非晶态固体的结构可以决定性能吗?

晶态固体的力学性能与塑性变形主要由结构缺陷,比如位错的运动决定.而在非晶态固体中结构如何决定性能,仍然是固体力学、材料学和凝聚态物理学共同关心但尚未解决的核心问题之一.传统材料学研究的经典范式为"结构决定性能".遵循这一信条,已经有大量的实验表征与理论、模拟研究,尝试将非晶态固体的某种结构特征与性能建立一一对应关系.但是,科学界对于非晶固体结构-性能关系成立与否,以及背后隐藏的规律知之甚少.本文针对非晶态固体的变形机制以及其微结构特征,基于分子动力学模拟,定量评估短程简单结构与中长程复杂结构在决定非晶态固体动力学性能方面的效用.通过海量抽样每种具体玻璃结构的激活能(标识激发难易程度),尝试将结构参数与激活能建立定量关系,从而揭示出非晶态固体结构-性能关系的隐藏主控因素为结构的空间关联,受限比几何结构本身更关键.只有某种结构在空间上呈现亚纳米级的空间关联长度,这种完备结构才有可能有效地决定非晶态固体的力学性能,而短程简单结构则无效.进一步,给出了评价非晶态固体结构预测性能有效性的普适定量方法,为建立广义无序物质的结构-性能关系提供了筛选准则.     

衬底温度对Ga液滴在Al_(0.4)Ga_(0.6)As表面形成纳米结构的影响

本文研究了不同衬底温度对Ga液滴在Al_(0.4)Ga_(0.6)As表面形成纳米结构的影响,当300℃≤T≤380℃时,Ga液滴演化成纳米孔(Nanohole)和盘状结构(diffusion halo),纳米结构的尺寸随温度升高而增大.当T≥385℃时,盘状结构消失,形成一定平坦的Al_xGa_(1-x)As薄膜,Ga液滴在界面处继续向下刻蚀直至耗尽,形成平均直径为75 nm,平均孔深为5.52 nm的纳米孔.本文还通过盘状结构测出平均扩散长度△R,并拟合出Ga原子在Al_(0.4)Ga_(0.6)As表面的激活能E_A=0.78(±0.01) eV和扩散前因子D_0=0.15(×4.1~(±1))10~(-2 ) cm~2s~(-1).     

非晶态固体的结构可以决定性能吗?

晶态固体的力学性能与塑性变形主要由结构缺陷, 比如位错的运动决定. 而在非晶态固体中结构如何决定性能, 仍然是固体力学、材料学和凝聚态物理学共同关心但尚未解决的核心问题之一.传统材料学研究的经典范式为"结构决定性能". 遵循这一信条, 已经有大量的实验表征与理论、模拟研究, 尝试将非晶态固体的某种结构特征与性能建立一一对应关系. 但是, 科学界对于非晶固体结构-性能关系成立与否, 以及背后隐藏的规律知之甚少. 本文针对非晶态固体的变形机制以及其微结构特征, 基于分子动力学模拟, 定量评估短程简单结构与中长程复杂结构在决定非晶态固体动力学性能方面的效用. 通过海量抽样每种具体玻璃结构的激活能(标识激发难易程度), 尝试将结构参数与激活能建立定量关系, 从而揭示出非晶态固体结构-性能关系的隐藏主控因素为结构的空间关联, 受限比几何结构本身更关键. 只有某种结构在空间上呈现亚纳米级的空间关联长度, 这种完备结构才有可能有效地决定非晶态固体的力学性能, 而短程简单结构则无效. 进一步, 给出了评价非晶态固体结构预测性能有效性的普适定量方法, 为建立广义无序物质的结构-性能关系提供了筛选准则.      

利用MGI方法寻找锂离子扩散激活能的材料基因

锂离子电池的应用涉及了正负极和电解质等关键材料,材料中的锂离子扩散属于最核心的微观过程。通过实验测量和理论计算可以找到锂离子扩散激活能小的优秀材料,但是通过一个好的激活能参数,我们不能明确它的影响因素是什么,也无法实现优化现有材料和发现新的锂电材料的目的。本文利用材料基因组计划(MGI)的研究思路,利用第一性原理计算得到的40多种典型体系的激活能参数,结合能带结构特征的计算结果,并通过数据分析,明确了晶格结构中影响锂离子扩散激活能的因素,确定出价带宽度和价带中d电子轨道比例数等基因参数影响激活能的规律。这些结果反映了锂离子材料能带整体特征研究的必要性,也体现了MGI研究方法的优势和特点。     

金刚石对顶砧原位电导率测量系统

 在金刚石对顶砧中进行原位高温高压电阻测量时,由于受到绝热层的限制,从而达不到理想的温度条件。采用普通的粉末绝热材料,会给电极的引入造成很大困难,而且不规则的电阻丝使电阻测量很难精确量化。利用溅射镀膜方法,在对顶砧的砧面上镀氧化铝膜作绝热层,溅射的金属钼膜作电极材料,成功地完成了高温高压条件下原位电阻的测量。利用此装置,测量了铁镁硅酸盐(Mg_0.875,Fe_0.125)₂SiO₄在高温高压环境下（31~35 GPa,1 500~3 400 K）的电导率,得到了样品的导电粒子激活能,发现其激活能随着压强的升高而增大,与低压低温（小于15 GPa,低于1 200 K）条件相比,其激活体积和激活能都明显减小。     

Fe掺杂CaCu3Ti4O12陶瓷的介电性能与弛豫特性研究

采用固相反应法制备了CaCu3Ti4-xFexO12(0≤x≤0.2)陶瓷,通过x射线衍射、扫描电子显微镜、介电频谱和阻抗谱等手段研究了Fe对CaCu3Ti4O12陶瓷的结构和介电性能的影响.研究发现:CaCu3Ti4-xFexO12陶瓷在x取值范围内形成了连续固溶体.随着Fe含量x的增加,晶粒半导性逐渐消失,介电常数减小.当x≤0.04时,在106-108和103-104 Hz频率范围存在介电弛豫行为I和介电弛豫行为Ⅱ,高频介电弛豫行为I与陶瓷内的晶界阻挡层有关,而低频介电弛豫行为Ⅱ与陶瓷表面层发生的界面极化有关.在CaCu3Ti3.99Fe0.01O12陶瓷的高温频谱中,观察到了第三个介电弛豫行为Ⅲ,它与局域电荷的跃迁有关,利用阿列纽斯关系式得到此过程的热激活能0.78 eV.     

TFA-MOD法YBa2Cu3O（7-δ）超导薄膜的交流磁化率研究

通过三氟乙酸盐-金属有机沉积(TFA-MOD)方法在LaAlO3单晶基片上制备了YBa2Cu3O7-δ(YBCO)高温超导薄膜,并测定在垂直于a-b面的外加交变磁场下薄膜样品的交流磁化率随温度的变化关系,在频率543.2 Hz、振幅1 V条件下,样品的超导转变发生在91 K附近.交流磁化率虚部峰值温度Tp随着磁场振幅的变大而向低温区移动,随着频率的增大而向高温区移动,这些现象与磁通蠕动模型相一致,峰值温度TP与外交变磁场的振幅Hac满足Hcaε(1-Tp/Tct)n的关系,其n～1.55;而与频率之间满足1/Tp与lnf的线性关系,可能是由于TAF-MOD薄膜样品中较多孔洞和非位错缺陷的出现使其偏离一般物理气相沉积薄膜样品具有的SNS型连接(n～2).根据频率f与温度T的Arrhenius公式以及二维简约的Bean模型,得到当前薄膜样品的激活能U与电流密度J、以及J与温度T的标度关系.     

La_(1-x)Ca_xMn_(1.03)O_3外延薄膜的输运性质

本文报道了用溶胶 -凝胶 (sol- gel)方法 ,在 La Al O3 (10 0 )衬底上制备 L a1-x Cax Mn1.0 3 O3 外延薄膜的输运性质 .Ca含量 x在 0 .2～ 0 .6 2 1范围内 ,电阻率随温度的变化关系 ,是从类半导体行为向金属导电行为转变 ,在 x≥ 0 .5的 4个样品中并没有发现电荷有序绝缘体 (COI)和反铁磁绝缘体 (AFI)现象 .Tc最高达 2 75K,MR最大可达 10 4 % (x =0 .2 ,H =1.5T) .在 T >Tp 或 Tc的温区内 ,电阻率ρ∝exp(- E/ k T) ,说明载流子的迁移是以热激活方式进行的 ,热激活能为 0 .32～ 18.3me V.当 T 0 .4 ) .     

La1-xCaxMn1.03O3外延薄膜的输运性质

本文报道了用溶胶-凝胶(sol-gel)方法,在LaAlO3(100)衬底上制备La1-xCaxMn1.03O3外延薄膜的输运性质.Ca含量x在0.2～0.621范围内,电阻率随温度的变化关系,是从类半导体行为向金属导电行为转变,在x≥0.5的4个样品中并没有发现电荷有序绝缘体(COI)和反铁磁绝缘体(AFI)现象.Tc最高达275K,MR最大可达104%(x=0.2,H=1.5T).在T＞Tp或Tc的温区内,电阻率ρ∝exp(-E/kT),说明载流子的迁移是以热激活方式进行的,热激活能为0.32～18.3meV.当T＜Tp或Tc时,ρ=ρ0+AT2.5,拟合系数A随Ca含量的增加而迅速增加(x＞0.4).     

纳米Pd粉的热稳定性研究

采用化学液相合成法制备了纳米Pd,热稳定性研究表明,温度在773～523K内,样品的平均粒径与退火温度T之间服从Arrhenius关系,且平均粒径与退火时间t之间满足经验公式=ktn。纳米Pd的热稳定范围T≤250℃。计算得到纳米Pd颗粒生长的表观激活能为0.15eV,远比纳米复合材料的生长激活能小（约为1eV）。故纳米Pd颗粒-极易长大,热稳定范围非常窄。