纳米团聚生长的多重分形谱

采用小角x射线散射（SAXS）方法，对两类具有代表性的纳米团聚的生长分形进行了表征.一 类为用化学方法 (水合肼溶液还原法) 制备的纳米金属Ni粉；另一类通过物理方法(纳米晶 化处理)，由非晶基体相中生长纳米晶相、形成非晶/纳米晶双相结构的Finemet (Fe_{73 .5} Cu₁Nb₃Si_13.5B₉) 合金.上述两 类材料的纳米团聚在生长过程中都存在 明显元素扩散迁移，形成在1—100 nm范围内的元素分布非均匀区域.这些元素分布的非均匀 区域具有多重质量生长分形特征，其尺度大小和分布方式对最终的材料的物理性能至关重要 .SAXS方法是表征这类具有分形生长特征的纳米团聚微观结构信息的强有力手段.从方法论的 角度详述了从SAXS测量到获得多重分形谱的处理过程，这一实验研究分析手段对于定量考察 纳米微结构形貌的生长机理和性能的其他研究课题有一定的帮助作用. 关键词： 纳米材料 分形生长 小角x射线散射 磁性材料     

锆基非晶合金的动态弛豫和应力松弛

非晶合金动态弛豫、变形和微观结构非均匀性之间的关联是非晶态物理领域重要研究内容之一.本文选取玻璃形成能力优良,热稳定性好的Zr₄₈(Cu_5/6Ag_1/6)₄₄Al₈块体非晶合金作为研究载体,借助于动态力学分析及应力松弛实验探究了温度和结构弛豫对非晶合金动态弛豫和变形行为的影响.研究结果表明非晶合金动态弛豫行为对温度极其敏感,随温度升高表现为等构型、老化、玻璃转变和晶化4个阶段.基于玻璃转变温度之下等温测试,结构弛豫行为导致非平衡高能量状态非晶合金向低能量状态迁移,内耗随时间演化规律可用Kohlrausch-Williams-Watts (KWW)扩展指数方程描述.此外,基于KWW方程和激活能谱等方法分析了模型合金应力松弛过程中非均匀结构激活,该过程涉及弹性变形向非弹性变形的转变.由于非晶合金存在微观尺度的结构非均匀性与能量起伏,变形单元的激活并非为单一特征时间,而是服从一定分布.通过考虑对数时间尺度和变形单元激活的特征时间分布分别为对称Gauss分布和非对称Gumbel分布,可...     

不同力学激励形式探索La基非晶合金微观结构非均匀性

非晶合金力学行为与其微观结构非均匀性之间本征关联,是固体力学研究领域至今未能很好解决的重要科学问题之一.单一力学激励形式并不能有效地描述非晶合金微观结构非均匀性,特别是结构与动力学的关联.如何探索非晶合金结构信息,须将诸多因素综合,在不同力学激励下研究非晶合金微观结构非均匀性与变形机理.本研究以La₆₂Cu₁₂Ni₁₂Al₁₄非晶合金为模型体系,利用动态力学分析仪研究非晶合金动态弛豫行为.基于准点缺陷模型,对模型合金体系α弛豫和β弛豫进行了分离.借助于拉伸应变率跳实验,探索非晶合金高温流变行为.确定非晶合金塑性流变过程中弹性、滞弹性以及塑性变形的贡献.本研究从非晶合金动态力学弛豫行为和宏观塑性流变行为出发,尝试揭示微观非均匀性对非晶合金在不同激励形式中缺陷的激活、扩展和融合的物理本质.     

基于分数阶微分流变模型的非晶合金黏弹性行为及流变本构参数研究

近年来, 基于非晶合金名义弹性区的流变力学行为探索其结构及形变机理是非晶合金领域研究的热点之一. 本文根据非晶合金结构不均匀性的特征, 提出能够比拟树状分形网络结构的分数阶微分流变模型研究非晶合金的黏弹性行为. 通过室温纳米压痕实验, 对三种不同泊松比和玻璃化转变温度的非晶合金的黏弹性变形行为进行了研究. 实验结果表明: 在表观弹性区, 非晶合金的变形表现出与加载速率相关的线性黏弹性性质. 根据Riemann-Liouville分数阶微积分定义, 分别由分数阶微分及整数阶Kelvin模型对实验结果进行了分析. 分析结果表明, 相对于整数阶流变模型, 分数阶微分流变模型能更精细地表征材料的黏弹性变形特征; 在流变模型参数中, 黏性系数η_A和分数阶次α反映出材料的流变特性和流动趋势, 流变参数与玻璃转变温度、泊松比之间具有较好的相关性, 上述相关性有助于从微观结构角度理解材料塑性与泊松比的关联.     

Cu60Zr30Ti10非晶合金弛豫和晶化过程的小角X射线散射研究

应用小角X射线散射技术研究了Cu₆₀Zr₃₀Ti₁₀非晶合金从300到813 K之间微结构的演化情况.发现在淬火状态下Cu₆₀Zr₃₀Ti₁₀非晶合金中存在直径30 nm左右的富Cu区.非晶的结构弛豫包括573 K之前的低温结构弛豫和573 K到玻璃转变温度的高温结构弛豫，弛豫的结果是产生含有有序原子团簇的富Cu区，这些有序原子团簇的富Cu区是随后晶化过程中晶核产生的基础.Porod曲线分析表明，晶化生成的纳米体心立方CuZr相和基体之间有明锐的界面. 关键词： 小角X射线散射 非晶合金 结构弛豫 晶化     

Cu60Zr30Ti10非晶合金弛豫和晶化过程的小角X射线散射研究

应用小角X射线散射技术研究了Cu60Zr30Ti10非晶合金从300到813 K之间微结构的演化情况.发现在淬火状态下Cu60Zr30Ti10非晶合金中存在直径30 nm左右的富Cu区.非晶的结构弛豫包括573 K之前的低温结构弛豫和573 K到玻璃转变温度的高温结构弛豫,弛豫的结果是产生含有有序原子团簇的富Cu区,这些有序原子团簇的富Cu区是随后晶化过程中晶核产生的基础.Porod曲线分析表明,晶化生成的纳米体心立方CuZr相和基体之间有明锐的界面.     

退火时间对Fe80Si9B10Cu1非晶合金纳米尺度结构不均匀性和磁性能的影响

研究了经历不同时间退火后, Fe₈₀Si₉B₁₀Cu₁非晶合金结构弛豫过程中纳米尺度结构不均匀性的演变及其对合金磁性能的影响.基于小角X射线散射和原子力显微镜分析,随着弛豫的进行,合金的纳米尺度结构不均匀性逐渐衰减.结合穆斯堡尔谱分析结果,弛豫态合金综合软磁性能的提高可归因于纳米尺度结构不均匀性的减弱.从流变单元模型来看,随着弛豫程度的加深,流变单元的体积分数显著降低,部分流变单元湮灭并转化为理想弹性基体.一方面,弛豫态样品的原子结构排列更加紧密,磁交换相互作用更强,饱和磁感应强度也更高;另一方面,准位错偶极子的数量密度随着流变单元在弛豫过程中的湮灭而逐渐减小,磁畴壁的钉扎效应减弱,合金的磁各向异性下降,矫顽力降低.本文从结构不均匀性的角度研究了Fe₈₀Si₉B₁₀Cu₁非晶合金弛豫过程中磁性能变化的结构机制,有助于建立铁基非晶合金结构和磁性能之间的关联性.     

基于剪切模量和热分析数据研究Zr_(50–x)Cu_(34)Ag_8Al_8Pd_x(x=0,2)非晶合金缺陷浓度演化

非晶合金具有独特物理和力学性能,如何建立非晶合金微观结构非均匀性与物理/力学性能之间的关联是非晶固体的重要研究课题之一.微合金化是调控非晶合金微观结构有效手段之一.本研究以玻璃形成能力优异的Zr_(50–x)Cu_(34)Ag_8Al_8Pd_x(x=0, 2)非晶合金为模型合金,借助差示扫描量热仪和电磁声转换设备,研究非晶合金铸态、弛豫态和结晶态热流和剪切模量随温度的演化规律,以及物理时效(低于玻璃转变温度)过程剪切模量的变化随时间演化规律.基于自间隙原子理论,利用热流曲线表征非晶合金在相同热历史剪切模量热效应.通过分析铸态和弛豫态自间隙缺陷浓度和激活能谱,发现结构弛豫导致自间隙缺陷浓度减小,诱导剪切模量随温度演化偏离软化过程,并伴随体系放热.与此同时,研究发现添加微量Pd元素可抑制模型合金体系原子迁移,增加特征弛豫时间.本研究从非晶合金模量热效应角度进一步理解非晶合金微观结构非均匀性.     

B元素添加对FePBCCu合金非晶形成能力、磁性能和力学性能的影响

铁基非晶合金因其低矫顽力、高磁导率和低铁耗等被广泛应用于变压器、电抗器等电力电子领域,然而,较低的饱和磁感值限制了其进一步应用.铁含量增大可有效提高合金的饱和磁感,但相应非磁性元素含量的降低又将引起合金非晶形成能力的下降,导致后续纳米晶带材的软磁性能及弯折韧性的恶化.针对上述问题,文章基于金属-类金属间的杂化作用,通过原子百分比为7%的B替代P,利用单辊甩带法制备了厚度约为25μm的FePBCCu非晶薄带,并研究了B添加对薄带非晶形成能力、磁性能和力学性能的影响.热动力学行为揭示出小原子B添加能够降低合金结构的异质性,有效提高非晶基体的热稳定性;熔化与凝固曲线表明B元素能够促使合金系接近共晶成分且具有较大的过冷度.因此合金的非晶形成能力显著提高,其临界厚度从基体的约21μm提高到约30μm. B添加促使合金系磁性原子有效磁矩的增大,导致非晶薄带的饱和磁感值增大.纳米压痕实验结果表明, B添加合金的约化模量值较大且在一个较小范围内波动,这与合金的结构均匀性密切相关.     

非晶力学流变的自组织临界行为

非晶材料是由液体快冷冻结而成的结构无序的亚稳态固体.在受力条件下,非晶材料表现出独特和复杂的流变行为,具有跨尺度的高度时空不均匀特征,并在一定条件下表现出自组织临界行为,和自然界以及物理系统中许多复杂体系的动力学行为相似.本文结合作者近年来在非晶合金流变行为方面的研究结果,对非晶材料流变的研究进展和物理机制的认识进行介绍,包括非晶材料流变的跨尺度特征、表征和微观结构机制,以及近年来发现的非晶力学流变的自组织临界行为、物理机制等.最后,对非晶材料流变行为研究中亟需解决的问题进行了总结和展望.     

非晶合金Al88Ce2Ni9Fe1回火生成的纳米晶粒度分布与比内表面研究

采用小角X射线散射方法,结合差热分折及广角X射线衍射方法,对新型高强度、高韧性非晶合金Al₈₈Ce₂Ni₉Fe₁回火生成的纳米晶粒度分布和比内表面的改变进行了一系列分析研究,获得了关于纳米晶回转半径、Porod半径、散射积分不变量、粒度分布、结晶度、比内表面等方面的信息. 关键词：     

Computation of small angle neutron scattering functions for molecules of arbitrary shapes

A computer program has been developed to analyze small angle neutron scattering (SANS) data by using the Debye method of spherical modification proposed by Glatter. In the calculational procedure the model shape is emulated with a large number of overlapping small spheres which fill the volume of the model shape. A technique is described for fitting experimental data to a resolution-broadened model scattering function. At each stage of the iterative procedure the radius of gyration is computed. The program is able to calculate the scattering function of the mixture of two different molecules. This facility even allows one to calculate the scattering function of the mixture of monomer and dimer of a particular molecule in aqueous solution. In case a portion of the molecule has a different weight from the rest, the program has a variation to calculate the scattering function of that model as well.     

小角X射线散射法测定溶胶平均界面厚度

溶胶界面层厚度通常是用Porod法对高角区负偏离的Porod曲线进行拟合求算,但本文研究表明还可通过分别测定Porod负偏离校正前后体系粒子的平均半径之差而获得平均界面厚度.应用上述方法测定了在不同制备条件下制备的二氧化硅溶胶的平均界面厚度 关键词： 小角X射线散射 溶胶 平均界面厚度     

Ti-Mo合金氢化物微观缺陷的小角X射线散射研究

采用小角X射线散射(SAXS)方法对Ti-Mo合金氢化物的微观缺陷进行了研究.结果表明,氢化物样品中Mo含量为5at％时,所测定的SAXS强度在高散射角区明显低于其他样品的SAXS强度.氢化物中的晶粒及其内部的亚结构是引起SAXS现象的散射体,而这些亚结构是由合金氢化时引入的大量位错所产生.Mo 含量为5at％合金主要为hcp结构而其他合金为bcc结构,但两种合金氢化后都成为fcc结构的氢化物.据此,认为hcp结构与bcc结构Ti-Mo合金在氢化时氢化物结构相同但引入的位错缺陷特征不同. 关键词： Ti-Mo合金氢化物 小角X射线散射 微观缺陷     

Al-Zn-Mg-Cu-Li合金时效过程微结构演化的小角x射线散射研究

应用小角x射线散射技术分析了Al-Zn-Mg-Cu-Li合金在130，150和160℃温度时效24 h析出粒子的微结构参数的变化情况. 粒子的半径随着时效温度的增高而增加，它的比内表面积和体积百分数随着时效温度的增高而减小. 对Porod曲线q³J(q)-q²的分析表明,析出粒子与基体之间有明显的界面. 关键词： 小角x射线散射 Al-Zn-Mg-Cu-Li合金 时效 析出粒子     

铁基软磁非晶/纳米晶合金研究进展及应用前景

非晶合金通常是将熔融的金属快速冷却、通过抑制结晶而获得的原子呈长程无序排列的金属材料.由于具有这种特殊结构,铁基软磁非晶合金具有各向同性特征、很小的结构关联尺寸和磁各向异性常数,因而具有很小的矫顽力H_c,但可和晶态材料一样具有高的饱和磁感强度B_s.优异的软磁性能促进了铁基软磁非晶合金的应用研究.目前,铁基软磁非晶/纳米晶合金带材已实现大规模工业化生产和应用,成为重要的高性能软磁材料.本文回顾了软磁非晶合金的发现和发展历程,结合成分、结构、工艺对铁基非晶/纳米晶合金软磁性能的影响,介绍了相关基础研究成果和工艺技术进步对铁基软磁非晶/纳米晶合金研发和工业化应用的重要贡献.并根据结构、性能特征将铁基软磁非晶合金研发与应用分为三个阶段,指出了目前铁基软磁非晶合金研发与应用中面临的挑战和发展方向.     

铀基非晶合金的发展现状

铀基非晶合金是非晶家族中的特殊成员,受限于铀元素的高活性与放射性特点,目前这类非晶材料的研究极不充分.本文结合非晶合金的最新发展动态简要介绍了铀基非晶发展历史,较系统地总结了本团队的最新铀基非晶研究工作:首先较详细地介绍了新型铀基非晶的制备技术、成分体系、形成规律与晶化行为,澄清了其形成机制与热稳定性;结合高分辨电镜分析展示了其微观结构特点;采用纳米压痕技术揭示了这类非晶的微纳力学性能;利用电化学测试方法评估了其耐腐蚀性能.这些结果丰富了非晶材料的内涵,有助于深化对非晶物理基础科学问题的理解,并推动新型铀合金材料的发展,为这种材料的潜在工程应用奠定了基础.     

Probing polymer nanocomposite morphology by small angle neutron scattering

Polyamide nanocomposite films were prepared from nanometer-sized silica particles having particle radius of gyration (R _g) of about 66 Å and trimesoyl chloride-m-phenylene diamine-based polyamides having macromolecular units of about 100–140 Å. The nanoscale morphology of the samples was characterized using small angle neutron scattering (SANS). SANS reveals that silica nanoparticles interact well with the polyamide units only at limited silica loading.     

Influence of dissolved gas on optical breakdown and small-angle scattering of light in liquids

It is demonstrated that the small-angle laser beam scattering pattern in liquid depends greatly on the dissolved gas content: the intensity of the scattering steeply drops after degassing doubly distilled water. It was experimentally found that the parameters or small-angle scattering of light correlate strongly with those of optical breakdown in liquid. Namely, the fractal dimension and the gyration radius of scatterers in aqueous KCl solutions behave similar to the optical breakdown probability in those liquids versus salt concentration, while the optical breakdown cannot be induced after degassing. The effect might be associated with the presence of stable gas microbubbles in liquid.