非晶合金结构演变影响玻璃形成能力的分子动力学研究

通过分子动力学方法模拟了Ti75Al25、Ni50Zr50和Cu50Zr50非晶合金的玻璃转变过程, 得到并分析了平均原子体积和双体分布函数等结构参数, 并应用Voronoi多面体指数分析法统计了玻璃转变过程中二十面体及类二十面体团簇的数量, 通过分析团簇在玻璃转变过程中种类和数量的涨落趋势, 研究了非晶原子由短程序连接至中程序再至长程无序的动力学演化过程. 结果表明, 非晶合金的玻璃形成能力以及塑性变形能力与动力学演化过程中Voronoi团簇的种类和数量密切相关. 在玻璃转变过程中局部五次对称性高的团簇倾向于连接在一起形成链,从而密排整个空间, 降低系统的动力学行为从而提高玻璃形成能力. 塑性形变倾向于发生在局部五次对称性较低的区域. 在玻璃转变温度附近团簇种类和数量的突变反映出非晶合金的自组织临界行为, 蕴含着丰富的非线性动力学现象.     

Zr-Al-Ni-Cu(Nb,Ti)大块非晶玻璃转变的动力学性质

以Zr Al Ni Cu(Nb ,Ti)大块非晶合金差示扫描量热分析实验为基础 ,利用Lasocka方程、Kissinger方程及Vogel Fulcher Tamman(VFT)方程对其玻璃转变的动力学性质从不同方面进行了研究 .分析结果表明 :玻璃转变表观激活能越小 ,则晶化转变激活能越大 ,表现出相反的难易程度 ,且玻璃转变表观激活能数值远较传统非晶要小 ,验证了大块非晶合金独特的结构特点及玻璃形成能力 (GFA)强的原因 .利用VFT方程对玻璃转变弛豫时间与升温速度的VFT曲线进行了拟合 ,所算得的玻璃脆性参数m均在 30左右 ,反映了Zr Al Ni Cu(Nb ,Ti)非晶合金强的脆性属性 .玻璃转变处Lasocka关系的B值、原子表观激活能及玻璃脆性参数均反映了相同的GFA大小趋势 ,从不同方面进一步揭示了非晶合金玻璃转变区间的动力学行为与GFA之间的密切联系 ,可作为判断非晶合金GFA强弱的重要依据     

Co_mAl_n(m+n≤6)团簇的结构和磁性理论研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(DFT-GGA)对ComAln(m+n 6)合金团簇进行了系统的几何、电子结构和磁性质研究.研究结果发现ComAln(m+n 6)团簇最稳定结构倾向于形成Co—Al成键数最多的构型,其中的Co—Al二元合金团簇的最稳定结构类似于纯钴团簇.随着Al原子数的增多,团簇的平均磁矩呈线性降低趋势.ComAl(m=2—5)团簇的总磁矩均比Com+1团簇的小4μB,与实验上对较大CoNAlM团簇的磁性检测结果获得了很好地符合.ComAln团簇磁性的降低主要归因于非磁性Al元素的掺入以及Al掺杂后Co原子的整体自旋极化减弱.     

不透明玻璃显现出的曙光--块体金属玻璃的发现与应用

在足够高的冷却速度下,如同其他大多数物质一样,金属合金熔体在冷却到室温的过程中能够经过玻璃化转变过程变成非晶态固体--金属玻璃.金属玻璃因其具有许多优异和独特的物理、化学和力学性能而一直受到很大的关注.在过去,由于玻璃形成能力的限制,金属合金只能制成厚度为数十微米的薄带状金属玻璃,因而其应用范围受到极大的限制.通过对金属合金的组成、熔体的过冷与稳定性及玻璃形成能力的关系研究,人们用常规的方法在较低的冷却速度下就能在许多金属合金体系中形成三维尺度都达毫米至数厘米的块体金属玻璃,这为金属玻璃获得广泛的应用奠定了基础.     

高压对快凝Pd_(82)Si_(18)合金团簇结构及其遗传的影响

采用分子动力学方法,对高压条件下液态Pd_(82)Si_(18)合金快凝过程进行了模拟研究,并采用双体分布函数、Honeycutt-Andersen键对指数、原子团类型指数等方法表征和分析了快凝合金的微结构特征.结果发现:随着压力增加,玻璃合金中低配位数(Z≤11)的Kasper团簇数目显著减少,而高配位数(Z≥12)的Kasper团簇及其变形结构的数目大幅增加,当压力超过10 GPa玻璃合金中的(11 2/1441 8/1551 1/1661)团簇取代了(10 2/1441 8/1551)团簇的主导地位.提高压力能显著增加玻璃合金中高配位数(Z≥12) Kasper团簇铰链的中程序(MRO)数目,但低配位数(Z≤11) Kasper团簇仍主要形成共享顶点原子的扩展团簇.遗传跟踪分析发现,压力能够显著提高Kasper团簇的阶段遗传分数和遗传起始温度,增强了快凝Pd_(82)Si_(18)合金的玻璃形成能力.     

ConAl (n= 1–8)合金团簇结构和磁性质研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(DFT-GGA)对Co_nAl (n= 1–8)合金团簇进行了系统的几何、 电子结构和磁性质研究. 研究结果表明Al原子倾向于与Co原子形成最大的成键数, 即Al原子均处在团簇原子拥有最大配位数的位置上. Al掺杂后Co_nAl团簇的稳定性减弱, 磁性降低. 磁性降低的幅度与实验上对较大Co_nAl_M团簇的磁性检测结果获得了很好地符合. 在所有Co_nAl团簇的最稳定结构中, 除Co₄Al外, Al与近邻Co原子均呈现反铁磁性耦合. 相对于纯Co团簇,非磁性Al元素的掺入以及Al掺杂后Co原子整体自旋极化的减弱 是导致Co_nAl团簇磁性的降低主要原因. 关键词： nAl合金团簇')" href="#">Co_nAl合金团簇 几何结构 磁性 自旋极化     

在硅酸盐矿物,玻璃和熔体中Si和Al的配位与局部结构:K-边X射线吸收光谱研究

本文采用同步辐射的Si K-边X-射线吸收近边结构(XANES)谱研究了Si在SiO2-P2O5和Na2O-SiO2-P2O5的低压磷硅酸盐玻璃中结构与配位,以及Si的配位几何随玻璃中P2O5含量而变化:同步辐射的Al K-边XANES谱研究了Al在铝硅酸盐成分为NaAlSi2O6-NaAlSi3O8的玻璃和熔体中的配位和局部结构,并提供了直接的实验证据来证明该成分的玻璃体系中由于压力的变化所诱导Al配位的变化.     

Aln(n=2～7)团簇的结构和能级分布

采用密度泛函B3LYP的方法研究了小原子团簇Al2～7的几何结构和能级分布,分析了随团簇原子数的增加,团簇的几何结构和费米能级的变化情况.研究结果表明:Al2～7的团簇的几何结构在5个原子以前为平面结构,而从六个原子开始为空间立体的稳定结构.电子壳层结构表明,在铝团簇中没有出现非常明显的象碱金属那样的稳定幻数结构.在Al2～Al7团簇中,能级结构呈现明显的分立特征,费米能级随着原子个数的增加而减小,到Al7时又有所增加,且团簇的能量间隙最小.     

判定金属玻璃微观结构中的二十面体类团簇

基于Voronoi几何分形法, 分析了理想二十面体团簇和ZrCu二元金属玻璃中各种团簇的结构特点, 提出了一种判定金属玻璃原子结构中二十面体类团簇的方法. 并选取三个ZrCu 非晶成分作为研究对象, 基于Voronoi团簇, 利用该方法提取了各种构型团簇, 证实其中四种构型团簇的基本几何结构与理想二十面体相似, 并具有同样近似于理想二十面体的高致密度、高规则度和高五次对称性, 因此可称之为二十面体类团簇. 此类二十面体类团簇可作为金属玻璃的主要结构单元, 普遍存在于非晶结构中; 二十面体类团簇及其连接能包含几乎所有的原子, 从而形成非晶结构. 研究结果提供了一种新的团簇判定方法, 有助于从微观结构层面分析合金中的非晶形成机理.     

Zr-Al-Ni-Cu(Nb,Ti)大块非晶玻璃转变的动力学性质

以Zr-Al-Ni-Cu (Nb,Ti)大块非晶合金差示扫描量热分析实验为基础,利用Lasocka方程、Kissinger方程及Vogel-Fulcher-Tamman(VFT)方程对其玻璃转变的动力学性质从不同方面进行了研究.分析结果表明：玻璃转变表观激活能越小,则晶化转变激活能越大,表现出相反的难易程度,且玻璃转变表观激活能数值远较传统非晶要小,验证了大块非晶合金独特的结构特点及玻璃形成能力(GFA)强的原因.利用VFT方程对玻璃转变弛豫时间与升温速度的VFT曲线 进行了拟合,所算得的玻璃脆性参数m均在30左右,反映了Zr-Al-Ni-Cu (Nb,Ti)非晶合金强 的脆性属性.玻璃转变处Lasocka关系的B值、原子表观激活能及玻璃脆性参数均反映了相同的GFA大小趋势,从不同方面进一步揭示了非晶合金玻璃转变区间的动力学行为与GFA之 间的密切联系,可作为判断非晶合金GFA强弱的重要依据. 关键词： 玻璃转变 玻璃形成能力 表观激活能 玻璃脆性参数     

La65X35(X=Ni,Al)非晶合金原子结构的第一性原理研究

运用基于密度泛函理论的第一性原理分子动力学和静态电子结构计算,研究了La₆₅X₃₅（X=Ni,Al）非晶合金体系原子结构随温度演化的规律及其相关电子结构特性.使用径向分布函数、Voronoi团簇以及键对分析等给出了从高温液体快速冷却到玻璃态过程中原子结构的演化规律.研究发现,该类合金体系的原子排布符合局域密堆模型,两体系中占比最大的特征多面体类型由溶质与溶剂原子半径比调控;两体系中高五次对称性局域结构随温度的下降而增加验证了其在抑制晶化方面的重要作用;利用投影态密度分析两体系电子结构之间的差异,指出La-5d与Ni-3d电子间强烈的杂化是La–Ni 间键长缩短的电子结构起源,为理解成分相关的结构和物性提供了重要线索.     

不同构型(In,Al)GaN合金发光机理的第一性原理研究

基于第一性原理的密度泛函理论,研究了纤锌矿（In,Al）GaN合金的4种构型（均匀、短链、小团簇、团簇-链共存模型）的电子结构和发光微观机理。结果表明,在InGaN合金中,短In-N-链和小In-N团簇都局域电子在价带顶（VBM）态。当小团簇与短链共存时,前者局域电子的能力明显强于后者,是辐射复合发光中心。然而,在AlGaN合金中,电子在VBM态的局域受短Al-N链和小Al-N团簇的影响并不显著。合金微观结构的不同会引起电子局域的改变,从而影响材料的发光性能,并对带隙和弯曲系数有重要影响。     

(XB2)2(X=Al, Be, Na, Mg)团簇的密度泛函研究

用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3LYP方法在6-31G*基组水平上对(XB2)2(X=Al,Be,Na,Mg)团簇各种可能的构型进行几何结构优化,预测了各团簇的最稳定结构.并对最稳定结构的电子结构、振动特性、成键特性和电荷特性等进行了理论研究.结果表明,团簇的几何结构大多是平面结构,通常是B-B键和B-X键共存,较少出现X-X键.团簇的稳定结构中通常是几个呈负电性的B原子形成一个负电中心,而其他B原子和X原子处在端位,且显正电性.     

基于团簇模型设计的Cu-Cu_(12)-[M_(x/(12+x))Ni_(12/(12+x))]_5(M=Si,Cr,Cr+Fe)合金抗高温氧化研究

文章在稳定固溶体团簇模型的指导下,对白铜合金进行微合金化,将Cu元素在合金中的含量固定为72.22 at.%,改变Ni与M(M为Si,Cr,Cr+Fe)的比例,设计了系列合金成分,并对其抗高温氧化性能及其机制进行了研究.同时加入基体中的Ni-Si元素可以从两方面提高合金的抗氧化性能:以团簇形式加入,形成稳定固溶体结构,可以降低Cu-Ni-Si合金的化学反应活性;Si/Ni比增大后,合金在少量固溶的基础上能析出抗氧化性能优于基体的析出相,且析出越多,抗高温氧化性能越好.所以其抗氧化能力的来源并不是形成致密Si氧化物薄膜.Ni-Cr的同时加入可以明显抑制Cu合金在800?C以下的中温氧化,但其抗高温氧化能力主要与外氧化层中是否形成连续的Cr氧化层有关,因而该系列合金的抗高温氧化能力与Cr/Ni比有密切联系,合理选择团簇内Cr/Ni比例,才能够提高Cu合金的抗高温氧化能力.第四组元Fe和第三组元Cr相比较,不能够起到优先氧化、生成保护性氧化皮的作用,所以Cr,Fe同时添加只能抑制Cu在800?C以下的中温氧化,却不能够提高Cu合金的抗高温氧化能力.     

(XB2)2(X=Al, Be, Na, Mg)团簇结构与性质的密度泛函研究

用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3LYP方法在6-31G·基组水平上对(XB2)2(X=Al,Be,Na, Mg)团簇各种可能的构型进行几何结构优化,预测了各团簇的最稳定结构.并对最稳定结构的电子结构、振动特性、成键特性和电荷特性等进行了理论研究.结果表明,团簇的几何结构大多是平面结构,通常是B-B键和B-X键共存,较少出现X-X键.团簇的稳定结构中通常是几个呈负电性的B原子形成一个负电中心,而其他B原子和X原子处在端位,且显正电性.     

Al_n(n=2～7)团簇的结构和能级分布

采用密度泛函B3LYP的方法研究了小原子团簇Al2～ 7的几何结构和能级分布 ,分析了随团簇原子数的增加 ,团簇的几何结构和费米能级的变化情况。研究结果表明 :Al2～ 7的团簇的几何结构在 5个原子以前为平面结构 ,而从六个原子开始为空间立体的稳定结构。电子壳层结构表明 ,在铝团簇中没有出现非常明显的象碱金属那样的稳定幻数结构。在Al2 ～Al7团簇中 ,能级结构呈现明显的分立特征 ,费米能级随着原子个数的增加而减小 ,到Al7时又有所增加 ,且团簇的能量间隙最小。     

非晶态Mg_(70)Zn_(30)合金结构因子的预峰

利用X射线衍射仪对非晶态Mg70 Zn30 合金的结构进行了研究 ,获得了强度曲线、结构因子、双体分布函数和原子间最近邻距离 .结果表明 ,Mg70 Zn30 合金在小Q区间存在强烈的预峰现象 .根据预峰的特性 ,提出了Mg70 Zn30 熔体的结构模型 ,即Mg原子位于中心 ,8个Zn原子位于顶角所形成的简单立方结构模型 .该模型以共享顶点的方式相连接 ,能够满足预峰对Mg—Mg原子间距离的要求 .Mg70 Zn30 非晶合金中预峰的产生是相邻原子团中心Mg原子之间相互关联的表现     

Zr48Cu45Al7大块金属玻璃的原子结构研究

应用同步辐射X射线衍射(XRD)和广延X射线吸收精细结构边方法(EXAFS),结合反蒙特卡罗(RMC)拟合、Voronoi分形技术等对Zr₅₀Cu₅₀二元和Zr₄₈Cu₄₅Al₇三元金属玻璃材料的微观结构进行了系统的研究.结果表明:ZrCuAl三元金属玻璃中Al原子与Zr原子、Cu原子之间存在强相互作用,表现为键长的明显缩短,导致其微观结构中的Voronoi团簇体积普遍小于Zr_{50关键词： 大块金属玻璃 原子结构 玻璃形成能力 同步辐射技术}     

永磁性Pr55Al12Fe30Cu3 大块金属玻璃

报道一个新的Pr55Al12Fe30Cu3 大块金属玻璃.采用铜模吸铸法制备了直径为5 mm、长度达100 mm的Pr55Al12Fe30Cu3 大块金属玻璃.差示扫描量热分析结果表明在该Pr基大块金属玻璃体系具有宽达64 K左右的过冷液相区，而且该合金呈非晶态时的熔化温度要比相应晶态样品的熔化温度高约140 K.磁滞回线测量表明非晶态Pr55Al12Fe30Cu3 块体合金在室温下呈现永磁特性，而完全晶化后样品在室温下呈现软磁特性. 关键词： 大块金属玻璃 玻璃转变 晶化 永磁性     

Al-Ni-RE非晶合金的晶化行为和热稳定性

本文制备了一系列Al-Ni-RE (RE=La, Ce, Y) 非晶合金薄带, 利用差示量热扫描仪和X射线衍射仪考察了非晶合金的晶化行为和初生相, 并分析了其与合金成分和原子特性间的关系. 结果表明: 在拓扑不稳定参数λ以有效原子半径修正为λ'后, 每一Al-Ni-RE非晶合金体系可由其两个临界值划分为纳米晶、纳米玻璃和玻璃三类; Al-Ni-RE非晶合金的晶化开始温度和混合焓与λ'成良好的线性关系, 即λ'能很好的表征Al基非晶合金的热稳定性. 关键词： Al基非晶 玻璃转变 初生相 热稳定性