有限尺寸胶体体系的二维结晶

从工业上的大尺寸晶体生长到实验室中受限小体系的结晶,结晶是普遍存在的物理现象,也一直是物理学中的重要研究课题.与大尺度结晶相变的研究相比,对于有限小尺度体系结晶过程的研究相对较少.本文通过设计具有吸引相互作用的胶体体系,在实验上研究了有限小尺寸胶体体系的二维结晶相变.通过计算和分析径向分布函数、泰森多边形以及取向序参量,发现有限小尺寸体系的结晶过程是从中央高密度区域开始,随着结晶的进行,周围液相减小而晶相增加,最后完全转变为晶态的过程.体系结晶速率呈现两个阶段:在结晶初期中央区域是高密度的亚稳态液体,会降低结晶自由能能垒,使得体系快速结晶;随后晶相长大,亚稳态液体消失,体系结晶速率变慢.此外,通过统计有序度参量的分布发现:在结晶过程中,序参量出现双峰分布,分别对应液相和晶相,与大尺度胶体体系的二维结晶行为一致,说明序参量分布的变化规律是二维结晶相变的重要特征.     

利用胶体研究晶体的熔化和结晶

晶体的熔化和结晶尽管有上百年的研究历史,但还缺乏基础层面上的理论,实验上则难以看到晶体内部单分子的运动。近二十年来,均匀微米大小的胶体粒子为研究这些问题提供了一个良好的实验平台。通过光学显微镜可以直接观察胶体粒子组成的晶体的表面和内部,研究相变在最初小尺度上的成核过程,并用图像处理得到单个粒子的运动轨迹,为复杂的结晶和熔化过程提供了丰富的微观信息。     

利用胶体研究晶体的熔化和结晶

晶体的熔化和结晶尽管有上百年的研究历史,但还缺乏基础层面上的理论,实验上则难以看到晶体内部单分子的运动.近二十年来,均匀微米大小的胶体粒子为研究这些问题提供了一个良好的实验平台.通过光学显微镜可以直接观察胶体粒子组成的晶体的表面和内部,研究相变在最初小尺度上的成核过程,并用图像处理得到单个粒子的运动轨迹,为复杂的结晶和熔化过程提供了丰富的微观信息.     

沉降对带电胶体粒子结晶过程的影响

采用密度匹配法(重水与水按一定比例混合),以及反射光谱法,研究了重力沉降作用对直径为98 nm的带电胶体粒子结晶过程的影响. 结果表明,重力沉降在晶体生长的初期提高了晶体生长速率,而后期降低了晶体生长速率,这是由于在晶体生长初期,沉降作用可使更多的粒子结合到晶体结构中,而当晶体尺寸进一步增加,其沉降速率也相应地增大,晶相与液相间的摩擦阻力导致一部分颗粒从胶体晶体上脱落. 总的来说,重力沉降在初期加剧了晶体的生长,后期阻碍了晶体的生长. 另外,在微重力环境下形成的胶体晶体比在重力环境下形成的胶体晶体更加完整紧密.     

带电胶体粒子结晶过程的实验研究

利用带电单分散聚苯乙烯胶体粒子，通过自组装机理，制备了体积百分比为4.8%的具有多晶结构的胶体晶体，并用Kossel衍射技术和紫外可见分光光度计分别对晶体的生长过程进行了监测.通过对Kossel的图像分析检测不同阶段相应的晶格结构，发现胶体结晶过程晶体结构演变顺序为由液态—随机层结构—堆无序结构—面心立方孪晶结构到面心立方结构.定量地确定了结晶过程中晶体不同晶面的晶面间距和晶体的晶格常数，通过紫外可见分光光度计测量的晶体透射谱图，计算得到111晶面的晶面间距和晶体的晶格常数，与用Kossel衍射技术得到的结果相一致，还发现随样品放置时间的延长，衰减峰变窄和加深，并向短波方向移动，对应着晶体的晶格常数减小的现象. 关键词： 胶体晶体 自组织 Kossel环 聚苯乙烯粒子     

胶体晶体结晶过程与人造三维周期性集团点阵材料

胶体晶体结晶的物理过程和以胶体晶体为基的三维周期性集团点阵材料的制备是目前实验凝聚态物理的一个热点领域,文章对胶体粒在悬浮液中自组织有序化的物理机制、结构相变与形态的形成和以胶体晶体为基的人造三维周期性点材料作了介绍,无论是从实验上还是理论上看,对胶体体系中发生的自组织有序化的物理机制还有没有给出令人信服的证据和解释。而胶体晶体的制备为具有新异功能的三维周期性集团国材料设计开辟了一条新途径,因而在     

初始温度和冷却速率对金属团簇凝固行为的影响

用分子动力学结合嵌入原子势研究了含有531个原子的Co₅₃₁, Cu₅₃₁和Ni₅₃₁团簇从不同初始温度以不同冷却速率凝固到200 K时的凝固行为. 结果表明初始温度和冷却速率对团簇的凝固点有很大影响. 初始温度越高, 冷却速率越小, 团簇的凝固点越高. 凝固条件的改变会对三种团簇的凝固结构产生不同的影响. Cu₅₃₁和Ni₅₃₁团簇尽管在不同条件下的凝固点不同, 但凝固结构都是二十面体. 而Co 关键词： 金属团簇 凝固 分子动力学模拟     

超声对硫酸钙结晶过程影响的研究

研究了超声对硫酸钙结晶过程的影响。实验表明，与对比样相比，超声可以明显缩短成核时间，改变结晶量，影响结晶在不同方向的成长速度，使结晶的形状比例(长／宽)减小。粒度分布的定量测定和计算显示，超声使硫酸钙结晶粒度分布范围由200μm缩小到100μm，体积平均直径从69．9μm降到26．59μm；硫酸钙的成核速率提高2．74倍，但结晶成长速率减少到对比样的40．9％。两者番加的结果体现为结晶过程总速率的增加。     

冷却速率对液态金属Cu凝固过程中微观结构演变影响的模拟研究

采用Quantum Sutton-Chen(Q-SC)多体势对液态金属Cu在四个不同冷却速率下的凝固过程进行了分子动力学模拟研究. 通过双体分布函数、键型指数、配位数、均方位移及可视化分析, 结果表明：冷却速率对液态金属Cu的微观结构演变有决定性影响. 当冷却速率为1.0×10¹⁴K/s时得到非晶态结构；当冷速分别为1.0×10¹³K/s，1.0×10¹²K/s和1.3×10¹¹K/s时，系统形成以1421键型为主体的面心立方(fcc)与六角密集(hcp)共存的混合晶体结构；且其结晶温度分别为373K，773K和873K，即冷速越慢，其结晶温度越高，结晶程度也越高；且冷速越慢，1421键型越多，混合晶体中面心立方(fcc)结构所占的比例越高. 同时发现，原子的平均配位数的变化与1551，1441，1661键型的变化密切相关, 反映出体系对称性结构的变化规律与配位数的变化有关. 在可视化分析中，进一步采用中心原子法展现出非晶态与晶体结构的2D截面，及在3D下混合晶体中两个基本原子团分别为面心立方(fcc)与六角密集(hcp)基本原子团的具体结构. 关键词： Q-SC多体势 液态金属Cu 凝固过程 分子动力学模拟     

真空冷却过程中实验条件对真空冷却速率的影响

以熟肉为实验材料,对实验条件对真空冷却速率的影响进行了理论分析和实验研究。实验结果表明:真空室有效容积越小、真空泵抽速越高,则真空冷却时间就会越短;冷阱温度对真空冷却速率有着明显的影响;当真空室内的最终压力在0.4～0.61kPa变化时,熟肉的表面温度一直在0℃以上,其真空冷却的时间随着真空室内压力的升高而增加。而真空室内的最终压力在0.3kPa左右时,熟肉的表面温度在真空冷却过程会低于0℃。     

铸锭凝固组织对相应非晶合金晶化过程中二十面体准晶相形成动力学的影响

通过在真空电弧熔炼炉内对合金铸锭进行反复熔炼处理，获得到了凝固组织不同的Zr₆₅Al_7.5Cu_12.5Ni₁₀Ag₅合金铸锭.在相同的制备条件下，由凝固组织不同的合金铸锭通过吸铸法制备得到了薄片非晶合金.利用差示扫描量热法(DSC)对非晶合金的晶化动力学进行了分析.x射线衍射谱表明，在Zr₆₅Al_7.5Cu_12.5Ni₁₀Ag₅非晶合金晶化过程中，二十面体准晶相(I相)作为初生相析出.Kissinger分析结果表明，合金铸锭的凝固组织细化，相对应的非晶合金发生晶化时，I相形成与分解的有效激活能都增大，说明非晶合金及析出的I相的热稳定性都提高.从结构的遗传性角度就合金铸锭凝固组织对相应非晶合金晶化过程中二十面体准晶相的形成动力学的影响进行了讨论. 关键词： 二十面体准晶相 晶化动力学 凝固组织     

冷速对液态金属Mg凝固过程中微观结构演变的影响

采用分子动力学方法对不同冷速下液态金属镁(Mg)快速凝固过程中的微观结构演变进行了模拟研究.并采用能量-温度(E-T)曲线、双体分布函数、Honeycutt-Andersen键型指数法、原子团簇类型指数法(CTIM-3)以及三维可视化等方法系统地考察了凝固过程中微观结构演变与相转变过程.结果发现:在以冷速为1×10~(11)K/s的凝固过程中,亚稳态bcc相优先形成,随后大量解体,其变化规律符合Ostwald规则,系统最终形成以hcp结构为主体与fcc结构共存,中间还夹杂部分bcc结构的致密晶体结构.在1×10~(12)K/s冷速下,结晶过程呈现迟缓现象,形成bcc结构的初始温度降低,系统形成以hcp居多、与bcc和fcc三相共存的结构,且因相互竞争、相互制约而导致不易形成粗大的晶粒结构.而在1×10~(13)K/s冷速下,系统则形成以1551,1541,1431键型为主的多种非晶态基本原子团组成的非晶态结构.此外,在冷速1×10~(12)与1×10~(13)K/s之间的确存在一个形成非晶态结构的临界冷速.     

冷速对液态金属Ga凝固过程中微观结构演变影响的模拟研究

采用分子动力学方法对液态金属Ga凝固过程中不同冷却速率对微观结构演变的影响进行了模拟跟踪研究. 运用HA键型指数法和原子成团类型指数法(CTIM)分析了金属原子Ga的成键类型和形成的基本原子团结构. 结果发现，冷却速率对凝固过程中的微观结构起着非常重要的作用. 在以1.0×10¹⁴，1.0×10¹³，1.0×10¹²K/s的速率冷却时，系统形成以与1311，1301键型相关的菱面体结构为主，夹杂着立方体、六角密集等其他团簇结构所构成的非晶态结构；在以1.0×10¹¹K/s的速率冷却时，系统明显发生结晶，其结晶转变温度T_c约为198K，且冷却速率越慢，结晶转变温度T_c越高，形成以与1421键型相关的斜方晶体(经可视化分析确认)为主要构型的晶态结构. 这将为研究液态金属的结晶转变过程提供一种新方法. 关键词： 液态金属Ga 凝固过程 微结构转变 分子动力学模拟     

Al2O3对氟氧化物玻璃微结构和析晶的影响

采用红外, Raman, X射线衍射测试分析方法, 研究了Al₂O₃对氟氧化物玻璃微结构和析晶的影响.结果表明, Al³⁺主要以[AlO₄]的形式与[SiO₄]以顶角相连的方式构成基本网络骨架, Al₂O₃含量的增加, 使氧化物玻璃基质的网络向单体和二聚体结构转变, 并使氟化物微晶尺寸有一个先变小后增大的趋势, 但不影响微晶结构.     

Effect of cooling rate on microstructure of friction-stir welded AA1100 aluminum alloy

In this work, the microstructural changes occurring during cooling of friction-stir welded aluminum alloy AA1100 were evaluated. To this end, friction-stir welding (FSW) was performed in a wide range of cooling rates of 20–62 K/s and the evolved microstructures were studied by using electron backscatter diffraction. Below 0.6 T_m (T_m being the melting point), the stir zone material was found to experience no significant changes during cooling. At higher FSW temperatures, however, notable changes occurred in the welded material, including grain growth, sharpening of texture, reduction of the fraction of high-angle boundaries and material softening.     

不同晶化工艺对非晶PZT纳米薄膜形核取向生长机理的影响

射频磁控溅射法室温下在Pt/Ti/SiO2/Si上制备非晶Pb(Zr048Ti052)O3薄膜，非晶PZT薄膜分别经常规炉退火(CFA)处理和快速热退火(RTA)处理晶化为（100），（111）不同择优取向的多晶薄膜. 采用x射线衍射测定了薄膜相组分、择优取向度；用原子力显微镜和压电响应力显微镜观察了薄膜表面形貌，以及对应区域由自发极化形成的铁电畴像，观察了不同取向薄膜的电畴分布特征. 结果表明，RTA晶化过程钙钛矿结构PZT结晶主要以PZT/Pt界面处的PtPb化合物为成核点异质形核并类似外延的结晶生长，沿界面结晶速率远大于垂直膜面结晶速率，而CFA晶化样品成核发生在膜内杂质缺陷处，以同质成核为主. 不同的成核机理导致了不同晶面择优取向生长. 关键词： PZT薄膜 结晶 形核 力显微技术     

电学参数对胶体中工业纯钛微弧氧化膜特性的影响

利用自制多功能微弧氧化(MAO)电源对处在胶体中的工业纯钛表面进行了MAO处理,比较系统地研究了电压脉冲的峰值(U)和占空比(d)对膜层的生长特性、微观结构、相结构和处理后试样耐腐蚀性能的影响.结果表明,随着U的增加或d的加大,膜厚几乎呈线性增加,膜表面微孔尺寸和粗糙度逐渐增大,微孔密度逐渐减小.膜层主要由致密层组成,除U=450V,d=10%时制备试样的膜层中含有少量锐钛矿相TiO2外,其他试样的膜层全由金红石相TiO2组成;在30%硫酸溶液中的耐腐蚀测试表明,MAO处理后试样的耐腐蚀性能与U和d密切相关,随着U的增加或d的加大,试样的耐腐蚀能力逐渐增强.     

在单粒子尺度下用胶体研究相变

悬浮于溶液中的微米胶体粒子可以自组装成多种结构,与原子一样具有丰富的相行为,通过调节粒子的大小、形状、相互作用或密度可以驱动相变。由于胶体粒子可以在光学显微镜下直接成像并测量其热运动轨迹,因此是研究相变微观过程的一种有力的模型系统。近十几年来,作用力可调粒子、非球形粒子和活性粒子的制备有了突破性进展,并在自组装技术和相应的计算机模拟中有很大进步,因此为相变研究开辟了许多可能性。文章总结了利用胶体研究相变过程的最新进展,重点关注结晶、熔化和固—固相变,并简述胶体相变研究中存在的挑战和未来前景。     

Elucidation of the crystallization kinetics for sodium-alumino-silicate glasses containing different amounts of manganese oxide

The glass samples [40SiO₂?+?5Al₂O₃?+?{55???x}Na₂O?+?xMnO₂] where x?=?0.05, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, and 1?mol% MnO₂ before and after being heat treated were subjected to X-ray diffraction. The diffraction lines provided clear evidence of the nucleation and growth, which are characteristic of sodium silicate phase. Crystallization studies were conducted using differential thermal analysis. Crystallization peak temperatures were identified and the transformed fractions were determined. Both the rate of growth, K ₀, and the activation energy, E, depend on the influence of manganese ions in the glass network as a modifier or as a former and the manganese content. The values of the Avrami parameter, n, were calculated using two methods and were in excellent agreement. The process of nucleation and growth rate depends on the manganese content.