表面效应对铁<100>间隙型位错环的影响

在材料辐照损伤过程中,间隙型位错环的形成及动力学行为严重影响材料在辐照条件下的服役行为.在常用的以体心立方铁为基的合金材料中,1/2<111>和<100>是两种主要的位错环,其对辐照损伤的影响一直都是核材料领域研究的热点之一.在之前的研究中,人们对{111}面与单个1/2<111>位错环的相互作用进行了深入研究,发现表面对位错环性质确实有重要的影响.采用分子动力学方法,在原子尺度详细研究了另一个重要的表面铁{100}面对<100>间隙型位错环动力学过程的影响.模拟发现位错环伯格斯矢量与表面法线方向的关系、距表面的深度、位错环之间的相互作用以及温度等,都对位错环与表面的相互作用产生重要影响,其中,表面作用下的伯格斯矢量的演化以及<100>位错环在此过程中的一维运动首次被发现.基于这些模拟结果,就<100>位错环对表面辐照损伤结构的影响进行详细地研究,给出<100>位错环对表面凹凸结构的贡献,这些结果为理解辐照过程中材料表面的演化提供一种可能的解释.     

磁电弹性体中多条位错与Griffith裂纹

根据本征方程，研究磁电弹性体中若干平行螺型位错与Griffith裂纹的相互作用.结合Muskhelishvili方法和算子理论，得到磁电弹性体中由位错和裂纹所诱导的应力场、电场和磁场的解析解.数值算例表明：在裂纹的端点及位错点上仍然存在应力的奇异性，离位错点越远处广义力越小，结论与已有的结果相符，证明了结论的正确性.当位错点与裂纹端点距离越近时，裂纹与位错间的应力场越小，并逐渐趋近于零.     

红外LED用掺硅HB-GaAs单晶纵向载流子浓度分布研究

GaAs单晶作为一种重要的LED衬底材料在光电器件中应用十分广泛,但载流子浓度(C.C.)分布不均、杂质浓度过高等缺陷会严重影响相关器件的性能.为制备纵向载流子浓度分布均匀的掺硅HB-GaAs单晶,本文探讨了单晶生长过程中熔区长度对纵向载流子浓度分布的影响.以高纯GaAs多晶为原料,设定不同的拉晶温度曲线,采用窄熔区技术进行晶体生长研究,最终生长出C.C.值分布更均匀、位错密度低(EPD≤10 000 cm-2)的<111>向N型掺硅GaAs单晶.利用辉光放电质谱法(GDMS)和范德堡法霍尔效应测试对晶体进行了表征,单晶纯度达到5N且无硼杂质沾污.     

6英寸低位错锗单晶生长热场设计

锗片作为衬底材料已在空间太阳电池领域得到广泛的应用,新型锗基空间太阳能电池对锗片的需求由4英寸(1英寸=2.54 cm)提高到6英寸后,低位错锗单晶的生长难度增大。本文设计开发了一种适用于直拉法生长大尺寸、低位错锗单晶的双加热器热场系统,模拟研究了不同形状主加热器的热场分布,从而得到最优的热场环境。研究发现:渐变长度为L/h=1/2、渐变率α为65°的渐变型主加热器热场结构能够获得最佳的热场分布,有利于低位错单晶的生长。经验证,生长的锗单晶热应力较低,位错密度在310～450 cm^-2范围内。     

富晶格位错的多孔铋纳米花高效电还原二氧化碳制甲酸盐※

二氧化碳转化已成为现今世界研究的热点. 本工作采用原位电化学转化的策略, 将简单溶剂热法合成的层状甲酸氧铋纳米花(BiOCOOH NFs)还原为带有大量晶格位错的多孔铋纳米花(p-Bi NFs). 研究结果表明, p-Bi NFs电催化二氧化碳转化为甲酸盐具有较小的过电位(436 mV). 在–1.8 V(相对饱和甘汞电极, vs. SCE)时, 甲酸盐的分电流密度(j_formate)高达24.4 mA•cm^-2, 法拉第效率(FE_formate)为96.7%, 且在超过500 mV的宽电位窗口内FE_formate超过90%, 并具有很好的稳定性. 该催化剂的高催化性能可归因于前驱体晶格坍塌和重构而形成特殊的多孔粗糙的微纳多级结构, 其表面富含晶格位错和缺陷等高本征活性位, 且具有较强的电子传递能力. 本研究为设计合成高性能的电催化二氧化碳还原产甲酸催化剂提供了新的思路.     

Interaction between a screw dislocation and an elastic elliptical inhomogeneity with interfacial cracks

The elastic interaction between a screw dislocation and an elliptical inhomogeneity with interfacial cracks is studied. The screw dislocation may be located outside or inside the inhomogeneity. An efficient complex variable method for the complex multiply connected region is developed, and the general solutions to the problem are derived. As illustrative examples, solutions in explicit series form for complex potentials are presented in the case of one or two interfacial cracks. Image forces on the dislocation are calculated by using the Peach-Koehler formula. The influence of crack geometries and material properties on the image forces is evaluated and discussed. It is shown that the interfacial crack has a significant effect on the equilibrium position of the dislocation near an elliptical-arc interface. The main results indicate, when the length of the crack goes up to a critical value, the presence of the interfacial crack can change the interaction mechanism between a screw dislocation and an elliptical inclusion. The present solutions can include a number of previously known results as special cases.The project supported by the National Natural Science Foundation of China(10272009 and 10472030) and the Natural Science Foundation of Hunan Province(02JJY2014)     

EFFECTS OF DISLOCATION CONFIGURATION, CRACK BLUNTING AND FREE SURFACES ON THE TRIGGERING LOAD OF DISLOCATION SOURCES

The effects of dislocation configuration,crack blunting and free surfaces on the triggering load of dislocation sources in the vicinity of a crack or a wedge tip subjected to a tensile load in the far field are investigated.An appropriate triggering criterion for dislocation sources is proposed by considering the configurational forces acting on each dislocation.The triggering behaviors of dislocation sources near the tips of a crack and a wedge are compared.It is also found that the blunting of crack tip and the presence of free surfaces near the crack or the wedge have considerable influences on the triggering load of dislocation sources.This study might be of significance to gaining a deeper understanding of the brittle-to-ductile transition of materials.     

晶体位错尺寸效应的多尺度分析

本文采用准连续介质多尺度方法，分析了面心立方（fcc）晶体铝阶梯孪晶界在不同尺寸情况下（试件尺寸长高比从1：1到8：1）受剪切作用的晶界变形。了解在不同尺寸下，晶界结构位错的成核过程，得到了大试件比值与小试件比值下作用力与应变的关系曲线及不同试件尺寸下应变能的变化曲线。其中随着试件比值的增加，作用力在应变比较小的时候变化情况相似，但当应变达到3％以后，呈现出明显的不同；应变能随试件长高比的增大而减小，各个试件在各自不同的加载阶段，应变能变化趋势同作用力变化趋势相一致。本计算揭示了不同尺寸下阶梯孪晶界在剪切作用下的微观机理，证实其尺寸效应性质。     

动态载荷下剪切变形局部化、微结构演化与剪切断裂研究进展

总结和评述了近年来金属与合金变形局部化的形成、微结构演化与剪切断裂方面作者和 相关的研究工作成果. 材料包括低碳钢, SS304不锈钢, Fe-15%Ni-15%Cr单晶, Al-Li合金,α-Ti和Ti-6Al-4V, Al/SiCp复合材料等.综述内容主要包括：采用改进的Hopkinson扭杆装置, 对剪切变形局部化形成、发展和演化过程进行了实验观察与数值模拟;采用"侧剖"与"对接"等定点方法制备 电子显微镜薄膜试样,对剪切带内相变与再结晶、非晶转变、旋涡结构等动态变形现象, 以及与宏观动态力学行为对应的位错胞的形成、发展和坍塌等微结构特征进行了观 测;提出了应变和应变率同时作为剪切带形成的两个必要条件的直接实验证据；在剪切带内发现了α'$-马氏体相变现象,以及相变产物与母体之间的晶体学关系;通过位错单滑移或交滑移等微观剪切最后发展成为 宏观剪切的机制;对剪切带内再结晶结构的观测和对再结晶动力学本构关系的定量 描述;对剪切带特别是``白色'腐蚀带(或相变带)的形成机制的分析和新的解释,指出 ``白色'是带内亚结构取向趋于一致, 其在光学或扫描显微镜下很难辨认这些亚结构的取向差所致,并非表明剪切带内一定 发生了相变;通过截断实验和实时跟踪观测发现,剪切带内微裂纹的萌生与聚合是材料承载能力骤然下降并导致最后断裂的主控因素. 此外,本文对近年来在准静态和循环加载下材料的局部化形变与剪切断裂的实验结果予以简要评 述,指出其微观机制与动态载荷下的截然不同, 是由位错的平面滑移所控制的,与热效应无关的等温变形.     

Interaction of a screw dislocation with an interfacial edge crack in a two-phase piezoelectric material

The interaction of a screw dislocation with an interfacial edge crack in a two-phase piezoelectric medium is investigated. Closed-form solutions of the elastic and electrical fields induced by the screw dislocation are derived using the conformal mapping method in conjunction with the image principle. Based on the electroelastic fields derived, the stress and electric displacement intensity factors, the image force acting on the dislocation are given explicitly. We find that the stress and electric displacement intensity factors depend on the effective electroelastic material constants. In the case where one of two phases is purely elastic, the stress intensity factor and image force are plotted to illustrate the influences of electromechanical coupling effect, the position of the dislocation and the material properties on the interaction mechanism. The project supported by the Doctoral Foundation of Hebei Province (B2003113)