YBa_2(Cu_(3-x),Sn_x)O_(7-δ)的穆斯堡尔谱学研究

本文用~119Sn穆斯堡尔谱学的方法研究了高T_c超导材料YBa_2(Cu_(3-x),Sn_x)O_7-89在置换元素Sn为大置换量的情况,发现一直到x=1.0,仍有T_c>80K。通过穆斯堡尔谱的分析,认为Sn置换的是Cu(1)晶位上的离子,从而得出对超导起决定性作用的是Cu(2)晶位离子的结论。     

Co-Al-W基高温合金的团簇成分式

Co-Al-W基高温合金具有类似于Ni基高温合金的γ+γ'相组织结构.根据面心立方固溶体的团簇加连接原子结构模型,Ni基高温合金的成分式即最稳定的化学近程序结构单元可以描述为第一近邻配位多面体团簇加上次近邻的三个连接原子.本文应用类似方法,首次给出了Co-Al-W基高温合金的团簇成分式.利用原子半径和团簇共振模型,可计算出Co-Al-W三元合金的团簇成分通式,为[Al-Co_(12)](Co,Al,W)_3,即以Al为中心原子、Co为壳层原子的[Al-Co_(12)]团簇加上三个连接原子.对于多元合金,需要先将元素进行分类:溶剂元素——类Co元素Co (Co, Cr, Fe, Re, Ni,Ir,Ru)和溶质元素——类Al元素Al (Al,W,Mo, Ta,Ti,Nb,V等);进而根据合金元素的配分行为,将类Co元素分为Co~γ(Cr, Fe, Re)和Co~(γ')(Ni, Ir, Ru);根据混合焓,将类Al元素分为Al, W (W, Mo)和Ta (Ta, Ti, Nb, V等).由此,任何多元Co-Al-W基高温合金均可简化为Co-Al伪二元体系或者Co-Al-(W,Ta)伪三元体系,其团簇加连接原子成分式为[Al-Co_(12)](Co_(1.0)Al_(2.0))(或[Al-Co_(12)] Co_(1.0)Al_(0.5)(W,Ta)_(1.5)=Co_(81.250)Al_(9.375)(W,Ta)_(9.375) at.%).其中,γ与γ'相的团簇成分式分别为[Al-Co_(12)](Co_(1.5)Al_(1.5))(或[Al-Co_(12)] Co_(1.5)Al_(0.5)(W,Ta)_(1.0)=Co_(84.375)Al_(9.375)(W,Ta)_(6.250) at.%)和[Al-Co_(12)](Co_(0.5)Al_(2.5))(或[Al-Co_(12)] Co_(0.5)Al_(0.5)(W, Ta)_(2.0)=Co_(78.125)Al_(9.375)(W,Ta)_(12.500)at.%).例如,Co_(82)Al_9W_9合金的团簇成分式为[Al-Co_(12)]Co_(1.1)Al_(0.4)W_(1.4)(～[Al-Co_(12)]Co_(1.0)Al_(0.5)W_(1.5)),其中γ相的团簇成分式为[Al-Co_(12)]Co_(1.6)Al_(0.4)W_(1.0)(～[Al-Co_(12)]Co_(1.5)Al_(0.5)W_(1.0)),γ'相的团簇成分式为[Al-Co_(12)]Co_(0.3)Al_(0.5)W_(2.2)(～[AlCo_(12)]Co_(0.5)Al_(0.5)W_(2.0)).     

First-principles study of the (Cu_xNi_(1-x))_3 Sn precipitations with different structures in Cu–Ni–Sn alloys

The structural parameters, the formation energies, and the elastic and thermodynamic properties of the(Cu_xNi_(1-x))_3Sn phase with different structures are studied by the virtual crystal approximation(VCA) and super-cell(SC) methods. The lattice constants, formation energies, and elastic constants obtained by SC and VCA are generally consistent with each other. It can be inferred that the VCA method is suitable for(Cu_xNi_(1-x))_3Sn ordered phase calculation. The calculated results show that the equilibrium structures of Cu_3Sn and Ni_3Sn are D0 a and D0_(19) respectively.(Cu_xNi_(1-x))_3Sn-D0_3 with various components are the metastable phase at temperature of 0 K, just as D0_(22) and L1_2. With the temperature increase,the free energy of the D0_3 is lower than those of D0_(22) and L1_2, and D0_(22) and L1_2 eventually turn into D0_3 in the aging process. The(Cu_xNi_(1-x))_3Sn-D0_(22) is first precipitated in a solid solution because its structure and cell volume are most similar to those of a solid solution matrix. The L1_2 and the D0_(22) possess better mechanical stability than the D0_3. Also,they may play a more important role in the strengthening of Cu–Ni–Sn alloys. This study is valuable for further research on Cu–Ni–Sn alloys.     

YBa_2(Cu_(1-x)Sn_x)3O_(7-y)超导体的磁弛豫和钉扎

我们制备了一组 YBa_2(Cu_(1-x)Sn_x)_3O_(7-y)多晶超导样品,在77K 时测量了它们的磁滞回线和增场磁弛豫率,计算了它们的钉扎势 U_0结果表明,在相同制备工艺条件下,掺锡样品的钉扎势比不掺锡(x=0)样品的高.结合 TEM、X-射线衍射和喇曼谱分析结果,我们认为YBa_2Cu_3O_(7-y)超导体中的位错不是主要钉扎中心,掺锡样品中的β-Sn 正常粒子可能是有效的钉扎中心.     

AuBe_5型新相NdMgNi_(4-x)Co_x的第一性原理研究

利用密度泛函理论系统研究了AuBe_5型新相NdMgNi_(4-x)Co_x(x=0,1,2,3)的晶体学结构、弹性力学性能、热力学性质和电子结构特性.与试验数据相比,晶格常数的相对误差在0.34%之内,而晶体学参数的相对误差在0.24%之内.通过广义胡可定律、Voigt-Reuss-Hill方法和平均声速计算了弹性常数、弹性模量和德拜温度,利用Gibbs2代码计算了0～1000 K范围内的吉布斯自由能、熵和等体热容.计算的结果与其他文献计算结果符合的很好.结果表明:合金相的热稳定性随着Co含量的增加而增强.NdMgNi_(4-x)Co_x(x=0,1,2,3)合金均为韧性材料且按以下顺序增强:NdMgNi_4NdMgNi_2Co_2NdMgNi_3Co NdMgNiCo_3.随着温度升高,合金相的熵S增大而Cv值均趋近于杜隆-珀蒂极限值.对电子态密度的计算表明,NdMgNi_(4-x)Co_x(x=1,2,3)合金为磁性材料,且磁性随着Co含量的增大而增强.     

基于锡组分和双轴张应力调控的临界带隙应变Ge_(1-x)Sn_x能带特性与迁移率计算

能带工程通过改变材料的能带结构可以显著提升其电学和光学性质,已广泛应用于半导体材料的改性研究.双轴张应力和Sn组分共同作用下的Ge_(1-x)Sn_x合金,不仅可以解决直接带隙转变所需高Sn组分带来的工艺难题,而且载流子迁移率会显著提升,在单片光电集成领域有很好的应用前景.根据形变势理论,分析了(001)面双轴张应变Ge_(1-x)Sn_x的带隙转变条件,并给出了在带隙转变临界点Sn组分和双轴张应力的关系;采用8κ·p方法,得到了临界带隙双轴张应变Ge_(1-x)Sn_x在布里渊区中心点附近的能带结构,进而计算得到电子与空穴有效质量;基于载流子散射模型,计算了电子与空穴迁移率.计算结果表明:较低Sn组分和双轴张应力的组合即可得到直接带隙Ge_(1-x)Sn_x合金,且直接带隙宽度随着应力的增大而减小;临界带隙双轴张应变Ge_(1-x)Sn_x具有极高的电子迁移率,空穴迁移率在较小应力作用下即可显著提升.考虑工艺实现难度和材料性能两个方面,可以选择4%Sn组分与1.2 GPa双轴张应力或3%Sn组分与1.5 GPa双轴张应力的组合用于高速器件和光电器件的设计.     

Inverse-Heusler合金Ti_2Co_(1-x)Ni_xGa的磁性和半金属性

利用第一性原理计算了Inverse-Heusler合金Ti_2Co_(1-x)Ni_xGa的半金属性、磁性和电子性质.计算结果表明Ti_2Co_(1-x)Ni_xGa的原胞总磁矩和晶格常数随着x的增加而增加.由于过渡金属原子之间的直接杂化和sp电子的调节,原胞总磁矩和晶格常数随掺杂浓度x的改变而改变,并与Slater Pauling规则形成一定的差异.当Ni的掺杂浓度x=0.5时,Ti_2Co_(1-x)Ni_xGa合金的费米面在自旋向下带隙的中间位置,因而可以判定Ti2Co0.5Ni0.5Ga将具有最佳的半金属稳定性.     

金属玻璃(Cu_(1-x)Ni_x)_33Zr_(67)合金的低温电阻率

本文研究了金属玻璃(Cu_(1-x)Ni_x)_(33)Zr_(67)合金的低温电阻输运特性。在较宽的温区(2—273K)测试了电阻率,测量结果符合Mooij判据。样品电阻率随温度的变化行为与双能级隧道模型符合较好。     

纳米铜掺杂Li(Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2))O_2正极材料的制备和性能研究

通过Cu纳米颗粒掺杂制备了Li[(Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2))_(1-x)Cu_x]O_2三元正极材料,并通过调节Cu的掺杂量,讨论了Cu的掺入对Li[(Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2))_(1-x)Cu_x]O_2三元正极材料晶体结构、表面形貌、电化学性能和循环性能等一系列性能的影响,铜掺杂量为x=0.01时,在0.2C倍率下的首次放电比容量达到了219.1 mAh/g,经过50次充放电循环之后,剩余比容量为115.4 mAh/g。最终结果为Li[(Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2))_(1-x)Cu_x]O_2中Cu的掺入量为x=0.01时,所得正极材料的电化学性能和循环性能最为优异。     

(1-x)(K0.5Na0.5)NbO3-xSrTiO3陶瓷的弛豫铁电性能

通过对(1-x)(K0.5Na0.5)NbO3-xSrTiO3(0≤x≤0.15)陶瓷的相组成、晶体结构和介电性能的研究发现,该陶瓷为单一的钙钛矿结构相.当x含量较小(x＜0.1)时为正交相结构,x≥0.1时转变为四方相结构.随着SrTiO3掺杂量的增加,样品的致密度增加,样品由正常铁电相逐渐向弥散铁电相转变,且相变温度明显下降,其相变峰的半高宽D和临界指数γ,随 x 的增加而增加.样品损耗ε″r(复介电常数虚部)随温度T的变化表明低温时弛豫极化损耗起主要作用,高温时漏导损耗起主要作用.同时介电常数实部ε′r随频率的变化显示(1-x)(K0.5Na0.5)NbO3-xSrTiO3弛豫为德拜弛豫.     

YBa_2Cu_(3-x)Sn_xO_(7-y)体系的结构及超导电性

本文系统地研究了 Sn 含量对 YBa_2Cu_(3-x)Sn_xO_(7-y)体系超导电性和结构的影响.结果发现,在 x=0—1.1范围,该体系的零电阻温度均在90K 以上.当 x≥1.3时,在液氮温区不超导.X 射线衍射分析表明,该体系中的123相和未知新相的结构随 Sn 含量的增大呈现有规律的变化.结合透射电镜的分析,初步得出此新相可能是结构畸变了的 BaSnO_3;123相中,当x=1.0时,在123相中约有0.2个 Cu 被取代.占 Cu 总量的6%左右.由此我们认为:Sn替代 Cu 后新生成的相在较宽广的组分范围调制了123相的结构,稳定了123相.少量的 Sn进入123相后,替代了 Cu-O 链中 Cu 的格位,破坏了 Cu-O 链,但仍保持90K 以上的超导性,由此表明 Cu-O 链对高温超导可能不起主要作用.     

深过冷条件下Co_7Mo_6金属间化合物的枝晶生长和维氏硬度研究

采用电磁悬浮和自由落体两种实验技术对二元Co-50%Mo过共晶合金中初生Co_7Mo_6金属间化合物的生长机理和维氏硬度进行了系统研究.电磁悬浮实验中,合金熔体获得的最大过冷度为203 K(0.12T_L),初生Co_7Mo_6枝晶生长速度与过冷度之间呈现幂函数关系.随着过冷度的增大,初生枝晶中Co元素含量单调递增,枝晶尺寸明显减小,并且其维氏硬度逐渐升高.在自由落体状态下,随着液滴直径的减小,合金熔体的过冷度和冷却速率均增大.当液滴直径减小到392μm以下时,初生Co_7Mo_6枝晶从小平面向非小平面形态进行转变.实验发现,深过冷条件下Co_7Mo_6化合物发生了显著的溶质截留效应,其维氏硬度与Co元素分布和形貌特征密切相关.     

非晶态(Fe_(1-x)Co_x)_(78)Si_(9.5)B_(12.5)合金的X射线光电子能谱研究

本文报道非晶态(Fe_(1-x)Co_x)_(7)Si_(9.5)B_(12.5)合金的X射线光电子能谱的实验结果,分别给出了Fe,Co,Si,B元素的内层电子能级的结合能以及费密面态密度随Co含量的变化关系。     

三元Co_(79)Zr_(18)Cr_3合金中高矫顽力

通过在Co_(82)Zr_(18)合金中添加过渡族元素Cr的方法,利用快淬工艺,制备出了Co_(82-x)Zr_(18)Cr_x(x=0,2,3,4)快淬合金薄带,利用磁性测量、X光衍射、热磁分析、扫描电子显微镜,对其磁性能、相组成、微结构进行了研究,实验结果表明,在Co_(82)Zr_(18)合金中添加少量的Cr可以使其矫顽力(iHc)显著提高,其中,Co_(79)Zr_(18)Cr_3快淬薄带经600℃退火处理后iHc=6.5 kOe.相分析发现,600℃退火后的Co_(79)Zr_(18)Cr_3快淬薄带由单一Co_(11)Zr_2相组成,Cr原子进入到了Co_(11)Zr_2相的晶格之中替换了原子半径相对较小的Co原子,这导致了Co_(11)Zr_2居里温度(T_C)的降低却使其磁晶各向异性场(Ha)显著提高;另一方面,通过微结构研究发现,未退火的Co_(79)Zr_(18)Cr_3快淬薄带由50—80 nm的等轴晶粒组成,经600℃退火后,其晶粒形态并未发生改变然而晶粒尺寸却增长到400—500nm。     

Ti_3(Sn_xAl_(1-x))C_2固溶体电学、力学和热学性能的理论研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法对Ti_3(Sn_xAl_(1-x))C_2(x=0,0.25,0.5,0.75,1)固溶体的晶格结构、结构稳定性、电子结构、力学和热学性质进行了系统的理论研究.研究结果表明:Ti_3(Sn_xAl_(1-x))C_2固溶体具有金属性,都是热力学和力学稳定的脆性材料;Sn原子掺杂能在一定程度上提高材料的力学性能,当Sn原子掺杂浓度为0.75时有最大的体积模量,而掺杂浓度为0.5时有最大剪切模量.此外,Ti_3(Sn_xAl_(1-x))C_2固溶体都具有较高的熔点和德拜温度,其中Ti_3AlC_2,Ti3(Sn_(0.25)Al_(0.75))C_2和Ti3(Sn_(0.5)Al_(0.5))C_2在室温下的晶格热导率均能达到40 W/(m·K)以上,是良好的导热性材料.     

非晶态Fe_(100-x)B_x、(Fe_(1-x)Co_x)_(84)B_(16)和(Fe_(1-x)Ni_x)_(84)B_(16)合金的电阻率与温度的关系

用四端引线法测量了Fe_(100-x)B_x(12≤x≤24)、(Fe_(1-x)Co_x)_(84)B_(16)(0.02≤x≤0.08)和(Fe_(1-x)Ni_x)_(84)B_(16)(0.02≤x≤0.08)非晶态合金的电阻率与温度的关系。实验结果得到,这三个非晶态合金系列在低温区都呈现出电阻率极小,极小值的温度T_(min)都在20K以下。电阻率极小的出现认为是类Kondo效应的贡献。在T>T_(min)温区,电阻率与温度的关系用推广的Ziman理论作了解释。     

深过冷Cu60Sn30Pb10偏晶合金的快速凝固

实现了大体积Cu60Sn30Pb10偏晶合金的深过冷与快速凝固.实验获得的最大过冷度为173 K(0.17TL).凝固组织发生了明显的宏观偏析,XRD分析表明,试样上部是由固溶体(Sn),(Ph)相和金属间化合物ε(Cu3Sn)相组成的三相区,下部为富(Ph)相区.在小过冷条件下,三相区中ε(CuSn)相的凝固组织为粗大的枝晶,随着过冷度的增大,ε(Cu3Sn)相细化成层片状组织.且层片间距随过冷度的增大而减小,而(Sn),(Ph)两相始终以离异共晶的方式存在.富(Pb)相区中分布有少量的ε(Cu3Sn)枝晶,枝晶长度随过冷度的增大而增大,且在大过冷条件下发生碎断.(Sn)相在ε(Cu3Sn)相表面形核、长大,其形态类似于包晶凝固组织.     

Co掺杂对Mn_3Sn_(1-x)Co_xC_(1.1)化合物的磁性质、熵变以及磁卡效应的影响

利用固态反应法制备了Mn3Sn1-xCoxC1.1(x=0.05,0.1,0.2)系列化合物,研究了Co掺杂对其磁性质、相变、熵变的影响.随着Co掺杂量的增加,样品的居里温度由283 K先降到212 K(Mn3Sn0.9Co0.1C1.1)后又升到332 K(Mn3Sn0.2Co0.8C1.1),相变类型由一级相变逐渐转变为二级相变.增大Co的掺杂量,Mn3Sn1-xCoxC1.1化合物的熵变峰值逐渐减小,磁熵变温区由9 K展宽到300 K.当Co掺杂量为0.2时,相对制冷量达到最高,为103 J/kg(磁场强度为1.6 MA/m).由于室温附近良好的磁致冷效应,该类材料在磁制冷领域可能具有重要的应用前景.     

YBa_2(Cu_(0.95)M_(0.05))_3O_(7-δ)的代换效应及其中子衍射研究

X射线衍射实验表明YBa_2(Cu_(0.95)M_(0.05))_3O_(7-δ)(M=Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu和Zn)均为单相结构。Fe,Co,Ni和Zn对Cu的替代使超导临界温度T_c显著下降,而同样含量的Ti,V,Cr,Mn对Cu的替代并未对超导性能产生显著影响。并利用中子衍射分析了Ti,Mn,Fe和Co对Cu原子的取代,发现代换原子对Cu的两个晶位各自存在不同的择优占据,从而为分析不同晶位Cu在超导机制中的作用提供了依据。同时,本文研究了YBa_2·(Cu_(0.95)M_(0.05))_3O_(7-δ)的磁性,讨论了用3d金属离子代换Cu离子时对磁性的影响,以及磁性与超导性能之间的联系。     

具有宽过冷液相区的Fe62 Co8-x(Cr,Mo)xNb4 Zr6 B2非晶态合金的热稳定性与磁性

根据制备块状非晶态合金的三条经验准则,选择了成分为Fe62Co8-xCrxNb4Zr6B20和Fe62Co8-xMoxNb4Zr6B20(x=0,2,4)的合金系.利用单辊急冷法制备出厚为30μm宽为5mm左右的条带,并用差热分析、X射线衍射以及Faraday磁天平、静态磁性测量仪等研究了合金的热稳定性、非晶结构和磁性能.发现含2at%Cr的Fe62Co6Co6Nb4Zr20B20非晶态合金的过冷液相区ΔTx最宽,达到85K,但是合金系的饱和比磁化强度σs随Cr或Mo含量的增加而急剧下降.合金系经973K真空退火900s后,由于晶化相α-Fe等晶相析出,使得各合金的σx和Hc都迅速升高.