亚稳相的纳米尺度稳定化:热力学模型与实验研究

建立了亚稳相合金的热力学模型,描述亚稳相的各种热力学物理量及其随成分、温度、晶粒尺寸等因素的变化.结合模型计算和系列实验,揭示了亚稳相的热力学性质、变化特征及其纳米尺度效应.以亚稳相SmCo₇合金为例,定量研究了亚稳相以单相形式稳定存在的条件及失稳发生的相分解行为.研究结果对亚稳相合金应用过程中相稳定性和相变的调控具有定量化指导意义.     

纳米多晶体的热力学函数及其在相变热力学中的应用

以往关于纳米材料热力学的研究，绝大多数以界面的热力学函数表征整体纳米材料的热力学性质，这种近似处理，对于尺寸超过几十纳米的较粗纳米材料，在相变热力学中对特征转变温度和临界尺寸等重要参量的预测，将导致很大误差. 应用“界面膨胀模型”和普适状态方程，研究了纳米晶界的热力学特性，进一步发展了纳米晶整体材料热力学函数的计算模型，给出了单相纳米多晶体的焓、熵和吉布斯自由能随界面过剩体积、温度，以及晶粒尺寸发生变化的明确表达式. 以Co纳米晶为例，分析了界面与整体纳米多晶体热力学函数的差异，确定了相变温度与晶粒尺寸的依赖关系，以及一定温度下可能发生相变的临界尺寸. 关键词： 纳米多晶体 热力学函数 相变热力学     

聚氨酯弹性体/蒙脱土纳米复合材料的合成与性能

采用聚氨酯本体预聚法 ,利用原位插层聚合合成了聚氨酯 蒙脱土纳米复合材料 .通过X 射线衍射(XRD)和Molau实验研究了蒙脱土在复合材料中的分散情况 .红外分析 (IR)表明随着蒙脱土含量的增加 ,复合材料羰基氢键减少 .动态力学分析 (DMA)以及差热分析 (DSC)结果说明随着蒙脱土含量的增加 ,材料的玻璃化温度降低 .聚氨酯纳米复合材料的拉伸强度和断裂伸长率同时提高 ,表现出较好的力学性能 .     

SmCo7纳米晶合金晶粒组织热稳定性的热力学分析与计算机模拟

推导出了单相纳米晶合金的晶界过剩体积与晶粒尺寸之间的定量关系, 建立了纳米晶合金的晶界热力学性质随温度和晶粒尺寸发生变化的确定性函数. 针对SmCo₇纳米晶合金, 通过纳米晶界热力学函数计算和分析, 研究了单相纳米晶合金的晶粒组织热稳定性. 研究表明, 当纳米晶合金的晶粒尺寸小于对应于体系中晶界自由能最大值的临界晶粒尺寸时, 纳米晶组织处于相对稳定的热力学状态; 当纳米晶粒尺寸达到和超过临界尺寸时, 纳米晶组织将发生热力学失稳, 导致不连续的快速晶粒长大. 利用纳米晶合金热力学理论与元胞自动机算法相耦合的模型对SmCo₇纳米晶合金在升温过程中的晶粒长大行为进行了计算机模拟, 模拟结果与纳米晶合金热力学模型的计算预测结果一致, 由此证实了关于纳米晶合金晶粒组织热稳定性的研究结论. 关键词： 纳米晶合金热力学 7纳米晶合金')" href="#">SmCo₇纳米晶合金 热稳定性 计算机模拟     

W-In体系溶质晶界偏聚行为的第一性原理计算

基于第一性原理构建了钨基合金体系的溶质偏聚模型,以W-In体系为例研究了不同浓度下溶质的晶界偏聚行为和成键特征,从电子结构层面揭示了W-In体系的键合作用,预测了W-In体系界面稳定性随溶质浓度的变化规律.结合键布居、电荷密度、差分电荷密度和态密度等电子结构分析,发现了W-In体系中溶质原子在偏聚过程中的键性转变特征,阐明了W-In键由晶粒内部的离子键过渡为晶界区域强共价键的微观机理.模型计算首次得到了W-In体系中溶质本征偏聚能随In浓度的非单调变化规律,结合键合作用和能量分析揭示了溶质浓度对本征偏聚能的影响机制.计算预测了W-In体系达到高热稳定性所需的最佳溶质浓度范围和应避开的溶质浓度范围.本研究为具有高温稳定性的钨基合金材料的设计与制备提供了理论基础和定量化指导.     

聚苯乙烯/多面体倍半硅氧烷(POSS)纳米复合材料

本研究通过Wittig反应合成了同时含有金属和双键的新型磁性多面体齐聚倍半硅氧烷POSS1(Fc-CH=CH-C6H6-(C4H9)7Si8O12,Fc:Ferrocene),并通过FTIR1、H-NMR1、3C-NMR2、9Si-NMR对其化学结构进行了表征。将其加入苯乙烯中通过自由基本体聚合制备了聚苯乙烯/POSS1纳米复合材料。XRD和TEM结果表明,POSS1在纳米材料中含量为1%(wt)和3%(wt)时可达分子级分散,而含量为5%(wt)时部分POSS1以晶体形式存在。热失重分析表明PS/POSS1纳米材料较纯PS热稳定性增加,含5%(wt)POSS1的纳米复合材料起始分解温度比纯PS的约提高了19℃。PS/POSS1纳米材料的玻璃化转变温度较纯PS明显提高。     

纳米尺度下Sm-Co合金体系中相组成与相稳定性的研究

建立了纳米晶合金相的热力学模型,可定量描述纳米尺度下合金体系中化合物相的热力学性质,并预测合金相的稳定性及其转变规律.利用该模型全面计算了纳米晶Sm-Co合金体系中各化合物相在不同晶粒尺寸下的摩尔吉布斯自由能随温度的变化关系,预测了纳米尺度下Sm-Co合金体系中各物相的相对稳定性及转变规律.模型预测结果示出,在室温附近,随着纳米晶粒尺寸的减小,某些纳米晶合金相的摩尔吉布斯自由能将由负值变为正值,预示着将向其他更稳定的纳米晶合金相转变,这是与传统粗晶材料中合金相的稳定性仅依赖于温度条件而完全不同的纳米晶合金 关键词： 纳米晶材料热力学 Sm-Co合金 相稳定性 相变     

粗晶和纳米晶Sm_3Co合金的制备及其性能研究

本文针对Sm3Co粗晶和纳米晶合金材料的制备和基础性能进行了研究.采用磁悬浮熔炼技术多次精炼制备出Sm3Co粗晶合金.以此为母材,利用高能球磨非晶化和放电等离子烧结致密化并同步晶化的技术路线,制备出平均晶粒尺寸为8 nm的超细纳米晶Sm3Co合金块体材料.构建了Sm3Co纳米晶合金的晶体结构模型,并结合其显微组织的表征,分析了Sm3Co纳米晶合金的磁性能和力学性能,并与粗晶合金进行了比较粗晶Sm3Co合金不具有硬磁特性,而同种成分的纳米晶合金则表现出一定的硬磁特性.纳米晶Sm3Co合金的显微硬度和弹性模量分别达到4.87 GPa和63.7 GPa,比粗晶合金增大约8.7%和13.3%.本文研究结果为Sm-Co体系合金的基础性能及其纳米尺度效应提供了系统的参考依据.