非晶态物质原子局域连接度与弛豫动力学

非晶态物质的本质及形成过程是凝聚态物理领域最困难也是最有趣的问题之一.非晶形成过程在原子结构上不会衍生出人们在传统晶体结构里所熟悉的长程有序性,因此对于此类在自然界中广泛存在的物质形态,至今还没有有效的实验表征手段和理论研究方法.非晶态物质的原子结构及其构效关系的研究是凝聚态物理和材料科学等众多研究领域所关注的热点问题之一.随着对非晶态物质物性研究的深入,人们逐渐意识到非晶态物质中原子中程序对系统性质的重要影响,建立以中程序为基础的结构-动力学关系对于理解玻璃及玻璃转变的本质起着重要的作用.本文简要综述了基于图论提出的原子局域连接度这一新的结构序参量在液体和玻璃的结构及构效关系研究中的应用.新的结构序参量从过去侧重于关注局域原子团簇的种类和分布,转移到更加关注某一类具有特殊对称性的原子的空间连接情况,即更多地尝试从原子中程序的角度来建立非晶态物质中的构效关系.新的研究结果表明,局域连接度可与非晶态物质中原子的短时或长时动力学行为、输运方式、以及振动模态等一系列物理性质建立联系.     

五次对称性及Ti—Ni准晶相的发现与研究

早在两千多年,希腊的数学家就证明了用正多边形构成的多面体只有五种,即用正方形构成的立方体,用正三角形构成的四面体、八面体及二十面体,以及用正五边形构成的五角十二面体.前三种多面体比较简单,都具有432或23的立方点群对称(镜面对称暂不考虑),常见于立方晶系的晶体中.后两种多面体(图1)尽管外形不同,都具有235点群对称,而以五次对称为其特征.在二十面体中,五次对称轴(实为5次反演轴)贯穿两个相对的顶点,共有六个.而在十二面体中,五次对称轴穿过两个相对但反转了的正五边形的中心,也是六个.除了5次对称轴外,二十面体中还有10个3次对称轴…     

非晶光子晶体中的光子局域化

利用多重散射方法计算并研究了二维光子晶体随着无序度变化的光子局域化.通过控制方形单元随机旋转角度以控制光子晶体的无序度.研究发现，随着无序度的增加光子通带的透过率逐渐降低，而光子禁带中的透过率逐渐上升，即无序导致的局域化逐渐由光子带边向光子禁带中心和光子通带的中心扩展.而且光子通带中的平均透过率随无序度的增加呈e指数下降. 关键词： 非晶 光子晶体 无序 光子局域     

铀基非晶合金的发展现状

铀基非晶合金是非晶家族中的特殊成员,受限于铀元素的高活性与放射性特点,目前这类非晶材料的研究极不充分.本文结合非晶合金的最新发展动态简要介绍了铀基非晶发展历史,较系统地总结了本团队的最新铀基非晶研究工作:首先较详细地介绍了新型铀基非晶的制备技术、成分体系、形成规律与晶化行为,澄清了其形成机制与热稳定性;结合高分辨电镜分析展示了其微观结构特点;采用纳米压痕技术揭示了这类非晶的微纳力学性能;利用电化学测试方法评估了其耐腐蚀性能.这些结果丰富了非晶材料的内涵,有助于深化对非晶物理基础科学问题的理解,并推动新型铀合金材料的发展,为这种材料的潜在工程应用奠定了基础.     

XAFS研究Ni-P和Ni-Ce-P超细非晶合金的退火晶化

采用原子配位分布函数为Gaussian函数Ｐ_G和指数函数P_E直积的非 对称模型进行拟合计算,XAFS定量地研究化学还原法制备的Ni-P和Ni-Ce-P超细非晶合金大 无序度体系中Ni原子的局域环境结构随退火温度升高而产生的变化.结果表明Ni-P和Ni-Ce-P 原样的Ni-Ni配位的平均键长Ｒ_j、配位数N、热无序度σ_T、结构无 序度σ_S分别为0271nm,100,00060nm,0028n 关键词： XAFS Ni-P Ni-Ce-P 超细非晶合金 局域结构     

非晶合金条带的爆炸焊接

 报道了利用爆炸焊接技术对铁基、铁镍基非晶合金条带（厚度约25 μm）进行单层和多层爆炸焊接的结果。金相分析结果表明，条带间相互结合良好；X光衍射结果说明，焊接后的条带仍保持非晶态，即使采用表面已有部分晶化德条带进行焊接，焊接后仍转化为非晶态。这说明在焊接过程中条带表面已发生熔化，且冷却速度也可达10⁶ K/s量级。     

块体非晶合金的韧塑化

块体非晶合金因其独特的原子结构而具有许多优异的力学性能,成为近年来材料领域的研究热点之一,但是由于其在变形过程中的室温脆性和应变软化等关键问题一直制约着其实际工程应用.为解决此问题,块体非晶合金领域的研究者们提出了多种方案,包括通过在非晶合金中调控其内禀特性如弹性常数、结构不均匀性,通过外加手段改变其应力及缺陷状态,通过外加和内生的方法在非晶基体中引入晶态增强相等方式,获得了一系列力学性能优异的块体非晶合金及其复合材料.特别是利用"相变诱导塑性"(transformation-induced plasticity,TRIP)概念研制出的块体非晶合金复合材料,同时具有大的拉伸塑性和加工硬化能力.本文围绕块体非晶合金的韧塑化这个关键科学问题,对单相非晶及非晶复合材料的韧塑化方案及机理进行了综述,着重介绍了TRIP韧塑化块体非晶合金复合材料的制备、性能、组织调控及韧塑化机理等,并对此领域的未来发展进行了展望.     

纳米NiAl合金的输运性质与电子局域化

测量了不同相对密度的纳米ＮｉＡｌ合金在４．２－７７Ｋ温度范围的电阻率和部分磁阻。实验发现纳米ＮｉＡｌ合金的电阻温度系数随相对密度的减小由正变到负，在相对密度７０％的样品中出现电阻极小。分析绌人有负温度系数的样品的导电是变程跃导电。结果表明材料纳米化后电阻率的变化不仅反映了界面体系增大而导致电阻率增大，而且也反映了纳米化后传导电子局域化，以及磁散射对纳米ＮｉＡｌ合金输运性质的影响。     

铁基软磁非晶/纳米晶合金研究进展及应用前景

非晶合金通常是将熔融的金属快速冷却、通过抑制结晶而获得的原子呈长程无序排列的金属材料.由于具有这种特殊结构,铁基软磁非晶合金具有各向同性特征、很小的结构关联尺寸和磁各向异性常数,因而具有很小的矫顽力H_c,但可和晶态材料一样具有高的饱和磁感强度B_s.优异的软磁性能促进了铁基软磁非晶合金的应用研究.目前,铁基软磁非晶/纳米晶合金带材已实现大规模工业化生产和应用,成为重要的高性能软磁材料.本文回顾了软磁非晶合金的发现和发展历程,结合成分、结构、工艺对铁基非晶/纳米晶合金软磁性能的影响,介绍了相关基础研究成果和工艺技术进步对铁基软磁非晶/纳米晶合金研发和工业化应用的重要贡献.并根据结构、性能特征将铁基软磁非晶合金研发与应用分为三个阶段,指出了目前铁基软磁非晶合金研发与应用中面临的挑战和发展方向.     

非晶合金的离子辐照效应

非晶合金作为一种快速凝固形成的新型合金材料,引起了材料研究者的极大兴趣.微观结构上长程无序、短程有序的特征使其具有独特的物理、化学和力学性能,在许多领域展现出良好的应用前景,尤其是有望成为核反应堆、航空航天等强辐照环境下的备选结构材料.本文深入探讨非晶合金的辐照效应,主要讨论离子辐照对非晶合金微观结构、宏观力学性能以及其他物理化学性能的影响,可为进一步理解非晶合金的微观结构和宏观力学性能之间的关系提供有效的实验和理论基础,也可为非晶合金在强辐照环境下的服役性能预测提供实验依据,对推进非晶合金这一先进材料的工程化应用具有重要的理论与实际意义.     

非晶合金中的流变单元

非晶合金是一类具有诸多优异性能的先进金属材料,同时也是研究非晶态物质的模型体系.最近,大量的实验和模拟证据显示,在非晶合金中可能存在类似晶体中缺陷的"流变单元",这些动力学单元和非晶合金的的流变、物理、力学性能密切关联.本文主要综述了流变单元提出的背景、实验证据、流变单元的特征、激活与演化过程、相互作用以及相关的理论.文中提供了大量实验证据证明流变单元模型不仅可以帮助理解非晶态物质中如形变、玻璃转变、弛豫动力学以及非晶结构和性能的关系等重要的基本物理问题,而且可以指导非晶合金性能的调控和设计,获得性能优异的非晶合金材料.     

判定金属玻璃微观结构中的二十面体类团簇

基于Voronoi几何分形法, 分析了理想二十面体团簇和ZrCu二元金属玻璃中各种团簇的结构特点, 提出了一种判定金属玻璃原子结构中二十面体类团簇的方法. 并选取三个ZrCu 非晶成分作为研究对象, 基于Voronoi团簇, 利用该方法提取了各种构型团簇, 证实其中四种构型团簇的基本几何结构与理想二十面体相似, 并具有同样近似于理想二十面体的高致密度、高规则度和高五次对称性, 因此可称之为二十面体类团簇. 此类二十面体类团簇可作为金属玻璃的主要结构单元, 普遍存在于非晶结构中; 二十面体类团簇及其连接能包含几乎所有的原子, 从而形成非晶结构. 研究结果提供了一种新的团簇判定方法, 有助于从微观结构层面分析合金中的非晶形成机理.     

Correlation between supercooled liquid region and crystallization behavior with alloy composition of La-Al-Cu metallic glasses

Bulk metallic glasses (BMGs) with large supercooled liquid region are promising materials for superplastic forming. In this paper, we demonstrate a microstructure-based strategy to pinpoint the composition with the largest supercooled liquid region in La 86 x Al 14 Cu x (x=16 at%-20 at%) metallic glass system. By monitoring the changes in crystallization behavior of the glassy alloys with composition to search for the alloys exhibiting eutectic crystallization, the glassy alloys with the largest supercooled...     

金属玻璃液体中的强脆转变现象

强脆转变是玻璃形成液体在从低温到高温升温过程中由强性液体转变为脆性液体的现象,反之从高温到低温冷却过程即为脆强转变.由于其意味着液体的结构发生了某种快速、非连续的变化,强脆转变现象成为异常动力学的典型代表.自1999年《Nature》杂志首次报道了水的强-脆转变现象之后,液体的强脆转变现象就作为凝聚态物理和材料科学领域中的前沿和热点问题被广泛关注.越来越多的研究表明,强脆转变现象在金属玻璃形成液体中普遍存在.为阐明金属玻璃强-脆转变现象对于深入理解玻璃转变本质、探讨液固遗传微观结构特征、揭示晶化过程相互竞争规律、提高玻璃形成能力、促进金属玻璃制备和处理工艺标准化等方面的重要意义,综合评述了强脆转变现象在金属玻璃形成液体中的普遍性、特殊性、定量表征、热力学表现以及结构起源等研究领域的最新进展,并指出了该领域今后的发展方向.     

LaGa-based bulk metallic glasses

We report the formation of La Ga-based bulk metallic glasses. Ternary La–Ga–Cu glassy rods of 2–3 mm in diameter can be easily formed in a wide composition range by the conventional copper mold casting method. With minor addition of extra elements such as Co, Ni, Fe, Nb, Y, and Zr, the critical diameter of the full glassy rods of the La–Ga–Cu matrix can be markedly enhanced to at least 5 mm. The characteristics and properties of these new La Ga-based bulk metallic glasses with excellent glass formation ability and low glass transition temperature are model systems for fundamental issues investigation and could have some potential applications in micromachining field.     

金属玻璃形成液体的热力学特性

通过分析规则熔体的热力学模型，计算了典型金属玻璃的熔体混合焓ΔH^mix和混合熵ΔS^mix.结合临界冷却速率，归纳出典型金属玻璃形成液体的热力学特性,并提出基于原子尺寸、元素组成以及元素之间混合焓等参数的形成大块金属玻璃的成分判定方法.结果表明，当ΔH^mix<-15 kJ·mol^-1且ΔS^mix>0.6 J·K^-1mol^-1时，合金易于形成大块金属玻璃.金属玻璃的临界冷却速率R_c具有明显的尺寸效应，其值与熔体的ΔS^mix值呈指数关系，可以用R_c＝42.24×10⁴exp(-13.91ΔS^mix)+19.66粗略判断.运用该方法成功设计并制备出远离原有Zr基大块金属玻璃形成区域(55at%—65at%Zr)的Zr₄₀Al₁₀Ni₁₅Cu₃₅和四元Fe-B基Fe₅₃Co₅Nd₁₂B₃₀大块金属玻璃. 关键词： 混合焓 混合熵 大块金属玻璃 玻璃形成能力     

探索塑性金属玻璃

缺乏室温宏观塑性是限制金属玻璃应用,制约金属玻璃形变机理研究的主要障碍,因此探索具有室温宏观塑性的金属玻璃材料成为金属玻璃研究领域的热点.文章首先介绍了作者为提高金属玻璃室温塑性所采用的三种在实践中可行的方法,然后根据金属玻璃的弹性模量（泊松比）与塑性的关系,报道了作者在设计大塑性金属玻璃材料方面的最新进展.     

Formation and magnetic properties of Co–Fe-based bulk metallic glasses with supercooled liquid region

A new Co–Fe-based ferromagnetic bulk metallic glass (BMG) was synthesized by copper mould casting method. The thermal stability and crystallization processes were investigated by differential scanning calorimetry (DSC) and X-ray diffraction (XRD). The soft magnetic behavior was studied by DC magnetic measurements. The high glass formation ability was interpreted in terms of the effective suppression of nucleation and growth of the intermetallic compounds which appear in the multicomponent system during solidification. The high thermal stability indicates that the new Co–Fe-based BMG could be used as high-temperature magnetic material. The low coercivity which was as low as 8 A/m for the as-cast sample was found in the Co–Fe-based metallic glass cylinder with a diameter of 1.5 mm.     

金属玻璃的断裂机理与其断裂韧度的关系

本文选取了三种不同断裂韧度值的金属玻璃Zr41.25Ti13.75Ni10Cu12.5Be22.5,Ce68Al10Cu20Co2和Fe41Co7Cr15Mo14Y2C15B6,通过压缩实验测量了它们的应力-应变关系;样品断裂以后观察了其断口形貌,发现这三种金属玻璃具有不同的断裂模式.经过对这三种金属玻璃做缺口三点弯曲实验,利用数字散斑技术研究了缺口前端应变集中方向弹性应变场的演化过程.根据金属玻璃的屈服准则,阐述了不同断裂韧度值的金属玻璃的断裂机理.