学上广泛研究的一项重要课题.有人[1]曾提出非晶态合金的形成和稳定性问题是决定…     

物理截断与电子局域函数结合法研究非晶态结构中的原子成键

本文将常用的键长物理截断方法与电子局域函数方法相结合,用于分析共价系统的非晶态结构,得到了更合理的原子成键信息,提高了非晶态结构模型分析的可靠性.以相变存储材料GeTe合金为例,通过采用上述方法详细研究了GeTe合金非晶态中原子间成键及结构信息,确定了其合理的成键物理截断长度为3.05?,电子局域函数阈值为0.63.研究结果显示,当电子局域函数的数值由0.58逐渐增大至0.63时,结构中所截断的化学键大部分是强度较弱的非同质键(即Ge—Te键),而强度较强的Ge—Ge键的数量几乎不变.对Ge原子配位数和其键角分布等结构信息的分析表明,Ge原子以3配位和4配位为主,其中3配位的Ge原子主要是以缺陷八面体形式存在,而4配位的Ge原子则主要以四面体的形式存在.此外,在本研究工作中所建立的确定成键物理截断长度及电子局域函数阈值的方法也可以应用于其他具有共价键性质的非晶态材料研究.     

非晶态物理讲座 第一讲 非晶态材料的结构

1960年 Pcl Duwez等用喷枪法获得非晶态Au-Si合金以来,金属玻璃的研究取得了显著的成绩.近几年来,非晶硅太阳能电池等方面取得的进展,引起了许多科学工作者对非晶态材料注意.本来自然界中就存在天然的非晶态材料,如火山熔岩冷却中形成的某些玻璃态物质.人类制造和使用氧化物玻璃已有悠久的历史.约四十年前,人们用真空蒸发、溅射、电解等方法也得到过某些金属的非晶态薄膜.塑料等材料问世后更大大增加了人们使用的非晶态材料的品种.可是从科学发展的过程看,以前人们对固态材料的研究主要集中在晶体,从理想晶体开始逐渐发展到对各种晶体缺陷…     

非晶态物理与软磁材料的产业化

由于非晶态材料具有独特的结构和优异的性能，其发现和发展对相关传统材料及其应用领域产生了巨大的冲击和深远的影响。从1960年首次发现非晶合金至今已有40余年，基础研究和应用开发均取得长足进展，特别是作为软磁材料的非晶合金带材已经实现了产业化，并获得了广泛应用。文章综述了非晶态物理方面的一些基本问题，以及非晶办磁合金的发展历史和产业化现状。