表面科学研究回顾与21世纪发展展望

表面与界面是材料物理、化学性质发生空间突变的二维区域,材料的许多重要物理、化学过程首先发生在表面,同时材料的很多破坏和失效也首先起源于表面和界面。因此,表面是材料与外部环境直接发生联系的窗口,从研究材料表面界面的各种物理化学过程入手最终可以达到改善材料性能的目的。过去１０年中,材料表面科学在促进材料科学基础研究、推动新材料新技术发展中发挥了关键作用。世纪之交乃至下一世纪,表面科学将面临新的挑战和机     

金属液体结构与性能研究的新进展

金属液体的结构演化与其性能的关联一直都是凝聚态物理和材料科学领域的研究热点。文章介绍了金属液体结构的研究方法,以及液—液相变、物性参数和易碎性指数与其结构之间的内在关联性等基础科学问题的最新研究进展。随着金属液体结构和性能研究的不断深入,特别是大量先进实验方法的引入,加深了人们对金属液体的认识,同时促进了新材料的开发和性能改善等。     

原子分子物理在材料科学中的应用

在现代社会中,材料、能源和信息被认为是现代文明的三大支柱,而其中材料又是一切技术发展的物质基础。材料的发展是由简单到复杂,由以经验为主到以理论知识为基础,材料的发展一直是人类进化的重要里程碑。 材料科学主要研究材料的成分、分子或原子结构,微观及宏观组织以及加工制造工艺和性能之间的关系,传统材料的发展依赖于经验的长期积累和不断的炒菜式的实践,理论指导不起太大的作用。而要使材料科学进一步发展必须定量化、微观化和现代化。著名物理学家理查德·费因曼在1959年曾说过:“如果有一天可以按人的意志安排一个个原子,将会产生怎么样的奇迹呢”?今天这个美好的设想已有可能成为现实。因为现代原子分子物理已经发展到能够在原子分子水平上合成和设计新材料,这项理论和技术的发展将会形成新的高科技领域。 原子、分子物理是研究原子和分子的结构、性质、相互作用和运动规律的学科,它阐明物理学基本定律,提供各种各样的原子分子信息和数据,是其他学科向微观深入发展的桥梁,并可为邻近学科提供理论与实验方法和有效数据,促进邻近学科的发展和边缘学科的形成。如原子分子团簇是当前原子分子和材料科学共同的研究前沿,它的研究可揭示从单个原子到凝聚态演变的规律,为材料设计和材料的改性提     

高分辨电子显微象

材料科学中的一个重要问题是了解材料的性能、结构与制备工艺之间的关系.衍射方法,特别是X射线衍射方法一直是观测物质结构的主要方法.然而衍射方法都是间接方法。无论是X射线衍射、中子衍射或电子衍射方法都只能给出平均结构,即只能给出试样中按被观察的全部晶胞而平均了的原子配置情形.虽然X射线形貌和电子衍射技术可用以研究晶体的缺陷,但仍是一种间接的观测手段,仍不能看到缺陷部分的原子配置情形.因此。人们早就希望能找到一种直接观测晶体结构和缺陷的方法. 高分辨电子显微学的发展使晶体结构和晶体缺陷的直接观测成为现实[1].自从1…     

锂离子电池电极材料原子尺度结构表征

材料显微结构与性能之间的关联是材料科学领域的基本问题。球差校正透射电子显微镜的成功问世为表征材料原子尺度精细结构、揭示材料结构和性能的关系提供了重要机遇。文章主要从作者自身的研究工作出发,综述了原子分辨球差校正扫描透射成像技术在研究锂离子电池电极材料不同电化学状态下的表/界面结构及其反应机理方面的应用,探讨了电极材料原子尺度结构与性能之间的内在联系。     

相图研究工作进展

相图是描述物质体系热力学相平衡关系的一种几何表达方式.历史上大多数的相图是通过实验测定而建立的.近二十年来,材料科学与工艺这门学科的形成和进步,相图做为材料体系信息的重要来源,起了很大作用;而材料科学与工艺的深入发展,亦对相图研究提出了进一步的要求;计算机技术又为相图研究提供了新的工具.近些年来,相图热力学计算方面的研究,发展很快,已初步形成一个相对独立的相图研究分支,在满足现代材料科学对相图研究的要求上,起了重要作用.目前,相图的理论研究、实验测定和计算机计算已形成相图现代研究的三种基本途径.本文意在向物理学…     

分形——它的应用与进展讲座：第二讲 分形与高聚物

分维与分形概念的问世,对许多领域都起着很大的影响.特别在材料学科方面影响尤其深远.在材料的表面性质、材料的形成机理、材料的结构性能等多方面的研究中,都使人有耳目一新的感觉.利用分形概念后,许多过去已了解的经验规律都可以从一种新的角度和新的观点去归纳,去综合.这大大地推动了材料学科研究的深化.这方面的文献数也正以指数规律在增长.法国科学家德热纳(P G.de Ge-nnes)将高聚物的形态结构变化与临界现象相联系,并利用标度理论计算了高聚物的各种临界指数.从而确认了高聚物是一个典型的分形.他的理论在物理学与化学学科之间架起…     

新材料发展趋势

 材料的进步直接影响生产力的变革．近几年来兴起的材料科学是现代技术的基础,是具有全局性的科学技术领域之一．日本的林雄二郎氏在《信息化社会》中无不感慨地说,“具有讽刺意味的是,大多数技术革新只是在出现划时代的新材料之后才萌芽．”世界各经济强国把材料发展提高到经济发展的战略高度．材料科学与工程正进入一个史无前例的智能挑战与高产时期．本世纪,材料科学出现了前所未有的繁荣,新材料的不断涌现为社会发展注入了强劲的活力,为科学技术的变革提供了坚实的基础,据专家预测,从目前到下世纪初,新材料的发展大体呈现如下特点和趋势：一：由于多种材料多科学的交叉、融合,使材料的复合化成为发展材料的一种重要手段.     

C60球状碳分子的发现与研究

C50(碳60)是近年来才发现的带有突破性的新材料，世界规模的研究发展极为迅速．C60以其独特的结构和性质，在化学、物理学、材料科学等许多领域都具有重要的研究和应用价值．     

金属玻璃研究简史

金属玻璃的发明和研究已经整整50年了.半个世纪以来,金属玻璃不但成为性能独特的新材料,同时也是研究材料科学和凝聚态物理中一些重要问题的模型体系.金属玻璃的研究已经成为凝聚态物理的一个重要分支.文章简要介绍了金属玻璃的研究历史以及最新的进展,并扼要介绍了这门学科的发展前景.     

X射线粉晶衍射在新功能材料探索中的一些应用

1912年发现的晶体X射线衍射现象标志着现代晶体学的诞生,对近代物理学乃至整个科学领域的发展都产生了极为深刻的影响。X射线粉晶衍射将结构分析拓展到多晶材料,成为物理学、化学和材料科学重要的研究手段。文章结合作者在硼酸盐及铁基超导体研究领域的典型工作,介绍了X射线粉晶衍射在新型功能材料探索中的一些应用。随着新方法和新技术的不断出现和完善,相信未来X射线粉晶衍射在新材料探索和其他应用领域将起到越来越重要的作用。     

类KBe_2BO_3F_2结构硼酸盐深紫外非线性光学材料的研究进展

利用非线性光学(NLO)晶体材料和变频技术,可以把波长范围有限的激光光源扩展到紫外、深紫外区,这已成为深紫外光源的热点研究方向.然而,目前限制深紫外全固态激光器发展和应用的关键问题是缺乏能够在该波段进行频率转换并且产业化应用的NLO晶体材料.因此,该领域的各国科学家都在积极探索并发展新一代的深紫外NLO晶体材料.目前仅有KBe_2BO_3F_2 (KBBF)晶体能够实现Nd:YAG的直接六倍频深紫外激光(波长为177.3 nm)输出.然而, KBBF晶体存在严重的层状生长习性,并且其原料氧化铍有剧毒,从而极大地制约了其商业化生产和应用进程.根据阴离子基团理论,以BO_3基团为基本结构单元形成的类[Be_2BO_3F]层状结构特征仍然是目前最有利于产生深紫外谐波的适宜结构之一,因此,基于KBBF层状结构进行分子工程设计,并开发类KBBF结构的硼酸盐可能是探索新材料的优选策略.本文通过回顾类KBBF结构硼酸盐深紫外NLO晶体的发展历程,系统梳理该类晶体材料层状结构特点、不同层间连接方式和光学性能,分析限制深紫外NLO晶体发展的主要因素,讨论目前发展类KBBF结构硼酸盐深紫外NLO晶体材料的主要矛盾和解决策略,以期对未来新材料的创新探索提供借鉴.     

中国科学院物理研究所磁学开放研究实验室简介

磁性材料与国民经济、国防建设密切相关,对工业化、电气化和信息技术的发展起着促进和开拓的作用.在加强磁性材料研究的同时,加强对物质基本磁性理论的研究,不仅深化了人们对物质本质的了解,而且促进了新材料的探索和推动了原有材料的性能改善.为了进一步推动我国磁学和磁性材料的研究,中国科学院于1987年8月正式批准成立磁学开放研究实验室,以便吸引全国优秀科学人才前来参加工作;开展国际合作交流,充分发挥现有仪器设备的作用,出成果,出人才,为我国四化建设作出贡献. 该实验室将在组织探索物质磁性起源、材料基本磁性、新的现象、新的效应…     

非晶态物质的本质和特性

非晶态物质是复杂的多体相互作用体系,其基本特征是原子和电子结构复杂,微观结构长程无序,体系在能量上处在亚稳态,具有复杂的多重弛豫行为,其物理、化学和力学性质、特征及结构随时间演化。不稳定,随机性,不可逆是非晶物质的基本要素,自组织,复杂性,时间在非晶物质中起重要作用。复杂的非晶态物质有很多基本而独特的性质。非晶态物质的复杂性没有能阻挡住人们对它的兴趣和研究。现在人们把越来越多的目光从相对简单的有序物质体系关注到复杂相互作用的无序非晶体系。近几十年来,非晶的研究在无序中发现有序,在纷繁和复杂中寻求简单和美,引领了新的研究方向,导致很多新概念、新思想、新方法、新工艺、新模型和理论,以及新物质观的产生。非晶态合金(又称金属玻璃)是50多年前偶然发现的一类新型非晶材料。非晶合金的发现极大地丰富了金属物理的研究内容,带动了非晶态物理和材料的蓬勃发展,把非晶物理研究推向凝聚态物理的前沿。今天,非晶物理已成为凝聚态物理的一个重要和有挑战性的分支。非晶态材料不仅成为性能独特、在日常生活和高新技术领域都广泛使用的新材料,同时也成为研究材料科学和凝聚态物理中一些重要科学问题的模型体系。本文试图用科普的语言,以非晶合金为典型非晶物质综述非晶物理和材料的发展历史和精彩故事、介绍非晶科学中的主要概念、研究方法、重要科学问题和难题、非晶材料的形成机理、结构特征、非晶的本质、非晶中的重要转变–玻璃转变、非晶中的重要理论模型、物理和力学性能及非晶材料的各种应用等方面的研究概况和最新的重要进展。还介绍了非晶领域今后的研究动态及趋势,以及这门学科面临的重要问题、发展前景和方向。     

二维范德瓦尔斯异质结构的制备与物性研究

二维范德瓦尔斯材料(可简称二维材料)已发展成为备受瞩目的材料大家族,而由其衍生的二维范德瓦尔斯异质结构的集成、性能及应用是现今凝聚态物理和材料科学领域的研究热点之一.二维范德瓦尔斯异质结构为探索丰富多彩的物理效应和新奇的物理现象,以及构建新型的自旋电子学器件提供了灵活而广阔的平台.本文从二维材料的转移技术着手,介绍二维范德瓦尔斯异质结构的构筑、性能及应用.首先,依据湿法转移和干法转移的分类,详细介绍二维范德瓦尔斯异质结构的制备技术,内容包括转移技术的通用设备、常用转移方法的具体操作步骤、三维操纵二维材料的方法、异质界面清洁.随后介绍二维范德瓦尔斯异质结构的性能和应用,重点介绍二维磁性范德瓦尔斯异质结构,并列举在二维范德瓦尔斯磁隧道结和摩尔超晶格领域的应用.因此,二维材料转移技术的发展和优化将进一步助力二维范德瓦尔斯异质结构在基础科学研究和实际应用上取得突破性的成果.     

二维范德瓦尔斯异质结构的制备与物性研究

二维范德瓦尔斯材料(可简称二维材料)已发展成为备受瞩目的材料大家族,而由其衍生的二维范德瓦尔斯异质结构的集成、性能及应用是现今凝聚态物理和材料科学领域的研究热点之一.二维范德瓦尔斯异质结构为探索丰富多彩的物理效应和新奇的物理现象,以及构建新型的自旋电子学器件提供了灵活而广阔的平台.本文从二维材料的转移技术着手,介绍二维范德瓦尔斯异质结构的构筑、性能及应用.首先,依据湿法转移和干法转移的分类,详细介绍二维范德瓦尔斯异质结构的制备技术,内容包括转移技术的通用设备、常用转移方法的具体操作步骤、三维操纵二维材料的方法、异质界面清洁.随后介绍二维范德瓦尔斯异质结构的性能和应用,重点介绍二维磁性范德瓦尔斯异质结构,并列举在二维范德瓦尔斯磁隧道结和摩尔超晶格领域的应用.因此,二维材料转移技术的发展和优化将进一步助力二维范德瓦尔斯异质结构在基础科学研究和实际应用上取得突破性的成果.     

毫秒级快速压缩技术在材料科学中的应用

毫秒级快速压缩对材料结构和性质的影响研究仍处于起步阶段,提高快速压缩实验技术水平、持续深入地开展快速压缩下材料的高压物性和新材料制备研究具有重要的科学意义。介绍了4种毫秒级快速压缩实验技术,简述了快速压缩技术在材料科学中的应用,包括制备非晶材料、测量Grüneisen参数和W-J参数、研究相变动力学。     

RIE精确传递微光学三维结构于红外材料的方法

本文对红外光学材料锗的蚀刻性能、机制进行了深入的研究,在反应离子蚀刻(RIE)实验基础上,建立了锗材料蚀刻性能与RIE工艺参量的关系,经过大量的实验,找到了稳定蚀刻速率的方法和条件,为用RIE技术形成高精度衍射微光学元件积累了实用经验.     

RIE精确传递微光学三维结构于红外材料的方法

本文对红外光学材料锗的蚀刻性能、机制进行了深入的研究,在反应离子蚀刻(RIE)实验基础上,建立了锗材料蚀刻性能与RIE工艺参量的关系,经过大量的实验,找到了稳定蚀刻速率的方法和条件,为用RIE技术形成高精度衍射微光学元件积累了实用经验.     

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.