过冷液体钾形核初期微观动力学机理的模拟研究

采用分子动力学方法对液态金属钾凝固过程进行了模拟,根据凝固过程体系平均原子能量、原子成键类型和成团类型,以及均方位移和非Gauss参数等动力学参数的演化特征,对过冷熔体形核初期微观动力学机理进行了研究.结果表明:根据过冷液体钾结晶形核过程热力学、动力学和结构特性的演化规律, 其过冷温度区间可以分为两个明显不同的阶段,潜在结晶核心出现在过冷液体较低温区.过冷熔体钾在形核初期,二十面体团簇结构在α-弛豫阶段逐渐解体,同时具有体心立方(bcc)结构的潜在结晶核心逐步形成,其临界晶核包含约300个原子.     

用水作熔化和凝固实验

熔化和凝固是初中二年级必作的演示实验．用萘作实验材料,熔点和凝固点不明显,实验不易成功．用硫代硫酸钠作实验材料,熔点准确明显,但凝固时由于有过冷现象,在液态硫代硫酸钠温度降到接近凝固点时需向流体中加入硫代硫酸钠晶粒,才能观察到凝固点．用水作熔化和凝固...     

液态InSb电阻率和热电势与温度的关系

利用直流四电极法和微差法分别测量了液态InSb的电阻率和热电势与温度的关系,得到了高精度的数据.发现液态InSb的电阻率温度系数在熔点附近随温度升高而增大;在高于617℃的高温区,该液体的电阻率与温度呈较好的线性关系.热电势温度系数在617℃左右也同样存在较明显的变化.结合其他物理性质随温度的变化规律及接近熔点温度的结构特点,可以认为液态InSb在熔点以上存在结构变化. 关键词： 电阻率 热电势 液态InSb 结构转变     

熔体初始温度对液态金属Na凝固过程中微观结构影响的模拟研究

采用分子动力学方法对熔体初始温度热历史条件对液态金属Na凝固过程中微观结构的影响，进行了模拟研究，并采用双体分布函数g(r)曲线、键型指数法和原子团类型指数法对凝固过程中的微观结构进行了分析.结果表明：液态金属Na在不同熔体初始温度条件下以1×10¹¹K/s冷速凝固时，均形成晶化结构，其中1661和1441键型或体心立方基本原子团(14 6 0 8)在凝固过程中对微观结构的转变起决定性作用.同时发现：熔体初始温度对凝固微结构有显著影响，而对液态和过冷态的微观结构影响并不明显，只有在晶化起始温度T_c附近才充分地展现出来.不同熔体初始温度对凝固结构的晶化程度有不同的影响，虽其影响程度是随着熔体初始温度的下降呈非线性变化关系的，但仍表明是可以通过改变熔体初始温度来加以控制的.原子团类型指数法(比键型指数法)更进一步表征了晶化体系中原子团的结构特征，将有利于对液态金属凝固过程中微观结构的转变机理进行更为深入的研究.     

熔体初始温度对液态金属Ni凝固过程中微观结构演变影响的模拟研究

采用量子 Sutton-Chen多体势, 对熔体初始温度热历史条件对液态金属Ni快速凝固过程中微观结构演变的影响进行了分子动力学模拟研究. 采用双体分布函数g(r)曲线、键型指数法、原子团类型指数法和三维可视化等分析方法对凝固过程中微观结构的演变进行了分析. 结果表明: 熔体初始温度对凝固微结构有显著影响, 但在液态和过冷态时的影响并不明显, 只有在结晶转变温度T_c附近才开始充分显现出来. 体系在1×10¹² K/s的冷速下, 最终均形成以1421和1422键型或面心立方(12 0 0 0 12 0)与六角密集(12 0 0 0 6 6) 基本原子团为主的晶态结构. 末态时, 不同初始温度体系中的主要键型和团簇的数目有很大的变化范围, 且与熔体初始温度的高低呈非线性变化关系. 然而, 体系能量随初始温度呈线性变化关系, 初始温度越高, 末态能量越低, 其晶化程度越高. 通过三维可视化分析进一步发现, 在初始温度较高的体系中, 同类团簇结构的原子出现明显的分层聚集现象, 随着初始温度的下降, 这种分层现象将被弥散开去. 可视化分析将更有助于对凝固过程中微观结构演变进行更为深入的研究. 关键词： 液态金属Ni 熔体初始温度 微观结构 分子动力学模拟     

Cu3Au熔体快速冷却过程微观结构演化的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟技术研究了金属间化合物Cu3Au熔体的双体分布函数g(r)在快速凝固条件下随温度的变化情况,结果表明,Cu3Au降温至700K时第二峰已发生劈裂,液态金属中已经产生了非晶态;用键对分析技术详细考察了Cu3Au中微观组团随温度的演化特点,液体中的键对数及多面体数与温度的关系都表明,Cu3Au在向非晶转变的过程中,的确发生了微观结构组态的变化,其中以液体中的缺陷多面体随温度变化最为剧烈.非晶不是过冷液态的"冻结".     

关于《非晶态金属的结构转变与动力学》一文的讨论

编辑同志: 对载于《物理》 1983年第 1期的《非晶态金属的结构转变与动力学》一文,其中关于TTT图所反映的非晶态金属的结晶行为,我觉得有一点需要补充. 该文认为,过冷液体沿文中图4中a淬火,避开了TTT曲线的“鼻端”,可以形成玻璃,而沿途径 b连续加热,则在Tx处开始结晶.仔细考查TTT图就会发现这种说法不够确切. TTT曲线是理论计算的结果[1].首先由实验求得过冷液体的粘度和相应晶体的熔融焓,然后由计算在给定过冷度下形成10-6晶体所需的时间.式中I和U分别为形核速度和晶体生长速度.计算中假设,熔体以无穷大的速度由熔点以上冷却到所讨…     

铜银合金比热的分子动力学模拟

本文采用嵌入原子模型对铜银合金的比热进行了分子动力学模拟，得到了铜银合金从深过冷态到熔点以上温度范围内的比热以及比热随温度的变化规律，并从内聚能的角度分析了铜银合金比热与温度的关系。与已有的铜镍合金的比热随温度变化规律的报道不同，本文的模拟结果和理论分析表明铜银合金的比热在 ８００ Ｋ～１９００ Ｋ的温度范围内基本为一恒值，其过冷液态下的比热可由熔点以上的比热外推得到。     

过冷度对液体冷媒除霜的影响

在结霜质量为3kg的条件下,分别测量了库温为-5℃、-15℃和-20℃时液体冷媒除霜系统的过冷度的变化曲线;并且理论计算了有无过冷度时,系统制冷量的变化。实验表明,制冷剂得到过冷度最大的时刻是除霜开始,最小是除霜结束。过冷度带来的系统制冷量的增加,随蒸发温度的降低而增大。理论计算表明,当库温为-20℃时制冷量增加了43%,库温为0℃时制冷量增加了30%。因此,虽然除霜过程蒸发面积减半,制冷系统仍能输出较大的制冷量,减小库温波动。     

Cu3Au熔体快速冷却过程微观结构演化的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟技术研究了金属间化合物Cu3Au熔体的双体分布函数g(r)在快速凝固条件下随温度的变化情况，结果表明，Cu3Au降温至700K时第二峰已发生劈裂，液态金属中已经产生了非晶态；用键对分析技术详细考察了Cu3Au中微观组团随温度的演化特点，液体中的键对数及多面体数与温度的关系都表明，Cu3Au在向非晶转变的过程中，的确发生了微观结构组态的变化，其中以液体中的缺陷多面体随温度变化最为剧烈。非晶不是过冷液态的“冻结”。     

气化条件下灰的熔融行为及矿物质演变规律

本文利用XRD、SEM等测试手段,采用配气技术实验研究了高温气化条件下(29.9%H_2,66.2%CO,3.9%CO_2)高、低灰熔点煤灰及其混煤灰的熔融行为及矿物质演变规律。研究表明:气化条件下高灰熔点煤A含有较多的高岭石和石英,随着温度的升高,莫来石开始逐渐形成(960℃),当温度达到1300℃时煤灰A中的结晶矿物全部为莫来石;低灰熔点煤B含有较多的硬石膏和方解石,随着温度的升高,900～1200℃开始生成大量的钙长石、铁橄榄石、铁铝榴石等低熔矿物,在1300℃时煤灰B中的结晶矿物全部熔融;高温气化条件下,混煤灰A/B的熔融温度变化与其三元相图上相应的液相线温度具有良好的相似性,当混煤灰A/B的主要化学成分位于三元相图的二元共晶线或低熔融共晶点附近时熔融温度最低。     

液态五元Zr57Cu20Al10Ni8Ti5合金的微观结构演变与非晶形成机制

利用电磁悬浮无容器处理技术实现了液态五元Zr₅₇Cu₂₀Al₁₀Ni₈Ti₅合金的深过冷与快速凝固,同时通过分子动力学模拟计算揭示了非晶形成的微观机制.实验发现,凝固组织具有明显的核-壳结构特征,核区为非晶相,壳区主要由ZrCu, Zr₂Cu和Zr₈Cu₅晶体相组成.非晶体积分数随合金过冷度的升高逐渐增大,当达到实验最大过冷度300 K (0.26T_L)时,非晶体积分数增至81.3%.由此导出完全非晶凝固所需临界过冷度为334 K. TEM分析显示,过冷度增大并接近临界过冷度时,合金凝固组织中晶体相主要为Zr₈Cu₅相,而ZrCu和Zr₂Cu相的生长被抑制.在达到临界过冷度后,过冷液相的凝固路径由Zr₈Cu₅结晶生长转变为非晶凝固.此外,合金的晶体壳中存在少量的晶间非晶相,而非晶核中...     

MEAM势与Tersoff势比较研究——碳化硅熔化与凝固行为

运用分子动力学方法对比模拟研究了碳化硅的体熔化、表面熔化和晶体生长过程.分别采用MEAM 势和Tersoff势两种势函数描述碳化硅.结果表明:体熔化时,两种势函数描述的SiC的原子平均能量、 Lindemann指数和结构有序参数与温度的变化关系相似,但MEAM势对应的体熔点(4250 K)比Tersoff势(4750 K) 的要高.表面熔化时,两种势函数描述的SiC在相同的过热度下熔化速度相近;而在相同的温度条件下,MEAM 作用的SiC表面熔化速度更快.这是由于MEAM势SiC的热力学熔点(3338 K)低于Tersoff势SiC的热力学熔点 (3430 K)的缘故.两种势函数作用的SiC在晶体生长方面差异很大.MEAM势SiC的晶体生长速度与过冷度有关, 过冷度约为400 K时晶体生长速度最快.但Tersoff势SiC晶体却在过冷度为0—1000 K的范围内均不能生长. 综合考虑,MEAM势比Tersoff势能更好地描述碳化硅的熔化和凝固行为.     

二元液体中动力学不均匀性与脆性的关系(英文)

过冷液体和玻璃有着复杂的结构和动力学性质.目前我们对他的研究是很不够的.当液体的温度远低于它的熔点时,它呈现非指数的驰豫行为.大量的实验和分子动力学模拟的研究表明这种非指数的驰豫行为是由动力学不均匀性引起的.计算机模拟已经提供了一些过冷液体的动力学不均匀性的相关信息.而Agell认为,液体可以粘度随温度的变化分为强,弱液体两种.脆性表示的是随着玻璃态的接近液体性质(如黏度)的改变速度.在这篇文章中我们通过模拟了三种不同二元Lennard-Jones液体,计算了它们的非高斯参数,脆性系数等一些参数,研究动了力学不均匀性和脆性的关系.得出了系统的脆性系数越小他的结构就越稳定,动力学不均匀性就越强的结论.     

磷酸-氨水蒸沉γ晶型聚酰胺6的热行为研究

尼龙6是一种多晶型的半结晶高聚物。实验采用蒸沉法制备出尼龙6,首先通过XRD和FTIR的手段进行表征,与采用沸水处理的尼龙6样品表征结果对比,确定其为γ晶型,然后在130～211℃的温度范围内进行热处理,通过DSC研究其在低于熔点热处理时的整个热行为变化过程,并运用FTIR观察其在不同条件下热处理发生的晶型变化。发现蒸沉法制备的γ晶型尼龙6随着热处理温度的升高,整体结晶完善度以及晶片厚度随着处理温度的升高而增加。而且在这个过程中,样品厚度不同的晶片在不同温度下发生了γ晶型向α晶型的转化,最终在接近熔点(211℃)热处理时,样品变为以α晶型为主。     

小尺寸铝纳米团簇的相变行为

采用分子动力学方法模拟了半径从0.3–1.3 nm变化的小尺寸铝纳米团簇的熔化、凝固行为. 基于势能-温度曲线、热容-温度曲线分析, 获得了熔点、凝固点与尺寸的依变关系, 并利用表面能理论、小尺寸效应开展了现象分析.研究表明, 铝团簇原子数小于80时, 熔点和凝固点的尺寸依赖性出现无规律的异常变化; 而大于该原子数, 熔、凝固点则随着团簇尺寸的减小而单调下降; 当原子数为27时, 团簇熔点高于块材熔点近40 K. 同时, 铝纳米团簇呈现出凝固滞后现象, 即凝固点低于熔点. 关键词： 纳米团簇 熔点 凝固点 分子动力学     

细节决定成败——谈晶体的熔化和凝固实验中应注意事项

“晶体的熔化和凝固”在初中物理实验教学具有重要的地位,但是做起来难以成功;其主要原因是,萘本身的导热性不强,且萘粉颗粒之间充满空气,而空气也是热的不良导体,致使真实的熔化过程是从外到内进行的．经常出现的情况就是当外层萘熔化完成,温度高于80℃时,内层萘尚处于固态,温度低于80℃．凝固过程也类似;     

简单金属固液界面固化过程生长机制的分子动力学研究

采用分子动力学方法,研究两种简单金属Ni、Al固液界面的动力学过程.结果表明：两种金属表现出相同的特征,即界面温度存在某个特征值（T^*）,生长速度在这个特征温度附近达到最大值.高于这个温度时,随着过冷温度（熔点温度与界面温度差）的增加生长速度单调增加,低于这个温度时,Ni的生长速度几乎不变,而Al的生长速度随过冷温度的增加而快速减小到零.在此基础上,基于高温BGJ碰撞约束模型和低温W-F扩散模型分析界面的生长机制,发现在小过冷温区和深过冷温区存在碰撞机制和扩散机制的渐变过程,不同温区二者所起的主导作用不同,生长机制的转变是T^*存在的原因.     

快速加压引起的硒熔体结晶行为

开展了在513,523,533 K温度下硒熔体的快速压致凝固实验,分析了不同保温时间即0,30,60 min对凝固晶体尺寸及形貌的影响.发现随着保温时间的延长,晶粒不断发生聚集生长,晶粒尺寸变大.通过与相同温度、压力条件下非晶硒、超细晶体硒粉等温结晶的样品对比,否定了快压凝固结构为非晶硒、非晶硒晶化为晶体硒的可能性,认为硒熔体快压凝固的结构为晶体硒,在保温过程中晶体颗粒在晶界处可以发生聚集生长.分析发现熔体快速压致凝固法不能得到非晶硒的原因在于实验条件下非晶硒为不稳定相,非晶硒的晶化温度随压力关系在2 GPa前后表现出不同的变化趋势,推测压力对过冷液态硒的微观结构有影响.     

非晶态物理讲座 第三讲 非晶态金属的结构转变与动力学

在本文中我们将讨论从液态到非晶态（玻璃态）的转变,非晶态金属的结构弛豫、结晶及其动力学．一、从液态到非晶态的转变由熔体淬火凝固而形成的玻璃态金属可以认为是一种冻结的液态结构,它的性质和结构与其热历史有关．为了说明液态金属－非晶态金属的转变,图１给出了容易形成玻璃态的,合金的粘滞度对温度的依赖关系［１］．在图１中,粘滞度η和结构弛豫时间常数τ的对数对约化温度的倒数Ｔｍ／Ｔ作图．这里Ｔｍ是热力学?...