液态金属In凝固过程中微观结构转变的模拟研究

采用分子动力学方法对液态金属In的快速凝固过程进行计算机模拟跟踪研究.运用HA键型指 数法和原子成团类型指数法分析了金属原子In的成键类型和形成的原子团簇结构.发现：与通常的液态金属(如Al)相反，随着温度的降低，二十面体及与二十面体相关的1 551 键越来越少；与四方体，六角密堆积相关的1421，1422和1431键数目总和变化很小；而与菱 面体相关的132l，1311，1301和1201的数目却随着温度的降低而显著增加，逐渐占据优势 .最后形成一种新型的以菱面体结构为主、夹杂着立方体(fcc，bcc) 关键词： 液态金属In 微结构转变 团簇结构 分子动力学 计算机模拟     

冷却速率对液态金属Cu凝固过程中微观结构演变影响的模拟研究

采用Quantum Sutton-Chen(Q-SC)多体势对液态金属Cu在四个不同冷却速率下的凝固过程进行了分子动力学模拟研究. 通过双体分布函数、键型指数、配位数、均方位移及可视化分析, 结果表明：冷却速率对液态金属Cu的微观结构演变有决定性影响. 当冷却速率为1.0×10¹⁴K/s时得到非晶态结构；当冷速分别为1.0×10¹³K/s，1.0×10¹²K/s和1.3×10¹¹K/s时，系统形成以1421键型为主体的面心立方(fcc)与六角密集(hcp)共存的混合晶体结构；且其结晶温度分别为373K，773K和873K，即冷速越慢，其结晶温度越高，结晶程度也越高；且冷速越慢，1421键型越多，混合晶体中面心立方(fcc)结构所占的比例越高. 同时发现，原子的平均配位数的变化与1551，1441，1661键型的变化密切相关, 反映出体系对称性结构的变化规律与配位数的变化有关. 在可视化分析中，进一步采用中心原子法展现出非晶态与晶体结构的2D截面，及在3D下混合晶体中两个基本原子团分别为面心立方(fcc)与六角密集(hcp)基本原子团的具体结构. 关键词： Q-SC多体势 液态金属Cu 凝固过程 分子动力学模拟     

冷速对液态金属Ga凝固过程中微观结构演变影响的模拟研究

采用分子动力学方法对液态金属Ga凝固过程中不同冷却速率对微观结构演变的影响进行了模拟跟踪研究. 运用HA键型指数法和原子成团类型指数法(CTIM)分析了金属原子Ga的成键类型和形成的基本原子团结构. 结果发现，冷却速率对凝固过程中的微观结构起着非常重要的作用. 在以1.0×10¹⁴，1.0×10¹³，1.0×10¹²K/s的速率冷却时，系统形成以与1311，1301键型相关的菱面体结构为主，夹杂着立方体、六角密集等其他团簇结构所构成的非晶态结构；在以1.0×10¹¹K/s的速率冷却时，系统明显发生结晶，其结晶转变温度T_c约为198K，且冷却速率越慢，结晶转变温度T_c越高，形成以与1421键型相关的斜方晶体(经可视化分析确认)为主要构型的晶态结构. 这将为研究液态金属的结晶转变过程提供一种新方法. 关键词： 液态金属Ga 凝固过程 微结构转变 分子动力学模拟     

冷速对液态合金Ca50Zn50快速凝固过程中微观结构演变的影响

采用分子动力学方法对六种不同冷速对原子尺寸相差较大的液态合金Ca50Znso凝固过程中微观结构演变的影响进行了模拟研究,并采用双体分布函数、Honeycutt—Andersen（HA）键型指数法、原子团类型指数法（CTIM一2）、可视化等方法进行了深入分析,结果表明：系统存在一个临界冷速,介于和5×10^11K／s与1×10^11K／s之间,在临界冷速以上（如1×10^11K／s,1×10^11K／s,1×10^11K／s和5×10^11K／s）时,系统形成以1551,1541,1431键型或二十面体基本原子团（12012000）等为主体的非晶态结构;在临界冷速以下时,系统形成以1441和1661键型或bcc基本原子团（1460800）为主体（含有少量的hcp（1200066）和fcc（12000120）基本原子团）的部分晶态结构．在非晶形成的冷速范围内,其总双体分布函数的第一峰明显分裂成与近邻分别为Zn—Zn,Ca—Zn,Ca—Ca相对应的三个次峰;且随着冷速的下降,同类原子近邻的次峰峰值升高、异类原子近邻的次峰峰值下降;Zn原子容易偏聚,随着冷速降低,二十面体的数量增多,非晶态结构也越稳定．在晶态形成的冷速范围内,Zn原子己大量偏聚形成大块bcc晶态结构,Ca原子也部分形成hcp和fcc晶态结构．     

冷速对液态金属Pb凝固过程中微观团簇结构演变影响的模拟研究

采用分子动力学方法对六种不同冷却速率对液态金属Pb凝固过程中微观团簇结构演变的影响进行了模拟跟踪研究.采用双体分布函数、Honeycutt-Andersen键型指数法、原子团类型指数法(CTIM-2)、平均配位数等方法对凝固过程中微观团簇结构的演变进行了分析.结果表明：系统存在一个形成非晶态或晶态结构的临界冷速(介于5×10¹²与1×10¹²之间),大于这个临界冷速时,系统将形成以1551,1541和1431键型为主的非晶态结构;当小于这个临界冷速时,系统将先形成以1441和1661键型或以bcc基本原子团(14 6 0 8 0 0)为主的晶态结构,并稳定存在一段时间,然后又迅速转变为以1421和1422键型为主或以fcc基本原子团(12 0 0 0 12 0)和hcp基本原子团(12 0 0 0 6 6)以一定比例并存的部分晶态结构;同时发现,冷速对系统中fcc结构和hcp结构的相对比例有明显的影响,冷速越低,fcc结构所占的比例越多,越倾向于形成完美的fcc晶态结构. 关键词： 液态金属铅 凝固过程 团簇结构演变 分子动力学模拟     

冷速对液态金属Na凝固过程中微观结构影响的模拟研究

采用分子动力学方法对液态金属Na在四种不同冷速下的快速凝固过程进行了模拟跟踪研究.采用双体分布函数g(r)曲线、Honeycutt-Andersen键型指数法和原子团类型指数法对凝固过程中微观结构的变化进行了分析.结果表明：冷却速率对微结构的转变有决定性影响，当冷速为1.0×10¹⁴和1.0×10¹³K/s时，系统形成以1551和1541键型或以缺陷多面体基本原子团(13 1 10 2)和二十面体基本原子团(12 0 12 0)为主体的非晶态结构；当冷速为1.0×10¹²和1.0×10¹¹K/s时，系统则形成以1441和1661键型或以体心立方基本原子团(14 6 0 8)为主体的晶态结构.同时发现：不同冷速对液态金属Na在液态和过冷态时微观结构的影响甚小；但不同冷速对其固态(非晶态利晶态)时的微观结构有显著的影响，且要在液-固转变点(分别在玻璃转变温度T_g和晶化起始温度T_c)附近或以后才能充分展现出来.根据这一特点，有可能建立另一种确定液态金属T_g和T_c的新方法.原子团类型指数法比键型指数法更有利于研究液态、非晶态等无序体系和一些晶化体系的具体结构特征. 关键词： 液态金属Na 凝固过程 分子动力学模拟 原子团类型指数法     

冷速对液态金属Mg凝固过程中微观结构演变的影响

采用分子动力学方法对不同冷速下液态金属镁(Mg)快速凝固过程中的微观结构演变进行了模拟研究.并采用能量-温度(E-T)曲线、双体分布函数、Honeycutt-Andersen键型指数法、原子团簇类型指数法(CTIM-3)以及三维可视化等方法系统地考察了凝固过程中微观结构演变与相转变过程.结果发现:在以冷速为1×10~(11)K/s的凝固过程中,亚稳态bcc相优先形成,随后大量解体,其变化规律符合Ostwald规则,系统最终形成以hcp结构为主体与fcc结构共存,中间还夹杂部分bcc结构的致密晶体结构.在1×10~(12)K/s冷速下,结晶过程呈现迟缓现象,形成bcc结构的初始温度降低,系统形成以hcp居多、与bcc和fcc三相共存的结构,且因相互竞争、相互制约而导致不易形成粗大的晶粒结构.而在1×10~(13)K/s冷速下,系统则形成以1551,1541,1431键型为主的多种非晶态基本原子团组成的非晶态结构.此外,在冷速1×10~(12)与1×10~(13)K/s之间的确存在一个形成非晶态结构的临界冷速.     

非晶态金属Al中微团簇多面体结构及其演变规律的模拟研究

对50 000个金属Al原子从液态急冷形成非晶态结构的过程进行了分子动力学模拟研究.采用原子键型和原子团簇类型指数法,发现在其微观结构的转变过程中,与不断增加的1551键型密切相关的二十面体及其缺陷结构的形成起了非常突出的作用.通过各种键型原子团簇的计算,获得团簇多面体结构的分布数据.在可视化的显示下,得到一幅十分清晰的关于团簇多面体结构的特征及其演变的图景.建立了一种简单而有效的团簇多面体结构研究方法.同时也对模拟计算结果的微观机理给出了相应的讨论,这对于深入理解非晶态结构的形成机制及其微观过程,将有重     

液态金属Cu快速凝固过程中原子团簇及非晶态结构转变特性的模拟研究

本文采用Quantum Sutton-Chen多体势,对由5万个液态金属Cu原子组成系统的原子团簇的形成与演变特性进行了分子动力学模似研究.我们采用原子团类型指数法(CTIM)来描述复杂的微观结构转变.研究发现:系统形成以1551、1541和1431三种键型为主的非晶态结构;二十面体原子团(12 0 12 0)和(12 2 8 2)、(13 1 10 2)、(13 3 6 4)、(14 1 10 3)、(14 2 8 4)、(14 3 6 5)缺陷多面体基本原子团在液态转变为非晶体过程中起着关键性的作用.系统所形成的纳米团簇是由一些基本团簇和由这些基本团簇相互连接而成的中等团簇所组成,这正是与由气相沉积法和离子溅射法所获得的团簇结构的本质差别所在.通过双体分布函数g(r)、HA键型、基本原子团、平均原子体积和比值g_(min)/g_(max)的分析,还得到液态金属Cu在冷却速率为1.0×10~(14)K/S时的非晶转变温度T_8约为673 K.同时还发现,1551、1441、1661三种键型随温度有相同的变化趋势,这反映出体系对称性结构有相同的变化规律.     

二元液态金属Cu-Ni和Ag-Cu凝固过程的分子动力学模拟研究

用Quantum Sutton-Chen多体势对Ag6Cu4和CuNi液态金属凝固过程进行了分子动力学模拟研究.在冷却速率2×1012到2×1014K/s范围内,CuNi总是形成fcc晶体结构,而Ag6Cu4总是形成非晶态结构.考虑到CuNi及AgCu中原子半径之比分别为1.025和1.13,那么模拟结果证实了原子的尺寸差别是非晶态合金形成的一个主要影响因素.此外采用键对及原子多面体类型指数法对凝固过程中微观结构组态变化的分析,不但能说明二十面体结构在非晶态合金形成和稳定性中所起的关键作用,又有助于对液态金属的凝固过程、非晶态结构特征的深入理解.     

Oxygen vacancy formation and migration in Sr- and Mg-doped LaGaO₃ : a density functional theory study

Oxygen vacancy formation and migration in La0.9 Sr0.1 Ga0.8 Mg0.2O3δ (LSGM) with various crystal symmetries (cubic, rhombohedral, orthorhombic, and monoclinic) are studied by employing first-principles calculations based on density functional theory (DFT). It is shown that the cubic LSGM has the smallest band gap, oxygen vacancy formation energy, and migration barrier, while the other three structures give rise to much larger values for these quantities, implying the best oxygen ion conductivity of the cubic LSGM among the four crystal structures. In our calculations, one oxygen vacancy migration pathway is considered in the cubic and rhombohedral structures due to all the oxygen sites being equivalent in them, while two vacancy migration pathways with different migration barriers are found in the orthorhombic and monoclinic symmetries owing to the existence of nonequivalent O1 and O2 oxygen sites. The migration energies along the migration pathway linking the two O2 sites are obviously lower than those along the pathway linking the O1 and O2 sites. Considering the phase transitions at high temperatures, the results obtained in this paper can not only explain the experimentally observed different behaviours of the oxygen ionic conductivity of LSGM with different symmetries, but also predict the rational crystal structures of LSGM for solid oxide fuel cell applications.     

镓置换铝对SrAl2Si2O8∶Eu2+晶体结构和发光特性的影响

采用高温固相法在弱还原气氛下制备了Sr0.955Al2－xGaxSi2O8∶Eu2+ (x=0～1.0)系列荧光粉,研究了Ga3+置换铝Al3+对晶体结构和光谱特性的影响.Ga3+进入SrAl2Si2O8晶格与Al3+发生类质同相替代使晶胞参量a、b、c、β和晶胞体积V都随Ga3+置换量呈线性增大,表明形成了连续固溶体.镓置换铝对晶胞参量c的影响最明显,b其次,a最小.Eu2+的宽带激发光谱位于230～400 nm,表观峰值位于350 nm,可由267 nm、305 nm、350 nm和375 nm四个峰拟合而成.随着镓置换量增加,较短波长的三个激发峰发生红移并且267 nm和350 nm峰强度减弱,305 nm峰强度明显增强,375 nm峰位和强度基本不变,表观激发峰半高宽由109 nm减小至98 nm,基本不随镓置换量变化.发射光谱位于380～600 nm为不对称宽带,可由406 nm和441 nm两峰拟合而成并且随Ga3+置换量增加线性红移,拟合发射光谱峰面积之比线性递增,Ga3+进入晶格对较长波长发射中心影响较大.Ga3+置换量为1.0 mol时,表观发射峰位从407 nm线性红移至422 nm,表观峰值随Ga3+置换量线性增大,半高宽由58 nm增加至79 nm.镓置换铝造成Eu-O距离变小,发光中心Eu2+所处晶体场增强,5d轨道能级分裂变大,最低发射能级下移.     

A structural, magnetostrictive and M(o)ssbauer study of Tb0.3Dy0.7(Fe0.9T0.1)1.95 alloys

The effect of ⅢA metal and transition metal T substitution for Fe on crystal structure, magnetostriction and spontaneous magnetostriction, anisotropy and spin reorientation of a series of polycrystalline Tb0.3Dy0.7(Fe0.9T0.1)1.95 (T = Mn, Fe, Co, B, Al, Ga) alloys at room temperature were investigated systematically. It was found that the primary phase of the Tb0.3Dy0.7(Fe0.9T0.1)1.95 alloys is the MgCu2-type cubic Laves phase structure for different substitution. The magnetostriction λs decrases greatly for the substitution of IIIA metal B, Al and Ga, but is saturated more easily for Al and Ga substitution, showing that the Al and Ga substitution is beneficial to a decrease in the magnetocrystalline anisotropy of Tb0.3Dy0.7(Fe0.9T0.1)1.95 alloys. However, the substitution of transition metal Mn and Co decreases slightly the magnetostriction λs. It was also found that the effect of different substitutions on the spontaneous magnetostriction λ111 is distinct. The analysis of the Mossbauer spectra indicates that the easy magnetization direction in the {110} plane deviates slightly from the main axis of symmetry for Al and Ga substitution, namely spin reorientation, but it does not change evidently for B, Mn and Co substitution.     

Characterization of different-Al-content AlGaN/GaN heterostructures on sapphire

Al x Ga 1-x N/GaN high-electron-mobility transistor (HEMT) structures with Al composition ranging from x = 0.13 to 0.36 are grown on sapphire substrates by low-pressure metalorganic chemical vapor deposition (LP-MOCVD). The effects of Al content on crystal quality, surface morphology, optical and electrical characteristics of the AlGaN/GaN heterostructures have been analyzed. Although high Al-content (36%) heterostructure exhibits a distinguished photoluminescence peak related to recombination between the two-dimensional electron gas and photoexcited holes (2DEG-h), its crystal quality and rough surface morphology are poor. 2DEG mobility increases with the Al content up to 26% and then it apparently decreases for high Al-content (36%) AlGaN/GaN heterostructure. The increase of sheet carrier density with the increase of Al content has been observed. A high mobility at room temperature of 2105 cm 2 /V s with a sheet carrier density of n s = 1.10 × 10 13 cm -2 , for a 26% Al-content AlGaN/GaN heterostructure has been obtained, which is approaching state-of-the-art for HEMT grown on SiC. Sheet resistance as low as 274 Ω/□ has also been achieved.     

二维Rh-C60聚合相的制备和表征

 利用高压合成装置在6 GPa压力、700 ℃温度条件下合成了二维C₆₀聚合相,并用X射线衍射（XRD）和高分辨核磁共振（NMR）等方法对样品进行了表征。XRD分析结果表明,C₆₀分子在高温高压下发生了聚合反应,晶体结构由面心立方结构变为菱形结构,通过［2+2］加环反应在邻近分子间形成sp³杂化共价键。¹³C核磁共振魔角谱 （¹³C MAS NMR）在δ145和δ72处出现了两个共振峰,其中在δ145附近的峰展宽并有两个边带。δ145附近的峰的展宽与分裂主要是由于C₆₀分子上出现了不等价的sp²杂化碳和高温高压条件下产生的结构无序,边带的形成说明了其结构的各向异性;位置为δ72附近的峰证明了聚合物内C₆₀分子之间出现了sp³杂化键。     

Tetrahedral coordination for Zn in hexacyanometallates: Structures of Zn3A2[M(CN)6]2·xH2O with A=K, Rb, Cs and M=Ru, Os

Zinc hexacyanoruthenate (II) and hexacyanoosmate (II) were prepared and studied from X-ray diffraction (XRD), infrared (IR), and thermogravimetric (TG) data. These compounds were found to be isomorphous with the iron analogues, crystallizing with a rhombohedral unit cell (R−3c space group), where the zinc atom has tetrahedral coordination to N ends of CN groups. For Cs, compounds with formula unit ZnCs₂[M(CN)₆] and a cubic unit cell (Fm−3m) were also obtained. The crystal structures for the eight compositions were refined from the corresponding X-ray powder diffraction patterns using the Rietveld method. Related to the tetrahedral coordination for the Zn atom, the rhombohedral phase has a porous framework with ellipsoidal cavities of about 12.5×9×8 Å, communicated by elliptical windows of ∼5 Å. Within these cavities the exchangeable alkali metal ions are found. The filling of the cavity volume is completed with water molecules. IR spectrum senses certain charge delocalization from the inner metal, through the π-back donation mechanism. For Os compounds this effect is particularly pronounced, related to a more diffuse d orbitals for this metal.     

R相C_(60)聚合物的磁性研究

在高温高压条件下利用高压合成装置合成了二维R相C60聚合物,并利用X射线衍射(XRD)和超量子干涉(SQUID)对合成的样品进行了研究.X射线衍射(XRD)数据表明,在6 Gpa压力和700℃-725℃的温度条件下合成的聚合物为纯度较高的二维R相C60聚合物,当温度升高至800℃时,富勒烯的笼状结构塌陷,样品全部变为无定形碳结构.超量子干涉(SQUID))数据表明,在富勒烯笼状结构出现破缺或共价键结构出现断裂的边界条件下制备的二维R相C60聚合物具有铁磁性,样品的磁性来源于破缺的C60分子笼和断裂的共价键.     

R相C60聚合物的磁性研究

在高温高压条件下利用高压合成装置合成了二维R相C60聚合物,并利用X射线衍射(XRD)和超量子干涉(SQUID)对合成的样品进行了研究.X射线衍射(XRD)数据表明,在6 Gpa压力和7000C-7250C的温度条件下合成的聚合物为纯度较高的二维R相C60聚合物,当温度升高至8000C时,富勒烯的笼状结构塌陷,样品全部变为无定形碳结构.超量子干涉(SQUID))数据表明,在富勒烯笼状结构出现破缺或共价键结构出现断裂的边界条件下制备的二维R相C60聚合物具有铁磁性,样品的磁性来源于破缺的C60分子笼和断裂的共价键.     

Tb0.3Dy0.7(Fe0.9T0.1)1.95合金的结构、自旋重取向和穆斯堡尔谱

系统研究了室温下Tb_0.3Dy_0.7(Fe_0.9T_0.1)_1.95(过渡金属元素T=Mn，Fe，Co，B，Al，Ga)合金中ⅢA族金属和过渡金属元素T替代Fe对结构、自旋重取向和穆斯堡尔谱的影响.结果发现，不同金属T替代Fe，Tb_0.3Dy_0.7(Fe_0.9T_0.1)_1.95，合金具有相同的MgCu₂型立方Laves相结构；Al，Ga替代使Tb_0.3Dy_0.7(Fe_0.9T_0.1)_1.95合金的易磁化方向在{110}面逐渐偏离了立方晶体的主对称轴，即自旋重取向，B，Mn，Co替代未使易磁化轴发生明显转动；Al，Ga元素替代使超精细场H_hf略有下降，B，Mn替代对超精细场H_hf的影响不大，而Co元素替代使超精细场H_hf有较大增加；所有元素替代使同质异能移IS有所增加；B，Al，Ga和Mn替代使四极劈裂Q_s增加，而Co替代使四极劈裂Q_s下降. 关键词： 立方Laves相 自旋重取向 穆斯堡尔谱