摘要：近α型高温钛合金室温抗拉强度一般小于1200 MPa,600℃高温抗拉强度不超过750 MPa。在近α型高温钛合金Ti65团簇式α-{[Al-Ti_(12)](AlTi_(2))}_(12)+β-{[Al-Ti_(14)](Mo_(0.08)Si_(0.4)Nb_(0.1)Ta_(0.32)W_(0.14)Sn_(0.96)Zr_(1))}5基础上,本工作将β-Ti结构单元中的元素部分替换,用Zr元素取代部分Ti元素,以提升β相高温稳定性,从而改变α和β相团簇式比例,设计出成分式为α-{[Al-Ti_(12)](AlTi_(2))}x+β-{[Al-Ti_(13)Zr_(1)](Mo_(0.12)_(5)Si_(0.5)Nb_(0.125)Ta_(0.5)W_(0.25)Sn_(0.5)Zr_(1))}(17-x)(x=11、12、13和14)系列合金,其铸态组织为板条α相与残余β相组成的网篮组织。随着β相团簇个数增加,α相片层逐渐变细,抗拉强度升高。其中,当x=11时,合金名义成分为Ti-5.3Al-2.5Sn-7.6Zr-0.5Mo-0.5Nb-3.8Ta-0.6Si-1.9W(质量分数),室温抗拉强度高达1334 MPa,分别比锻造态IMI834和ZTi65合金提高28%和21%,断后伸长率仅为1.3%,低于锻造态IMI834和ZTi65合金。该合金在600°C高温抗拉强度为856 MPa,分别比锻造态IMI834和ZTi65合金提高26%和37%,断后伸长率相同。

摘要：利用团簇+连接原子模型设计Ni-Nb基三元块体非晶成分.首先,解析出二元共晶点Ni_(59.5)Nb_(40.5)的团簇式[(Ni_(0.5)Nb_(0.5))-Ni_6Nb_6]Ni_3,其中,(Ni_(0.5)Nb_(0.5))Ni_6Nb_6为源自Ni_6Nb_7(Fe_7W_6型)共晶相的以(Ni_(0.5)Nb_(0.5))为心的二十面体团簇.相应的,具有最大非晶形成能力的Ni-Nb二元成分Ni_(62)Nb_(38)可描述成团簇式[Ni-Ni_6Nb_6]Ni_3,此时,二十面体团簇的中心位置完全由Ni占据.以[Ni-Ni_6Nb_6]Ni_3二元非晶团簇式为基础,通过引入第3组元Zr,Ta或Ag,设计出具有更高非晶形成能力的Ni-Nb-(Zr,Ta,Ag)三元合金,利用水冷铜模吸铸方法获得临界直径为3 mm的块体非晶.热分析和力学测试表明这些三元块体非晶具有较高的热稳定性,其中[Ni-Ni_6Nb_5Ta]Ni_3具有最高的玻璃转变温度T_g(935 K)和晶化温度T_x(952 K);这些三元块体非晶具有一定的塑性变形能力(延伸率约为0.3%),[Ni-Ni_6Nb_5Zr]Ni_3和[Ni-Ni_6Nb_5Ta]Ni_3块体非晶的压缩断裂强度分别达到3.2和3.4 GPa.

摘要：利用团簇成分式方法设计系列低密度Co基高温合金[Al-(Co_(8)Ni_(4))]((Al_(0.5)(Ti/Nb/Ta)_(0.5)Mo_(0.5))(Mo_(0.5)Cr_(0.5)Co_(0.5)))(=Co_(8.5)Ni_(4)Al_(1.5)Mo_(1.0)Cr_(0.5)(Ti/Nb/Ta)_(0.5)),采用真空非自耗电弧炉制备合金铸锭,并对其在1300℃固溶15 h,在900℃下进行长期时效处理,进而对时效态样品进行微观组织表征和力学性能测试.结果表明,当Ti/Nb/Ta,Ti/Nb和Ti/Ta以等物质的量比匹配时,3种合金的微观组织均表现为立方形γ′相均匀地分布在γ基体中,这取决于合金适中的γ/γ′点阵错配度(0.27%—0.34%).在900℃长期时效过程中,3种合金中的γ′相均具有较小的粗化速率,且合金的显微硬度随时效时间基本不发生变化(275—296 HV);尤其(Ti/Ta)_(0.5)合金具有最高的γ/γ′共格组织稳定性,时效500 h后γ′相粗化最慢,并在晶界处无其他第二相粒子析出,而在其他合金的晶界附近均析出针状和颗粒状的第二相粒子.

摘要：提出了一个极限固溶体合金的团簇模型,在此基础上优化设计了添加Fe和Mn的Ni_(30)Cu_(70)(原子分数,%)固溶体合金成分.在该模型中,固溶的Fe和Mn以Ni为第一近邻形成12配位立方八面体原子团簇(Fe_(1-x)Mn_x)Ni_(12)而分散到Cu基体中,因此极限固溶体合金成分为[M_(1/13)Ni_(12/13)]_(30)Cu_(70)=[(Fe_(1-x)Mn_x)Ni_(12)]Cu_(30.3),M=(Fe_(1-x)Mn_x).采用X射线衍射和电化学腐蚀测试等方法,研究了[(Fe_(1-x)Mn_x)Ni_(12)]Cu_(30.3)合金的微观组织与耐腐蚀性能的关系.实验结果表明,对应于极限固溶体状态的[(Fe_(0.75)Mn_(0.25))Ni_(12)]Cu_(30.3)合金,在3.5%NaCl溶液中具有相对好的耐腐蚀性能.

摘要：热激活延迟荧光(TADF)作为一种特殊的分子荧光机制,对于提高发光效率有着重要意义.以C_(60)和C_(70)为代表的碳富勒烯具有高对称结构和离域π电子,被广泛证明具有显著的TADF效应;相比之下,其他类富勒烯团簇的光物理性质尚不清楚.本文利用含时密度泛函理论探索了一系列类富勒烯团簇的激发态性质,包括实验合成的具有不同尺寸的氮化硼笼型团簇B_(12)N_(12),B_(24)N_(24)和B_(36)N_(36),以及与B_(12)N_(12)结构相同、元素组成不同的B_(12)P_(12),Al_(12)N_(12)和Ga_(12)N_(12).计算结果表明,这些类富勒烯化合物团簇具有2.83—6.54 eV的能隙,主要吸收紫外光,荧光发射波长在可见光区间,包括红光、橙光、蓝光和紫光.它们的第一激发单重态和三重态的能量差较小(ΔEST<0.29 eV),因此可能通过系间窜越和反系间窜越发生TADF过程.导致ΔEST较低的原因是这些化合物团簇的最高占据分子轨道和最低未占据分子轨道分布在不同的元素上,使得二者重叠度较低.这些理论结果揭示了类富勒烯团簇的发光性质和可能的荧光机理,为寻找和设计稳定高效的发光材料提供了重要指导.

摘要：过渡金属酞菁分子作为二维有机金属框架材料的重要构建单元,在光学、电子学、磁学等领域展示了潜能.经理论预测,一系列具有kagome晶格的二维磁性过渡金属酞菁框架材料(kag-TMPc)在自旋电子学、光电子学领域具有应用前景.本文采用第一性原理计算,研究了叠状kag-TMPc基异质结中层间耦合对电磁性质的影响.结果表明kag-MnPc基异质结能够保持单层材料的带隙特性,带隙在0.17 eV左右,其中AA和AB堆垛的kag-MnPc/ZnPc为铁磁性半导体,磁交换能量在40 meV以上;kag-MnPc/MnPc在从AA堆叠转变至AB堆叠的过程中,由磁性半金属变成为磁性半导体.特别地, AB堆叠的kag-CuPc/CoPc异质结具有亚铁磁半导体特征,并且能带排列方式与层间距相关:层间距在平衡位置时,两个自旋方向能带排列均为Ⅰ型;当层间距增大0.2?时,在自旋向上能带为Ⅰ型能带排列,自旋向下为Ⅱ型能带排列,具备自旋相关的光电“开关”特性.本文的结果表明,层间耦合效应是调控二维磁性有机材料电子性质的有效方式,为设计磁场调制的新型电磁和光电器件提供了理论参考.

摘要：合金成分设计对于研发高性能复杂合金材料至关重要,是实现新材料研发由经验指导实验的传统模式向理论预测、实验验证的新模式转变的关键环节.总结了合金研发中常用设计方法的应用领域及存在的局限性,包括Hume-Rothery规则、电子理论、当量法、计算机模拟等.详细介绍了我们提出的基于固溶体局域短程序结构的团簇成分式设计方法.该方法建立在团簇加连接原子稳定固溶体结构模型基础上,其在不同复杂合金体系中的成功应用表明了该方法的普适性,为多元复杂合金成分设计提供了一种简单、精确的途径.

摘要：基础成分是镍基高温合金向多元合金演化的关键。因此,以Ni-20%Cr(20%为质量分数)合金为基础,以Al为合金化元素,利用团簇模型设计5种具有代表性的基础合金成分。系统分析激光增材制造非平衡凝固条件下合金组织和性能随成分的演化规律。结果表明,随着Al含量的增加,沉积态合金的基体组织逐渐由γ-Ni固溶体向γ′-NiAl有序相转化,而沿晶界分布的α-Cr固溶体在数量稳定增加的同时,其形态也由颗粒状变为链条状,且在Al含量(原子数分数)为25.0%时被γ′-NiAl+γ-Ni离异共晶组织所取代。合金强化机制由固溶强化向沉淀强化的转变,致使沉积态合金的硬度和强度随着Al含量的增加而逐渐增强,而塑性则逐渐降低。增加Al的含量有利于提高沉积态合金的抗高温氧化性能,但过高Al含量会损害合金的可焊性。因此,优质基础合金中Al的含量应限制在12.5%~18.5%范围内,以使合金兼有良好的力学性能、高的抗高温氧化性和好的可焊性。

摘要：利用团簇结构模型设计了五种不同Nb含量的Ti-Zr-Nb合金,并在纯钛基板上进行了激光定向能量沉积试验。系统分析了Nb含量对沉积态合金凝固组织和性能的影响规律。结果表明,不同成分沉积态合金均由单相的β-Ti近等轴晶组成。但随着Nb含量的增加,其在β-Ti中的固溶量增加,合金成分过冷度增大,因此β-Ti晶格畸变增大,晶粒细化。受组织演化的影响,沉积态合金的力学、摩擦磨损和耐蚀性能随Nb含量的增加呈现出递增的变化趋势,而成形性呈现出递减的变化趋势。因此,应将Nb含量(原子数分数)限制为3.75%~5.00%,以使合金的力学、摩擦学、化学与成形性能之间实现良好的平衡。

摘要：近年来,随着航空航天发动机的持续发展,对其关键热端部件的承温能力要求越来越高,而高温合金共格组织热稳定性是影响其力学性能的关键因素,本工作在团簇成分式[Al-Ni_(12)](Al_(1)(Ti,Nb,Ta)_(0.5)(Cr,Mo,W)_(1.5))基础上,保持其他元素含量不变,改变Cr、Mo、W的含量设计了系列镍基高温合金(含Cr_(1.0)Mo_(0.5)的S1-CM、Cr_(1.0)W_(0.5)的S2-CW和含Cr_(0.7)Mo_(0.4)W_(0.4)的S3-CMW),研究Cr、Mo、W含量变化对合金γ/γ′共格组织热稳定性的影响。采用非自耗真空电弧炉制备合金铸锭,并对其在1300℃固溶15 h后在900℃下进行长期时效处理,并对时效态样品进行微观组织表征和力学性能测试。结果表明,这3个合金的微观组织均表现为高体积分数(f>70%)的γ′粒子均匀地分布在fcc-γ基体中。其中,S1-CM和S2-CW合金在900℃、50 h时效后γ′粒子形貌均呈椭球形,而S3-CMW合金则表现为方形,这是由于后者具有更负的γ/γ′点阵错配度(后者δ=-0.47%,前者δ=-0.25%~-0.33%)。500 h长期时效后,各合金中的γ′粒子形貌没有发生变化,且都具有较慢的粗化速率(K=10~18 nm^(3)/s);尤其S3-CMW合金表现出最高的γ/γ′共格组织稳定性(γ′粒子的粗化速率K=10.02 nm^(3)/s),且晶界处的第二相粒子析出明显低于其他合金。系列合金的硬度基本不随时效时间发生变化,也进一步表明了共格组织的稳定性;其中S3-CMW合金的显微硬度为397~418 HV,时效200 h后的室温压缩屈服强度为818 MPa。