High-pressure dynamic,thermodynamic properties,and hardness of CdP_2

Using a pseudopotential plane-waves method,we calculate the phonon dispersion curves,thermodynamic properties,and hardness values of α-CdP_2 and β-CdP_2 under high pressure.From the studies of the phonon property and enthalpy difference curves,we discuss a phase transform from β-CdP_2 to a-CdP_2 in a pressure range between 20 GPa and 25 GPa.Then,the thermodynamic properties,Debye temperatures,and heat capacities are investigated at high pressures.What is more,we employ a semiempirical method to evaluate the pressure effects on the hardness for these two crystals.The results show that the hardness values of both α-CdP_2 and β-CdP_2 increase as pressure is increased.The influence mechanism of the pressure effect on the hardness of CdP_2 is also briefly discussed.     

基于XPS对硫铁矿去除SeO2-3的机理研究

硒是动植物及人体生长必需的十五种微量元素之一，具有清除体内自由基、抗氧化、增强免疫力等功能，但其安全剂量的范围却很窄。利用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）对湿法球磨制备的硫铁矿形貌进行了表征。SEM观测发现加乙醇助磨后的硫铁矿为粒径大小较均匀的球形颗粒团聚体，粒径范围在17～200 nm之间，平均粒径138 nm。XRD衍射图谱中的特征峰与FeS₂衍射图谱中各峰位置基本一致，因此判定硫铁矿中主要化学组分为FeS₂，且图谱中基本没有杂峰，表明制备过程中并未混入杂质，样品纯度较高。实验结果表明，该法制备的硫铁矿具有颗粒粒径小、比表面积大、反应活性高等优点。研究中利用X射线光电子能谱仪（XPS）对硫铁矿去除水体中SeO2-₃的机理进行了研究。研究结果表明, （1）在较为广泛的实验pH范围（pH 2.2～11.5），硫铁矿均能有效去除水体中SeO2-₃，去除效率（除pH值7.8以外）均达到90%以上；（2）硫铁矿与SeO2-₃发生反应后，其主要组成元素的XPS特征峰结合能有所减小，表明硫铁矿表面发生了一定化学变化；（3）酸碱环境下硫铁矿去除SeO2-₃的机理不完全相同，酸性环境下，硫铁矿对SeO2-₃的去除是单纯的氧化还原过程，即硫铁矿中被酸活化的S2-₂将SeO2-₃还原为单质Se(0)，并且酸性越强，SeO2-₃去除效果越好；碱性环境下，SeO2-₃的去除过程中氧化还原与络合反应并存，硫铁矿表面有络合态Fe(OH)SeO₃和单质Se(0)两种存在形态，且碱性越强，络合态Fe(OH)SeO₃含量越高。以上研究结果为硫铁矿去除固定水体和土壤中以SeO2-₃为代表的可变价金属阴离子提供重要理论依据和应用基础。     

Site preference of Ti and Nb in L12-ordered Co-Al-W phase and their effect on the properties of the alloy: first-principles study

In this work,the equilibrium structure,electronic and elastic properties of L1₂-ordered Co-Al-W and Co-Al-W-X(X=Ti and Nb)phase were calculated,using first-principles calculations.Among six nonequivalent sites(Al₁,Al₂,Co₃,Co₄,W₅,W₆),Ti and Nb prefer to occupy the W₆site,since the formation enthalpy of the system is lowest when Ti and Nb occupy the W。site.Both Ti and Nb most affect the density of states of Al atoms.Compared with the Al₂ site,which is the sub-preference site of Ti and Nb,the density of states of Al atoms is higher with the addition of Ti and Nb in the W₆site,which means that the latter system is more stable.According to the bulk modulus B,shear modulus G,Young's modulus E,hardness Hv and Poisson's ratioσ,for Co₃(AI,W)alloy,the addition of Ti and Nb in the W₆site decreases its hardness hut increases its duetility.This work cnnfirms that Ti and Nh can stahilize the Cag(Al,W)alloy and have a positive effect in solving the relatively poor ductility of this alloy,which has important implications for the development of cobalt.based alloys.     

YAG：Ce发光材料合成的助熔剂研究

采用高温固相法合成YAG:Ce荧光粉时,传统的以硼酸为助熔剂的产物硬度很大,处理过程中容易破坏晶体形貌,影响发光性能.采用氟化物助熔剂(MgF₂、CaF₂、SrF₂、BaF₂、AlF₃)及它们与H₃BO₃混合助熔剂来制备YAG:Ce,研究了助熔剂种类及其浓度对制得的粉体发光性能的影响,比较了它们的晶体形貌与物相组成.结果表明,采用不同助熔剂合成的YAG:Ce的激发光谱及发射光谱基本相同,而BaF₂、AlF₃、SrF₂及它们与H₃BO₃的混合助熔剂系列,可在一定程度上降低产品硬度、提高产品发光亮度;其中H₃BO₃~SrF₂系列、H₃BO₃~BaF₂系列的晶化程度与粒度分布均有改善;H₃BO₃~BaF₂系列的物相组成比较纯,除Y₃Al₅O₁₂主相外基本无杂相.     

Role of Supercritical Water and Pyrite in Transformations of Propylene

The effect of supercritical water and pyrite on the transformations of propylene upon the uniform heating (1.5 K/min) of reagents to 718 K is studied. The products are analyzed by IR and ¹H NMR spectroscopy, mass-spectrometry and gas chromatography/mass-spectrometry. It is established based on the temperature dependences of the pressure of reagents that the addition of pyrite in the absence of water gives rise to a decrease in the starting temperature of propylene oligomerization. In the absence of pyrite, the addition of water suppresses propylene oligomerization. A synergetic effect of supercritical water and pyrite on the degree of conversion of propylene is revealed. It is shown that hydrogen sulfide, thiols, and methyl-derivatives of thiophene are formed in the presence of pyrite, as well as the yield of aromatic and polyaromatic hydrocarbons increases. The mechanisms of the observed processes are discussed.     

NbSi2奇异高压相及其热力学性质的第一性原理研究

采用基于粒子群优化算法的结构预测程序CALYPSO, 并结合第一性原理的VASP程序, 在175 GPa发现NbSi₂的奇异立方高压相. 在此结构中, Nb原子形成金刚石结构, 而Si原子则形成正四面体镶嵌在金刚石结构中. 声子谱计算结果表明该结构是动力学稳定的. 电子结构分析表明, 六角相和立方相NbSi₂均为金属, 对金属性贡献较大的是Nb原子, 而且Nb和Si原子之间存在明显的p-d杂化现象, 电荷更多地聚集在Si四面体中. 利用“应力应变”方法, 计算了NbSi₂的弹性常数, 分析了其体积模量、剪切模量、杨氏模量和德拜温度等热动力学性质随压力的变化并进行了详细的讨论. 根据剪切模量和体积模量的比值分析了NbSi₂两种相结构的脆性和延展性, 发现压力会导致六角相NbSi₂的延展性增加, 但对立方相结构的延展性影响较小; 采用经验算法计算了NbSi₂两种相结构硬度变化情况, 结合这一比值进行了详细的分析. 弹性各向异性计算结果表明, 随着压力增加, 六角结构的各向异性增强, 而立方结构的各向异性减小.     

Improved performances in top-emitting organic light-emitting diodes based on a semiconductor zinc oxide buffer layer

Electroluminescence performances are improved by inserting a semiconductor zinc oxide (ZnO) buffer layer into the emissive tris-(8-hydroxyquinoline)aluminum (Alq₃) layer and the semitransparent Al/Ag cathode in top-emitting organic light-emitting diodes (TEOLEDs) with structures of Si/SiO₂/Ag/Ag₂O/4,4′, 4″-tris(3- methylphenylphenylamino)triphenylamine/ 4,4′-bis[N-(1-naphthyl-1-)-N-phenyl- amino]-biphenyl/Alq₃/ZnO/Al/Ag. The thermal deposition of ZnO layer onto Alq₃ results in Alq₃ anion formation, which is beneficial to electron injection by generating some new energy levels in the forbidden band of Alq₃. In addition, a large hole-injection barrier of 2 eV at the interface of Alq₃/ZnO effectively blocks hole injection into Al/Ag cathode, leading to more carrier recombination in the emissive region.     

Al、Nd对Cr12MoV钢表面镍基熔覆层的组织及性能影响

为了解决Cr₁₂MoV钢溶蚀、表面碎裂等问题,利用Al-Ni、Nd-Ni粉末在Cr₁₂MoV钢上进行激光熔覆实验,研究了Al、Nd对镍基覆层的宏微观形貌、组织及表面性能的影响。结果表明:Al可以减少熔覆层裂纹的产生,同时降低覆层硬度,使熔覆层中产生具有减磨作用的硬质相Al₂O₃等,降低覆层磨损量,14%Al覆层磨损量比2%Al的覆层磨损量低44.5%,Al较优质量分数为14%;Nd的晶粒细化作用明显,显著提升覆层显微硬度,2.5%Nd覆层平均硬度比基体平均硬度高36.8%,Nd较优质量分数为2.5%。     

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.     

非平衡磁控溅射制备类石墨碳膜及性能研究

利用中频非平衡磁控溅射技术在单晶硅基底上沉积了类石墨碳膜, 采用Raman光谱、高分辨透射电子显微镜、原子力显微镜分析了薄膜微观结构和表面形貌; 采用纳米压痕仪和CSM摩擦磨损试验机测试了碳膜力学性能和摩擦学性能. 结果表明: 利用中频非平衡磁控溅射技术沉积的碳膜是一种以sp²键合碳为主、结构非晶、硬度适中、应力较低、表面粗糙度较大、摩擦性能优异的薄膜. 脉冲占空比对薄膜微观结构和性能有显著影响, 随着脉冲占空比的增大, Raman光谱D峰和G峰的强度比I_D/I_G先减小后增大, 而硬度随脉冲占空比的增大却呈现出相反的变化趋势, 即先增大后减小; 大气氛围中的摩擦性能测试表明, 本实验制备的薄膜具有优异的抗磨性能(～10^-11 cm³/N^-1. m^-1)和承载能力(～2.5 GPa). 随脉冲占空比的增大, 薄膜摩擦系数变化甚微而磨损率却呈现先显著减小后轻微增大的变化趋势. 类石墨碳膜优异的摩擦学性能主要归因于其独特的结构、较低的内应力及良好的结构稳定性.     

过渡金属化合物OsB2与OsO2低压缩性的第一性原理计算研究

利用基于密度泛函理论平面波赝势法的第一性原理计算,研究了过渡金属化合物OsB2和OsO2的金红石相、黄铁矿相与萤石相三种结构在高压下的状态方程和结构特性以及OsO2可能的高压相变.理论计算结果支持OsB2与OsO2的萤石相是潜在超低可压缩性的硬性材料.同时,也分析了它们的电子结构,力求理解大体变模量和高硬度的微观机制.结果表明,可以利用过渡金属高的价电子浓度,掺入硼、氧、碳、氮等轻的元素形成强的方向键,这可能提供了一种合成超硬材料的新途径.     

过渡金属化合物OsB2与OsO2低压缩性的第一性原理计算研究

利用基于密度泛函理论平面波赝势法的第一性原理计算, 研究了过渡金属化合物OsB₂和OsO₂的金红石相、黄铁矿相与萤石相三种结构在高压下的状态方程和结构特性以及OsO₂可能的高压相变.理论计算结果支持OsB₂与OsO₂的萤石相是潜在超低可压缩性的硬性材料.同时，也分析了它们的电子结构，力求理解大体变模量和高硬度的微观机制.结果表明，可以利用过渡金属高的价电子浓度，掺入硼、氧、碳、氮等轻的元素形成强的 关键词： 过渡金属化合物 密度泛函理论 低压缩性 高压     

金属元素掺杂对TiAl合金力学性能的影响

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了金属元素X (X分别表示V, Nb, Ta, Cr, Mo和W)掺杂对TiAl合金性能的影响. 研究发现, 掺杂可以有效减小合金的各向异性, 增强Ti-Al 原子间的相互作用, 同时增强金属键性, 减弱共价键性, 有利于塑性变形. 在相同的压力下, 不同的掺杂浓度和掺杂元素对体积的影响不同. 通过计算不同掺杂体系的弹性常数、体弹模量和剪切模量可知: 当掺杂浓度为6.25%时, 相对于V, Nb和Ta, Cr, Mo和W掺杂能较好地改善TiAl金属间化合物的韧性; 当掺杂浓度为12.5%时, 相对其他掺杂元素Mo的韧化作用最强. 从Mo掺杂后TiAl体系的分波态密度和电荷密度图, 发现Mo和Ti 原子发生强烈的s-s, p-p, d-d电子相互作用, 有效地束缚了合金中Ti和Al原子的迁移, 有助于提高合金的稳定性和强度.     

700℃退火下铝调制镍硅锗薄膜的外延生长机理

文章研究了在700℃退火下,铝插入层调制镍和硅锗合金反应形成单相镍硅锗化物的生长机理.透射电镜测试结果表明,镍硅锗薄膜和硅锗衬底基本达到赝晶生长;二次质谱仪和卢瑟福沟道背散射测试结果表明,在镍硅锗薄膜形成的过程中,铝原子大部分移动到镍硅锗薄膜的表面.研究结果表明,铝原子的存在延迟了镍和硅锗合金的反应,镍硅锗薄膜的热稳定性和均匀性都得到了提高.最后,基于上述实验结果给出了铝原子调制形成外延镍硅锗薄膜的生长机理.     

Al组分对MOCVD制备的AlxGa1-xN/AlN/GaN HEMT电学和结构性质的影响

采用金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）方法制备了不同Al组分（x=0.19,0.22,0.25,0.32）的Al_xGa_1-xN/AlN/GaN 结构的高电子迁移率晶体管（HEMT）材料。研究了Al_xGa_1-xN势垒层中Al组分对HEMT材料电学性质和结构性质的影响。研究结果表明,在一定的Al组分范围内,二维电子气（2DEG）浓度和迁移率随着Al组分的升高而增大。然而,过高的Al组分导致HEMT材料表面粗糙度增大,2DEG迁移率降低,该实验现象在另一方面得到了原子力显微镜测试结果的验证。在最佳Al组分（25%）范围内,获得的 HEMT材料的2DEG浓度和室温迁移率分别达到1.2×10¹³ cm^-2和1 680 cm²/（V·s）,方块电阻低至310 Ω/□。     

Surface modification of Al-20Si alloy by high current pulsed electron beam

Hypereutectic Al-20Si (Si 20 wt.%, Al balance)alloy surface was treated with high current pulsed electron beam (HCPEB) under different pulse numbers. The results indicate that HCPEB irradiation induces the formation of metastable structures on the treated surface. The coarse primary Si particle melts, producing a “halo” microstructure with primary Si as the center on the melted surface. A supersaturated solid solution of Al is formed in the melted layer caused by Si atoms dissolving into the Al matrix. Cross-section structure analysis shows that a 4 μm remelted layer is formed underneath the top surface of the HCEPB-treated sample. Compared with the matrix, the Al and Si elements in the remelted layer are distributed uniformly. In addition, the grains of the Al-20Si alloy surface are refined after HCPEB treatment, as shown by TEM observation. Nano-silicon particles are dispersed on the surface of remelted layer. Polygonal subgrains, approximately 50-100 nm in size, are formed in the Al matrix. The hardness test results show that the microhardness of the α(Al) and eutectic structure is increased with increasing pulse number. The hardness of the “halo” microstructure presents a gradient change after 15 pulse treatment due to the diffusion of Si atoms. Furthermore, hardness tests of the cross-section at different depths show that the microhardness of the remelted layer is higher than that of the matrix. Therefore, HCPEB technology is a good surface modification method for enhancing the surface hardness of hypereutectic Al-20Si alloy.     

基于中红外量子级联激光器和石英增强光声光谱的CO超高灵敏度检测研究

采用石英增强光声光谱(QEPAS)技术对CO痕量气体展开检测研究. 为了实现超高灵敏度探测, 采用输出波长为4.6 μm的新颖中红外高功率分布反馈量子级联激光器为光源, 实现了对CO气体基频吸收带的激发与测量. 在优化了调制深度、气体压强和提高了CO分子的振动-转动弛豫速率后, 获得了1.95 ppbv的优异探测极限. 在分析检测结果的过程中, 讨论了能级寿命对信号强度的影响, 并对QEPAS信号强度的表达式进行了修正.     

Theoretical study of novel B–C–O compounds with non-diamond isoelectronic

Two novel non-isoelectronic with diamond(non-IED)B–C–O phases(tI16-B₈C₆O₂and mP16-B₈C₅O₃)have been unmasked.The research of the phonon scattering spectra and the independent elastic constants under ambient pressure(AP)and high pressure(HP)proves the stability of these non-IED B–C–O phases.Respective to the common compounds,the research of the formation enthalpies and the relationship with pressure of all non-IED B–C–O phases suggests that HP technology performed in the diamond anvil cell(DAC)or large volume press(LVP)is an important technology for synthesis.Both tI16-B₈C₆O₂and tI12-B₆C₄O₂possess electrical conductivity.mP16-B₈C₅O₃is a small bandgap semiconductor with a 0.530 eV gap.For aP13-B₆C₂O₅,mC20-B₂CO₂and tI18-B₄CO₄are all large gap semiconductors with gaps of 5.643 eV,6.113 eV,and 7.105 eV,respectively.The study on the relationship between band gap values and pressure of these six non-IED B–C–O phases states that tI16-B₈C₆O₂and tI12-B₆C₄O₂maintain electrical conductivity,mC20-B₂CO₂and tI18-B₄CO₄have good bandgap stability and are less affected by pressure.The stress-strain simulation reveals that the max strain and stress of 0.4 GPa and 141.9 GPa respectively,can be sustained by tI16-B₈C₆O₂.Studies on their mechanical properties shows that they all possess elasticity moduli and hard character.And pressure has an obvious effect on their mechanical properties,therein toughness of tI12-B₆C₄O₂,aP13-B₆C₂O₅,mC20-B₂CO₂and tI18-B4CO4 all increases,and hardness of mP16-B₈C₅O₃continue to strengthen during the compression.With abundant hardness characteristics and tunable band gaps,extensive attention will be focused on the scientific research of non-IED B–C–O compounds.     

激光诱导铝等离子体中原子和离子组分膨胀特性

为了了解等离子体中原子与离子组分的膨胀特性及背景气体存在状态下其运动状态的改变规律,设计了一系列实验,并进行了深入探究.采用波长为532 nm的纳秒激光剥蚀铝样品形成等离子体,并使用配有em ICCD检测器的C-T型三光栅单色仪对等离子体进行时序采集,同时使用2400 g·mm~(-1)的光栅替代窄带滤光片进行不同组分成像诊断,得到铝等离子体中Al Ⅰ (396.1 nm), Al Ⅱ (466.3 nm), Al Ⅲ (447.9 nm)的光谱分辨图像.在不同背景气压下采集了等离子体各组分光谱图像,探究背景气体对等离子体演化的影响.结果表明,在等离子体形成过程中,离子组分相对于原子组分分布在羽流前端,且角度分布较小.原子与离子组分的真空膨胀速度均处于10~4m·s~(-1)量级.等离子体中离子组分的运动速度较高,且其运动速度随着离子价态的增加而增大,但在本实验使用的能量密度范围下,随激光能量的变化波动不大.中性原子的运动速度较慢,但随能量的增加而增大.随着膨胀过程的进行,各组分羽流沿样品表面法线方向推进且发射强度逐渐降低,对应的羽流密度和温度也相应降低.环境气压逐渐增大时,各研究组分运动状态与在高真空度下时有明显区别.在气压大于1 Pa后,等离子体与环境气体发生相互渗透,膨胀前端出现的晕影,产生扰动,发生束缚缓速.且等离子羽因气压增大而收缩、与背景气体的碰撞概率增加,使得羽流发射强度加强,等离子体的寿命随之延长.提出的新颖诊断方法与实验所得结果可为等离子体组分动力学过程的研究提供参考.     

高压下三元金属间化合物SrAlSi的电学和晶格动力学特性

基于密度泛函理论的第一性原理方法,系统研究了三元金属间化合物SrAlSi在高压下的电子性质和晶格动力学性质.三元金属间化合物SrAlSi具有和MgB₂类似的六角蜂巢状结构,Sr原子取代了Mg原子的位置,Al、Si原子无序地占据B原子的位子.通过对SrAlSi三元金属间化合物能带和三维费米面的计算,发现在压力的作用下SrAlSi费米面附近的能带发生电子拓扑变化,压力可以导致电子拓扑结构相变(ETTs).通过晶格动力学研究发现,在压力的作用下,SrAlSi的光学支沿着A-L-H方向逐渐软化,声学支逐渐变硬,说明金属间化合物SrAlSi在压力作用下结构不是很稳定,随着压力的继续增大,会有新的结构出现.