基于创新能力培养的研究生教育改革与实践——以材料科学与工程学科为例

创新能力的培养是研究生教育的核心,是时代赋予高等学校的重大使命,也是确保研究生教育质量的核心任务.本文基于研究生教育的时代要求和培养特点,阐述了材料科学与工程一级学科研究生课程教学改革和培养的创新做法.     

退火温度对FeGaGeBCu(P)非晶纳米晶合金组织结构和软磁性能的影响

用单辊旋淬法制备了Fe76Ga5Ge5B13-xPxCu1(x=0,3,5,7)合金带材,并研究了退火温度对合金晶化行为、结构演变和磁性能的影响.结果表明,P元素替换B元素后,合金的非晶形成能力有所降低,但是提高了二次晶化相的热稳定性.同时,P添加一方面细化了纳米晶尺寸,降低了合金矫顽力,P含量为7％(原子分数)的合金...     

Fe76Ga5Ge5B6P7Cu1合金的非等温晶化动力学

采用单辊旋淬法制备了Fe₇₆Ga₅Ge₅B₆P₇Cu₁带材,并研究了其晶化行为和机理。结果表明Fe₇₆Ga₅Ge₅B₆P₇Cu₁合金的晶化过程分为2个阶段,第1个阶段为α-Fe（Ga, Ge）相的析出,第2个阶段为Fe（B, P）硬磁相的析出。在非等温加热的情况下,初始表观激活能大于晶化表观激活能。根据Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov（JMAK）方程得出,对于非完全非晶结构的合金,其晶化过程为预先存在的晶核或团簇不断长大,同时伴随着新的晶核不断析出且形核率不断下降。此外,快速升温的退火工艺更适合形成均匀弥散的纳米晶组织。通过实验验证,退火时升温速率为100 K/min的合金软磁性能优于升温速率为10和50 K/min的合金,其最优起始磁导率为2.86×10^-2H/m,矫顽力为1...     

Sm对挤压Mg-6Al-1.0Ca-0.5Mn镁合金微观组织及力学性能的影响

制备了Mg-6Al-1.0Ca-0.5Mn-x Sm(x=0.5,1.5,4.5,质量分数,%)合金,研究了合金的显微组织和力学性能。实验结果表明,随着Sm质量分数的增加,Al_2Sm相主要在晶内析出且体积分数增加,相反Mg_(17)Al_(12)相的体积分数降低;挤压后合金发生动态再结晶,晶粒细化。在室温条件下,含1.5%Sm合金显示了最佳的力学性能,其极限抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为316 MPa,148 MPa和21.3%。该合金优异的力学性能主要是由于晶粒细化、Al_2Sm颗粒的弥散强化和减少Mg_(17)Al_(12)相的析出。     

功能梯度材料板Ⅱ型裂纹的断裂力学研究

对含Ⅱ型裂纹正交异性功能梯度材料的应力场和位移场进行理论分析,并首次推导出正交异性功能梯度材料的裂纹尖端应力场、位移场和梯度应力强度因子的理论计算公式.本研究成果对功能梯度材料的断裂分析有重要的工程使用价值和理论价值.     

基于磁相互作用探索P掺杂对Fe-Si-Nb-Cu-B合金带材组织结构和软磁性能的影响

类金属元素是改善Fe基非晶纳米晶合金非晶形成能力和软磁性能的重要添加剂。用单辊甩带法制备了Fe_73.5Si_13.5Nb₃Cu₁B_9-xP_x(x=0, 3%, 6%, 9%)(原子分数)合金带材,从各元素间磁相互作用出发探索了P替换B对合金组织结构和软磁性能的影响。实验结果表明,P添加可有效提高合金的初晶相晶化温度以及合金的非晶形成能力;但是二次晶化相的析出温度降低,弱化了其热稳定性。当P含量为3%(原子分数)时,合金有较宽的退火温度窗口,且可有效细化初晶相晶粒尺寸,并在525℃退火后表现出最佳软磁性能,此时合金晶粒尺寸为9 nm,矫顽力为0.21 A/m,同时有效磁导率高于x=0合金。但是由于P的添加,残余非晶相中Fe的磁矩降低,导致合金的饱和磁感应强度降低。     

Fe2-xCoxZr材料磁热效应的研究

制备了Fe_2-xCo_xZr(x=0.8,0.9和1.0)系列材料并研究了材料的磁热性能,通过X射线衍射分析确定了材料为MgCu₂结构的Laves相,空间群为Fd-3mS。通过GSAS精修确定了材料的晶格常数,发现材料的晶格常数随Co元素含量增加而线性减小。通过麦克斯韦方程计算了材料的磁熵变,磁熵变最大值随Co元素含量的增加而下降。通过Co元素含量的调控可以实现材料居里温度在236～320K之间进行调节。研究发现Fe_2-xCo_xZr材料相变类型均为二级磁相变。Fe_1.2Co_0.8Zr材料在0～3T磁场下磁熵变的最大值为0.27J/kg/K。Fe_2-xCo_xZr材料具有居里温度可调和制冷区间较大的特点,为具有较大应用潜力的无稀土磁致冷剂。     

退火温度对电沉积FeNi纳米线阵列结构及磁性能的关联性研究

采用E-T和脉冲电化学沉积法,利用氧化铝（AAO）模板制备出直径200 nm,长度约为13.1μm的非晶态FeNi纳米线阵列。FeNi纳米线阵列的形貌、成分、微观结构以及磁学性能分别通过场发射扫描电子显微镜（SEM）、场发射透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射仪（XRD）以及振动样品磁强计（VSM）进行表征。研究结果表明,FeNi纳米线排列致密,外壁平整光滑,粗细均匀,元素分布均匀。制备的纳米线表现出纯非晶结构,退火后从非晶基体中析出γ（Fe, Ni）相,且晶粒的生长具有明显的（111）择优取向。VSM结果表明在非晶纳米线中具有较强的磁各向异性,其易磁化轴为平行于长轴方向。随着退火温度的升高,矫顽力H_c和剩磁比B_r/B_s整体呈下降趋势,主要归因于纳米线内应力的释放及纳米晶间的磁交换耦合作用。     

磁致伸缩生物传感器结构优化及病菌检测研究

以铁基非晶软磁合金带材为磁致伸缩换能器,以聚乙烯醇(PVA)为功能涂层,通过加载抗体,制备出磁致伸缩生物传感器.利用阻抗分析仪研究了直流偏置磁场与交流激励磁场对磁致伸缩换能器共振特性的影响;利用电化学工作站测试对比了Au涂层和PVA涂层的耐腐蚀性能;采用尺寸为5mm× 1.4 mm× 25μm的传感器检测了浓度为101...