考虑固相移动的大尺寸钢锭宏观偏析数值模拟

以欧拉方法和体积元平均技术为基础,建立考虑固相移动的大尺寸钢锭宏观偏析数学模型.研究了纯自然对流和包含固相移动两种情况下宏观偏析形成的模式,分析了临界固相分数和固相密度变化对宏观偏析形成的影响.计算结果表明：无论是否考虑固相移动,A型偏析形成机理是侧壁形成的固相与底部形成的固相之间形成狭窄的补缩通道,此通道内溶质富集且流动不顺畅,最后形成了高成分区域.增大临界固相分数会导致A型偏析带和底部负偏析的加剧.固相密度的增加会引起底部负偏析和顶部正偏析的偏析程度增大,但A型偏析带的长度不随固相密度的增加而增长.将模拟结果和实验结果进行对照,验证了模型的准确性. 关键词： 宏观偏析 固相移动 A型偏析形成 数值模拟     

液态三元Fe-Cr-Ni合金中快速枝晶生长与溶质分布规律

采用落管方法实现了液态三元Fe-Cr-Ni合金的深过冷与快速凝固,合金液滴的冷却速率和过冷度均随液滴直径的减小而迅速增大.两种成分合金近平衡凝固组织均为粗大板条状α相.在快速凝固过程中,不同直径Fe_(81.4)Cr_(13.9)Ni_(4.7)合金液滴凝固组织均为板条状α相,其固态相变特征很明显,随着过冷度增大,初生δ相由具有发达主干的粗大枝晶转变为等轴晶.Fe_(81.4)Cr_(4.7)Ni_(13.9)合金液滴凝固组织由α相晶粒组成,随着过冷度增大,初生γ相由具有发达主干的粗大枝晶转变为等轴晶,其枝晶主干长度和二次分枝间距均显著下降,晶粒内溶质的相对偏析度也明显减小,溶质Ni的相对偏析度始终大于溶质Cr.理论计算表明,与γ相相比,δ相枝晶生长速度更大.在实验获得的过冷度范围内,两种Fe-Cr-Ni合金枝晶生长过程均由热扩散控制.     

功率超声对Al-Si合金凝固过程中溶质偏析的抑制效应

研究了功率超声作用下，直径为10 mm Al-1%Si合金键合线水平连铸坯的微观组织形貌以及溶质元素在基体中的分布情况.实验结果表明：在功率超声作用下，铸坯的凝固组织得到了细化，Si元素在α(Al)基体中的固溶度及其分布的均匀性得到了提高，溶质偏析得到了抑制.从功率超声对Al-1%Si合金凝固过程中的溶质扩散，结晶温度间隔，液穴形态，温度场和流动场以及合金微观组织形貌的影响出发，尝试性地对功率超声抑制溶质元素微观偏析的机理进行探讨性的解释和说明. 关键词： 功率超声 水平连铸 Al-1%Si合金 溶质偏析     

二元合金微观偏析的相场法数值模拟

使用耦合溶质场的相场模拟研究了Ni-Cu二元合金枝晶生长过程中固相溶质扩散系数D_s 对枝晶形貌和微观偏析等的影响.计算结果表明，随着D_s的减少，固液界 面前沿溶质扩散层越薄，枝晶生长越有利，枝晶尖端生长的速度越大，侧向分支越发达；D< sub>s越小，固相中溶质成分的波动越强烈，随着D_s的增大，固相中溶质 成分的波动相应减小；溶质微观偏析程度随D_s的增大而减小. 关键词： 相场方法 微观偏析 固相扩散系数 数值模拟     

基于体积平均法模拟铸锭凝固过程的可靠性分析

采用欧拉方法和体积平均思想,建立了以液相为主相、等轴晶和柱状晶视为两类不同第二相的三相模型,耦合凝固过程质量、动量、能量、溶质的守恒方程和晶粒的传输方程.以Al-4.7 wt.%Cu二元合金铸锭为例,模拟了合金铸锭二维的流场、温度场、溶质场、柱状晶向等轴晶转变过程以及等轴晶的沉积过程,并将模拟的铸锭组织和偏析结果与实验所得结果对比.温度场、流场和组织的模拟结果与理论基本一致,但由于模型没有考虑收缩以及浇注时的强迫对流,导致铸锭外层的偏析模拟值比实测值低,内层的模拟值比实测值高.所以收缩和逆偏析在模拟中是不可忽略的,这也是本文模型的改进方向.另外在所得模拟结果的基础上分析了体积平均法计算铸锭凝固过程的优点和不足之处.     

电磁复合场对Zn-10 wt%Bi过偏晶合金凝固组织的影响

以Zn-10 wt%Bi的过偏晶合金作为研究对象,在强磁场条件下,考察了不同电磁体积力对其显微凝固组织与凝固过程的影响.实验结果表明,在一定的强静磁场下,当交变电流增加到某一特定值时(交变电流频率为50 Hz),得到的凝固组织最为均匀,第二相颗粒直径也达到最小;在固定交变电流值的条件下(交变电流频率为50Hz),Zn-10 wt%Bi合金的凝固组织随着磁感应强度的增加,其偏析程度、弥散程度和第二相Bi颗粒的大小都有明显的改善.实验分析结果表明,磁场复合交变电流产生的电磁体积力的大小,对合金凝固组织都有显著影响,通过控制磁感应强度和交变电流大小,从而获得较为理想的过偏晶合金凝固组织.     

强磁场复合交变电流作用下Zn-30wt％Bi偏晶合金的凝固

研究了强磁场复合不同强度和不同频率交变电流对Zn-30wt%Bi合金凝固组织的影响规律.结果表明：在25℃/min的冷却速率下,只施加交变电流无法抑制该合金的分层比重偏析;而单独施加纵向强磁场对合金的偏析有一定的改善作用;如果同时施加纵向强磁场和工频交变电流,在产生的交变洛仑兹力的作用下,合金的分层比重偏析基本得到抑制;增加电流密度、磁场强度和交流电流频率均有利于合金凝固组织的改善.但对上述三个参数而言,均存在一个最佳值,偏离该最佳值时,均难以获得均质的偏晶合金组织.从电磁场动力学角度探讨了复合场影响偏晶 关键词： 强磁场 偏晶合金 重力偏析 低冷却速度     

晶体相场法研究预变形对熔点附近六角相/正方相相变的影响

应用双模晶体相场模型计算二维相图,并模拟了在熔点附近预变形和保温温度对六角相晶界演化以及六角相/正方相相变的影响.研究发现:在相变初期,当预变形为零、保温温度离熔点很近时在晶界发生缺陷诱发预熔;增大预变形,变形与缺陷的交互作用在熔点附近诱发预熔;随着预变形的进一步增大,变形在畸变处同时诱发液相和正方相,且预变形越大、保温温度越接近熔点,液相生长越明显,反之正方相生长明显.持续保温使得畸变能释放,晶粒最终完全转变为平衡正方相.模拟结果表明:预变形六角相在熔点附近保温时,由于晶界固有缺陷和预变形双重作用使得原子无序度增加,从而在晶界或其他缺陷处产生液相,待能量释放后晶粒再转变成平衡正方相,进而延缓了六角相/正方相相变时间.     

三元(Co_(0.5)Cu_(0.5))_(100-x)Sn_x合金的热物理性质与液固相变机理

本文系统研究了三元(Co_(0.5)Cu_(0.5))_(100-x)Sn_x(x=10,20,30,40,50 at%)合金的热物理性质及其在近平衡条件下的微观凝固组织特征.采用差示扫描量热法(DSC)确定了合金的液相限、固相限温度和熔化潜热,并建立了它们与合金成分之间的函数关系.实验发现,Sn元素的引入提高了液态三元(Co_(0.5)Cu_(0.5))_(100-x)Sn_x合金的过冷能力,当Sn含量为50 at%时,合金的过冷度达到最大值68 K.基于DSC曲线和微观组织形态确定了近平衡条件下合金的液固相变过程和室温下的相组成,发现当Sn含量低于30 at%时,初生相为(Co)相,而当Sn含量超过30 at%时,Co3Sn2相成为领先形核相.在293—473 K温度范围内,实验测定了固态三元(Co_(0.5)Cu_(0.5))_(100-x)Sn_x合金的热扩散系数和比热.结合所测定的固态合金密度,导出了三元(Co_(0.5)Cu_(0.5))_(100-x)Sn_x合金在室温293 K下的热导率,发现其随Sn含量的增加呈现先增大后减小的变化规律.     

急冷条件下Cu-Pb偏晶合金的相分离研究

研究了Cu-Pb偏晶合金的急冷快速凝固和组织形成规律，并通过将金属熔体的热传导方程和Navier-Stokes方程相耦合, 理论分析了合金熔体的冷却速率、液固相变时间等物理参量与液相分离之间的相关性. 研究结果表明，在急冷快速凝固条件下，熔体的快速冷却对偏晶合金组织形成的影响要比熔体内部液相流动的影响更为显著. 快速凝固使液相分离受到抑制，Cu-Pb偏晶合金均可获得均匀的微观组织结构. 随着冷速的增大，晶粒尺寸明显减小，凝固组织显著细化，晶体形态由粗大枝晶向均匀细小的等轴晶过渡. 提高冷却速率，缩短液固相变时间是重力场中抑制液相分离、获得均匀偏晶组织结构的重要条件. 关键词： 偏晶合金 快速凝固 液相分离 微观结构     

Pressure-induced phase transition of B-type Y_2O_3

The synthesized monoclinic(B-type) phase of Y_2O_3 has been investigated by in situ angle-dispersive x-ray diffraction in a diamond anvil cell up to 44 GPa at room temperature. A phase transition occurs from monoclinic(B-type) to hexagonal(A-type) phase at 23.5 GPa and these two phases coexist even at the highest pressure. Parameters of isothermal equation of state are V_0= 69.0(1) ~3, K_0= 159(3) GPa, K_0= 4(fixed) for the B-type phase and V_0= 67.8(2) ~3, K_0= 156(3) GPa,K'_0= 4(fixed) for the A-type phase. The structural anisotropy increases with increasing pressure for both phases.     

Composition Dependence of Electrocaloric Effect in (1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3 Single Crystals

Composition dependence of electrocaloric effect is investigated in (1-x)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O_3-xPbTiO₃ single crystals by using an eighth-order Landau—Devonshire theory. The applied electric field along [001] direction reduces the ferroelectric-ferroelectric phase transition temperatures, but increases the Curie temperatures. The electrocaloric coefficients of tetragonal phase are much larger than that of rhombohedral and monoclinic phase. A negative electrocaloric effect is observed near the M_C-T phase transition in 0.69 Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.31 PbTiO₃ single crystal. The application of a strong enough electric field results in a high adiabatic temperature change over a broad range of temperature. Therefore, it would be useful to construct a solid state cooling cycle over a broad temperature range for practical applications.     

Rydberg原子的电磁诱导透明光谱的噪声转移特性

基于马赫-曾德尔干涉仪和平衡零拍探测技术研究了Cs原子6S_1/2↔6P_3/2↔62D_5/2Rydberg态阶梯型三能级系统电磁诱导透明效应中耦合光场的噪声向探测光场相位噪声的转移特性.实验中探测光频率锁定在Cs原子6S_1/2↔6P_3/2态共振跃迁线上,通过扫描6P_3/2到62D_5/2态跃迁的耦合光频率,测量了Rydberg态电磁诱导透明光谱.利用探测光经过声光调制器后的一级衍射光实现了马赫-曾德尔干涉仪的相位锁定,测量了不同锁定相位情况下的电磁诱导透明光谱,实验结果与阶梯型三能级系统的理论计算结果符合得很好.在此基础上详细研究了耦合光频率共振在6P_3/2到62D_5/2态跃迁线上时,耦合光频率噪声向探测光相位噪声的转移特性,发现耦合光频率噪声转移效率在高频处显示出较明显的抑制.同时观察到耦合光在不同失谐情况时,随着耦合光功率的改变,探测光相位噪声的变化特征表现出明显差异.     

白光发光二极管用SrGdLiTeO_6:Eu~(3+)红色荧光粉的浓度猝灭和温度猝灭行为

采用高温固相法成功合成出双钙钛矿结构SrGd_(1-x)LiTeO_6:xEu~(3+)(x=0.1-1.0)红色荧光粉,并采用X-射线衍射、漫反射光谱、光致发光光谱、电致发光光谱等测试手段对粉体的结构、光致发光特性以及发光二极管器件的光色电特性进行了系统研究.激发光谱、发射光谱和荧光衰减曲线测试结果表明Eu~(3+)的最佳掺杂浓度为x=0.6,更大的掺杂量会引起浓度猝灭.基于van Uitert浓度猝灭公式,提出一种更准确的表达形式用于拟合、分析能量传递类型,揭示出电偶极-电偶极作用导致浓度猝灭.Judd-Ofelt理论计算得出较高的跃迁强度参数和量子效率,说明高度畸变的非心C_1晶体场促使高效的超灵敏跃迁红光发射.在423 K时积分发光强度达到室温时的85.2%,热激活能经计算为0.2941 eV.基于此样品的发光二极管能够发出明亮的红光.综上所述,该类荧光粉表现出良好的发光效率、色纯度以及发光热稳定性,是一种潜在的近紫外激发白光发光二极管用红色荧光粉.     

Possible phase transition of anisotropic frustrated Heisenberg model at finite temperature

The frustrated spin-1/2 J_1a–J_1b–J₂ antiferromagnet with anisotropy on the two-dimensional square lattice was investigated, where the parameters J_1aand J_1b represent the nearest neighbor exchanges and along the x and y directions, respectively. J₂ represents the next-nearest neighbor exchange. The anisotropy includes the spatial and exchange anisotropies. Using the double-time Green’s function method, the effects of the interplay of exchanges and anisotropy on the possible phase transition of the Néel state and stripe state were discussed. Our results indicated that, in the case of anisotropic parameter 0≤η<1, the Néel and stripe states can exist and have the same critical temperature as long as J₂ = J_1b/2. Under such parameters, a first-order phase transformation between the Néel and stripe states can occur below the critical point. For J₂ ≠J_1b/2, our results indicate that the Néel and stripe states can also exist, while their critical temperatures differ. When J₂>J_1b/2, a first-order phase transformation between the two states may also occur. However, for J₂<J_1b/2, the Néel state is always more stable than the stripe state.     

有机分子的结构与排列方式对原子电荷分布及静电作用的影响

对由两个相同的长直链分子(CH3(CH2)5—R(R=COOH,CH3,OH)、CH3(CH2)4—COOH))呈镜面对称分布组成的四种模型,及由两个CH3(CH2)5COOH分子平行分布组成的模型进行了量化计算,研究了分子间距、功能团、链长及排列方式对原子电荷分布及分子静电相互作用的影响.结果表明:1)分子中不同位置的亚甲基团(—CH2—)的C原子电荷各不相同.2)原子电荷不仅受到分子链长及功能团的影响,同时,当分子间距及排列方式发生改变时,原子电荷也发生改变;双分子模型较单分子模型的原子电荷变化较大.3)分子间静电作用由尾基功能团的极性决定,由强到弱为—COOH—OH—CH3,分子中其他原子对静电作用的贡献较小;分子链长的增加导致尾基功能团中电荷减少,从而使得分子间静电作用减弱.     

Emergent O(4) symmetry at the phase transition from plaquette-singlet to antiferromagnetic order in quasi-two-dimensional quantum magnets

Recent experiments [Guo et al., Phys. Rev. Lett. 124 206602(2020)] on thermodynamic properties of the frustrated layered quantum magnet SrCu_2(BO_3)_2-the Shastry–Sutherland material-have provided strong evidence for a lowtemperature phase transition between plaquette-singlet and antiferromagnetic order as a function of pressure. Further motivated by the recently discovered unusual first-order quantum phase transition with an apparent emergent O(4) symmetry of the antiferromagnetic and plaquette-singlet order parameters in a two-dimensional "checkerboard J-Q" quantum spin model[Zhao et al., Nat. Phys. 15 678(2019)], we here study the same model in the presence of weak inter-layer couplings. Our focus is on the evolution of the emergent symmetry as the system crosses over from two to three dimensions and the phase transition extends from strictly zero temperature in two dimensions up to finite temperature as expected in SrCu_2(BO_3)_2.Using quantum Monte Carlo simulations, we map out the phase boundaries of the plaquette-singlet and antiferromagnetic phases, with particular focus on the triple point where these two ordered phases meet the paramagnetic phase for given strength of the inter-layer coupling. All transitions are first-order in the neighborhood of the triple point. We show that the emergent O(4) symmetry of the coexistence state breaks down clearly when the interlayer coupling becomes sufficiently large, but for a weak coupling, of the magnitude expected experimentally, the enlarged symmetry can still be observed at the triple point up to significant length scales. Thus, it is likely that the plaquette-singlet to antiferromagnetic transition in SrCu_2(BO_3)_2 exhibits remnants of emergent O(4) symmetry, which should be observable due to additional weakly gapped Goldstone modes.     

Computational study on the half-metallicity in transition metal–oxide-incorporated 2D g-C3N4 nanosheets

In this study, based on the first-principles calculations, we systematically investigated the electronic and magnetic properties of the transition metal–oxide-incorporated 2D g-C₃N₄ nanosheet (labeled C₃N₄– TM–O, TM= Sc–Mn). The results suggest that the TM–O binds to g-C₃N₄ nanosheets strongly for all systems. We found that the 2D C₃N₄–TM–O framework is ferromagnetic for TM= Sc, Ti, V, Cr, while it is antiferromagnetic for TM= Mn. All the ferromagnetic systems exhibit the half-metallic property. Furthermore, Monte Carlo simulations based on the Heisenberg model suggest that the Curie temperatures (T_c) of the C₃N₄–TM–O (TM= Sc, Ti, V, Cr) framework are 169 K, 68 K, 203 K, and 190 K, respectively. Based on Bader charge analysis, we found that the origin of the half-metallicity at Fermi energy can be partially attributed to the transfer of electrons from TM atoms to the g-C₃N₄ nanosheet. In addition, we found that not only electrons but also holes can induce half-metallicity for 2D g-C₃N₄ nanosheets, which may help to understand the origin of half-metallicity for graphitic carbon nitride.     

Co掺杂对Mn$lt;sub$gt;3$lt;/sub$gt;Sn$lt;sub$gt;1-$lt;em$gt;x$lt;/em$gt;$lt;/sub$gt;Co$lt;sub$gt;$lt;em$gt;x$lt;/em$gt;$lt;/sub$gt;C$lt;sub$gt;1.1$lt;/sub$gt;化合物的磁性质、熵变以及磁卡效应的影响

利用固态反应法制备了Mn₃Sn_1-xCo_xC_1.1 （x=0.05,0.1,0.2） 系列化合物,研究了Co掺杂对其磁性质、相变、熵变的影响. 随着Co掺杂量的增加,样品的居里温度由283 K先降到212 K （Mn₃Sn_0.9Co_0.1C_1.1） 后又升到332 K （Mn₃Sn_0.2Co_0.8C_1.1）,相变类型由一级相变逐渐转变为二级相变. 增大Co的掺杂量,Mn₃Sn_1-xCo_xC_1.1化合物的熵变峰值逐渐减小,磁熵变温区由9 K展宽到300 K. 当Co掺杂量为0.2时,相对制冷量达到最高,为103 J/kg （磁场强度为1.6 MA/m）. 由于室温附近良好的磁致冷效应,该类材料在磁制冷领域可能具有重要的应用前景. 关键词： 磁性质 相变 磁卡效应 相对制冷量     

铁电体中极化长程涨落的光子关联谱实验研究

从极化团簇的随机涨落出发, 利用维纳过程模型, 推导了铁电体中极化长程涨落的弛豫规律以及光强自相关函数所可能的表现形式. 阐述了微观极化团簇的弛豫过程与宏观测量弛豫规律之间的联系. 通过对原有氦氖激光光子关联谱实验装置进行改进, 观测了BaTiO₃和0.71Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.29PbTiO₃单晶中极化团簇长程涨落在居里点和立方到四方相变点附近的弛豫过程. 在BaTiO₃中发现极化团簇长程涨落在居里点之上4 K存在双弛豫现象, 此现象与其有序无序相变机理相联系. 在Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.29PbTiO₃中发现极化团簇长程涨落在相变点两侧都存在双弛豫现象. 利用推导的理论结果很好地拟合了实验结果并提取了极化团簇长程涨落的弛豫时间. 两种样品中极化团簇长程涨落的弛豫时间都在相变点出现突变, 并呈现临界慢化现象.