浸润相变及其应用前景

 浸润现象,对我们来说并不陌生.在一干净的玻璃上滴上一滴水,水珠会逐渐散开.我们就说:水浸润了玻璃.相反,如果在玻璃上滴上的是水银,水银则始终聚在一起,不会散开.我们就说:水银不能浸润玻璃.早在1805年,英国科学家T.Young就研究了这种现象.他根据水平方向的力学平衡,得到浸润现象与气体、固体、液体之间表面张力的关系式.物理学家对于浸润问题重新感兴趣,是因为1977年Cahn从理论上预言了从部分浸润到完全浸润状态是一种相变.1980年,Moldorer和Cahn用实验证实了浸润相变的存在.     

第22届亚洲物理奥林匹克竞赛理论部分第2题试题与解答

第22届亚洲物理奥林匹克竞赛理论试题共三道，其中第二道题为相变的力学模型(A Mechanical Model for Phase Transitions)。该试题以朗道相变理论为背景，研究旋转的环上小球的运动，建立并分析相变的力学模型。本文介绍了该试题内容及解答，并对试题和选手作答情况进行了简要分析。     

高压腔内叶蜡石相变对发热石墨管电阻的影响

 在高温高压实验中，发现叶蜡石相变过程引起旁热式合成腔的加热石墨管电阻异常变化现象。对这一现象的若干规律及与叶蜡石相变的内在联系，进行了测试研究。本实验现象为在高温高压过程中实时地观察与研究叶蜡石相变规律，提供了可能性。     

具有不同作用势的两平行墙间流体的浸润相变

用解析方法讨论了当两平行墙对流体施加不同的作用势时流体的浸润相变。系统的状态很敏感地依赖于两墙的作用势和两墙间距离的大小。即使两墙差别很小,在一定条件下仍可发生浸润一墙而不浸润另一墙的现象。系统中发生的浸润相变可能是一级的,也可能是二级的。 关键词：     

浸润相变及有关问题

介绍了浸润和浸润相变的概念，讨论了近年来人们关心的Ｓｕｌｉｖａｎ模型及由于数学表达上的类比而出现的“动力学方法”。     

HMX晶体热致相变对损伤的影响

HMX基PBX炸药混合体系中炸药晶体在发生高温熔化和分解反应之前，会率先发生非均匀热膨胀和固相晶型转变，使材料的力学性能和安全性能发生突变。为探究HMX晶体的热致相变对材料内部损伤演化的影响机制，发展了考虑HMX晶体热膨胀和相变等变形机制的热力耦合晶体本构模型，从力学角度揭示了黏结剂包覆HMX晶体相变对体积变形、应力状态以及裂纹成核演化过程的影响机理，量化分析了升温速率对材料相变和裂纹损伤状态的影响规律。结果表明：随着加载温度升高，HMX晶体的热膨胀和β→δ相变导致体积增大，晶体内部形成拉伸应力状态，同时晶体与黏结剂相互挤压形成的局部压剪作用使晶体内部出现裂纹成核和扩展现象。相变温度附近HMX晶体内部裂纹成核和扩展数量显著增加，晶体内部发生不可逆损伤。外界升温速率对晶体内部裂纹形核扩展与损伤造成显著影响，较高的升温速率会加大晶体损伤程度，增加炸药内潜在热点源及意外点火风险。     

动载下剪应力对硫化镉单晶相变影响的实验研究

 动载下剪应力对相变起始压力有无影响，长期以来一直是一个未解决的问题。Duvall和Graham建议用硫化镉（CdS）晶体来作为判断材料。本文采用前后压电石英传感器方法系统地研究了高速平面撞击下的c轴CdS单晶试样中剪应力对相变起始压力的影响。实验测得其轴向相变起始应力为σ_T=(3.25±0.1) GPa，对应的平均压力p_T=(2.29±0.07) GPa，与静高压值2.3 GPa相比在实验误差范围内很吻合，这时相应的剪应力τ_T=0.72 GPa，高达平均压力的31.5%。这一结果表明，相变机制可以假定为仅与临界平均应力或临界热力学状态有关，剪应力对相变起始压力的影响可以忽略。     

非平衡凝固与固态相变中有关形核和长大的竞争研究

非平衡凝固和固态相变作为同热力学和动力学紧密相关的复杂理论体系,在物理冶金和凝聚态物理研究领域占据重要的地位。上述非平衡过程包含形核、生长和碰撞三个微观过程,其发生和发展均由一些竞争过程伴随、辅助甚至驱动。正确理解这些竞争过程决定了能否准确描述整个非平衡过程;材料制备中,其力学和物理/化学性能的提高也归根于这些竞争的发生与发展。因此,很有必要对非平衡凝固和固态相变中的竞争现象进行研究。本综述第一部分从形核/生长类相变角度对非平衡凝固和固态相变进行了概述,并强调了伴随其发生的竞争现象。第二部分立足于经典形核理论,对有关形核热力学、动力学以及形核方式的竞争现象进行了描述。第三部分对凝固中有关热扩散和溶质扩散以及固态相变中有关界面控制和扩散控制的生长方式竞争进行了描述。第四部分对本综述进行了总结性分析和概括,并对本领域的未来发展方向进行了预测。     

反射高能电子衍射及其应用

本文介绍了反射高能电子衍射原理、应用及近年来取得的成果．反射高能电子衍射对固体表面非常敏感，在研究表面结构、表面相变及有关问题上，显示了其优于低能电子衍射的特点．     

钛酸铋系中与铁电性能有关的缺陷及其弛豫研究的进展

本文概括的介绍了近年来我们利用内耗和介电的方法研究铋系铁电材料的一些结果。钛酸铋系铁电体作为一种无铅材料在铁电存储中有着重要的应用，通过对其内部与氧空位有关的力学和电学弛豫行为的测量，并进一步通过对氧空位弛豫及关联行为的研究，揭示了钛酸铋系铁电材料中掺杂、微结构以及铁电性能之间内在的联系。这些结果从微观的角度阐述了影响铁电体剩余极化与铁电疲劳的因素，对于指导并优化现有铁电体的铁电性能有着重要的意义。此外，还报道了对铁电畴、相变等的研究结果，表明力学与介电方法是研究铁电性能及澄清机理的有效手段。     

封闭系统中的浸润相变

本文讨论了两平行墙之间的流体在温度、体积和粒子数固定的条件下发生的浸润相变,所得结果表明,封闭系统与开放系统的浸润相变现象不同,本文的理论讨论与Monte-Carlo模拟所得结论一致。 关键词：     

"点石成金?"--碳结构超高压物理力学

文章介绍了石墨和碳纳米管在超高压和／或纳米压痕下的层间sp^2-sp^3键转化、软硬相转换、纳米硬度等研究进展．通过量子力学和分子动力学建模分析研究，发现超高压下石墨和碳纳米管存在软相向硬相转变的双相机制，给出了超高压获取石墨和碳纳米管超硬相的条件．理论计算与实验结果吻合很好，并能合理地解释有关石墨和碳纳米管超高压实验中看似矛盾的各种实验现象．提出了碳结构超高压物理力学概念，可为超高压碳相关物质相变、物化性质调控提供理论方法．     

晶界力学弛豫研究的新成就

概括地介绍了近１０年来葛庭燧教授领导的中国科学院固体物理研究所内耗与固体缺陷开放研究实验室在晶界力学弛豫方面所做的大量的创造性工作，其中包括确证了晶界力学弛豫的来源，发现了低频高温范围若干新的力学弛豫现象和非线性效应，在晶界弛豫与晶界结构的联系上得到一些极有价值的实验结果．这是继１９４７年葛庭燧教授发现晶界内耗峰以来我国科学工作者对线性和非线性内耗研究领域发展作出的新的重大贡献。     

混合流体浸润相变的研究(Ⅲ) 二元系统的四相共存态

本文讨论二元Sullivan系统的一个特殊状态——二元四相系的浸润相变性质,该系统的许多性质可以通过对两个二元二相系的讨论而得到。结果表明:这一系统同时存在一级相变和二级相变。     

细胞生物力学

文章评述了组成细胞的各种材料与亚结构的力学特性，细胞及其分子所产生的力和细胞对力作用的响应，介绍了描述细胞形态结构与力学行为的本构方程和研究细胞力学的有关实验技术．内容不仅包括有关细胞生物力学各种主要及最新的研究成果，而且还包括作者对细胞力学的有关实验与理论研究结果，还有许多可供从事生命科学研究人员研究参考的有关细胞生物力学详实而又系统的资料和数据．     

面心立方(001)方向AB合金薄膜表面层的有序无序相变

采用平均场近似方法对两组元面心立方合金薄膜的有序无序相转变过程进行模拟计算，结果表明，合金薄膜的有序无序相变受薄膜层数奇偶性的影响.薄膜层数奇偶性不同，会导致薄膜具有不同的相结构和热力学性质.在弱表面偏析作用下，对于偶数层薄膜，由于薄膜边界对称性破缺，对应体组分x=0.5的化学势区间，偶数层薄膜有序无序相变过程中出现了中间温度相和浸润现象.而奇数层薄膜的有序无序相变类似体材料的相变.在强表面偏析作用下，由于受表面偏析作用和有限尺寸效应影响，对应体组分x=0.5的化学势区间，奇数层薄膜中出现AB(AB)关键词： 合金薄膜 有序无序相变 浸润现象 准热力学相变     

公度-无公度相变与朗道的相变唯象理论

本文主要介绍晶体中公度-无公度相变。无公度相是结构相变的产物,它与软模概念有着紧密联系。应用朗道的相变唯象理论可以相当好地解释这一相变行为,本文将给予详细综述。基于朗道自由能公式,讨论了无公度相的热力学性质,介电性质和弹性性质,以及杂质和缺陷将影响相变过程,杂质的“钉扎”效应导致各种观察量在相变过程中出现滞后现象。最后,无公度相中的新元激发-振幅子和相位子的色散特性,也从唯象观点作了讨论。主要的理论结果将与有关的实验数据和曲线进行比较,同时指出理论不完善之处以及尚待进一步研究的课题。     

公度-无公度相变与朗道的相变唯象理论

本文主要介绍晶体中公度-无公度相变。无公度相是结构相变的产物,它与软模概念有着紧密联系。应用朗道的相变唯象理论可以相当好地解释这一相变行为,本文将给予详细综述。基于朗道自由能公式,讨论了无公度相的热力学性质,介电性质和弹性性质,以及杂质和缺陷将影响相变过程,杂质的“钉扎”效应导致各种观察量在相变过程中出现滞后现象。最后,无公度相中的新元激发-振幅子和相位子的色散特性,也从唯象观点作了讨论。主要的理论结果将与有关的实验数据和曲线进行比较,同时指出理论不完善之处以及尚待进一步研究的课题。     

混合流体浸润相变的研究(Ⅲ)——二元系统的四相共存态

本文讨论二元Sullivan系统的一个特殊状态——二元四相系的浸润相变性质,该系统的许多性质可以通过对两个二元二相系的讨论而得到。结果表明:这一系统同时存在一级相变和二级相变。 关键词：     

光晶格中玻色-爱因斯坦凝聚体的自旋和磁研究

近年应用光晶格（optical lattice)控制原子玻色－爱因斯坦凝聚体（BEC）的研究取得了突破性的进展。德国Munich研究小组首次在三维光晶格中观察到了超冷原子从BEC超流状态向Mott insulator状态的量子相变。这样的量子相变现象不仅具有重大的理论研究价值，而且为BEC的实际应用提供了新的途径。文章介绍了作者近来在光晶格中BEC的自旋和磁特性方面的一些研究进展，并探讨了它们在磁传感器及量子计算中的可能应用。