高应变率下多孔未极化PZT95/5铁电陶瓷的非线性力学行为

采用添加造孔剂的方法制备了4种不同孔隙率的未极化PZT95/5铁电陶瓷。采用基于超高速相机与数字图像相关性方法的试样全场应变测量技术以及分离式霍普金森压杆（SHPB）技术，对多孔未极化PZT95/5铁电陶瓷进行高应变率单轴压缩实验研究。全场应变测量结果显示:轴向应变仅在试样中部分布较均匀，将该区域的平均应变作为应力-应变关系中的试样应变测量值较为合理，而由SHPB原理计算的试样应变值明显偏大，需要摒弃或修正传统的SHPB数据处理方法。通过波形整形技术实现了恒应变率加载，弱化了径向惯性效应的影响，揭示出多孔未极化PZT95/5铁电陶瓷的压缩强度具有显著的应变率效应。通过分析试样轴向应变和径向应变随着加载应力的变化，阐明多孔未极化PZT95/5铁电陶瓷的非线性变形行为的物理机制是畴变和相变共同作用，并发现畴变临界应力和相变临界应力都随着应变率升高而增大。保持加载应变率不变，讨论了孔隙率对多孔未极化PZT95/5铁电陶瓷动态力学行为的影响，发现随着孔隙率的升高，动态压缩强度呈非线性衰减，而畴变临界应力和相变临界应力则基本呈线性衰减。     

掺锗提高VO2薄膜的相变温度机理研究

二氧化钒(VO₂)作为一种长久以来备受关注的新型可逆相变材料,发展潜力巨大,其相变温度(T_MIT)的调控一直是研究热点。本文主要利用锗离子作为掺杂离子探索其对VO₂薄膜T_MIT的影响,并尝试解释其内部作用机理。在约1 cm²大小抛光的氧化铝薄片上沉积了一系列含不同比例锗离子VO₂薄膜。研究发现锗离子作为掺杂离子确实有利于T_MIT的提高(本课题T_MIT最大可达84.7 ℃)。T_MIT提高的主要原因是锗离子的引入能够强化单斜态V-V二聚体的稳定性,进而增强单斜态的稳定性,使得低温单斜态向四方金红石态转变更加困难。     

RAFM钢TIG焊和电子束焊疲劳性能实验和分析模拟

利用ANSYS 对低活化铁素体马氏体(RAFM)钢进行非熔化极气体保护焊(TIG 焊)与电子束焊的抗疲劳模拟分析，再利用SDS200 电液伺服疲劳试验机对TIG 焊和电子束焊的两种RAFM 钢试件进行实验。通过施加相同梯度负荷对TIG 焊和电子束焊试件进行焊缝的疲劳性能实验。与实验结果对比分析，结果显示电子束焊优于 TIG 焊，但在一定负载下可以用TIG 焊代替电子束焊。     

高压下L-丝氨酸的拉曼光谱研究

压力可以引起蛋白折叠与变性。作为蛋白质的基本构成单位，氨基酸在高压下的变化近来年备受关注。在常见的20种氨基酸中，学者们利用高压拉曼技术已研究了多种氨基酸在高压下的变化，研究的最高压力达到30 GPa。为了探究L-丝氨酸(C₃H₇NO₃)在极高压力下的结构变化情况，采用原位高压拉曼技术在常温下对L-丝氨酸晶体进行研究，最高压力达到22.6 GPa。研究发现，当压力达到2.7 GPa时，在102 cm-1处出现新峰，在1 123 cm-1(NH₃反对称摇摆振动)处的特征峰出现劈裂；当压力达到5.4 GPa时，L-丝氨酸晶体在574 cm-1处出现新峰，同时原来164 cm-1处峰消失；当压力达到6.0 GPa时，位于226，456，770和2 968 cm-1(CH₂伸缩振动)等处出现新峰，877 cm-1处的CC伸缩振动峰发生劈裂，产生894 cm-1新峰；当压力达到7.9 GPa时，在145，151和2 946 cm-1等出现新峰，同时原在CO₂摇摆振动峰的肩峰531 cm-1消失；当压力达到11.0 GPa时，位于249 cm-1处的振动峰开始劈叉，在241 cm-1处形成新峰，位于2 956 cm-1(CH₂伸缩振动)同时原位于391和431 cm-1处的峰消失；当压力达到17.5 GPa时，在200 cm-1处出现新峰。通过进一步分析L-丝氨酸的拉曼波数随压力的变化，发现很多拉曼峰在1.37，2.2，5.3，7.46和11.0 GPa以及15.5 GPa等压力点处都出现了拐点。其结果表明：L-丝氨酸在0.1～22.6 GPa之间共发生7处结构相变，分别位于压力区间0.1~1.37，2.2~2.7，5.3，6.0，7.46~7.9，10.1~11.0和15.5~17.5 GPa之间。而且，在6.0 GPa新的相变点在之前文献中未论述过。由于L-丝氨酸晶体在6.0 GPa时CC伸缩振动峰发生劈裂，这现象可能是由于压力引起L-丝氨酸晶体分子发生重排导致的，同时L-丝氨酸晶体分子重排导致氢键发生重排，使得L-丝氨酸晶体出现新的CH₂伸缩振动峰。L-丝氨酸晶体在10.1~11.0 GPa之间的拉曼光谱变化主要集中在低波数段，该波数段的拉曼振动模式主要与晶体晶格振动等低能量振动有关。同时在高波数段出现新的CH₂峰，由此可推测在10.1~11.0 GPa之间，L-丝氨酸晶体的晶格振动发生变化，产生了新的氢键，从而导致了L-丝氨酸晶体结构的改变。L-丝氨酸晶体在15.5~17.5 GPa之间，由于没有发现直接证据证明其发生结构相变，只是在拉曼波数随压力变化中，发现其在17.5 GPa时出现拐点，因此推测L-丝氨酸晶体在15.5~17.5 GPa之间可能发生结构相变。     

镁对方解石相变压力和拉曼光谱影响的实验研究

为研究镁对方解石在高压条件下的相变行为和拉曼振动光谱的影响，探索碳酸盐在地球深部的存在形式和物理化学性质，结合金刚石压腔和激光拉曼光谱，对具有不同镁含量的方解石开展高压实验研究。实验选取天然无色透明冰洲石、淡黄色半透明方解石脉和白色大理石作为研究对象，利用ICP-AES测定冰洲石和方解石脉的成分为CaCO₃；大理石中Mg/(Mg+Ca)摩尔比为0.03，其成分可简化为(Mg_0.03Ca_0.97)CO₃。每种方解石样品挑选两粒大小约为50~100×50×20 μm的颗粒放入金刚石压腔，并在不同压力下进行相变过程观察和激光拉曼光谱测量。实验结果显示，常压下冰洲石和方解石脉样品的T₁，T₂，ν₄和ν₁拉曼振动频率分别为156.82，283.55，713.86和1 088.19 cm-1，大理石样品的拉曼振动频率为158.15，284.76，715.07和1 089.20 cm-1，表明方解石中含有3 mol%的MgCO₃时会造成方解石的拉曼振动频率整体升高1 cm-1以上。但是该变化幅度在不同压力下没有显著差别，表明镁对方解石的拉曼振动频率随压力的变化速率(∂ν/∂p)没有明显影响。冰洲石和方解石脉样品在1.5 GPa压力附近转变为方解石-Ⅱ，并在2.0 GPa进一步变为方解石-Ⅲ或Ⅲb；相比之下含有3 mol%的MgCO₃的大理石则是在2.4和3.7 GPa时才转变为方解石-Ⅱ和方解石-Ⅲ。假设镁对方解石相变压力的影响是线性的，即方解石向方解石-Ⅱ和方解石-Ⅲ/Ⅲb的相变压力随MgCO₃含量的增加以0.30和0.57 GPa·mol%-1的速率升高，当MgCO₃含量达到50 mol%时，方解石向方解石-Ⅱ和方解石-Ⅲ/Ⅲb的相变压力将分别为16.5和30.5 GPa，这与白云石向白云石-Ⅱ和白云石-Ⅲ的相变压力吻合。结合前人关于方解石中MnCO₃含量对矿物相变压力和拉曼光谱影响的研究结果，发现当方解石中部分Ca2+被具有不同半径和质量的离子(如Mg2+，Mn2+等)替代以后，阳离子与CO2-₃之间以及CO2-₃内部C-O化学键长度和强度都会发生改变，从而引起矿物结构稳定性以及拉曼振动频率的明显变化；并且两种阳离子之间半径差别越大，该影响效果越明显。因此，在研究高温高压条件下方解石的相变行为和拉曼光谱时，矿物中Mg和Mn等杂质元素对矿物结构稳定性和拉曼振动频率的影响是必须考虑的关键因素之一。     

具有本征低晶格热导率的硫化银快离子导体的热电性能

硫化银(Ag_2S)是一种典型的快离子导体材料,前期关于Ag_2S的研究主要集中在光电和生物等领域.最近的研究表明, a-Ag_2S具有和金属一样的良好延展性和变形能力.但是, Ag_2S的热电性能尚无公开报道.本工作合成了单相Ag_2S化合物,系统研究了其在300—600 K范围的物相变化、离子迁移特性和电热输运性质.研究发现, Ag_2S在300—600 K温度区间表现出半导体的电输运性质.由于单斜-体心立方相晶体结构转变, Ag_2S的离子电导率、载流子浓度、迁移率、电导率、泽贝克系数等性质在455 K前后出现急剧变化.在550 K, Ag_2S的功率因子最高可达5μW·cm~(–1)·K~(–2). Ag_2S在300—600 K温度区间均表现出本征的低晶格热导率(低于0.6 W·m~(–1)·K~(–1)). S亚晶格中随机分布的类液态Ag离子是导致b-Ag_2S体心立方相具有低晶格热导率的主要原因.在573 K, Ag_2S的热电优值可达0.55,与Ag_2Se, Ag_2Te, CuAgSe等已报道的Ag基快离子导体热电材料的性能相当.     

金属性硅同素异形体的第一性原理研究

从理论上提出了一种新型金属性硅的同素异形体hP12-Si。hP12-Si结构可以看作是由六元环形成的一种隧道型结构,与之前报道的Si24结构近似。弹性常数和声子谱的计算结果验证了该结构在常压下的稳定性。通过结构遗传性和热力学稳定性分析表明,可以效仿Si24的制备方法,通过预先合成出高压前驱物LiSi12再除去其中的Li原子来获得hP12-Si。在这种结构中,有一半的硅原子为5配位,其他硅原子为4配位。电子结构计算表明,该结构具有金属导电性,导电性主要是由于5配位原子的存在导致价电子具有离域性。