体心立方固溶体合金中的"团簇+连接原子"结构模型

为体现固溶体合金中的溶质原子产生的化学短程序,文章提出了配位数为14的团簇在体心立方(bcc)点阵中的堆垛模式,并建立了基于bcc结构的"团簇+连接原子"结构模型,用团簇成分式[团簇](连接原子)_x表述. 此模型中,与基体组元具有相对大的负混合焓的溶质原子占据团簇心部,其他原子作为连接或者替代团簇壳层基体原子. 1 ∶1结构模型[团簇](连接原子)₁由于最大程度地保证了团簇与连接原子的近邻,构成了连接原子最有效的合金化方式. 在两个实用bcc固溶体合金体系中, 1 ∶1模型指导设计了低V含量的储氢合金 V₁和低弹性模量高强度的 Nb₁合金. 关键词： 体心立方固溶体成分设计 "团簇+连接原子"结构模型 Ti-Cr-V合金 Ti-Zr-Mo-Nb合金     

Mg-Al系工业合金牌号的成分式解析

Mg-Al系牌号是应用最广的镁基工业合金,但其牌号背后的成分根源一直未知,构成研发新合金的主要障碍.本文应用描述固溶体短程序结构特征的团簇共振模型,得到了Mg-Al二元固溶体的最理想化学结构单元[Al-Mg_(12)]Mg_1,然后对《the American Society for Testing Materials》手册中所有Mg-Al系工业合金牌号进行成分解析,得到相应团簇成分式,如AZ63A合金解析后的团簇成分式为[Al_(0.78)Zn_(0.16)-Mg_(12)]Mg_(1.04)Mn_(0.02),AZ81A合金解析后的团簇成分式为[Al_(0.97)Zn_(0.03)-Mg_(12)]Mg_(0.98)Mn_(0.02).再根据成分式与化学结构单元之间的误差,对比该牌号合金的力学性能,验证了该化学结构单元在Mg-Al体系中的准确性,揭示出看似复杂的工业合金牌号后面隐藏的简单成分规律,为发展Mg-Al体系合金指出了一个全新的途径.     

Invar合金的电子化学势均衡判据

用二元团簇作为描述Invar合金的基本结构单元,运用"团簇共振"结构模型,建立起以某一已知二元团簇与连接原子按1:x比例连接,描述Invar合金的电子化学势均衡判据.给出了Invar合金成分的经验分子式,即Invar合金成分=[团簇]1(连接原子)x.运用此判据,解析了部分Invar合金成分.发现典型的Invar合金实验成分与经验分子式相符合,说明基于"团簇共振"模型的Invar合金的电子化学势判据很好地解释了Invar合金成分的形成规律.     

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)).     

基于固溶体短程序结构的团簇式合金成分设计方法

合金成分设计对于研发高性能复杂合金材料至关重要,是实现新材料研发由经验指导实验的传统模式向理论预测、实验验证的新模式转变的关键环节.总结了合金研发中常用设计方法的应用领域及存在的局限性,包括Hume-Rothery规则、电子理论、当量法、计算机模拟等.详细介绍了我们提出的基于固溶体局域短程序结构的团簇成分式设计方法.该方法建立在团簇加连接原子稳定固溶体结构模型基础上,其在不同复杂合金体系中的成功应用表明了该方法的普适性,为多元复杂合金成分设计提供了一种简单、精确的途径.     

自适应免疫优化算法研究大尺寸Cu-Au合金团簇稳定结构

合金团簇所具备的催化和光学等方面特性与团簇的尺寸、元素组成和元素序列密切关联,因而确定其稳定结构是研究纳米团簇合金性质的首要任务.本文利用基于内核构建的自适应免疫优化算法研究了完整元素组成的CunAum(n+m=61及79)二元合金团簇的稳定结构.应用多体Gupta势函数描述Cu-Au团簇原子间的相互作用.研究结果表明:对于CunAum(n+m=61)团簇,除了当n=12-15时为由三个双二十面体面面相连组成的环状结构外,其余均为二十面体结构.原子总数为79的Cu-Au合金团簇包括堆积缺陷的面心立方结构、双面心立方结构、二十面体、十面体和由四个双二十面体面面相连组成的环状结构.且当Au原子比例高和低时其主要构型分别为二十面体和十面体.此外,还分析了Cu-Au合金团簇结构势能量的分布情况及团簇的相对稳定性.原子分布规律显示Cu原子趋于占据内层,而Au原子趋向于分布在外层.     

源于“团簇-共振”模型的理想金属玻璃电子化学势均衡

理想金属玻璃是指完全满足电子结构稳定性的金属玻璃. 在我们前期工作中提出的“团簇加连接原子"及理想金属玻璃的“团簇-共振"结构模型的 基础上, 本文指出理想金属玻璃应该满足电子化学势均衡判据, 可定量给出团簇与连接原子的比例, 最终确定了理想金属玻璃成分式[团簇](连接原子)_x. 运用此判据, 解析了Cu-Zr基和Co-B基块体金属玻璃, 实验确定的最佳形成能力成分满足电子化学势均衡.     

大尺寸核/层Co-Pd合金团簇稳定结构研究

纳米尺度合金团簇具有特殊的光学、电、磁和催化等性质,在基础研究和应用领域吸引了广泛的兴趣.使用多体Gupta势函数描述Co-Pd团簇原子间相互作用,应用基于内核构建的自适应免疫优化算法确定最稳定结构.研究结果显示:98原子Co-Pd团簇结构可分为面心立方结构、Mackay二十面体、双二十面体、由双二十面体面面相连构成的结构和十面体结构.序列参数显示Co原子位于内层,而Pd原子位于外层.原子半径和表面能进一步解释了Co和Pd原子的分布规律.原子数目为147的Co-Pd团簇均为完整二十面体结构.     

Al_xCrFeNiTi系高熵合金成分和弹性性质关系

为了探索Al_xCrFeNiTi系高熵合金组成成分和弹性性质的关系,结合固溶体特征参数和第一性原理计算,研究Al元素含量对Al_xCrFeNiTi (x=0, 0.5, 1, 2, 3, 4)合金结构和弹性性质的影响,并分析合金固溶体特征参数与弹性性质之间的关系.结果表明:Al_xCrFeNiTi系合金的价电子浓度随着Al含量的增加逐渐减小,合金在体心立方结构下的形成焓均低于面心立方结构,说明研究的Al_xCrFeNiTi系合金会形成单一的体心立方结构固溶体;合金的晶格常数和形成能力强弱随着Al含量的增加而增大,但合金的结构稳定性略有下降;当合金元素按照等原子比进行成分配比时,合金的原子尺寸差异最大; Al_xCrFeNiTi系合金中不同原子之间除了金属键结合外,还表现出一定的共价和离子键结合特征;对于Al_xCrFeNiTi系合金而言,随着热力学熵焓比的增大,合金体弹模量和韧性随之增大;随着合金混合焓的增加,合金在压缩方向的各向异性程度明显降低.热力学熵焓比和混合焓可作为Al_xCrFeNiTi系高熵合金成分设计的重要参数.     

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.     

以团簇加连接原子模型解析Cr-C共晶成分

Cr-C体系材料是重要硬质防护涂层的代表,具有共晶特征.我们的前期工作指出,共晶合金满足双团簇近程序结构模型,由两种稳定液体亚单元构成,各自满足理想非晶团簇成分式,这里的第一近邻团簇来自相关共晶相.显然共晶成分解析的关键在于获得团簇,而相结构中往往存在多种团簇,进入到非晶/共晶团簇成分式的主团簇定义是关键环节.本文通过应用Friedel振荡理论及原子密堆,以团簇分布的球周期性及孤立度为判据,以Cr-C共晶相为例,进一步细化了共晶相中的主团簇选择流程,再搭配以2,4或6个连接原子,获得了描述共晶成分Cr_(86)C_(14)和Cr_(67.4)C_(32.6)的双团簇成分式:[Cr-Cr_(14)+C-Cr_9]Cr C_3和[C-Cr_9+C-Cr_8]C_6,其中四种团簇分别来自共晶相Cr,Cr_(23)C_6,Cr_7C_3和Cr_3C_2.该工作进一步证实了团簇加连接原子模型在共晶点解析中的普适性,并从理论上支持了相关的材料设计.     

矿物药炉甘石煅制前后锌、铅元素的赋存形态及分布特征研究

采用X射线衍射(XRD)技术和电子探针微区分析(EPMA)技术针对中药炉甘石煅制前后锌、铅元素的赋存形态及分布特征进行了研究,探明了煅制对炉甘石中锌、铅元素赋存状态及分布的改变,为后续水飞减除铅元素的机理研究提供了理论依据。测试结果显示：21批次炉甘石(生品)中的锌元素以主矿物水锌矿[Zn₅(CO₃)₂(OH)₆]和杂质矿物异极矿[Zn₄(OH)₂(H₂O)(Si₂O₇)]为主要赋存形态,偶见菱锌矿(ZnCO₃);炉甘石(生品)的背散射电子图谱及元素分布数据显示：Zn和Pb元素同时分布的区域为水锌矿,Zn和Si元素同时分布的区域为异极矿,Ca和Mg元素同时分布的区域为白云石,Ca元素单独分布区域为方解石。在炉甘石(生品)中,Pb主要分布于水锌矿中且分布相对均匀,Pb元素的分布与水锌矿中的Zn元素密切相关。大量水锌矿的微区点位的电子探针定量分析结果显示：各不同点位中的ZnO/PbO含量的比值趋于定值,Pb在水锌矿中呈统计式均匀分布,说明Pb在水锌矿中主要以类质同象混入物的形式存在。但是炉甘石(生品)中的异极矿、方解石及白云石等杂质矿物中铅元素含量极低甚至检测不到。炉甘石煅烧后水锌矿晶格中的Zn和Pb分别生成了ZnO和PbO。Zn元素在炉甘石煅制品中主要以氧化锌(ZnO)形式存在,少部分以杂质矿物硅酸锌(Zn₂SiO₄)形式存在,呈较连续状态分布。Pb元素在炉甘石煅制品中主要以氧化铅(PbO)的形式存在,呈星点状分布,与Zn元素的分布未呈现相关性,说明Pb在炉甘石煅制品中是以独立矿物形式存在的。煅烧破坏了水锌矿的晶格结构,在改变锌、铅化合物形态的同时,更改变了锌、铅的分布特征,打破了炉甘石中锌、铅的共生状态,使水飞减除铅元素成为可能。     

电阻率与强度性能的关联及铜合金性能分区

铜合金以低电阻率为特征,由于电阻率与强度存在着共同的微观结构机理,两者往往协同变化,而导致难以对合金进行性能的全面评估和选材.本文以Cu-Ni-Mo合金作为研究对象,以团簇结构[Mo_1-Ni_(12)]构建固溶体的近程序结构模型,解析了电阻率和强度依赖于成分的定量变化规律,并定义了拉伸强度/电阻率的值为代表合金本质特性的"强阻比",得到了完全固溶态Cu-Ni-Mo合金的强阻比为7×10~8MPa/?·m,完全析出态的强阻比为(310—490)×10~8MPa/?·m.进而应用强阻比对常用铜合金进行了性能分区,给出铜合金材料选材的依据,得出了基于Cu-(Cr, Zr, Mg, Ag, Cd)等二元基础体系的铜合金适用于高强高导应用,而基于Cu-(Be, Ni, Sn, Fe, Zn, Ti, Al)等为基础二元体系的铜合金不能实现高强高导.该强阻比为310的特征性能分界线的发现为合金性能的全面评估提供了量化依据,可指导高强高导铜合金的选材和研发.     

Synthesis,Structural,Spectroscopic Characterization and Biological Properties of the Zn(Ⅱ),Cu(Ⅱ),Ni(Ⅱ),Co(Ⅱ),and Mn(Ⅱ) Complexes With the Widely Used Herbicide 2,4-Dichlorophenoxyacetic Acid

2,4-Dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) is a board-leaf selective herbicide and globally used in agricultural activities. Complexation mode, spectroscopic investigations and biological properties of complexes formed between 2,4-D (C₆H₃Cl₂OCH₂·COOH; HL) with Zn(Ⅱ), Cu(Ⅱ), Ni(Ⅱ), Co(Ⅱ), and Mn(Ⅱ) metal ions were investigated. To characterize the binding mode between 2,4-D and the metal ions, many physicochemical approaches were employed. The complexes obtained are characterized quantitatively and qualitatively by using micro elemental analysis, FTIR spectroscopy, UV-Vis spectroscopy, 1H-NMR, and magnetic susceptibility measurements. Results of these approaches suggested that the gross formula of the complexes obtained with the metal ions were [ZnL₂](2H₂O (1), [CuL₂(H₂O)₂] (2), [NiL₂](3H₂O (3), [CoL₂(H₂O)₂] (4), and [MnL₂(H₂O)₂] (5). In all complexes, two L- anion were coordinated the metal ion by their bidentate carboxylate groups. From the spectral study, all the complexes obtained as monomeric structure and the metals center moieties are six-coordinated with octahedral geometry except Ni(Ⅱ) and Zn(Ⅱ) complexes which existed as a tetrahedral and square pyramidal geometry respectively. The complexes were screened in vitro against several microbes (fungi and bacteria) using Kirby-Bauer disc diffusion method, and data has demonstrated that complex 3 showed excellent antifungal activity.     

非晶Ni-P合金的晶化相

利用电镜双倾台倾转Ni₁₂P₅晶体以及对Vafaei-Makhsoos发表的数据的分析,证实了由他所提出的三个新的Ni₃P相并不存在。从而澄清了非晶Ni-P合金在加热过程中总共有七个晶化相析出:α=5.48?的面心立方亚稳相α,由此相转变生成的六角多型体α₁,α₂,α₃亚稳相,体心四方Ni₁₂P₅相,体心四方Ni₃P相及Ni固溶体。 关键词：     

Al2O3吸附[Cu(H2O)6]2+基团的自旋哈密顿参量和四角畸变

采用微扰方法和对角化完全能量矩阵法计算了Al₂O₃粉末吸附的四角对称[Cu(H₂O)₆]²⁺基团的自旋哈密顿参量（g因子g∥,g_⊥和超精细结构常数A_∥和A_⊥）. 计算结果表明用这两种理论方法计算的自旋哈密顿参量很接近,并且都与实验结果比较一致. 表明这2种方法都可用于晶体中3d9离子基团的自旋哈密顿参量的研究,通过计算,我们还获得了[Cu(H₂O)₆]²⁺基团四角畸变的大小,并对结果进行了讨论.     

Cluster formulae for metallic glasses derived from devitrification phases

Bulk metallic glasses are known to have a composition formula [cluster](glue atom)_1,3 within the framework of the cluster-plus-glue-atom model. The key issue in applying the cluster formula is the determination of the right clusters and glue atoms. As examples, alloy phases in the glass-forming systems Al–Ni–Zr and B–Co–Si are analysed from the viewpoint of nearest coordination polyhedral clusters. These alloy phases are described by [effective cluster](glue atom) _x , where the effective cluster refers to true cluster composition after taking account of cluster-sharing in the phase structure. For each alloy phase, a principal cluster can be identified that features the local short-range order of that phase. It is pointed out that the principal clusters can express compositions with high glass-forming abilities, as verified by our experiments in Al–Ni–Zr and B–Co–Si–Ta.     

CaTiO3基微波介质陶瓷的频率温度稳定性

通过对克劳修斯-莫索蒂方程的近似, 分析了钙钛矿结构微波介质陶瓷频率温度系数 (τ_f) 的主要影响因素, 发现改变材料介电响应中离子位移极化和电子位移极化的比例, 可调节频率温度系数的正负与大小. 通过电子结构计算和容忍因子分析, 预测引入(Zn_1/3Nb_2/3)⁴⁺对具有正温度系数 的CaTiO₃进行B位取代将提高材料电子极化响应比例, 调节τ_f由正变负. 采用偏铌酸盐为前驱体, 通过固相反应法合成了Ca[(Zn_1/3Nb_2/3)_xTi_(1-x)]O₃钙钛矿结构陶瓷, 并对其进行结构分析和性能测试, 实验结果与理论分析一致, 获得了具有近零频率温度系数的Ca[(Zn_1/3Nb_2/3)_0.7Ti_0.3]O₃介质陶瓷材料. 关键词： B位复合钙钛矿陶瓷 谐振频率温度稳定性 极化机理 6八面体倾斜')" href="#">BO₆八面体倾斜