摘要：晶界成分偏聚对多晶材料的力学性能有很大影响,探明影响晶界成分偏聚的因素和偏聚机理,对改善材料性能和优化设计合金系统具有重要意义。本文通过归纳近几年来国内外原子尺度研究晶界成分偏聚及其机理的研究进展,分析了间隙原子,置换型原子和空位在晶界的偏聚及其对材料性能的影响,讨论了成分偏聚与合金元素择优占位行为的关系,总结了晶界成分偏聚对材料力学性能影响的根本原因。

摘要：陶瓷材料的脆性一直是研究者们为之困扰的问题．在改进陶瓷材料的脆性上，经过近２０年的努力，在多相复合陶瓷的强化与增初以及氧化锆的相变增韧等方面均取得了显著的效果，但是仍然未能在本质上解决陶瓷材料的脆性问题．本文提出对陶瓷材料的晶界应力进行设计，通过在陶瓷体内的应力作用来造成一个可以转移、消耗和吸收外来能量的机制，以达到在本质上解决陶瓷材料的脆性问题．

摘要：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°的六方相体系做了研究。结果表明: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2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中均形成2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并占据主导地位。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。

摘要：基于晶体塑性理论,给出了同时考虑位错滑移、形变孪晶和晶界变形的近片层组织TiAl本构模型;在此基础上,建立基于Voronoi算法的近层片TiAl三维多晶有限元模型,并在晶粒交界处引入壳单元来描述晶界;利用上述有限元模型,对不同温度(室温、500和700℃)和不同拉伸应变率(10-3、320、800和1 350 s-1)下近层片TiAl的塑性力学行为进行数值模拟。结果显示:模拟得到的应力塑性应变曲线与试验结果吻合较好,能够反映近层片TiAl在不同温度和应变率下的材料响应;由于晶界的存在,晶粒内的应力分布会发生明显改变,晶界附近产生一定的应力集中。此外,晶界对孪晶存在一定的阻碍作用,使得晶界附近实体单元的孪晶体积分数要略低于多晶整体的平均孪晶体积分数。

摘要：由于NdFeB磁体热稳定性和力学性能较差,在服役过程中容易失效,限制了磁体的应用范围。通过探究Dy添加对磁体的力学性能和微观结构的影响,发现添加重稀土Dy后,磁体的磁性能和力学性能得到提升,晶界分布更加连续,厚度变宽,能有效阻碍裂纹的扩展。对主相和晶界相成分分析发现:Dy更容易进入主相,在晶界位置处发现富钕相有些呈现灰色,该位置处Dy,Fe明显增多,使晶界强度得到增强;对今后工业应用的设计,有一定的指导意义。

摘要：电催化二氧化碳还原反应(CO_(2)RR)可以将二氧化碳转化为具有高经济价值的碳氢化合物,被认为是实现碳中和并缓解能源危机的一种有潜力的技术.铜(Cu)作为一种最有应用前景的非贵金属催化剂之一,表现出较高的催化CO_(2)RR转化为多碳产物(C_(2+))的活性.然而,电催化CO_(2)还原成C_(2+)产物涉及一个动力学过程缓慢的C-C偶联反应,这导致C_(2+)产物的选择性较低,电流密度低,阻碍了其在工业电解槽中的实际应用.同时,CO_(2)RR产物的选择性不仅取决于热力学速率决定步骤,还取决于传质控制动力学.CO_(2)RR发生在固-气-液三相反应界面,气-液的平衡扩散可以有效抑制析氢竞争反应,进而提高CO_(2)RR的反应效率.本文设计合成了一种富晶界的Cu纳米带催化剂,并构建了气-液平衡扩散的电极结构,用于高效电催化二氧化碳还原制备乙烯(C_(2)H_(4)).以一种碱式碳酸铜(Cu_(2)CO_(3)(OH)_(2))纳米带为前驱体,在原位电化学还原条件下,前驱体中的Cu2+离子获得电子被还原为金属Cu,而释放的CO_(3)2-和OH-混合阴离子调节金属Cu的生长.生成的Cu纳米带由细小的纳米颗粒堆积而成,并暴露出大量的由Cu(111),Cu(200)和Cu(220)晶面形成的富晶界结构(GBs).同时,在CO_(2)RR测试中发现催化剂层的厚度是影响CO_(2)和电解质传质的关键因素.通过调整催化层厚度,CO_(2)和电解质可以同时到达催化剂表面,参与到CO_(2)RR中,实现了气-液平衡扩散,有效抑制了氢析出副反应.在晶界效应和气-液平衡扩散的协同作用下,优化后的电极在电流密度为700 mA cm^(-2)时,对C_(2)H_(4)和C_(2+).产物的法拉第效率分别高达67.2%和82.1%.此外,C_(2)H_(4)的部分电流密度可高达505 mA cm^(-2),高于大多数文献报道的结果.原位拉曼光谱和衰减全内反射表面增强红外吸收光谱结果表明,丰富的晶;界结构增强了CO_(2)在催化剂表面的活化,显著促进了*CO中间体的形成和吸附,加速了C-C偶联过程形成*OCCO和*OCCOH中间体,提高了C_(2)H_(4)和其他C_(2+)产物的产率.综上,本文设计了一种高活性Cu催化剂和电极结构,为高效电催化CO_(2)还原为C_(2)H_(4)等C_(2+)产物提供参考.

摘要：近几十年来,材料的细晶强化研究大量开展。在一般晶粒尺寸范围内,材料的强度随晶粒尺寸的变化是符合Hall-Petch关系的,但在纳米晶体材料中出现了偏离甚至反Hall-Petch关系的现象,因此Hall-Petch关系的使用具有一定的局限性。文章从塑性变形理论出发,建立了晶界强化数学模型,通过该模型,研究了晶粒大小、晶界厚度及晶界体积百分数、晶界能、弹性模量与多晶体材料强度的关系,发现除了晶粒大小及晶界厚度影响材料强度之外,弹性模量、晶界能越大,多晶体材料的强度越高。

摘要：许多实验结果表明晶界对多晶材料的力学性能产生很大影响.本文简要总结了研究晶界结构及其对多晶材料力学性能的影响方面的理论和实验工作.第一部分介绍了描述晶界结构的各种模型,包括小角晶界位错模型,大角晶界重合点阵模型、O点阵模型和位移移动重位点阵理论,还讨论了晶界原子和电子结构,以及晶界结合力和晶界能.第二部分总结了晶界结构对力学性能的影响,包括强度,断裂韧度,蠕变,疲劳,沿晶断裂(应力腐蚀开裂,氢脆,液态金属腐蚀等).文中还介绍了最近发展起来的利用控制晶界结构改进多晶材料力学性能方面的新成果,晶界设计和毫微晶材料.

摘要：冲击波跨越晶界过程中的应力分配机制对于深入理解冲击波与多晶金属材料的相互作用现象和塑性机理有重要意义。为探明该机制,采用分子动力学,对4种面心立方(FCC)晶格金属展开研究,细致统计分析了冲击波在单晶金属{100}晶面内随晶向角变化的应力生成特征及冲击波跨过单一晶界前后的应力状态和大小关系。结果表明:(1)垂直和平行于冲击波运动方向的应力分量随晶向角呈现不同的变化特征,这种应力生成差异的根源来自晶格原子排列导致的受力差异和原子间作用力机制,而其生成差异的结果恰恰是不同晶向塑性差异的主要原因;(2)弹性冲击波跨过单一晶界前后的应力状态存在一定的分配转换关系,由一个独立的应力分配张量D确定,不同FCC晶格元素的D张量形式一致,系数差异小,具有一定的通用特征;(3)验证表明,对于给定的FCC晶格金属,D具有一致的可预测特性,反映了冲击波与晶格相互作用的本质特征。

摘要：固体在机械振动过程中由于材料内部原因引起的能量损耗称为内耗。晶界内耗峰是我国科学家葛庭燧于1947年用他发明的"葛氏扭摆"在多晶纯铝中发现的。晶界内耗峰和相关的滞弹性效应可以用滞弹性理论和粘滞性滑动模型给予合理的解释。这个内耗峰已被广泛地用来研究晶界的动力学行为,杂质在晶界的偏聚,以及材料科学中相关的问题。以往晶界内耗的研究大多数是用多晶试样进行的,其中包含了不同类型晶界的贡献。由于不同类型晶界的结构和性质不同,因而多晶试样中的晶界内耗只能反映不同晶界的"平均效应",它的具体机制也难以解释清楚。二十一世纪以来,人们对双晶试样(其中只包含单一晶界)中的晶界内耗进行了比较细致的研究。实验结果表明,晶界内耗可以反映不同类型晶界的"个性",因而可以应用于"晶界的设计和控制"(或称"晶界工程")。此外,新近还发现了晶界内耗中的"耦合效应"和"补偿效应"。这些发现加深了对晶界内耗机制的认识。本文首先对以往多晶试样中的晶界内耗研究做一个简要的概述,然后介绍近年来双晶试样中晶界内耗研究的新进展,并对晶界内耗的微观机制和应用前景进行分析和展望。