硬质材料二硼化钼硬度机理的研究

过渡金属硼化物（TMBs）一直被认为是潜在的超硬材料,而现已合成的过渡金属硼化物却没有表现出超硬特性。为了解释现已合成的TMBs都没有表现出超硬特性的原因和探究TMBs的硬度机理。本篇文章以二硼化钼作为研究对象,通过理论计算和已有数据的对比发现,钼原子和硼原子之间的化学键表现出了很强的离子特性。正是由于这一特性决定了二硼化钼只能作为硬质材料而不能成为超硬材料。此项研究对理解TMBs的硬度机理以及设计新型的超硬材料具有重要的意义。     

基于第一性原理计算ReB_2的点阵动力学

为了研究新型超硬材料ReB2的低温超导特性,利用基于密度泛函理论平面波赝势法的第一性原理计算,研究了过渡金属化合物ReB2的点阵动力学性质,并分析了不同原子对电声耦合作用的贡献。计算结果表明,对于相同原子振动模式的频率,沿c方向振动的频率总是大于在a-b平面内振动的频率。轻原子B对电声耦合作用的贡献最大,而总的电声耦合作用较弱,说明ReB2是弱的电声耦合超导体。     

4f轨道的作用和稀土化合物化学键的共价性

稀土化学键的共价性和４ｆ轨道在成键中的作用是化学界长期争论的问题之一。近年来的理论和实验研究结果表明，４ｆ轨道参与了稀土化合物化学键的形成，稀土化学键具有相当大程度的共价性。４ｆ轨道的参与比例和稀土化学键共价性成分的定量确定还需做大量的工作。     

MCo12原子簇的电子结构和磁性性质研究

利用分离变分局域自旋密度泛函方法,对正二十面体MCo12原子簇的电子结构和磁性性质进行了研究,结果表明:原子簇的中心原子与表面原子之间具有键长收缩效应,其相互作用得到了加强;用Ti、V、Cr、Mn、Fe和Ni原子替代中心Co原子后,原子簇的稳定性得到了一定的提高;均呈现出金属特性和一定的磁性,价带宽度随着M原子原子序数的增加而逐渐变宽。该研究将为探索以过渡金属原子簇为基础合成新的特殊功能材料提供重要的理论依据。     

Nb2C及Ni功能化材料光催化性能的第一性原理研究

二维过渡金属碳化物和氮化物（MXenes）,因具有高效的吸附催化性能、较宽的光吸收范围和良好的导电性等优点,已成为具有广泛应用前景的明星材料。掺杂Ni原子的Nb₂C材料具有优异的光催化性能,为了探索Ni掺杂Nb₂C提高光催化性能的内在机制,基于密度泛函理论（DFT）,研究了Nb₂C及其Ni功能化形式（即Ni?Nb₂C）的电子结构性质及其对CO₂气体分子的吸附性能。结果表明,Nb单原子被Ni单原子取代,导致Ni原子周围的电荷密度增加和基底电荷密度的再分配,从而改善了光催化CO₂的电子环境,提高了对CO₂气体的光催化性能。     

二维过渡金属碳/氮化物基材料的制备及其锂离子电池中的应用研究进展

新型的二维过渡金属碳/氮化物(MXene)具有独特的结构和优异的特性,在锂离子电池上具有重要的应用价值.综合分析了MXene基材料的性质、制备方法以及在锂离子电池上的应用现状,并提出其未来在锂离子电池领域的发展趋势与挑战.     

过渡金属磷酸盐开放骨架结构材料的合成及性质

对近年来合成的过渡金属磷酸盐开放骨架结构材料的合成及性质进行了综述。这类材料包括磷酸钼、磷酸钒、磷酸铁、磷酸钴、磷酸镍、磷酸锰、磷酸铜、磷酸锌、磷酸钛、磷酸锆和磷酸钪。以HF为矿化剂的水热合成法不仅可以制备新型过渡金属磷酸盐开放材料,而且有利于形成较大孔道。此类材料具有磁性。VSB-n系列磷酸镍无机微孔材料是一类新颖化合物。对具有24员环超大微孔和高热稳定性的VSB-1和VSB-5的合成及性质进行了重点阐述。     

固体结合方式的电荷分布辨识

固体材料的物理和化学性质与其结合方式密切相关,因此研究固体结合是研究材料性质的基础。用第一性原理方法计算了氯化钠、金刚石和锂晶体的电荷密度和电荷密度差,并以此为基础分析了实际材料中离子结合、共价结合和金属结合的电荷分布特征,介绍了依据电荷密度图和电荷密度差图判断固体结合方式的方法。     

脱除柴油中碱性氮化物的研究

通过不同试剂对活性炭进行改性对比,确定了一种加有过渡金属的改性剂。考察了该改性剂改性活性炭的性质,结果表明该改性活性炭明显提高了模拟柴油中碱性氮化物的脱除率,碱性氮化物脱除率达到90%以上。而饱和的活性炭又可通过苯和甲苯混合物洗涤脱除碱性氮化物,脱附的活性炭可以再利用。     

WB的合成温度对其抛光质量影响的研究

过渡金属硼化物一直被科研工作者们认为是潜在的超硬材料.然而,由于过渡金属硼化物的扩散系数低,很难合成纯相块体材料,以至于不能获得其硬度.利用高温高压法是合成高质量过渡金属硼化物的一种有效的方法,然而利用高温高压法,有时合成的样品容易碎裂,不能对其抛光并进行硬度的测量.以WB为研究对象,利用高温高压法合成了纯相WB.通过控制合成温度分析合成温度对其抛光质量的影响.     

新型超硬正交BN同素异形体的第一性原理研究

应用第一性原理计算,提出一种具有正交结构的BN化合物(O-BN),空间群为Pbam.计算结果表明:O-BN具有较强的抗压缩性和较大的体弹模量(397.38 GPa),其理论硬度值可达到65.10 GPa.同时,与先前理论提出的BN同素异形体相比,O-BN的能量更为稳定.理想拉伸强度计算进一步表明O-BN是一种潜在的超硬材料.我们的研究结果为实验上合成BN化合物起到了重要的理论指导作用.     

泡沫金属的力学性能研究

利用Gibson—Ashby模型,对泡沫金属的基本参量（弹性模量和泊松比）进行了理论分析,建立了泡沫金属在弹性范围内的弹性模量和泊松比随相对密度变化的关系式,通过与Nieh等人的实验结果和Roberts等人的有限元分析结果比较表明,得到的关系式能较好地反映泡沫金属特性。研究表明,对于同一模型中,在相时密度相同的情况下,开孔泡沫金属材料的筋条截面惯性矩越大,其弹性模量越大,而泊松比越小。     

Preparation and characterization of ultrananocrystalline diamond films in H_2/Ar/CH_4 gas mixtures system with novel filament structure

Diamond films were prepared by hot filament chemical vapor deposition(HFCVD) in a gas mixtures system of methane, argon and hydrogen. The composition and morphology in different deposition pressures and filament structures were investigated, as well as the friction and wear-resistant properties. The sp3-bonded content was measured and nano-mechanics properties were also tested. Results of atomic force microscopy and X-ray photoelectron spectroscopy show that the diamond films whose surface roughness is less than 10 nm and sp3-bonded content is greater than 70% can be prepared by bistratal filament structure with optimized proportion of Ar. It is also shown that the friction coefficient of diamond films is 0.13 and its wear-resistant property is excellent. Nano-mechanics of films shows that its elastic modulus is up to 650 MPa and hardness can reach higher than 60 GPa. The diamond films with excellent performance have a broad application prospect in microelectromechanical systems(MEMS).     

超薄MoN扩散阻挡层的扩散阻挡性能分析

采用磁控溅射法,制备了超薄MoN扩散阻挡层,并对Cu／MoN／Si体系进行真空退火。用四点探针（FPP）、X射线衍射（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）进行薄膜电性能和微结构表征。分析结果表明,MoN作为Cu扩散阻挡层结构具有良好的热稳定性,失效温度达到600℃,明显优于Mo扩散阻挡层。     

金属氮化物硬质膜层“合金化”的研究进展

通过展示近年来国内外金属氮化物膜层的研究结果，探究了膜层晶体结构、微观组织的变化规律和提高性能的途径；列举了大量文献进行分析.结果表明：添加C或B元素，可形成“替位式”的金属氮碳化物或氮硼化物膜层，具有明显的固溶强化效应；大部分氮硼化物膜层，都可生成细小的金属硼化物，对性能的提高非常有力；加入Si可以细化晶粒，提高膜层的韧性和耐磨性.在TiN和CrN膜层中加入金属合金化元素(如Al、Zr等)，除具有明显的固溶强化效应外，还能显著提高膜层的高温氧化阻力和腐蚀阻力，提高膜层的耐磨性.沉积膜层的显微组织结构，可以通过调整“合金化”元素的比率来改变，并由此可以对膜层性能进行调制.通过“合金化”，金属氮化物膜层的晶体结构、微观组织都可以调制，综合性能显著改善和提高.     

疲劳载荷下高温波齿复合垫的蠕变波动行为

研究了疲劳载荷下柔性石墨金属波齿复合垫的力学性能和蠕变性能. 对垫片进行了373 K和573 K两种温度下的循环加载实验,基于得到的应力-变形量实测数据,通过计算压缩模量和卸载模量分析了其压缩回弹特性;考虑温度和金属骨架厚度的变化,探索了蠕变-疲劳的交互作用对垫片的影响. 研究表明:疲劳载荷下随着时间增长垫片压缩速率增加,回弹速率减小;在稳态蠕变阶段,蠕变-疲劳载荷的交互作用使垫片的蠕变曲线出现周期性波动,波动周期不随实验条件改变而改变.     

高铬铸铁型自保护药芯焊丝堆焊组织与性能分析

研制了一种自保护高铬铸铁型药芯焊丝,对其堆焊金属组织与性能进行了分析,结果表明：堆焊金属表面硬度达到HRC60以上,堆焊金属显微组织主要为马氏体＋残余奥氏体＋M7C3型碳化物;初生碳化物主要沿堆焊层向母材方向生长,其表面硬度为HV1783,侧面为HV1127;共晶碳化物围绕在初生碳化物周围生长,其显微硬度为HV830;在相同磨损条件下磨损1h后,堆焊金属相对耐磨性为Q235钢的14倍左右,在药芯中加入适量的稀土氧化物能提高堆焊金属的耐磨性。     

Simulation of dimer diffusion on metal fcc (001)surfaces by molecular dynamics

We study systematically the dimer diffusion on metal fcc (001) surfaces through molecular dynamics calculations based on embedded atom method. Besides the conventional hopping and exchange mechanisms, some other interesting diffusion mechanisms are observed, such as the exchange rotation mechanism, the cooperative hopping mechanism, and the cooperative exchange mechanism. On the different kinds of metal surfaces, we find that not only the dominant diffusion mechanism but also the physical model for the exchange mechanism is different.     

金刚石半导体器件的研究进展

金刚石因其优异的物理化学特性,被视为下一代电力电子器件的终极材料,金刚石半导体器件的制备受到了科研工作者的广泛关注。文章对金刚石基二极管、开关器件和边缘终止效应等方面的研究成果进行了概述。着重阐述了金刚石半导体器件的电学特性,尤其是,在500 ℃高温条件下得到高正向电流密度,阻断能力大于10 kV,并展现出长程稳定性的肖特基势垒二极管;在金属半导体场效应晶体管与金属氧化物半导体场效应晶体管上制得阻断电压超过2 kV的开关器件。同时,针对加工技术带来的表面缺陷,详细讨论了金刚石器件的表面终止技术和缺陷对器件性能的影响,并展望了金刚石半导体在肖特基势垒二极管及场效应晶体管等领域的应用前景。