非平衡定态相图新概念及其应用——激活低压金刚石气相生长热力学

在激活的低压条件下，金刚石气相稳定生长的同时石墨会被腐蚀．这是近二三十年来国际上的一个热力学难题，甚至被认为是“热力学的悖论”．用非平衡热力学耦合理论可以给予很好的解释，并推导出非平衡定态相图的全新概念．在新型相图中金刚石在低压下是稳定相，而石墨被激活成为亚稳相．理论计算与文献报道的大量实验数据定量化地相符     

亚稳相的高压暴露

 很久以前,便有人指出,气态冷凝成固态时,要连续经历液相及各种高温相,才达到平衡结晶相。但是,液态及高温相往往需靠很大的冷却速度才能冻结下来,这在当时对绝大多数合金,是不可能的。近些年,随着超急冷等技术的进步,关于非晶等亚稳相得研究十分活跃。当超过一定临界冷却速度时,液态合金可固化为非晶态。虽然,亚稳结晶相较非晶应更容易冻结,但是,由于产生各种亚稳相所需的过冷条件各不相同,以及对冷却速度的选择不能是任意的,因此有时它们较非晶还难于形成。与液相凝固过程相似,非晶合金的晶化也服从构型最小重排原理,即在晶化完成之前,存在某些亚稳相变态阶段。但是,限于热力学上的不稳定性及动力学因素,在常压下这些亚稳相同样是难以发现的。作者根据对多种合金系的研究,提出高压暴露亚稳相的设想,并利用非晶等亚稳相的高压变态过程,将进行液态急冷时的速度控制方式,改为便于掌握的高压退火方式,来获得新亚稳相。本文对压力暴露亚稳相的原理和实践,加以论述。     

非平衡定态相图新概念及其应用

在激活的低压条件下，金刚石气相稳定生长的同时石墨会被腐蚀、这是近二三十年来国际上的一个热力学难题，甚至被认为是“热力学的悖论”，用非平衡热力学耦合理论可以给予很好的解释，并推导出非平衡定态相图的全新概念，在新型相图中金刚石在低压下是稳定相，而石墨被激活成为亚稳相，理论计算与文献报道的大量实验数据定量化地相符。     

压力诱致非晶合金形成

 对Cd-Sb体系高压下的非品形成过程进行了研究，并详细地从理论上分析了压力对冷却过程的形核自由能、临界冷速的影响。发现高压亚稳相的形成是非晶形成的先决条件，而一般只有那些体积随着温度的升高而减小的体系能形成高压亚稳相。对于此类体系，压力能促进形核，抑制生长，极大地降低临界冷却速度，从而促使高压亚稳相的形成。另外，高压亚稳相的形成存在一临界压力，压力必须大于临界压力方可形成亚稳相。最后，高压亚稳相由于动力学条件的抑制而转变为非晶。     

用过剩压法生长金刚石过程中石墨再结晶现象的研究

描述了在过剩压驱动下金刚石晶种外延生长过程中，大量伴生的石墨再结晶现象，再结晶石墨抑制了金刚石的自发成核，它们分布于合成腔触媒金属的低温区，结晶数量多，晶粒片状分层，尺寸大，但出现乱层晶体结构，同时产生一定数量的无定形碳，分析认为，这与长时间的低过剩压驱动，触媒金属内有足够的碳源供给，并具备在高温高压下石墨分充结晶但又达不到完全石墨化条件有关，还讨论了在低过剩压驱动下，促进金刚石晶体外延生长的碳本     

用过剩压法生长金刚石过程石墨再结晶现象的研究

 描述了在过剩压驱动下金刚石晶种外延生过程中，大量伴生的石墨再结晶现象。再结晶石墨抑制了金刚石的自发成核；它们分布于合成腔触媒金属的低温区，结晶数量多，晶粒片状分层，尺寸大，但出现乱层晶体结构；同时产生一定数量的无定形碳。分析认为，这与长时间的低过剩压驱动，触媒金属内有足够的碳源供给，并具备在高温高压下石墨充分结晶但又达不到完全石墨化条件有关。还讨论了在低过剩压驱动下，促进金刚石晶体外延生长的碳源可能是活化的碳原子，而不是具有乱层结构特征的再结晶石墨。     

铜管表面水合物晶体生长特性研究

实验研究了浓度分别为5 wt%、15 wt%、20 wt%、30 wt%的四丁基溴化铵(TBAB)溶液在外径为21mm的铜管外表面的结晶特性.实验首先以15 wt%TBAB溶液为例,观察其降温结晶过程,得到了TBAB水合物晶体在不同阶段生长的特征.然后对不同浓度、不同过冷度条件下的TBAB溶液进行降温结晶实验,观察并测...     

高温高压条件下石墨的再结晶与金刚石单晶的生长

 用电子显微镜观察到了在高温高压条件下再结晶石墨的形状随温度变化而改变的规律。实验表明：从石墨向金刚石的转变，与石墨在催化剂——溶剂合金中的再结晶状态有关，类球形再结晶石墨是转变成金刚石小单元的基础。金刚石晶体的不同形态及其多样化的表面结构表明金刚石单晶的生长具有比较复杂的过程。研究了具有一定规则形状由类球形再结晶石墨晶粒组成的聚合体，这种聚合体将在适当温度压力下转变成金刚石颗粒。本研究给出了生长粗颗粒、晶形完整的金刚石单晶的原则办法。     

Fe-C-Sb合金中液态急冷获得的ε相的高压稳定性及其相变

本工作用X射线粉末照相法研究了Fe-C-Sb合金中液态急冷获得的ε相在高压下的相变过程。实验结果表明,压力对ε相的稳定性及其相变过程都有显著影响。在4.7GPa压力下,ε相的稳定化温度提高到450℃左右,而后合金中开始出现在常压下未曾出现过的新的正交结构亚稳相。在上述压力下,当温度达到560℃时,该正交结构亚稳相开始转变成Fe₃C;在800℃时,Fe₃C分解成单质状态的石墨碳和γ-Fe,这时合金的相组成为:C,γ-Fe,Sb及另一未知相。 关键词：     

在热液条件下石英晶体的溶解及生长

本文实验部分主要研究了用温差法热液生长石英的溶液在冷却以后和重新建立的热液条件下所呈现的一些胶体化学性质。对冷却后的溶液做了超显微镜和电泳相结合的观察;对在重新建立起来的热液条件下的溶液仅做了电泳实验。在这两种情况下,对电泳迭合物都做了物相分析及加热过程中的物相转变的研究。理论部分根据实验结果及对石英晶体结构的考虑,推测了热液中真溶液部分,在晶体溶解及生长过程中分子的分散和重合的几个可能和主要阶段的结构,着重考虑到溶液中六联环状分子Si₆O₆(OH)₁₂的形成、活动、配联和结晶等问题。从较大的水合分子在结晶过程中的脱水作用,结合表面张力等因素对石英表面上巨大的生长螺旋和一些其他模样的成因做了一些推论,并从生长着的小晶体落在生长着的大晶体柱面上的取向附生的事实说明较大分子的取向性地生长于晶体上是完全可能的。     

LiIO3晶体相变的研究

本文用差热分析、恒温热处理、室温及高温X射线衍射等方法,对LiIO₃晶体的相变问题进行了研究。弄清了升温过程中γ相的本质,它是并没有稳定存在的温度区间,只能在一定温度范围,一定时间内存在的,从α相转变为β相的过渡相。熔态LiIO₃的冷凝过程不同于固态升温过程;这里存在着另一些新相——δ相。由于冷凝条件不同,因而结构也不尽相同,这些δ相在继续冷却时大部分转变为α相,但在未转变为α相之前,再度升温时,则转变为β相。从高温X射线衍射发现:差热分析曲线上所示的α←→γ和δ→α的相变温度是出现新相的温度,这时还伴随着大量的原有相的衍射线,随着时间的延长和温度的改变,原来的相才逐渐消失。同时也证实了γ→β的相变过程需要保温时间和β相的下种自催化作用。     

非晶态InSb及其亚稳中间相的霍耳效应和超导电性

实验研究了非晶态InSb及其结晶相变过程中的霍耳效应。结果表明,金属型非晶态InSb以电子导电为主,半导体型非晶态InSb以空穴导电为主;金属型非晶态InSb中的第一电导跃变是一种由类液非晶态到类点阵非晶态的结构弛豫过程;第三电导跃变是富In或富Sb固溶体相在半导体InSb晶界上析出并集中所引起的;金属型非晶态InSb的三种不同的结晶相变类型具有鲜明不同的输运性质;第二电导跃变峰所对应的亚稳金属相超导T_c的提高,可能主要起因于电子浓度的增加。 关键词：     

非晶态InSb及其亚稳中间相的霍耳效应和超导电性

实验研究了非晶态InSb及其结晶相变过程中的霍耳效应. 结果表明, 金属型非晶态InSb以电子导电为主, 半导体型非晶态InSb 以空穴导电为主; 金属型非晶态InSb中的第一电导跃变是一种由类液非晶态到类点阵非晶态的结构弛豫过程; 第三电导跃变是富In或富Sb 固溶体相在半导体InSb 晶界上析出并集中所引起的; 金属型非晶态I站b 的三种不同的结晶相变类型具有鲜明不同的输运性质; 第二电导跃变峰所对应的亚稳金属相超导Tc的提高, 可能主要起因于电子浓度的增加. 关键词：     

静高压下Al-Mn准晶形成及其结构稳定性的研究

 静高压（4.5 GPa）下Al₆Mn合金熔态淬火（冷却速度约为10² ℃/s），得到Al₆Mn合金的高压淬火样品。X射线分析表明：Al₆Mn合金的高压淬火样品中含有准晶二十面体相、Al₆Mn相及Al的面心立方相；与常压结果相比，高压淬火方法的冷却速率可比常压的低约3个数量级的条件下产生准晶二十面体相。其晶化温度与急冷甩带的相近。对静高压（2.5 GPa）下Al₆Mn准晶条带样品的晶化过程进行了研究。X射线分析表明：静高压下Al₆Mn准晶条带样品的晶化过程中，出现了一种新的未知亚稳相——准晶向晶体转化中的一种中间过渡态，具有类T相形式；与常压结果比较，高压下准晶相晶化温度提高。     

亚稳中间相的电导和其反常超导相变的机理

我们系统地测得了在低温凝聚InSb膜亚稳中间相的不同结构下其σ(T_a)与温度T的关系,发现相应于某些特定σ(T_a)的相变区,样品超导转变的R(T)曲线出现奇异的反常现象。本文提出一个类半导体相和亚稳金属相的混合态模型来解释这些现象,并且按此模型做了理论计算,理论曲线和实验数值较好地符合。 关键词：     

非晶Ni-P合金晶化过程中生成的六角亚稳相(Ⅲ)——六角多型体

利用电子显微镜旋转晶体法发现了非晶Ni-P合金晶化过程中生成的另外两个新的六角亚稳相(α₂相与α₃相)。它们与文献[3]报道的六角亚稳相(α₁)具有相同的α值(6.73?),但c值分别为α₁的3/2倍与4倍,表明这些相属于长周期多型体结构,α₂相具有六角密堆结构的消光规律。此外,还证实了α₁中的面心立方亚点阵(α=5.50?)实际上是一个单独的面心立方亚稳相,这些六角亚稳相就 关键词：     

圆对称环域Josephson隧道结的静态特性(Ⅱ)——自场方程解的稳定性

本文根据圆对称环域Josenphson隧道结的序参数位相差作微小变化时,结自由能泛函的一级变分为零、二级变分的符号来确定解的稳定性。如所对应的解的自由能的二级变分为正,则解是稳定的。反之解是不稳定的。求符号的问题又可以化为求本征值的问题。对于给定外磁场和流过结的电流下,自场方程存在着稳定的、不稳定的和亚稳态的解。 关键词：     

金刚石和石墨之间相转变几率的研究

 以势垒渡越模型为基础，对石墨和金刚石的相转变几率在压强-温度（p-T）图上的分布进行了研究。从理论上得到了金刚石和石墨的亚稳态相区边界，理论计算得到的相转变几率分布与文献报道的相转变速率的实验结果具有相同的规律。高温高压法合成金刚石的p-T特征程序可以用相转变几率的分布来解释。