单晶/多晶镍轴向拉伸力学性能的分子动力学模拟

为提高航空发动机推重比采用整体叶盘新技术却带来了盘叶连接区域高风险失效问题。本文采用分子动力学对连接区单晶/多晶镍(SPSNi)的力学性能进行模拟,首先通过对比了不同晶态镍拉伸原子图。发现,由于单晶/多晶界面的存在使得拉伸后界面处的非晶化程度加剧,易于孔洞萌生,加剧了SPSNi突然断裂的风险。最后重点研究了单晶/多晶镍的应变率效应与温度效应。当应变率大于1í10_⁸s_^-1小于2í10_¹⁰s_^-1时,SPSNi对加载应变率几乎不敏感,屈服强度小幅上升。超过2í10_¹⁰s_^-1之后,其屈服强度随着应变率的增加而迅速下降。这是因为在高应变率下,SPSNi的FCC原子大规模迅速转变为无序的非晶结构,导致了晶体镍承载能力迅速下降。可以将应变率2í10_¹⁰s_^-1作为SPSNi拉伸变形的阈值。不同温度下,SPSNi屈服强度随温度的增大而线性下降。这是由于在温度的影响下,位错网络的初始镶嵌结构逐渐变得不规则,初始失配应力随着温度的升高而下降。     

ECR微波等离子体对单晶金刚石表面的碳纳米墙修饰

利用电子回旋共振(ECR)微波等离子体，在CH₄/H₂体系下，对高温高压单晶金刚石表面进行了碳纳米墙修饰。通过等离子体发射光谱研究ECR等离子体内基团的谱线强度在不同工作气压、CH₄浓度下的变化规律，结合扫描电子显微镜对单晶金刚石表面的微观形貌进行分析，进一步研究了工作气压和CH₄浓度对碳纳米墙修饰结果的影响。结果表明:碳纳米墙的取向性受工作气压影响大，低气压(0.07 Pa)条件下生长的碳纳米墙垂直取向明显，金刚石表面也出现垂直刻蚀形貌；在高气压(5 Pa)条件下生长的碳纳米墙取向性较差。同时，碳纳米墙生长的临界CH₄浓度也与工作气压有关:低气压条件下碳纳米墙生长的临界CH₄浓度高，工作气压为0.07 Pa时，碳纳米墙生长的临界CH₄浓度为3%；工作气压升至5 Pa时，碳纳米墙生长的临界CH₄浓度降为1%，碳纳米墙密度随CH₄浓度升高而增大。      

双模晶体相场研究六方四方相变过程晶界和位错演化

对于晶粒，晶界，应力和位错的交互作用的深入理解有助于优化材料组织和提升材料性能。本文采用双模晶体相场法研究六方相向正方相的转变。分别针对倾侧角为0°，15°，30°，和 45°，晶粒取向差为6°的六方相体系做了系统研究。六方晶粒长大、溶合、并形成共格晶界，位错组沿六方晶界均匀分布，并有两种取向。正方相在位错组处形核，并且其取向取决于位错组取向。每一种倾侧角的体系种均形成两个取向正方相的变体。针对倾侧角为0 °，15°，30°，和 45°的六方相体系生成的四方相相变体之间的取向差分别为30°, 30°, 10°, 和5°。不同取向的正方相晶粒长大熟化的方式有差异，位于有利取向的晶粒将会优先生长占据主导地位。以共格晶界形式长大的晶粒，晶界处有位错组生成以松弛晶粒长大的应力集中。     

卤代效应对乙酸胍非线性光学性质的影响

针对具有应用价值的卤代乙酸胍（GXA）非线性光学（NLO）晶体研究不系统的问题，设计了系列三卤代和系列氯代的乙酸胍（GAc）体系，通过量子化学计算研究了系列GXA的结构、NLO性质和构效关系，探讨了卤代效应可能的影响机理。结果表明，卤代原子显著地改变了GXA分子构象，并通过不同方式参与强氢键作用来影响超分子堆积。卤代主要通过影响GXA分子的LUMO来改变其能隙（E_gap）。GXA的平均偶极矩（μ_total）和平均极化率<α>随卤原子数量以及半径的增大而增大。超极化率总体上相对于GAc降低，但影响复杂，其中，平均第1超极化率（β_total）随卤原子数量的增多而降低，平均第2超极化率（<γ>）则随卤原子的变大而显著增强。此外，并未发现E_gap与μ_total及<γ>之间存在明显的相关性。     

Preparation of hydrophobic flat sheet membranes from PVDF-HFP copolymer for enhancing the oxygen permeance in nitrogen/oxygen gas mixture

In this study, poly(vinilydene fluoride-co-hexafluoropropylene)(PVDF-HFP) was used for preparation of hydrophobic membranes using non-solvent induced phase inversion(NIPS) technique. PVDF-HFP copolymer with concentrations of 10 wt% and 12 wt% was prepared to investigate the effect of polymer concentration on pore structure,morphology, hydrophobicity and performance of prepared membranes. Besides, the use of two coagulation baths with the effects of parameters such as coagulant time, polymer type and concentration, and the amount of nonsolvent were studied. The performance of prepared membranes was evaluated based on the permeability and selectivity of oxygen and nitrogen from a gas mixture of nitrogen/oxygen under operating conditions of feed flow rate(1–5 L·min~(-1)), inlet pressure to membrane module(0.1–0.5 MPa) and temperatures between 25 and 45 °C. The results showed that the use of two coagulation baths with different compositions of distillated water and isopropanol,coagulant time, polymer type and concentration, and the amount of non-solvent additive have the most effect on pore structure, morphology, thickness, roughness and crystallinity of fabricated membranes. Porosity ranges for the three fabricated membranes were determined, where the maximum porosity was 73.889% and the minimum value was 56.837%. Also, the maximum and minimum average thicknesses of membrane were 320.85 μm and115 μm. Besides, the values of 4.7504 × 10~(-7) mol· m~(-2)· s~(-1)· Pa~(-1), 0.525 and 902.126 nm were achieved for maximum oxygen permeance, O_2/N_2 selectivity and roughness, respectively.     

Er3+-doped CaF2 polycrystalline ceramic with perfect transparency for mid-infrared laser

Er³⁺-doped CaF₂ transparent ceramics are promising mid-infrared gain materials because of their utra-low phonon energy as well as excellent physical, chemical, and optical properties. However, existing hot-pressed and hot-formed CaF₂ ceramics are very difficult to be used in practical applications due to residual pores and weak polycrystallization, respectively. Here, we developed the high quality Er³⁺-doped CaF₂ transparent polycrystalline ceramic by single crystal ceramization. The sample exhibits obvious polycrystalline structure, good mechanical properties, perfectly transmittance, and excellent mid-infrared performance, which provides significant and wide-ranging opportunities for advanced mid-infrared gain materials.     

Crystal-field engineering of ultrabroadband mid-infrared emission in Co2+-doped nano-chalcogenide glass composites

Tunable and ultrabroadband mid-infrared (MIR) emissions in the range of 2.5–4.5 μm are firstly reported from Co²⁺-doped nano-chalcogenide (ChG) glass composites. The composites embedded with a variety of binary (ZnS, CdS, ZnSe) and ternary (ZnCdS, ZnSSe) ChG nanocrystals (NCs) can be readily obtained by a simple one-step thermal annealing method. They are highly transparent in the near- and mid-infrared wavelength region. Low-cost and commercially available Er³⁺-doped fiber lasers can be used as the excitation source. By crystal-field engineering of the embedded NCs through cation- or anion-substitution, the emission properties of Co²⁺ including its emission peak wavelength and bandwidth can be tailored in a broad spectral range. The phenomena can be accounted for by crystal-field theory. Such nano-ChG composites, perfectly filling the 3–4 μm spectral gap between the oscillations of Cr²⁺ and Fe²⁺ doped IIVI ChG crystals, may find important MIR photonic applications (e.g., gas sensing), or can be used directly as an efficient pump source for Fe²⁺: IIVI crystals which are suffering from lack of pump sources.     

含La2O3奥氏体不锈钢堆焊合金层晶粒细化机制及对其耐腐蚀、磨损性能的影响

目的 通过在超低碳Cr19Ni10不锈钢堆焊合金中加入稀土氧化物La2O3，细化其微观组织，获得力学性能、耐腐蚀性能和耐磨性能等综合性能优良的堆焊合金层。方法 采用添加La2O3的超低碳Cr19Ni10不锈钢焊条制备了四种不锈钢堆焊合金。采用X射线荧光光谱、红外碳硫分析仪和X射线衍射分析仪，对堆焊合金层的元素组成和相组成进行了测定。采用金相显微镜和晶粒度统计软件，对堆焊合金层的微观组织形貌进行观察，并对晶粒度进行了统计分析。采用显微维氏硬度计和纳米压痕仪对堆焊合金层的硬度和杨氏模量进行了测定。采用电化学工作站和CSM摩擦磨损试验机对堆焊合金层的耐腐蚀性能和耐磨性能进行了评价，并且采用白光共聚焦显微镜对磨损后的磨痕形貌和尺寸进行了观察和测定。采用二维晶格错配度理论，对La2O3/γ-Fe界面间的晶格错配关系进行了计算。结果 在堆焊合金层中加入La2O3，随着La2O3加入量的增加，堆焊合金层奥氏体晶粒细化越明显。当La2O3的添加量由0%增加至1.5%时，奥氏体晶粒平均面积由400 μm²减少为210 μm²。堆焊合金层加入La2O3，可以明显提高其力学性能、耐腐蚀性能和耐磨损性能。当La2O3的添加量由0%增加至1.0%时，堆焊合金层的微观硬度由180HV增加到225HV，宏观硬度由125HBS增加到150HBS，杨氏模量由186 GPa左右增加到217 GPa，腐蚀电位由?0.4 V增加到?0.25 V，磨痕深度由50 μm减小到10 μm。La2O3(001)面和γ-Fe(110)面的二维晶格错配度为8.7%(<12%)，说明La2O3可以作为γ-Fe的中等有效异质形核基底，从而细化了堆焊合金层中的奥氏体晶粒。结论 La2O3可以有效地细化奥氏体晶粒，改善堆焊合金层的力学性能，提高其耐腐蚀和耐磨损性能。但是，La2O3加入量存在一个最佳值，当La2O3的加入量为1.0%时，堆焊合金层的综合性能最好。     

稀土晶体材料研发现状与未来展望

介绍了稀土晶体的科学内涵,包括稀土晶体的概念、学科特色和分类。阐述了稀土晶体材料的研发现状,包括稀土磁学材料、光学材料、电学材料、催化材料、能源材料、合金材料以及稀土原料。指出中国已建成从稀土矿产勘探开采、选矿、萃取、分离、冶炼等稀土原材料生产技术到下游稀土结构与功能材料研发和工业生产体系,形成了全球门类最齐全、规模第一的稀土新材料产业体系,但是仍未系统掌握稀土高技术材料和器件领域的核心技术。针对创新引领能力不足、稀土资源高端利用能力不强等系列问题,中国还需要在基础科学研究、应用基础研究、产业发展、资源回收等方面进一步加强战略规划。     

一种镍基单晶高温合金高周疲劳引起的g′溶解行为研究

研究了一种镍基单晶高温合金SRR99在不同温度下的高周疲劳行为,试样采用[001]取向的单晶试棒。结果表明条件疲劳强度随着试验温度的升高先上升后降低,具有与高温拉伸强度表现出相同的变化规律。通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜的观察发现g′相的形貌发生了显著变化,经过高温循环变形后g′析出相发生了溶解。在交变应力的作用下,g′与基体界面产生大量的位错,而位错的往复运动引起了g′相的溶解。因此循环加载过程中伴随着g′的不断溶解,共格界面的强化作用不断减弱。 除此之外,通过裂纹扩展方向与试样轴向的夹角可以判断出疲劳裂纹的扩展主要沿着(111)晶面进行,根据扫描电镜和透射电镜的观察结果对于循环加载的微观组织演化机理进行了讨论。