第一性原理研究合金元素对逆变奥氏体在Cu沉淀上异质形核的影响

超高强度马氏体钢的力学性能强烈依赖于逆变奥氏体的形状、尺寸及含量.通常,提高逆变奥氏体含量,有助于改善超高强度钢的塑韧性.对含Cu马氏体淬火钢时效处理时, Cu粒子会在马氏体组织边界沉淀,并作为质点促进逆变奥氏体形核.为了探索不同合金元素对逆变奥氏体在Cu沉淀上异质形核的影响,本文利用第一性原理方法研究了合金元素X (X=Cr, Al, Mo, W, Ni, Co, Mn)对Cu/γ-Fe界面性质的影响,并分析了合金原子替换界面处Cu和Fe原子前后界面的黏附功、界面能和电子结构.研究结果表明,合金元素Cr,Mo, W, Mn替换Cu/γ-Fe界面处Cu原子时, Cu/γ-Fe界面处产生强烈的X—Fe共价键,黏附功增大且界面能减小,显著提高界面稳定性,促进γ-Fe在Cu沉淀上异质形核.而替换界面处Fe原子时,界面稳定性变化很小,掺杂原子与相邻的其他原子成键较弱.     

Nb掺杂对Mo2FeB2弹性、硬度和电子结构影响的第一性原理计算

Mo₂FeB₂具有耐高温、耐磨、高强度，是一种良好的硼基金属陶瓷材料，在模具领域有很广阔的应用前景.本文采用第一性原理计算的方法，研究了Nb元素掺杂Mo₂FeB₂合金的结构稳定性、弹性、硬度和电子结构.结合能和生成焓的计算结果表明，Nb在Mo₂FeB₂中更容易占据Fe位置，并且在Fe位掺Nb的Mo₂FeB₂比在Mo位处掺Nb具有更好的力学性能.此外，计算结果还表明，Nb掺杂可以提高Mo₂FeB₂的剪切模量、杨氏模量、体积模量和硬度，但塑性略有下降，合适的掺杂浓度应为2.5 at.%.电子结构计算结果表明，Nb掺杂Mo₂FeB₂力学性能的提高可归因于Nb-B共价键的形成.     

铌合金电子结构及其高温氧化行为

为了从电子层面揭示Nb合金高温氧化的物理本质,采用递归法计算了Nb合金的电子态密度、原子镶嵌能、亲和能等电子结构参数,探索Nb合金高温氧化机理.研究表明:氧在Nb中具备较高的扩散速率和溶解度,且氧与Nb较易发生反应,生成氧化物,这使Nb的抗高温氧化性较差.原子镶嵌能的计算结果表明,合金元素Ti,Si,Cr在基体中稳定性较低,易向Nb合金表面扩散,形成富Ti,Si,Cr的表层.合金表层中氧与Nb,Ti,Si,Cr间具有较大亲和性,可以生成相应的氧化物,形成对合金具有保护作用的氧化膜. 关键词： 递归法 高温氧化 Nb合金     

合金元素对钢中NbC异质形核影响的第一性原理研究

为了探索不同合金元素对Nb C异质形核的影响,本文利用第一性原理研究了合金元素X(X=Cr,Mn,Mo,W,Zr,V,Ti,Cu和Ni)对ferrite(100)/Nb C(100)界面性质的影响,并且分析了上述合金元素掺杂前后界面的黏附功、界面能和电子结构.研究结果表明,Cr,V和Ti掺杂的界面具有负的偏聚能,说明它们容易偏聚到ferrite/Nb C界面,但Mn,W,Mo,Zr,Cu和Ni却难以偏聚到此界面.当Mn,Zr,Cu和Ni取代界面处的Fe原子后,界面的黏附强度降低,即这些合金减弱铁素体在Nb C上的形核能力.然而Cr,W,Mo,V和Ti引入界面后,其黏附功比掺杂前的界面要大,且界面能均降低,即提高了界面的稳定性.因此,W,Mo,V和Ti,尤其是Cr,能够有效地促进铁素体形核和细化晶粒.电子结构分析表明,Zr和Cu引入界面后,界面处的Zr,Cu原子和C原子的相互作用变弱;然而Cr和W引入界面后,Cr,W和C原子之间形成了很强的非极性共价键,提高了ferrite/Nb C界面的结合强度.     

Cu掺杂对TiNi合金马氏体相变路径影响的第一性原理研究

不同浓度的Cu元素掺杂会极大地影响TiNi二元合金的物理性质和相变行为.为了解释其中的物理机制,本文通过第一性原理计算,对TiNi和Ti_(50)Ni_(25)Cu_(25)的相变机制和相稳定性进行了计算和讨论.通过计算Cu掺杂前后立方相到正交相、再到单斜相过程中的相变路径和相变势垒,解释了Cu掺杂对二元合金TiNi相变过程的影响.计算结果表明:TiNi合金的正交相和单斜相之间存在一个大小为1.6meV的相变势垒;而对于Ti_(50)Ni_(25)Cu_(25),这两个相之间的相变势垒大小至少为10.3meV,如此大的一个相变势垒意味着Ti_(50)Ni_(25)Cu_(25)合金的正交相很难跨过势垒相变到单斜相.     

Cu/CuCrZr钎焊用Cu-Mn基多元固溶体钎料和接头结构

为了解决CFC与Cu Cr Zr合金的冶金连接问题，以二元合金Cu₆₂Mn₃₈(at.%)为基础成分，采用低熔点Ga作为主要合金化元素和微合金化元素Cr和Si，设计了系列固溶体钎料合金Cu₆₂Mn_37-xGa_xCr_0.5Si_0.5(x=0～10,at.%)。利用电弧熔炼、铜模吸铸和冷轧制备了100μm厚的钎料箔带。采用Cu₆₂Mn₃₁Ga₆Cr_0.5Si_0.5钎料在不同工艺条件下(875～900℃，保温15～25min)制备了无氧铜和Cu Cr Zr合金钎焊接头。通过热分析和X-射线衍射分析了钎料熔化行为和相组成；采用光学显微镜、扫描电镜、电子探针和力学性能拉伸机对接头的组织形貌、成分分布和力学性能进行了分析。结果表明，在880℃/保温25min钎焊工艺下可获得无缺陷CFC/Cu Cr Zr接头结构，焊缝的Cu固溶体基体内有少...     

铜基大块非晶合金添加微量元素对腐蚀行为的影响机理研究

通过分子动力学方法模拟了Cu-Al合金液相,然后模拟降温过程得到Cu-Al非晶合金.通过计算机编程建立了Cu-Al-M非晶基体、Cu-Al-M非晶表面及吸附O原子Cu-Al-M非晶表面原子结构模型.利用实空间连分数方法,研究了添加微量合金元素Zr,Nb,Ta,V,Y,Sc对Cu基大块非晶合金的腐蚀行为的影响机理.研究发现合金元素Zr,Nb,Ta,V,Sc不向清洁Cu基非晶表面偏聚,但除Y外向有氧吸附的表面偏聚,说明有氧吸附后Cu基非晶表面偏聚发生逆转.键级积分计算表明Zr,Nb,Ta,V,Y,Sc元素均增大与氧之间的结合力,易形成氧化膜,提高Cu基大块非晶的耐蚀性.稀土Y提高Cu基大块非晶的耐蚀性可能是由于它向合金与氧化膜界面偏聚并提高了合金与氧化膜的结合力.     

Mg-Al-Ca合金中二元Laves相的电子结构和力学性能

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了Mg-Al-Ca合金中AB2型二元Laves相(如CaMg2,CaAl2和MgAl2)在不同形态结构(C14,C15和C36)下的晶体结构、电子结构和力学性能.计算所得的晶格常数与实验数据吻合很好.形成能与相关能的计算表明C15-CaAl2 Laves相具有很好的合金化能力和结构稳定性.态密度和电荷密度的计算从微观上进一步分析了C15-CaAl2具有很好的合金化能力和稳定性的根源.弹性常数的计算和力学性能的分析表明C14- MgAl2具有很好的延展性,C15- MgAl2具有很好的塑性.     

合金化成分对NiTi合金M_s点影响的正电子湮没研究

用双探头符合系统测量了金属Fe、Co、Ni、Al、Nb、Cu、Ti和NiTi合金的多普勒展宽谱,计算了其S参数和W参数,分析了合金中d-d金属键的作用.结果表明,当用Fe、Co或Al原子加入NiTi合金时,都将使合金中参与形成d-d金属键的d电子减少,从而使金属键减弱;而用Cu或Nb原子加入NiTi合金时,对合金中d-d电子作用的影响很小,合金中共价键的成分变化不大.在NiTi合金中加入合金化元素可以改变其电子结构,进而影响Ms点.     

核反应堆压力容器模拟钢中富Cu原子团簇的析出与嵌入原子势计算

利用原子探针层析技术(APT)和热处理时效方法,研究了合金元素Ni对核反应堆压力容器模拟钢中富Cu原子团簇析出的影响.实验结果表明,添加合金元素Ni(0.84wt%)的样品中析出富Cu原子团簇的数量密度高于不添加Ni的样品,富Cu原子团簇内以及团簇和基体界面处都有Ni元素的富集现象,这说明合金元素Ni会促使富Cu原子团簇的析出.从多体势的角度出发,利用嵌入原子势理论,基于纯金属元素Fe,Cu,Ni的多体势参数,建立了Fe-Cu二元和Fe-Cu-Ni三元体系的嵌入原子多体势.计算结果表明,当模拟合金中存在1at%Ni时有利于富Cu原子团簇的析出,这与实验结果相符.     

基于Matlab分析负荷对多联机IPLV的影响

多联机有其特殊的优点,但是不同部分负荷的组合对IPLV的影响仍需进一步研究。文中建立IPLV与部分负荷的相关公式,运用MATLAB软件分析不同卸载级负荷与IPLV的关系,从而确定不同部分负荷的最优组合。     

超声波对木瓜蛋白酶催化活性影响的机理研究

木瓜蛋白酶经适当参数的超声波处理后酶活力提高。超声处理后酶的米氏常数Km变小,最大反应速率Vm也减小。超声处理后酶的紫外吸收光谱不变,荧光发射光谱也不改变,而差示光谱出现明显的正峰和负峰。研究结果表明,超声波处理后,木瓜蛋白酶的构型没有改变,而构象发生了变化。本文讨论了超声波影响木瓜蛋白酶活性的可能机理。     

缺陷对钠在石墨烯上吸附性能的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了本征石墨烯和缺陷石墨烯吸附钠原子的电荷密度、吸附能、态密度和储存量.结果表明,本征石墨烯中,钠原子的最佳吸附位置为H位,缺陷石墨烯中,钠原子的最佳吸附位置为T_D位.缺陷石墨烯对钠原子的吸附能是-4.423 eV,约为本征石墨烯对钠原子吸附能的2.5倍;钠原子与缺陷石墨烯中的碳原子发生轨道杂化,而与本征石墨烯没有发生轨道杂化现象.缺陷石墨烯能够吸附10个钠原子,与本征石墨烯相比显著提高.因此,缺陷石墨烯有望成为一种潜在的储钠材料.     

应力对硅烯上锂吸附的影响

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法研究了双轴应力作用下锂原子吸附硅烯的结构及其稳定性. 计算结果表明,在拉应力和一定的压应力作用下,锂吸附的硅烯体系基本保持原有的结构. 而当更大的压应力作用时,硅烯产生了向锂原子方向凸起的结构变化,所得到的体系的总能也有明显地下降. 本文通过对各种应力下的硅烯声子谱的计算,分析了在压应力作用下锂吸附的硅烯结构不稳定的原因. 关键词： 硅烯 应力 第一性原理 声子谱     

五边形石墨烯负载Pt单原子稳定性能的应变调控

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了Pt原子在五边形石墨烯(PG)上的吸附与动力学行为.研究结果表明,单个Pt原子在PG上虽然具有较大的吸附能及较高的扩散势垒,却不能够在衬底形成均匀分散的单原子.这是因为,随Pt原子数增加,Pt_n(n=1, 2, 3)在PG上的平均结合能也逐渐增加,更倾向于形成团簇,该发现有效否定了之前的报道称Pt能在PG上形成稳定的单原子催化剂这一结论(Phys. Chem. Chem. Phys. 21, 12201 (2019)).基于此,我们考虑对PG施加双轴应变,随着拉伸应力增加,Pt金属原子间的平均结合能逐渐降低,当拉伸应变施加至12%左右时,单个Pt在衬底上的结合能与Pt₂在衬底上的平均结合能相等,从而实现PG上均匀分散的Pt单原子催化剂.该结果对五边形石墨烯基材料应变调控实现单原子催化剂提供理论借鉴.     

氧掺杂对钠在石墨烯上吸附性能的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了本征石墨烯(P-graphene)和氧掺杂的石墨烯(O-graphene)吸附钠原子的吸附能、电荷密度、态密度以及储存量.结果表明,两种石墨烯中,钠原子的最佳吸附位置都是H位. O-graphene对钠原子的吸附能是-4.347 eV,比P-graphene对钠原子的吸附能(-0.71 eV)低很多. O-graphene中钠原子与氧原子和碳原子发生轨道杂化,P-graphene中没有杂化现象. O-graphene能够吸附10个钠原子,较P-graphene多.因此,O-graphene更适合储钠.     

Influence of domain boundaries on polarity of GaN grown on sapphire

GaN films were grown on sapphire substrates by laser-induced reactive epitaxy. The domains in the films were determined to be the Ga-polarity by the convergent beam electron diffraction (CBED) technique, while the adjacent matrices had the N-polarity. The domain boundaries were characterized as inversion domain boundaries (IDBs). An atomic structure of the IDB is proposed based on high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) investigations. Control of the polarity of GaN/sapphire films was achieved by suppressing the formation of IDBs with an interlayer of AlGaN and a low-temperature GaN buffer layer.     

氧化锌薄膜Zn/O比和发光性能的关系

用直流反应溅射在硅基片上生长具有高取向晶粒的氧化锌薄膜,在氧气、氮气、空气气氛和不同温度下进行热处理,对所得到的样品用俄歇谱(AES)仪进行元素深层分布分析,并测量光致发光光谱。研究结果表明：1．经热处理的薄膜表面全部为缺氧表面,不同深度Zn和O含量分布(Zn／O)有所不同;2．当在氧气氛中1000℃下热处理后,在薄膜的深层可产生比较明显的氧过量;而在空气中950℃下热处理后,则可产生局部氧过量;3．光致发光谱表明,薄膜中全部为锌过量时产生纯紫外发射,而具有局部氧过量的薄膜则在产生紫外发射的同时产生绿色发光,绿光和紫外的强度比则随局部氧过量增多而增大。     

缓冲层对InSb/GaAs薄膜质量的影响

InSb是制作3~5μm红外探测器的重要材料。在GaAs衬底上外延生长InSb,存在的主要问题在于两种材料间14.6%的晶格失配度,会引入较大的表面粗糙度以及位错密度,使外延材料的结构和电学性能均会受到不同程度的影响。通过系列实验,研究了在生长过程中缓冲层对薄膜质量的影响。利用高能电子衍射仪(RHHEED)得到了合适的生长速率和Ⅴ/Ⅲ比,研究了异质外延InSb薄膜生长中低温InSb缓冲层对材料生长质量以及不同外延厚度对材料电学性质的影响。采用原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线双晶衍射(DCXRD)等方法研究了InSb/GaAs薄膜的表面形貌、界面特性以及结晶质量。通过生长合适厚度的缓冲层,获得了室温下DCXRD半高峰宽为172″,77 K下迁移率为64300 cm²·V^-1·s^-1的InSb外延层。     

论卫星抛射点在椭圆运动轨道上的位置

详细分析了人造地球卫星的椭圆轨道方程和在各种情况下卫星的抛射点在其椭圆运动轨道上的位置.