ORIGIN OF HEAT EFFECTS AND SHEAR MODULUS CHANGES OF A Cu-BASED AMORPHOUS ALLOY 1)

剪切模量在非晶合金黏性流动、扩散及结构弛豫等行为中起着重要作用. 宏观剪切弹性决定非晶合金热流变化.探索非晶合金在结构弛豫和玻璃转变过程中宏观力学性能与热流的关联有助于理解其力学行为起源. 本研究基于自间隙理论对Cu$_{49}$Hf$_{42}$Al$_{9}$非晶合金热流、剪切模量及黏度进行研究,建立剪切模量与热流之间的关联. 通过测量剪切模量精确测定自间隙缺陷浓度演化规律.从能量角度出发,通过激活能图谱探索自间隙缺陷浓度对非晶合金热力学性能的影响. 借助于动态力学分析仪研究非晶合金从室温到过冷液相区的动态弛豫行为,探索物理时效引起的结构弛豫以及内耗演化规律. 研究结果表明,自间隙理论可准确描述非晶合金的弛豫动力学、剪切软化及结构弛豫诱导的力学行为. 结合热流数据可以很好描述铸态和弛豫态非晶合金剪切模量随温度演化过程,激活能图谱直观表述了单位激活能可激活的自间隙缺陷浓度. 自间隙缺陷在结构弛豫中湮灭,表现为玻璃体系结构向更稳定状态迁移.在玻璃化转变过程中,缺陷浓度显著升高伴随热吸收,表现为原子大规模协同运动和剪切软化. 物理时效诱导非晶合金内耗和原子移动性降低. 过冷液相区内原子移动性高至消除了结构弛豫影响.     

凝聚态物质振动-平动能量弛豫过程的分子动力学模拟

本文利用分子动力学计算机模拟方法,研究了稠密态双原子分子振动-平动弛豫速率与分子离解能、密度和温度的关系。发现振动弛豫速率随着分子离解能的增高而下降。这一现象与由光谱数据得到的结果是一致的。它可以用振动频率的下降来解释;分子振动弛豫速率随密度增大而加快,在我们所作的范围内,似乎看不到弛豫速率与温度有关。     

凝聚态物质振动-平动能量弛豫过程的分子动力学模拟

本文利用分子动力学计算机模拟方法,研究了稠密态双原子分子振动-平动弛豫速率与分子离解能、密度和温度的关系。发现振动弛豫速率随着分子离解能的增高而下降。这一现象与由光谱数据得到的结果是一致的。它可以用振动频率的下降来解释;分子振动弛豫速率随密度增大而加快,在我们所作的范围内,似乎看不到弛豫速率与温度有关。     

铜基非晶合金热效应和剪切模量变化起源

剪切模量在非晶合金黏性流动、扩散及结构弛豫等行为中起着重要作用. 宏观剪切弹性决定非晶合金热流变化.探索非晶合金在结构弛豫和玻璃转变过程中宏观力学性能与热流的关联有助于理解其力学行为起源. 本研究基于自间隙理论对Cu$_{49}$Hf$_{42}$Al$_{9}$非晶合金热流、剪切模量及黏度进行研究,建立剪切模量与热流之间的关联. 通过测量剪切模量精确测定自间隙缺陷浓度演化规律.从能量角度出发,通过激活能图谱探索自间隙缺陷浓度对非晶合金热力学性能的影响. 借助于动态力学分析仪研究非晶合金从室温到过冷液相区的动态弛豫行为,探索物理时效引起的结构弛豫以及内耗演化规律. 研究结果表明,自间隙理论可准确描述非晶合金的弛豫动力学、剪切软化及结构弛豫诱导的力学行为. 结合热流数据可以很好描述铸态和弛豫态非晶合金剪切模量随温度演化过程,激活能图谱直观表述了单位激活能可激活的自间隙缺陷浓度. 自间隙缺陷在结构弛豫中湮灭,表现为玻璃体系结构向更稳定状态迁移.在玻璃化转变过程中,缺陷浓度显著升高伴随热吸收,表现为原子大规模协同运动和剪切软化. 物理时效诱导非晶合金内耗和原子移动性降低. 过冷液相区内原子移动性高至消除了结构弛豫影响.      

稠密流体中双原子分子振动弛豫的非谐性及质量效应

利用分子动力学计算机模拟方法研究了稠密流体中双原子分子的振动弛豫问题，证实了双原产分子的振动弛豫速率随着其非谐性的增大而加快，同时，其速率也随其质量因子的变大而加速。     

稠密流体中双原子分子振动弛豫的非谐性及质量效应

利用分子动力学计算机模拟方法研究了稠密流体中双原子分子的振动弛豫问题，证实了双原产分子的振动弛豫速率随着其非谐性的增大而加快，同时，其速率也随其质量因子的变大而加速。     

非晶材料弛豫过程中杨氏模量的唯象研究

从晶态材料弛豫过程中模量的唯象描述的基本思想出发,同时考虑到近年来对非晶材料弛豫规律的种种研究,将传统的构造力学参数模型作为弛豫单元的作法与现在流行的双能级模型统一起来,对非晶材料弛豫过程中的杨氏模量进行了唯象处理,得到了与以往不同的弛豫规律.     

微梁传感研究PNIPAM分子链热致折叠构象转变

大分子的构象转变问题,作为人类认识生命现象的基础,是当前生命科学研究的热点问题之一。本文运用光杠杆放大原理,通过检测单侧表面上修饰有聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)分子的微悬臂梁在水溶液中随温度变化时发生的变形,获得了修饰于微梁表面的PNIPAM分子链在溶液温度变化时,由于亲/疏水性改变所导致的分子构象转变信息。实验结果显示,PNIPAM分子链的这种构象转变在20℃~40℃之间连续进行,整个过程具有迟滞性。另一方面,微梁表面应力的变化,反映的是分子构象转变过程中PNIPAM分子链之间的相互作用的信息,这对我们深入认识构象转变过程中微观机制是很有帮助的。本文提出的方法,是基于大分子构象转变过程中分子之间相互作用,反映的是过程中的力学信号,具有较高的灵敏度和较广的应用范围。     

双原子分子晶体振动弛豫过程的分子动力学研究

用分子动力学方法研究瞬时加热振动自由度后的能量弛豫过程.晶元包含128个双原子分子,采用周期性边界条件和体心立方结构,对于分子内和分子间原子相互作用采用双莫尔斯势.发现平衡时间的对数与因子,f_21之间存在线性关系,而f_21正比于分子内振动与格波振动的频率比.     

非晶材料弛豫过程加杨氏模量的唯象研究

从晶态材料弛豫过程中模量的唯象描述的基本思想出发，同时考虑到近年来对非晶材料弛豫规律的种种研究，将传统的构造力学参数模型作为弛豫单元的作法与现在流行的双能级模型统一起来，对非晶材料弛豫过程中的杨氏模量进行了唯象处理，得到了与以往不同的弛豫规律。     

冲击波加载铁电体的电响应研究

本文对垂直模式冲击波压缩铁电陶瓷电响应的理论有所改进。我们不仅考虑铁电介质的电介弛豫和电导率弛豫,而且还计及冲击波阵面在样品中传播的时序效应的影响。外电路由串联电阻、电感和并联电容组成。计算结果表明理论与实验符合很好。     

基于微观结构非均匀性的非晶合金力学行为

非晶合金弛豫/晶化、玻璃转变、塑性变形等热力学和动力学行为都与其固有的结构非均匀性密切相关. 但是, 由于淹没在亚稳的长程无序结构中, 探究非晶合金的结构非均匀性十分困难. 尤其, 非晶合金微观结构非均匀性与其力学性能之间的本征关联是一个亟待解决的重要科学问题. 本文基于多尺度时空下的力学激励阐述非晶合金微观结构非均匀性特征与演化规律. 从实验、理论和数值模拟方面出发, 梳理了非晶合金微观结构非均匀性与弛豫机制和力学行为之间的关联. 最后, 针对非晶合金微观结构非均匀性与其物理/力学性能研究的方向提出了建议和展望.      

粘弹性复合桁架动态特性温度影响的实验研究

通过实验研究了一种可用于桁架结构阻尼控制的粘弹性阻尼构件的动力学特性和温度特性。在此基础上,进一步就环境温度变化对粘弹性复合结构动力学特性的影响作了实验分析。实验结果表明：粘弹性阻尼构件对结构阻尼控制的效果明显,环境温度的变化直接影响粘弹性阻尼担构件的动力学特性,并通过阻尼构件引真情整体结构动力学特性的改变。     

扭摆内耗仪的发明和内耗研究的开拓与发展

本文对笔者关于滞弹性内耗研究的早期工作（１９４５一１９４９年于芝加哥）作了历史回顾。概述用滞弹性测量方法研究了金属中晶粒间界和滑移带的力学性质,并为此目的而创制了扭摆内耗仪和转动线圈的扭转装置,从而可以用同一试样测定内耗、动态模量亏损,在恒应力下的蠕变和在恒应变下的应力弛豫。首次观测到晶粒间界内耗峰（作为温度的函数）,测出了晶界弛豫的激活能,提出了大角晶界的＂无序原子群＂模型;在部分再结晶的冷加工金属试样中观测到与滑移带弛豫有关的内耗峰,在冷加工并经过部分退火的含铜的铝中发现了反常内耗峰（作为温度和应变振幅的函数）。最后指出,近年来在晶界弛豫和位错弛豫的研究中发现了大量非线性滞弹性现象,基本上奠定了非线性滞弹性理论的实验基础,标志着非线性滞弹性这一新学科领域的开端。      

微梁传感研究大分子构象转变

通过表面修饰技术将大分子连接到微悬臂梁的单侧表面上，调节周围的物理、化学环境使大分子的构象发生转变，并用光杠杆法检测微梁变形。实验结果显示，大分子在微梁表面的构象转变过程会引起微梁的表面应力发生变化，并使之产生纳米量级的端部位移变形。此外，对于不同的大分子，促使微梁表面应力发生变化的机制是各不相同的。分析显示，氢键作用、静电作用和疏水作用分别在PNIPAM分子、PAA分子和胰蛋白酶分子的构象转变和微梁表面应力变化过程中起主要作用。微梁传感用于大分子的构象转变检测，提取的是分子间相互作用力的信息，它为从微观上理解大分子构象转变问题提供了一种新的实验手段。     

锆基非晶合金的动态弛豫机制和高温流变行为

非晶合金的动态弛豫机制对于理解其塑性变形,玻璃转变行为,扩散机制以及晶化行为都至关重要.非晶合金的力学性能与动态弛豫机制的本征关联是该领域当前重要科学问题之一.本文借助于动态力学分析(DMA),探索了Zr_(50)Cu_(40)Al_(10)块体非晶合金从室温到过冷液相区宽温度范围内的动态力学行为.通过单轴拉伸实验,研究了玻璃转变温度附近的高温流变行为.基于准点缺陷理论(quasi-point defects theory),对两种力学行为的适用性以及宏观力学行为变化过程中微观结构的演化规律进行描述.研究结果表明,准点缺陷理论可以很好地描述非晶合金损耗模量α弛豫的主曲线.基于非晶合金的内耗行为,玻璃转变温度以下原子运动的激活能U_β为0.63 eV.与准点缺陷浓度对应的关联因子χ在玻璃转变温度以下约为0.38,而在玻璃转变温度以上则线性增大.Zr_(50)Cu_(40)Al_(10)块体非晶合金在玻璃转变温度附近,随温度和应变速率的不同而在拉伸实验中显示出均匀的或不均匀的流变行为.非晶合金的高温流变行为不仅可以通过扩展指数函数和自由体积理论来描述,还可以通过基于微剪切畴(shear micro-domains, SMDs)的准点缺陷理论来描述.     

层裂的分形机理及分维和连接阈值的关系

通过对微裂纹连接的动力学分析，提出了描述层裂损伤演化的统计分形模型，指出分形层裂面的形成机理与层裂中微裂纹级串连接的动力学过程密切相关，由此，得到了一种单峰的分维－连接阈值关系，定性解释了分维随专心韧性单峰变化的实验现象。     

泵浦激光功率和气室温度对SERF陀螺仪的影响（英文）

SERF陀螺仪工作在无自旋交换弛豫(SERF)状态下,电子自旋和核子自旋强烈耦合。通过研究电子自旋与核子自旋的耦合方程,分析了泵浦激光的功率和气室温度对SERF陀螺仪磁场补偿的影响,并搭建了SERF陀螺仪实验平台系统进行验证。研究结果表明:原子核自旋补偿磁场正比于泵浦激光功率,泵浦激光功率在9.7 m W至105.6 m W的变化范围中,自旋补偿磁场的变化达到8.9 n T;气室温度在107.5℃至149.3℃变化范围中,自旋补偿磁场变化为4.5 n T,无明显的相关性,并且相对于气室温度的变化,补偿磁场对泵浦激光功率变化更加敏感。     

微梁传感研究大分子构象转变

通过表面修饰技术将大分子连接到微悬臂梁的单侧表面上,调节周围的物理、化学环境使大分子的构象发生转变,并用光杠杆法检测微梁变形.实验结果显示,大分子在微梁表面的构象转变过程会引起微梁的表面应力发生变化,并使之产生纳米量级的端部位移变形.此外,对于不同的大分子,促使微梁表面应力发生变化的机制是各不相同的.分析显示,氢键作用、静电作用和疏水作用分别在PNIPAM分子、PAA分子和胰蛋白酶分子的构象转变和微梁表面应力变化过程中起主要作用.微梁传感用于大分子的构象转变检测,提取的是分子间相互作用力的信息,它为从微观上理解大分子构象转变问题提供了一种新的实验手段.     

基于拉曼光谱的TMPTO热氧化特性研究

针对三羟甲基丙烷油酸酯(TMPTO)热氧化性能改进需求,将DXR激光显微拉曼光谱仪与Linkam FTIR600控温台联用,研究了热氧化过程中TMPTO及添加烷基二苯胺类抗氧剂辛/丁基二苯胺(T557)和二壬基二苯胺(T558)油样的拉曼特征峰随时间的变化规律,探讨了热氧化过程中TMPTO分子结构变化特点及烷基二苯胺类抗氧剂的作用机理.研究发现:随着氧化时间的延长,TMPTO基础油分子中=C-H、C=C及-CH_2-的拉曼峰随氧化时间延长逐渐减弱,且C=C结构的变化遵循一级反应动力学规律;在恒温175℃连续氧化条件下抗氧剂T557和T558能够减缓TMPTO分子中=C-H、C=C及-CH_2-的拉曼峰衰减,其中C=C结构的热氧化反应速率常数从0.14 h~(–1)降至0.02 h~(–1).