金属玻璃流变的扩展弹性模型

玻璃-液体转变现象,简称玻璃转变,被诺贝尔物理学奖获得者安德森教授评为最深奥与重要的凝聚态物理问题之一.金属玻璃作为典型的非晶态物质,具有与液体相似的无序原子结构,因此又称为冻结了的液态金属,是研究玻璃转变问题的理想模型材料.当加热至玻璃转变温度,或者加载到力学屈服点附近时,金属玻璃将会发生流动.由于热或应力导致的流动现象对金属玻璃的应用具有重要意义.本文简要回顾了金属玻璃流变现象,综述了流变扩展弹性模型的研究进展和未来发展趋势.     

金属玻璃形成液体的热力学特性

通过分析规则熔体的热力学模型，计算了典型金属玻璃的熔体混合焓ΔH^mix和混合熵ΔS^mix.结合临界冷却速率，归纳出典型金属玻璃形成液体的热力学特性,并提出基于原子尺寸、元素组成以及元素之间混合焓等参数的形成大块金属玻璃的成分判定方法.结果表明，当ΔH^mix<-15 kJ·mol^-1且ΔS^mix>0.6 J·K^-1mol^-1时，合金易于形成大块金属玻璃.金属玻璃的临界冷却速率R_c具有明显的尺寸效应，其值与熔体的ΔS^mix值呈指数关系，可以用R_c＝42.24×10⁴exp(-13.91ΔS^mix)+19.66粗略判断.运用该方法成功设计并制备出远离原有Zr基大块金属玻璃形成区域(55at%—65at%Zr)的Zr₄₀Al₁₀Ni₁₅Cu₃₅和四元Fe-B基Fe₅₃Co₅Nd₁₂B₃₀大块金属玻璃. 关键词： 混合焓 混合熵 大块金属玻璃 玻璃形成能力     

磁通格子的有序-无序相变和反向熔化

考虑了无序钉扎、热涨落和磁通互作用, 用Monte Carlo分子动力学模拟方法研究二维磁通格子在无序钉扎强度和温度空间的相图, 以及由布拉格玻璃相到非晶磁通玻璃相和到磁通液体相的有序-无序相变.为了决定磁通格子的序，计算了静态结构因子和磁通格子位形的有限尺寸指数.计算结果表明，Bragg玻璃相在低温的无序磁通玻璃相和高温的磁通液体相之间 , 表现出磁通格子的反向熔化行为.分析后认为，这一反向熔化行为起因于磁通之间互作用的温度效应. 关键词： Ⅱ类超导体 磁通格子 相图 结构因子 反向熔化     

派热克斯玻璃的固态相变区物态方程

派热克斯玻璃的Hugoniot实验数据显示了在20GPa以下存在相变,我们认为这是一种固态-固态的一级相变,根据Gibbs相平衡条件并应用了相变前的低压物态方程,计算了这种固态-固态相变的熵增。计算表明熵增为负值,即相变为放热过程。在此基础上给出了相变区的物态方程,其中冷压为平台,内能计入了相变熵的影响。由相变区的物态方程得到的理论的与实验的Hugoniot曲线基本一致。     

原子核形状相变的壳模型研究

利用玻色映射方法, 我们在壳模型中计算了原子核低激发态性质的一些特征量, 并与这些量在相互作用玻色子模型的动力学对称性中的数值进行比较, 得到原子核的集体运动形状相在壳模型中的对应, 分析了壳模型中的单极对、四极对和 四极-四极相互作用对形状相的影响, 还在壳模型中研究了U(5)—O(6)相变过程, 得到的结果与在相互作用玻色子模型中得到的结果一致.     

相变乳状液的储冷模型与参数分析

本文建立了一种乳化的非牛顿相变功能流体的循环储冷模型,对影响其储冷性能的各项参数进行了模拟计算和分析。得出了描述不同储冷条件下与初始温度相关联的显热段和与乳液浓度相关联的潜热段储冷性能特征的无量纲关联式,以及储冷速率的相对比较。计算结果与有限条件下的测试结果基本吻合。该研究结果对采用潜热型功能相变流体储冷装置的设计具有参考价值。     

高压下钒的结构相变及熔化温度的第一性原理计算

本文基于第一性原理的密度泛函理论（DFT）和密度泛函微扰理论（DFPT）,优化计算出金属钒在不同压强下的晶体结构,以此来说明其发生的结构相变。最后利用晶体结构和能量的关系,直接导出钒在不同压强下的熔化温度。计算结果都与已有的结果进行了比较。     

高压下钒的结构相变及熔化温度的第一性原理计算

本文基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)和密度泛函微扰理论(DFPT),优化计算出金属钒在不同压强下的晶体结构,以此来说明其发生的结构相变.最后利用晶体结构和能量的关系,直接导出钒在不同压强下的熔化温度.计算结果都与已有的结果进行了比较.     

自由能方法与零压下Al的熔化温度

利用自由能方法的分子动力学模拟,计算了零压下Al的熔化温度.在计算液相自由能的过程中,采用勒纳-琼斯(LJ)液体作为参考系统,同时将计算结果与Mei和Davenport等人的计算结果进行了比较,计算结果表明：1)选用LJ参考系统使液相自由能的计算时间节省一半,并且不影响熔化温度的计算结果;2)采用不同的埋入原子势(EAM)的分子动力学模拟计算得到的熔化温度与实验值都存在偏差,而就金属Al而言,采用Cai等人的EAM势的熔化温度的计算结果比Mei和Davenport及Morris等人采用的势模型的结果略有改 关键词： 熔化温度 自由能方法 分子动力学模拟     

自由能方法与零压下Al的熔化温度

利用自由能方法的分子动力学模拟，计算了零压下Al的熔化温度.在计算液相自由能的过程中，采用勒纳-琼斯(LJ)液体作为参考系统，同时将计算结果与Mei和Davenport等人的计算结果进行了比较，计算结果表明：1)选用LJ参考系统使液相自由能的计算时间节省一半，并且不影响熔化温度的计算结果；2)采用不同的埋入原子势(EAM)的分子动力学模拟计算得到的熔化温度与实验值都存在偏差，而就金属Al而言，采用Cai等人的EAM势的熔化温度的计算结果比Mei和Davenport及Morris等人采用的势模型的结果略有改     

高压下金属铌熔化曲线的分子动力学模拟

铌作为一种高熔点的金属,广泛应用于制作合金材料. 铌的高温高压熔化曲线对于铌基合金的实际应用具有重要影响,但目前还未被成功研究. 本文中,我们采用铌目前已有的嵌入原子相互作用势函数（EAM）,通过经典的分子动力学方法,模拟了铌的熔化曲线. 两相法和改进Z方法的熔化曲线几乎完全一致,与Z方法的结果稍有差异. 我们也比较了尺寸效应对铌熔化曲线的影响. 我们认为,铌的现有的势函数描述其高压特性时不再适合,后续需要构建精确的温度和压强依赖的相互作用势函数来研究铌的高压特性.     

基于Gay-Berne势能模型的粗粒化动力学模拟研究正丁醇的玻璃态相变

通过基于Gay-Berne势能模型的粗粒化动力学模拟,研究液态正丁醇体系的冷却过程. 采用密度泛函计算,拟合出适合正丁醇体系的GB势能参数. 体系的密度、平均势能等性质随温度的降低(由290 K降至50 K,间隔为10 K)发生特殊变化,即体系发生玻璃态相变,相变温度为T_g=120±10 K,与实验值110±1 K符合很好.     

考虑材料熔化潜热的高温高压本构

本文在修正的SCG模型基础上，提出了一种考虑了熔化潜热的高温高压本构.该本构所给出的铝的剪切模量的变化分为三个阶段：加工硬化，温度软化和熔化，并在完全熔化点处变为零.并且在前两个阶段，计算的结果与修正的SCG模型所给出的剪切模量的差别不超过4%，这一差别是在动高压实验误差范围之内的，在熔化区所给出的剪切模量与现有的实验数据相符合. 关键词： 剪切模量 熔化潜热 修正的SCG模型 动高压实验     

量子Sherrington-Kirkpatrick自旋玻璃模型的热力学性质——各向异性和磁场影响

利用稳态量子ｒｅｐｌｉｃａ对称自旋玻璃理论，研究了具有Ｄｚｙａｌｏｓｈｉｎｓｋｉｉ－Ｍｏｒｉｙａ（缩写为ＤＭ）各向异性相互作用的Ｓｈｅｒｒｉｎｇｔｏｎ－Ｋｉｒｋｐａｔｒｉｃｋ自旋玻璃在外场中的热力学性质。数值计算了不同外场和各向异性作用的自旋为１／２和１的熵、比热、局域磁化率和相应的序参数随温度的变化。发现局域磁化率与热场动力学的结果相符合。特别地，本文的比热－温度曲线能满意地解释Ｂｒｏｄａｌｅ等实验观察到的不同磁场下的交叉特征。 关键词：     

基于焓法的固-液相变格子Boltzmann模型

潜热储能系统中的相变材料固液相变问题是一个重要的多相流动问题.本文研究了在具有不同类型源项下的焓法格子Boltzmann相变模型在还原温度场分布上的特性.为了消除外力项对温度场的额外影响,本文对源项进行了修正,并通过求解单区域相变问题和自然对流相变问题,验证了由Chapman-Enskog展开得到的焓守恒方程中源项的影...     

基于双振子模型在线Low-E玻璃功能层光学常量的确定

从光与物质相互作用的微观机理出发,综合考虑了在线低辐射镀膜玻璃(Low-E玻璃)功能层材料中自由电子和束缚电子与光的相互作用,采用双振子模型描述了在线Low-E玻璃功能层材料的色散特性.用双振子模型所得出的理论公式对在线Low-E玻璃的透射谱进行了拟合,得到了Low-E玻璃功能层的光学常量.结果表明,双振子模型比Drude模型可以更准确描述在线Low-E玻璃功能层材料的光学特性,在可见光低频区和红外波段,用Drude模型描述在线Low-E玻璃功能层材料的光学特性也能得到较好的结果.     

一种高密度玻璃的多形性高压相变和物态方程研究

在二级轻气炮上用无氧铜飞片直接撞击重玻璃平板样品(密度为4.817 g/cm³,材料牌号:ZF6)开展了冲击压缩实验研究,压力范围为52.1—167.8 GPa,并采用多通道瞬态辐射高温计和光分析技术测量了其雨贡纽线、高压声速和冲击波温度等动态特性.实验结果显示,上述性质在三个不同压力区间出现不连续性变化,表明冲击压缩下该样品材料存在多形性高压相变,相变起始压力分别为23,78和120 GPa.实测声速先是随冲击压力的增高而增加,并在78 GPa附近出现急剧下降,之后又随压力增长,并在120 GPa之后下降到体波声速,表明材料进入高压熔化相.温度数据同样在78和120 GPa处出现明显的不连续变化,并在120 GPa之后变化趋于平缓与计算的Lindeman熔化线相符,进一步印证了上述相变行为.实测雨贡纽数据与LASL数据库中的重玻璃数据相符,结果显示除23 GPa附近有一明显的突变外,高压区数据几近线性变化,表明重玻璃的两个高压相变均为二级相变.本文报道的重玻璃材料高压物性数据和序列相变认识对于发展反向加载技术、提高材料声速测量精度和适用压力范围具有实用价值. 关键词： 重玻璃 冲击温度 卸载声速 冲击相变     

熔制温度对铋离子掺杂钡铝硅酸盐玻璃发光性能的影响

研究了熔制温度对铋离子掺杂钡铝硅酸盐玻璃发光性能的影响.当用紫外光和808nm的激光二极管激发时,分别在425nm和1330nm附近观察到可见和宽带红外发光.可见荧光的发射强度随着熔制温度的升高逐渐下降,而红外发光强度随着熔制温度的升高先是增强然后减弱.对光致发光的机理进行了探讨.     

圆柱形红外硫系玻璃淬冷降温模型与实验分析

出炉温度和冷却速率是大尺寸硫系玻璃制备过程中的关键参数. 在热传导方程理论基础上,运用最小二乘拟合的方法建立计算圆柱形硫系玻璃冷却过程温度分布的理论模型. 利用该模型对硫系玻璃的出炉温度、出炉后温度分布以及冷却速率进行了仿真分析,并将仿真分析结果与实验数据进行了比较. 研究表明:出炉后玻璃棒的温度处于非稳态非均匀分布,其表面降温最快,且速率随时间呈现指数型下降;玻璃棒温度从中心到边缘近似呈抛物线型分布;当以高于析晶温度50-100 ℃,表面热交换系数180 W ·m^-2 K 关键词： 红外硫系玻璃 淬冷降温模型 析晶     

Sherrington-Kirkpatric自旋玻璃模型的非平衡态性质

通过动力学蒙特卡罗模拟对Sherrington-Kirkpatric （SK）自旋玻璃模型进行研究. 结果表明,弱场下自旋玻璃的磁化率在转变点非常陡峭,而比热容则呈现比较宽的转变. 同时,也成功地模拟了自旋玻璃体的年龄效应和记忆效应. 通过模拟发现,不同的弛豫时间对系统的能量影响很大,这直接导致了年龄效应和记忆效应;各向同性的SK模型不能给出实验中的交换偏移现象. 关键词： 自旋玻璃 记忆效应 年龄效应 磁化率