金属Al电子结构与热力学性质的第一性原理计算

针对金属Al的电子结构与热力学性质,采用基于密度泛函理论的第一性原理以及CASTEP软件进行了理论计算,得到了金属Al的平衡晶格常数、相关弹性系数、电子能带、态密度、声子谱、声子态密度以及相关热力学参数,并对计算结果进行了理论分析.结果表明,金属Al具有明显的导电特性与良好的塑性.金属Al具有3条声学支波色散曲线与一个声子态密度峰.随着温度的增加,熵、焓均增加,而自由能减少.热容量随着温度的增加而迅速增加,当温度达到500 K后,热容量几乎不变,所得结论与物理规律相符合.     

AlN晶体声子谱及其热学性能的第一原理计算

针对AlN晶体的声子谱和热学性能,采用密度泛函理论、第一性原理以及ABINIT软件进行了理论计算,得到了AlN晶体的声子谱以及内能、质量定容热容、熵和自由能与温度的关系曲线,并对曲线进行了理论分析.计算结果表明：AlN晶体的声子谱有12条曲线,其中3支为声学波,9支为光学波,并且形成了一光学带隙.AlN晶体的内能随着温度的增加而增加;质量定容热容起初随着温度的增加而较快地增加,后来逐渐达到稳定值;熵随着温度的增加也在增加,并且关系曲线有一定的弯曲;自由能随着温度的增加在不断地减小.以上计算结果与物理规律具有一致性.     

小直径螺旋型单壁碳纳米管电子结构的计算

针对结构参数（m,n）为（4,1）、（4,2）和（5,2）等小直径螺旋型单壁碳纳米管的电子结构,采用密度泛函理论、第一性原理以及ABINIT软件进行了理论计算,得到了上述管的电子能带及其态密度曲线,并分析了这些管的导电性能.计算结果表明：（4,1）和（5,2）这两种单壁碳纳米管无能量禁带,均属于金属型;而（4,2）管有能量禁带,属于半导体型.此结论与用金属型单壁碳纳米管的判据|m-n|=3J（J=0,1,2,3,…）给出的结果一致.     

时效时间对7075铝合金疲劳裂纹扩展速率的影响

采用透射电镜、显微硬度仪、拉伸试验和疲劳试验等研究了 7075铝合金在欠时效(120℃×8 h)、峰时效(120℃×24 h)与过时效(120℃×48 h)状态下的微观组织、硬度、拉伸性能方面与疲劳裂纹扩展速率方面的差异.结果表明:3种时效状态的合金在高低应力强度因子范围时,疲劳裂纹扩展速率呈现不同的规律.在低应力强度因子范围时,峰时效态合金的疲劳裂纹扩展速率最高,过时效态最低;在高应力强度因子范围时,过时效态的合金表现出最优的疲劳裂纹扩展阻力,而峰时效与欠时效状态的疲劳裂纹扩展阻力相近.结合疲劳损伤能量模型、强塑积与晶界析出相差异,分析了时效时间不同引起疲劳裂纹扩展速率差异的本质原因.     

外磁场中单壁碳纳米管π电子能隙的理论计算

为了得到单壁碳纳米管在外磁场作用下的电子结构规律,从紧束缚模型出发,利用量子理论和固体理论计算了在外磁场作用下单壁碳纳米管(SWNTs)中π电子的能带表达式.在此基础上,利用SWNTs的周期性边界条件和晶体中的布洛赫定理,得到了扶手椅型SWNTs中π电子的能带表达式,进而推导了外磁场作用下能隙宽度的表达式,从而得知能隙是磁通量Φ的周期函数.由金属型SWNTs的判据|m-n|=3J(J=0,1,2,3,…)可知,扶手椅型SWNTs(m=n)均为金属型,但由于其在外磁场的作用下可能产生能隙,由此证明了扶手椅型SWNTs可以由金属型转变为半导体型的规律.     

含Zr、Sc的Al-Zn-Mg-Cu合金的低周疲劳行为

利用透射电子显微镜和低周疲劳试验机研究了单级时效状态及回归再时效状态两种含Zr、Sc的Al-Zn-Mg-Cu合金的微观组织和低周疲劳性能。结果表明:单级时效基体析出相以η′相为主,晶界析出连续分布平衡相,并伴有晶间无析出带;回归再时效基体析出相略有长大,晶界析出相长大明显,无析出带变宽。低周疲劳加载条件下,合金在0.4%~0.7%外加总应变幅范围内表现出循环稳定性;在0.8%的应变幅下,呈现先软化后硬化。在0.4%~0.6%较低的外加总应变幅范围内,回归再时效合金表现出较高的低周疲劳寿命。两种状态合金的塑性应变幅和弹性应变幅与载荷反向周次之间均成直线关系,并可分别用Coffin-Manson公式和Basquin公式来描述。两种状态的合金的疲劳裂纹均萌生于试样表面,并以穿晶方式扩展。     

时效态Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc合金的组织与疲劳性能

为了研究时效处理对Al-7.2Zn-2.5Mg-1.5Cu-0.08Zr-0.12Sc合金的组织与疲劳性能的影响,利用透射电子显微镜对合金的显微组织进行了观察分析,并针对不同时效状态的合金进行了低周疲劳实验.结果表明,经过150℃×6 h时效处理后,合金晶内析出相较少,晶界无析出相;经过150℃×36 h时效处理后,合金晶内析出相较为细小,并呈弥散分布,同时晶界析出断续分布的平衡相,并存在晶界无析出带;经过150℃×48 h时效处理后,合金的析出相均已长大,且晶界无析出带发生宽化.经过150℃×36 h时效处理后的合金,表现出了较高的循环变形抗力与较长的低周疲劳寿命;不同时效状态合金的塑性应变幅、弹性应变幅与载荷反向周次之间,以及循环应力幅与塑性应变幅之间均呈线性关系.