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中科院合肥研究院在金屬Al/Al2Cu界面局域結構研究方面取得進展

發布時間:2020/2/13編輯:Ma Liang 人氣:2189


  【阿儀網 實驗室動態】近期,中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所研究員張永勝課題組在金屬Al/Al2Cu界面局域結構研究中取得新進展,研究發現界面處局域幾何結構的畸變對溶質元素 (Si、Mg、Zn) 的偏析行為有著不可忽視的影響 (圖1)。相關結果以Effects of local geometry distortion at the Al/Al2Cu interfaces on solute segregation 為題發表在Physical Chemistry Chemical Physics 期刊上。
  鋁基合金材料由于具有高強度、低密度等優異的綜合性能而廣泛應用于航空航天、交通運輸、汽車工業等領域。材料中的界面對提高材料的各項性能起著至關重要的作用。Al-Cu所形成的合金在190-230℃的溫度范圍內會在Al中析出Al2Cu,析出相可以有效地提高鋁合金的強度。相關實驗發現基體Al和析出相Al2Cu之間會同時形成共格和半共格界面,溶質元素Si、Mg、Zn在Al/Al2Cu界面處表現出不同的偏析行為。然而,相應的DFT-PAW理論計算的結果(溶質偏析能)和實驗觀察(溶質濃度)不符,這嚴重影響了計算預測的可靠性。
  為了有效地研究Al和Al2Cu之間的界面對摻雜原子(Si、Mg、Zn)偏析的影響,張永勝課題組采用了LCAO NCPP的計算方法,結果發現界面處 (尤其是半共格界面) 局域幾何結構畸變對溶質的偏析能具有很大的影響,其結果能夠很好地解釋實驗觀察:比如圖2 (c)中,LCAO NCPP計算的Si在半共格界面兩側θiˊ和Ali處的偏析能基本相同,這與圖2(b)中實驗上觀察到的Si在Al和Al2Cu兩側接近的濃度相吻合;而傳統的DFT-PAW計算方法 (圖2(d))顯示,Si在Al2Cu側的偏析能比Al側的低,這是由于PAW方法在計算過程中固定了晶格對稱性所造成。進一步的計算發現界面處的晶格失配度也對偏析能起著不可忽略的影響(圖2(e)):隨著半共格界面失配度的降低,Si和Mg在半共格界面處偏析能的差別也逐漸減小,接近實驗觀察的結果。該理論計算結果不但很好地解釋了實驗現象,為今后更深入而準確地研究界面的微觀結構和性質提供幫助,也為將來通過界面設計調控材料性能做了良好的鋪墊。
  該項工作得到國家自然科學基金資助,所有計算都在中科院超算中心合肥分中心完成。

【相關資料】

中國科學院合肥物質科學研究院:中國科學院合肥物質科學研究院(Hefei Institute of Physical Science,Chinese Academy of Sciences)成立于2003年5月,可追溯至2001年11月由原中國科學院合肥分院及安徽光學精密機械研究所、等離子體物理研究所、固體物理研究所合并而成的中國科學院合肥研究院;2003年5月,正式批復合并為中國科學院合肥物質科學研究院;2004年4月,合肥智能機械研究所劃歸該研究院。
中國科學院合肥物質科學研究院的主要學科有等離子體物理與磁約束核聚變、強磁場科學與技術、材料物理與納米技術、大氣光學與遙感、環境光學與技術、仿生感知與智能系統、激光材料與技術、超導電工與節能應用、離子束生物工程、智能農業信息技術、太陽能材料與工程等。
截至2014年底,該研究院占地面積2.65平方公里,建有10個直屬研究所,1個國家工程中心,17個省部級重點實驗室/工程中心;共有在職職工2408人,在學研究生1361人,在站博士后90余人。

微信號:ayiwangapp17

(來源: 中國科學院科技產業網 )

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