合成大颗粒金刚石位错的同步辐射形貌研究

利用同步辐射白光貌相术研究了大颗粒合成金刚石晶体中的晶体缺陷.在晶体中观察到多束平直位错.计算了各位错束的空间走向.晶体中的5条主要位错束分别平行于<100>和<110>方向.分析了位错的Burgers矢量.第一束位错皆由数条Burgers矢量不同的位错所组成.晶体中出现了天然金刚石中从未出现的平行于<100>方向的位错,讨论了Burgers矢量的复杂性和亚稳态位错出现的原因.     

表面效应对铁<100>间隙型位错环的影响

在材料辐照损伤过程中,间隙型位错环的形成及动力学行为严重影响材料在辐照条件下的服役行为.在常用的以体心立方铁为基的合金材料中,1/2<111>和<100>是两种主要的位错环,其对辐照损伤的影响一直都是核材料领域研究的热点之一.在之前的研究中,人们对{111}面与单个1/2<111>位错环的相互作用进行了深入研究,发现表面对位错环性质确实有重要的影响.采用分子动力学方法,在原子尺度详细研究了另一个重要的表面铁{100}面对<100>间隙型位错环动力学过程的影响.模拟发现位错环伯格斯矢量与表面法线方向的关系、距表面的深度、位错环之间的相互作用以及温度等,都对位错环与表面的相互作用产生重要影响,其中,表面作用下的伯格斯矢量的演化以及<100>位错环在此过程中的一维运动首次被发现.基于这些模拟结果,就<100>位错环对表面辐照损伤结构的影响进行详细地研究,给出<100>位错环对表面凹凸结构的贡献,这些结果为理解辐照过程中材料表面的演化提供一种可能的解释.     

位错和层错对氮化镓热导率影响的分子动力学模拟

本文利用非平衡分子动力学方法研究了位错和堆垛层错对氮化镓晶体热导率的影响。研究结果表明氮化镓中刃型位错的存在不仅对垂直位错线方向的热量传输有影响,也对平行于位错线方向有较大影响。本文利用非平衡分子动力学方法对氮化镓晶体中小角度晶界、晶界c面(0001)堆垛层错以及a面(1210)面堆垛层错结构的界面热阻进行了计算,并且研究了氮化镓晶体中c面堆垛层错的界面热阻的变化规律。研究结果表明氮化镓晶体中c面堆垛层错的界面热阻随着层错厚度的增加而增大,随着体系长度的增大而减小。     

晶体生长的层错机制及其生长动力学

面心立方晶体中层错矢量为1/6<112>和1/3<111>的堆垛层错在生长面{111}上的露头处产生了亚台阶(sub-step)。基于亚台阶的原子图象的分析,本文讨论了层错生长机制及其生长动力学,证明了亚台阶处的成核势垒总是小于二维成核势垒,解释了近年来所观察到的堆垛层错作为生长台阶源的实验事实。 关键词：     

沿〈111〉晶向冲击加载下铜中纳米孔洞增长的塑性机制

用分子动力学方法计算模拟了单晶铜中纳米孔洞（约φ1．3nm）在〈111〉晶向冲击加载过程中的演化及其周围区域发生塑性变形的过程。模拟结果的原子图像如图1所示，其中活塞速度为500m／s，图中所示为4族连续三层穿过孔洞中心的{111}晶面在4000个时间步时（处于拉伸应力状态）的原子排列图像。从面心立方铜晶体中位错成核及运动特点可知，当位错在{111}面上成核和运动后，将产生层错和部分位错结构，我们正是根据此特点来判断在某{111}晶面上是否有位错的成核和运动。从图1可以看到，沿〈111〉晶向冲击加载后，     

集中力作用下硅中位错结构

本文用化学侵蚀法研究了硅单晶样品在800—1000℃印压得到的位错“花结”。实验结果说明:印压产生的位错分布在{111}滑移面上;位错线的取向大部分是<110>或<112>方向。分析并观察到在压印下有两种位错环,一种是柏格斯矢量沿<110>方向并平行于(111)印压面;一种是柏格斯矢量沿<110>方向并与印压面相交。对位错环的结构进行了分析。     

单晶Cu冲击加载及卸载下塑性行为的微观模拟

使用分子动力学方法对室温下单晶铜沿［001］和［111］方向冲击加载及卸载下的塑性行为进行了模拟,得到了Hugoniot关系以及冲击熔化压力,与实验基本符合. 加载过程中,较高的初始温度有利于位错的形核与发展. 通过对冲击波在自由表面卸载过程的模拟和分析发现：卸载过程呈现“准弹性卸载行为”;沿［001］方向卸载后大量不全位错环与堆积层错消失,而沿［111］方向卸载后只有少量层错消失,部分层错甚至会发展扩大. 关键词： 分子动力学 冲击波 塑性     

Al纳米线不同晶向力学行为和变形机制的模拟

采用分子动力学模拟计算方法,考察具有较高层错能的Al纳米线沿不同晶向的力学行为和变形机制。在相同计算条件下与具有较低层错能的Ni、Cu、Au和Ag等FCC金属纳米线进行比较。结果表明：在力学行为方面,Al纳米线的弹性模量呈现明显的结构各向异性,满足E_[111] > E_[110] > E_[100]的关系,这一关系在FCC金属纳米线中普遍成立;Al纳米线的屈服应力随晶向呈现σ_y[100] > σ_y[111] > σ_y[110]的关系,这一关系在具有较低层错能的FCC金属纳米线中不具有普遍性,这与体系中位错形成机制密切相关。根据拉伸变形过程微观结构的演变规律,阐明Al纳米线不同晶向的变形机制,并与具有较低层错能的Ni、Cu、Au和Ag等FCC金属纳米线的变形机制进行比较。结果表明,对于尺度较小的高层错能Al纳米线,Schmid因子和广义层错能均难以准确预测其变形机制。     

纯铜[0 1 1]倾侧型非共格∑3晶界结构稳定性分子动力学模拟研究

有研究表明, 非共格∑₃晶界的行为在中低层错能面心立方金属晶界 特征分布演化中发挥着重要作用. 为了掌握不同界面匹配的非共格∑₃晶界的特性, 本文利用分子动力学(MD)模拟方法首先研究了纯铜的[0 1 1]倾侧型 非共格∑₃晶界在700–1100 K温度范围内和常压下的结构稳定性. MD模拟采用原子间相互作用长程经验多体势, 步长为5×10^-15 s. 模拟结果表明: 所研究的五个非共格∑₃晶界, 其结构稳定性存在很大差异, 其一般规律是, 与(1 1 1)/(1 1 1)共格孪晶界之间的夹角(Φ角)越小, 晶界匹配值越大, 则非共格∑₃晶界越稳定; 反之亦然. Φ角最小的 (2 5 5)/(2 1 1)非共格∑₃晶界较稳定, 在退火过程中几乎不发生变化. 随着Φ角的增大, 非共格∑₃晶界不再稳定, 这类晶界会通过Miller指数较高一侧晶体每三层原子面合并为一层原子面 (或Miller指数较低一侧晶体每一层原子面分解为三层原子面)的机理 转变为亚稳的“台阶”状晶界, 台阶面部分地处于精确的能量极低 的{111}/{111}共格孪晶界上; 当提高温度退火时, 这种“台阶”状晶界最终会全部转变成稳定平直的{111}/{111}共格孪晶界. 关键词： 纯铜 ∑₃晶界')" href="#">非共格∑₃晶界 分子动力学模拟     

磷酸铝(AlPO_4)晶体中缺陷的X射线形貌研究

用X射线衍射形貌法研究了AlPO_4晶体中的微观缺陷。在所研究的晶体中,主要晶体缺陷是生长层,沉淀物和位错。位错密度在晶体表面附近最大,晶体中部较低。位错主要起源于热应力和由沉淀物或生长层所造成的晶格畸变。多数位错的柏氏矢量是b=(a+c)<1123>型,部分的是b=a[2TT0]。分析了晶体缺陷与生长条件之间的关系。控制生长过程中的温度波动,特别是晶体出炉时的冷却速度,对提高晶体完美性是重要的。     

ZnS晶体3C⇔2H结构转变的LAUE衍射图中“奇异点”的标定

在ZnS晶体3C⇔2H结构转变的X—射线Laue衍射分析中,为了解释一维无序造成的异常衍射现象,本文推导了Laue衍射图曲线晶带的“奇异点”计算公式。并应用此公式,计算了ZnSLaue衍射照片上数条晶带上的“奇异点”,计算值与实验值完全吻合。另外,本文还对“奇异点”的形成、特点、标定的意义以及计算公式适用范围进行了讨论。     

Mechanism of phase transformations in ZnS

X-ray diffraction of the 2H-3C transformation in ZnS crystals has been studied to determine the mechanism of the phase transformation. Single crystals of 2H ZnS were annealed in vacuum at different temperatures to induce the phase transformation and then quenched to arrest it at different intermediate stages. The transformation is found to occur by the non-random nucleation of stacking faults in the 2H structure which produce characteristic diffuse steaks along reciprocal lattice rows parallel toc* for whichH−K ≠ 0 (mod 3). All the crystals finally transform to a disordered twinned 3C structure. A study of the broadening of the x-ray diffraction maxima reveals that the stacking faults involved in the transformation are basal plane deformation faults. Initially these nucleate at random producing a random distribution of cubic nuclei within the 2H structure. As the transformation proceeds these 3C nuclei grow into thick 3C regions by a preferential nucleation of the faults at 2-layer separations. Since the 3C nuclei can have twin orientations the resulting 3C structure invariably contains a random distribution of twin faults. This is confirmed by comparing the experimentally observed intensity profile of the 10.L reflections as recorded on a single crystal diffractometer, with those calculated theoretically for a randomly twinned cubic structure.     

ZnS单晶生长层线区结构的X射线衍射分析

汽相生长的ZnS·Cu单晶交流电致发光线的疏密与生长层线的疏密相对应。用X射线周转晶体法对1050℃汽相生长的ZnS晶体结构进行了分析。结果表明,生长层线疏密不同,结构差别很大,层线区的结构特点是层错的无规分布。ZnS·Cu单晶交流电致发光线的产生与结构中层错的无规分布有关。     

Formation of nano-twinned 3C-SiC grains in Fe-implanted 6H-SiC after 1500-℃ annealing

A nano-twinned microstructure was found in amorphous SiC after high-temperature annealing. Grazing incidence x-ray diffraction, high-resolution transmission electron microscopy, and electron diffraction were performed to characterize the microstructure and phase transition in the recrystallization layer. After 1500 ℃ or 2-h annealing, 3C-SiC grains and numerous stacking faults on the {111} planes were visible. Some 3C-SiC grains have nano-twinned structure with {011} planes. Between the nano-twinned 3C-SiC grains, there is a stacking fault, indicating that the formation mechanisms of the nano-twinned structure are related to the disorder of Si atoms. The increase in the twin thickness with increasing annealing temperature demonstrates that the nano-twinned structure can sink for lattice defects, in order to improve the radiation tolerance of SiC.     

Energy resolution of the CdTe‐XPAD detector: calibration and potential for Laue diffraction measurements on protein crystals

The XPAD3S‐CdTe, a CdTe photon‐counting pixel array detector, has been used to measure the energy and the intensity of the white‐beam diffraction from a lysozyme crystal. A method was developed to calibrate the detector in terms of energy, allowing incident photon energy measurement to high resolution (approximately 140 eV), opening up new possibilities in energy‐resolved X‐ray diffraction. In order to demonstrate this, Laue diffraction experiments were performed on the bending‐magnet beamline METROLOGIE at Synchrotron SOLEIL. The X‐ray energy spectra of diffracted spots were deduced from the indexed Laue patterns collected with an imaging‐plate detector and then measured with both the XPAD3S‐CdTe and the XPAD3S‐Si, a silicon photon‐counting pixel array detector. The predicted and measured energy of selected diffraction spots are in good agreement, demonstrating the reliability of the calibration method. These results open up the way to direct unit‐cell parameter determination and the measurement of high‐quality Laue data even at low resolution. Based on the success of these measurements, potential applications in X‐ray diffraction opened up by this type of technology are discussed.     

晶体X射线衍射的发现及其深远影响

1912年4月,弗里德里希、克里平和劳厄成功地观察到X射线透过硫酸铜晶体后的衍射斑点！随后劳厄推导出描述晶体衍射的著名劳厄方程.由于晶体X射线衍射的发现,劳厄于1914年荣获诺贝尔物理学奖.1912年10月, W.L.布拉格通过X射线透射ZnS晶体实验,推导出了著名的布拉格方程.1915年布拉格父子荣获诺贝尔物理学奖.晶体X射线衍射的发现对自然科学的影响是深远的.2012年是劳厄发现晶体X射线衍射100年,文章回忆了这段光辉的历史及其对科学技术所产生的深远影响,以怀念科学先驱们对科学技术的贡献,弘扬他们对科学研究的认真严谨的科学态度、勇于创新的科学精神和谦逊无私的品德.     

共振光子晶体中Laue孤子传播的动力学行为

从理论上研究了Laue孤子传播的动力学行为，并通过数值模拟验证了这些行为.结果表明，由于非线性衍射，入射脉冲会分裂产生四种模式，其中产生的Laue孤子的传播行为与一般共振介质中孤子的传播行为相似.     

光束通过碘酸钾单晶产生的衍射花样及其与相变的依存关系

实验观察到了激光束通过KIO₃单晶时产生的偏振态改变90°的衍射带和衍射斑。研究了从室温到240℃温度范围内衍射光强随晶体温度的变化,当T=72℃时衍射光强突然急剧增加,T=212℃时衍射光强几乎减小到零,T>212℃时观察不到衍射光,72℃和212℃分别与有关文献报道的KIO₃的两个相变温度相同。 关键词：     

Stacking faults and mechanisms strain-induced transformations of hcp metals (Ti,Mg) during mechanical activation in liquid hydrocarbons

The evolution of the structure and substructure of metals Ti and Mg with hexagonal close-packed (hcp) lattice is studied during their mechanical activation in a planetary ball mill in liquid hydrocarbons (toluene, n-heptane) and with additions of carbon materials (graphite, fullerite, nanotubes) by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, and chemical analysis. The temperature behavior and hydrogen-accumulating properties of mechanocomposites are studied. During mechanical activation of Ti and Mg, liquid hydrocarbons decay, metastable nanocrystalline titanium carbohydride Ti(C,H) _x and magnesium hydride β-MgH₂ are formed, respectively. The Ti(C,H) _x and MgH₂ formation mechanisms during mechanical activation are deformation ones and are associated with stacking faults accumulation, and the formation of face-centered cubic (fcc) packing of atoms. Metastable Ti(C,H)x decays at a temperature of 550°C, the partial reverse transformation fcc → hcp occurs. The crystalline defect accumulation (nanograin boundaries, stacking faults), hydrocarbon destruction, and mechanocomposite formation leads to the enhancement of subsequent magnesium hydrogenation in the Sieverts reactor.

     

X射线衍射的发现

简单介绍了埃瓦尔德（Ewald P P）、劳厄（von Laue M）和布拉格父子（Bragg　W　H及Bragg　W　L）在1912年发现X射线衍射方面的贡献.1911年埃瓦尔德在索末菲的指导下在慕尼黑大学从事博士论文研究,劳厄在与他的讨论中了解到晶格的平移周期与X射线的波长属于同一量级,因此想到在二维光栅的两个衍射方程组中再加一个类似的方程,就可以描述X射线在三维晶体中的衍射.在此假设的指导下,Friedrich　W和Knipping P在1912年4月开始用CuSO4后来用闪锌矿（立方ZnS）进行实验,很快就得到X射线衍射的证据.这不但证明了X射线的波动性,还确定了晶体的三维周期性.老布拉格在1912年夏得知这个消息,与他儿子小布拉格一道尝试用X射线的粒子性解释它,并由小布拉格在剑桥大学重复这个实验.根据衍射斑点的椭圆形状和从Pope与Barlow那里学到的晶格理论（由此得知ZnS具有面心立方晶格）,小布拉格将X射线在晶体中的衍射看作是X射线从一些晶格平面的反射,从而推导出著名的布拉格方程.布拉格父子开拓了X射线晶体结构分析这门新兴学科,从简单的无机化合物和矿物,逐渐发展到有机化合物和生物大分子.劳厄和布拉格父子分别强调慕尼黑和剑桥的优良科学环境对发现X射线衍射的重要性.鉴于埃瓦尔德在发现X射线衍射的作用及他后来在倒易格子及动力学衍射理论方面的贡献,不少晶体学家认为他也应获得诺贝尔物理奖.