冷却速率对液态金属Zn快速凝固过程中微观结构的影响

用分子动力学模拟方法研究了六种不同冷却速率对液态金属Zn凝固过程微观结构的影响. 采用双体分布函数g(r)曲线、平均原子总能量、Honeycutt-Andersen(HA)键型指数法和原子团类型指数法(CTIM-2)对凝固过程中微观结构的变化进行了分析. 结果表明, 冷却速率对微观结构的转变有决定性影响, 当冷却速率为1×10¹⁴、5×10¹³、2×10¹³、1×10¹³、5×10¹² K·s-1时, 系统形成以1551、1541、1431键型为主体的非晶态结构; 当冷却速率为1×10¹² K·s-1时, 系统形成以1421、1422键型为主或以密排六方(hcp)基本原子团(12 0 0 0 6 6)和面心立方(fcc)基本原子团(12 0 0 0 1 2 0)共存的部分晶态结构. 同时发现, 在形成非晶的五个系统中,玻璃化转变温度Tg随着冷速的降低而降低.     

Ag核Au壳双金属复合纳米线的制备及其表面增强拉曼光谱研究

采用氧化铝模板结合交流电沉积技术制备纯银纳米线, 然后通过化学还原方法, 并控制加入的金盐的量, 在已制备好的银线表面包裹不同厚度的金壳层, 得到具有核壳结构的Ag_核Au_壳复合纳米线. 采用电子显微镜(SEM, TEM)和表面增强拉曼光谱对该复合结构纳米线进行相关表征, 纳米线的表面形貌与加入的金盐的量有关. 以苯硫酚(TP)和对巯基苯胺(PATP)为探针分子, 研究了此类复合纳米线的表面增强拉曼散射效应. 并以PATP在金银纳米线表面吸附的表面增强拉曼光谱的差别为探针, 表征了复合纳米线表面金的包裹程度, 结果表明一定厚度的包裹程度可制备无针孔效应的核壳结构金银复合纳米线.     

耐蚀合金Al3Ni和Ni3Al液态冷凝过程的比较研究

采用F-S多体势对液态合金Al3Ni和Ni3Al在不同冷却速度下的微观结构及其转变机制进行了分子动力学模拟,得到了不同冷速下各温度的双体分布函数;采用HA键型指数法对其结构进行了分析,结果表明: Al3Ni在两种冷速下均以非晶的形式出现,只是慢冷时体系的有序度略有升高;而Ni3Al的结构及能量转变受冷速影响较大,快冷时形成非晶,而慢冷时出现明显结晶;同样冷速下Al含量较少的Ni3Al体系的有序度高,更易形成晶体,晶体的形成过程中有能量突变.     

(AlN) n团簇的结构与稳定性

用飞行时间质谱法观察到AlN⁺,Al₂N₂⁺等团簇的存在.结合密度泛函理论的B3LYP/6-31G^* 方法,对(AlN)_n(n = 1~15)团簇的几何构型、电子结构和振动频率等性质进行了优化计算,讨论了化学键的特征和热力学稳定性,解释了实验质谱.结果表明:在(AlN)_n团簇的基态结构中,不存在Al?/FONT>Al和N?/FONT>N键, Al?/FONT>N键是惟一键型; (AlN) _n结构稳定性的幻数为: 原子数为4, 8, 12, 16, 20, …等4的倍数.     

热浸镀过程上浮熔渣形核期原子团簇研究

利用θ-θ X射线衍射研究了Al₃Fe熔体结构, 结果显示熔体中Al和Fe原子之间存在较强的相互作用, 存在着类似化合物结构的原子团簇. 这说明当Zn-55Al热浸镀熔体中Fe含量积累到一定程度, 在熔体中优先形成类似Al₃Fe的原子团簇, 进而形成熔渣. 在Al的有效硬球直径减小而Fe的增大情况下, 利用Percus-Yevick硬球模型可以较好地拟合结构因子实验曲线的第一峰, 从而给出了1550℃ Al₃Fe的密度为3.65 g/cm³, 它小于实际热浸镀Zn-55Al熔体的密度3.7 g/cm³, 可较好地解释“熔渣”上浮的现象.     

快淬钐铁合金不同速率下的相结构演变

在高真空电弧熔炼及单辊旋淬一体炉制备钐铁合金薄带实验中,通过控制辊轮转速来实现不同的冷却速率(10~5~10~6K·s~(-1))。在快速冷凝钐铁合金的过程中,由于存在非常高的温度梯度,落至辊轮上的合金液滴会迅速冷凝成连续的非晶或微晶薄带。通过XRD物相检测手段研究快淬钐铁合金不同速率下的相结构演变。结果表明:在常规冷却条件下凝固得到的钐铁合金中具有α-Fe,SmFe_3,SmFe_2和Sm_2Fe_(17)4种物相;在快速冷凝条件下,钐铁合金的α-Fe相消失,随着冷却速率增大,SmFe_3相也消失,合金中只剩下SmFe_2和Sm_2Fe_(17)相;冷却速率继续增大时,快淬钐铁中出现非晶,且随着冷却速率的增大,非晶含量增多;此外,当快淬速率升至36.5 m·s~(-1)时,非晶含量可达到50%左右。     

Co2+OH2/Co3+OH2 电子转移反应性的理论研究

提出了研究Co²⁺OH₂/Co³⁺OH₂反应体系电子转移反应性的接触距离依赖关系的分析方案和ab initio计算的应用方法,并讨论验证了此方案及其相应模型的可行性,分析了有关动力学量的接触距离依赖关系.详细的结果表明,用精确PES法得出的活化能与用非谐振子势得出的活化能吻合较好,它们明显优于谐势模型.对分布函数随接触距离从1.20~0.35nm改变而从10^-2变到10^-5.偶合矩阵元随接触距离的增加呈指数性降低.有效电子偶合要求接触距离＜0.75nm.在0.50~0.75 nm范围内,相应的电子发射系数值在1.0~10^-6之间.电子因子使得定域ET速率也指数性的随接触距离的增加而降低,而对分布函数对总电子转移速率的贡献与电子因子的贡献则相反.球平均ET速率随接触距离的变化呈抛物线变化,并在接触距离为0.5 nm时有最大值.此最大值与总观测ET速率非常接近.对于此偶合体系,气态时ET速率是10⁶L·mol^-1·s^-1.进一步来说,实验上难于确定此类水合体系尤其是未饱和中间组分的电子结构和PES,ab initio算法在讨论其ET反应性方面能起到一个有效的辅助作用.     

机械运动诱导的111In和32P核衰变速率变化

考察了外在的机械运动诱导的放射性核素¹¹¹In的电子俘获衰变和³²P的β衰变速率的变化. 结果表明, 在地球北半球的顺时针和逆时针圆周离心运动中(半径8 cm, 2000 r/min), ¹¹¹In电子俘获衰变的半衰期比文献值(2.83 d)分别降低2.83%和增加1.77%, ³²P的β衰变的半衰期比文献值(14.29 d)分别降低3.78%和增加1.75%; 当顺时针和逆时针圆周运动的转速增加为4000 r/min时, ¹¹¹In的半衰期分别降低11.31%和增加6.36%, ³²P的半衰期分别降低10.08%和增加4.34%. 当外在机械运动作用取消后, 放射性核素¹¹¹In和³²P的衰变速率均分别恢复到正常文献值. 发现外在圆周运动依赖顺时针和逆时针方向分别明显增加和降低¹¹¹In和³²P衰变过程的衰变速率, 并且其效应随圆周离心运动转速的增加而增加. 这些结果可能起因于不对称的力学作用.     

碳辅助CVD制备氧化硅纳米线及其光学性能

利用碳辅助CVD方法, 在1100~1140 ℃、常压、N2/H2气氛下, 以Fe-Al-O复合体系为催化剂, 在石英衬底上制备了大量非晶氧化硅纳米线. 该纳米线直径为20~200 nm, 长数百微米. 利用透射电镜、扫描电镜及电子能谱对氧化硅纳米线的形貌及组分进行了表征与分析; FTIR光谱显示了非晶氧化硅的3个特征峰(482, 806和1095 cm-1)和1132 cm-1无序氧化硅结构的强吸收峰. 氧化硅纳米线的光致发光光谱(PL)表明其具有较强的438 nm荧光峰.     

N-脒基脲二硝酰胺放热分解反应的动力学行为

用DSC和微热量仪研究了N-脒基脲二硝酰胺(GUDN)的放热分解反应动力学行为和比热容, 计算得到程序升温下GUDN主放热分解反应的动力学参数(活化能Ea和指前因子A)、自加速分解温度(TSADT)、绝热条件下达到最大分解反应速率的时间(tTMRad)和至爆时间(tTIad). 结果表明, 在非等温DSC条件下, GUDN的热分解过程可用经验级数自催化动力学方程dα/dt=10^18.49exp(-195500/RT)(1-α)^0.81+10^18.00exp(-177000/RT)α^1.29(1-α)^0.71描述. 热分解转热爆炸的临界温升速率为0.1236 K·h-1. 所得的TSADT、tTMRad和tTIad值分别为473.95 K、2.24 s和3.51 s.     

应变率诱发镍纳米丝的非晶化

采用镶嵌原子法(EAM)作用势对镍纳米丝的拉伸过程进行了分子动力学模拟. 体系施加应变率范围在5×10^7 - 1×10^10 s^-1, 观察体系的应力-应变曲线、平均原子能量、原子轨迹, 偶相关函数随应变率的变化. 发现当应变率低于1×10^8 s^-1时, 体系发生塑性变形, 最终颈缩断裂, 偶相关函数表明体系一直保持晶体结构; 而当应变率高于1×10^9 s^-1时, 体系发生了由晶体向非晶的持续转变, 偶相关函数出现了典型的非晶峰, 高应变率诱发了Ni纳米丝的非晶化.     

Ni3Al合金液态与非晶中的原子团簇

采用常温常压分子动力学模拟技术，模拟了液态Ni3Al中原子团簇在快速凝固条件下的演变过程，模型采用的是TB(tight binding)作用势.用偶分布函数、键对和多面体等结构参数来描述快速凝固条件下团簇种类和数量的变化，并将团簇结构可视化.在2 000 K下，液态Ni3Al中团簇数量较少，且都是由缺陷二十面体构成；在4×1013 K•s－1的冷速下，团簇的数量随温度的降低不断增加，且出现完整二十面体团簇，体系最终形成了由二十面体和缺陷二十面体团簇网络所组成的非晶结构.     

Rapid solidification of cobalt melt by molecular dynamics simulation

Molecular dynamics simulation was applied to investigating the evolvement rule of cobalt melt microstructure during solidification at different cooling rates. The cooling rate for the formation of amorphous phase is determined by analyzing the radial distribution function, the H–A bond-type index and the mean square displacement. The simulation results showed that the nucleation undercooling increases with the initial temperature, and in the undercooling versus temperature curve, there are two inflection points. Besides, when the initial temperature reaches 2450 K, the undercooling will be stabilized at 1061 K. As the cooling rate is less than 1.0?×?10^11.0 K s^?1, the FCC and HCP crystal structures will be obtained. Amorphous structure will be obtained if the cooling rate is more than 1.0?×?10^13.0 K s^?1. If the cooling rate of the Co melt is between 1.0?×?10^11.0 and 1.0?×?10^13.0 K s^?1, the crystal and amorphous structures will be coexistent, which indicates that the critical cooling rate of crystal–amorphous transition is 1.0?×?10^11.0 K s^?1.

     

Structure and diffusion in amorphous aluminum silicate: a molecular dynamics computer simulation

The amorphous aluminum silicate (Al2O3)2(SiO2) [AS2] is investigated by means of large scale molecular dynamics computer simulations. We consider fully equilibrated melts in the temperature range 6100 K> or =T> or =2300 K as well as glass configurations that were obtained from cooling runs from T=2300 to 300 K with a cooling rate of about 10(12) K/s. Already at temperatures as high as 4000 K, most of the Al and Si atoms are fourfold coordinated by oxygen atoms. Thus, the structure of AS2 is that of a disordered tetrahedral network. The packing of AlO4 tetrahedra is very different from that of SiO4 tetrahedra in that Al is involved with a relatively high probability in small-membered rings and in triclusters in which an O atom is surrounded by four cations. We find as typical configurations two-membered rings with two Al atoms in which the shared O atoms form a tricluster. On larger length scales, the system shows a microphase separation in which the Al-rich network structure percolates through the SiO2 network. The latter structure gives rise to a prepeak in the static structure factor at a wave number q=0.5 A(-1). A comparison of experimental x-ray data with the results from the simulation shows good agreement for the structure function. The diffusion dynamics in AS2 is found to be much faster than in SiO2. We show that the self-diffusion constants for O and Al are very similar and that they are by a factor of 2-3 larger than the one for Si.     

非等温结晶对PLLA的热行为和形貌的影响

将聚L-乳酸(PLLA)熔化非等温熔融结晶, 采用DSC、POM、SEM等技术研究了降温速率对PLLA的热行为和形貌的影响. PLLA在低降温速率(2 ℃·min-1)下的结晶在118 ℃伴随有结晶机制的转变. 玻璃化温度和结晶度随着降温速率的降低而增大. 随着降温速率的降低, 球晶尺寸增大, 当降温速率为10 ℃·min-1 时, PLLA 为无定型材料. 采用模压成型的方法并控制降温速率制备了具有球晶结构的条状PLLA 生物材料, 与高降温速率下制备的PLLA相比,低降温速率下获得的具有球晶结构的PLLA材料的断面更光滑和致密, 但脆性增强.     

液态合金NiAl凝固过程中微观结构转变的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法对液态NiAl凝固过程进行了研究,考察了不同冷却速度下液态NiAl结构变化特点,原子间相互作用势采用F-S多体势,结构分析采用键取向序和对分析技术.计算结果表明,冷却速度对液态NiAl结构转变有重要影响,在不同的冷却速度下, NiAl凝固过程出现了明显不同,冷速为4×1013和4×1012 K/s时, NiAl快速凝固为无序的非晶体结构;而在较慢的8×1011 K/s冷速下, NiAl凝固为晶态结构.给出了不同冷却速度下液态NiAl结构转变的微观信息.     

Effect of cooling rate on the microstructure and solidification characteristics of Al2024 alloy using computer-aided thermal analysis technique

The aim of this work was to investigate the effect of different cooling rates on the microstructure and solidification parameters of 2024 aluminum alloy. Solidification characteristics are recognized from the cooling curve and its first and second derivative curves which have been plotted using thermal analysis technique. In this study, a mold having high cooling rate was designed and used to simulate the direct-chill casting process. The results of thermal analysis show that the characteristic parameters of Al2024 alloy are influenced by cooling rate. The cooling rates used in the present study range from 0.4 to 17.5 °C s^?1. Increasing the cooling rate affects the undercooling parameters both in liquidus and eutectic solidification regions. Investigations showed that solidification parameters such as nucleation temperature, recalescence undercooling temperature, and range of solidification temperature are influenced by variation of cooling rates. Microstructural evaluation was carried out to present the correlation between the cooling rate and dendrite arm spacing.     

冷却速率对液态Ni凝固过程中微观结构演变影响的模拟研究

用分子动力学方法和EAM模型势对液态金属Ni原子系统在不同冷却速率下凝固过程中微观结构的演变进行了模拟研究.结果表明, 冷却速率对微结构演变有决定性影响, 当冷速为1.0×10¹⁴和 4.0×10¹³ K•s^-1时, 系统将形成以1551、1541和1431三种键型为主的非晶态结构. 当冷速为2.0×10¹³和 1.0×10¹² K•s^-1时, 系统将形成不同的晶态结构；前者形成以1421、1422二种键型为主的 fcc 与hcp结构共存的晶态结构；后者形成以1421键型为主的fcc 结构占绝对优势的晶态结构, 其结晶起始温度Tc分别为1073 K和1173 K.同时发现, 原子的平均配位数（最近邻数）对温度和冷速的变化相当敏感, 且其突变点正好与结晶转变温度Tc相对应, 这将为液态金属结晶转变过程的研究提供一条新途径.