三维材料微结构设计与数值模拟

为了研究材料细观尺度的力学性能与失效行为,达到对材料微结构的“性能导向型”设计与性能预测的目的,通过程序设计结合有限元数值模拟的方法实现多元多相异质体材料微观组织结构的计算机仿真、材料微结构的细观力学计算与虚拟失效分析.以材料微观组织结构计算机仿真软件ProDesign构造的多晶体材料与多晶体基复合材料微结构的代表性体积单元为基础,基于对商业有限元软件ABAQUS的二次开发,实现对材料微结构细观力学的数值计算,并根据数值模拟结果预测微结构的材料性能,识别“材料结构弱点”,评估异质体材料微结构内微裂纹的启裂 关键词： 材料微结构 数值模拟 各向异性 虚拟失效     

(LiN3)n(n=1～2)团簇的密度泛函研究

用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3LYP方法在6-31G*基组水平上对(LiN3)n(n=1～2)团簇各种可能的构型进行几何结构优化,预测了各团簇的最稳定结构.并对最稳定结构的振动特性、成键特性和电荷布局等性质进行了理论研究.结果表明,LiN3团簇最稳定构型为直线构型;(LiN3)n(n=1～2)团簇中N-N键长在0.1146～0.1203 nm之间,N-Li键长在0.1722～0.1987 nm之间;Li原子的自然电荷在0.708 e～0.907 e之间,N原子的自然电荷在-0.896 e～0.208 e之间.     

硼酸镁晶须增强镁基复合材料的谱学表征与性能研究

用X射线衍射谱分析了Mg2B2O5w/AZ91D镁基复合材料中的物相。研究了固溶处理和时效处理以及固溶处理加人工时效处理对复合材料组织演变的影响及组织与显微硬度之间的关系。结果表明,经过固溶处理后,共晶相的分解使复合材料的硬度值明显下降。时效处理使得复合材料的硬度逐渐增加并在时效处理16h后出现时效峰值201HV。然而随着时效时间的进一步增加,显微硬度值降低。经固溶处理24h,基体中β相基本溶解,形成过饱和的固溶体,接着时效处理8h,β相以弥散形式析出,从而使得复合材料的显微硬度值提高30%;而固溶处理24h及时效处理24h后,β析出相由细小片状的连续析出相向粗大的层片状非连续析出相过渡,使得复合材料的显微硬度下降到183HV。     

(Ca3N2)n(n=1—4)团簇结构与性质的密度泛函理论研究

用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3LYP方法在6-31G^*基组水平上对(Ca₃N₂)_n(n=1—4)团簇各种可能的构型进行几何结构优化,预测了各团簇的最稳定结构.并对最稳定结构的振动特性、成键特性、电荷特性和稳定性等进行了理论分析.结果表明,(Ca₃N₂)_n(n=1—4)团簇最稳定构型中N原子为3—5配位,Ca—N键长为0.231—0.251nm,Ca—Ca键长为0.295—0.358nm;N原子的自然电荷在-1.553e—-2.241e之间,Ca原子的自然电荷在1.035e—1.445e之间,Ca和N原子间相互作用呈现较强的离子性,Ca₃N₂和(Ca₃N₂)₃团簇有相对较高的动力学稳定性. 关键词： 3N₂)_n(n=1—4)团簇')" href="#">(Ca₃N₂)_n(n=1—4)团簇 密度泛函理论 结构与性质     

铸造铝青铜合金Cu-14Al-4Fe-Mn的摩擦磨损性能

用往复式摩擦磨损试验机考察了新型高强度、高耐磨性铸造铝青铜合金Cu-14Al-4Fe-Mn(代号HSWAB)的摩擦磨损性能,利用形貌扫描电子显微镜观察分析了合金磨损表面形貌,探讨了其磨损机理.结果表明,HSWAB合金在干摩擦和油润滑条件下的摩擦磨损性能及磨损机理存在明显差异.在干摩擦条件下,合金中脱落的硬质点及氧化物等磨粒导致较为严重的磨粒磨损,摩擦系数高、磨损率大,主要磨损机理为磨粒磨损、粘着磨损、氧化磨损及疲劳磨损.在油润滑条件下,摩擦系数和磨损率均显著降低,疲劳磨损和氧化磨损受到抑制,主要磨损机理为磨粒磨损和粘着磨损.Cu-14Al-4Fe-Mn合金在油润滑条件下的摩擦系数低达0.08,磨损率低达3.7×10-6g/m,是一种优良的耐磨材料.     

二氧化锰氧化制备聚苯胺及其超级电容性能

以二氧化锰为氧化剂在酸水体系中化学氧化制备了聚苯胺(PANI),考察了聚合条件对产率的影响。采用红外光谱、扫描电镜等手段对PANI的结构与形貌进行了表征,采用电化学工作站对其电化学电容性能进行了测试。结果表明:PANI产率随着体系中氧化剂用量的增加、苯胺用量的减少、反应温度的降低和反应时间的延长而增加,制备的聚苯胺主要是翡翠亚胺型聚苯胺,并以颗粒形式存在,大小在100 nm左右,局部有团聚现象,颗粒间堆积蓬松;该聚苯胺作为超级电容器活性电极材料,具有较好的电化学电容性能,最高比电容达到178 F/g。     

NiFe_2O_4纳米粉末的制备及磁性研究

以硝酸铁、硝酸镍以及柠檬酸为原料,采用凝胶-热分解法制备了N iFe2O4纳米粉末。利用X射线衍射确定了粉体的相结构、比表面积和晶格常数,扫描电子显微镜(SEM)观察了颗粒的形貌,振动样品磁强计(VSM)测量样品的磁性能。结果表明:所制备的样品均为尖晶石结构,颗粒粒径为36nm~68nm,且颗粒的粒径随着热处理温度的升高而增大,样品的比饱和磁化强度最大可达54.63 emu/g。同时,文章也对反应的动力学原理进行了研究,得出N iFe2O4纳米颗粒形成的活化能为15.8kJ/mol。     

大功率LiFePO4/C复合材料的简易合成

本文采用碳热还原法,以廉价的FeCl3.6H2O、LiOH.H2O和NH4H2PO4为原料,以淀粉为还原剂和碳源,经600℃烧结制备了LiFePO4/C复合材料,方法重现性好且易规模化生产.采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)测试材料结构,观察材料形貌.结果表明,经600℃烧结10 h所得产物具有纯相的橄榄石型晶体结构,良好的结晶性和规整的球状形貌,粒径为60～100 nm.包覆LiFePO4晶粒的碳层厚度为2 nm左右,碳含量为5%(by mass).材料的振实密度高达1.3 g·cm-3,在0.2C倍率下首次放电比容量为162 mAh·g-1,在0.5C、1C、2C、5C和10C倍率下首次放电比容量分别为143、135、127、116和105 mAh·g-1,10C倍率下500周期循环,其比容量仍有81 mAh·g-1.     

聚甲基丙烯酸甲酯/纳米有机改性蒙脱土复合材料的制备及其摩擦磨损性能研究

采用乳液插层法制备聚甲基丙烯酸甲酯/纳米有机改性蒙脱土复合材料,采用X射线衍射仪表征复合材料结构,考察有机改性蒙脱土(OMMT)含量对复合材料摩擦磨损性能的影响,并通过扫描电子显微镜观察分析复合材料磨损表面形貌.结果表明:所制备的纳米片状分散型复合材料的磨损率随OMMT含量增加先减小而后增加;摩擦系数随OMMT含量的变化趋势则相反,当OMMT含量为5%时,复合材料的磨损率最小,为PMMA的25%;当OMMT含量为6%时,摩擦系数最大,比PMMA增加8%.复合材料的磨损机制为粘着磨损和磨粒磨损,随着OMMT含量不同,2种机理的表现程度有所变化.     

铝青铜在不同介质中的摩擦磨损行为研究

利用往复式摩擦磨损试验机和单摆冲击划痕试验机研究高铝青铜Cu-14%Al-X和普通铝青铜QAl9-4在3.5%NaCl、5%H2SO4、空气及纯水中滑动及其在空气中冲击载荷条件下的摩擦磨损行为.结果表明: 高铝青铜Cu-14Al-X除了在纯水及高载滑动下的磨损量高于普通铝青铜QAl9-4以外,其它条件下的耐磨性均优于QAl9-4;在纯水中,高铝青铜Cu-14Al-X于高载滑动下的磨损量突增现象与Al含量高而塑性降低有关;通过不同冷却时的摩擦系数和加热样品硬度的测定发现,在腐蚀性介质中,高铝青铜摩擦磨损性能的改善是由于滑动接触表面成分因脱铝腐蚀而变软以及腐蚀产物参与摩擦过程的缘故.