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中科院合肥研究院在金属Al/Al2Cu界面局域结构研究方面取得进展

2020/2/13编辑:Ma Liang 人气:1175


  【阿仪网 实验室动态】近期,中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所研究员张永胜课题组在金属Al/Al2Cu界面局域结构研究中取得新进展,研究发现界面处局域几何结构的畸变对溶质元素 (Si、Mg、Zn) 的偏析行为有着不可忽视的影响 (图1)。相关结果以Effects of local geometry distortion at the Al/Al2Cu interfaces on solute segregation 为题发表在Physical Chemistry Chemical Physics 期刊上。
  铝基合金材料由于具有高强度、低密度等优异的综合性能而广泛应用于航空航天、交通运输、汽车工业等领域。材料中的界面对提高材料的各项性能起着至关重要的作用。Al-Cu所形成的合金在190-230℃的温度范围内会在Al中析出Al2Cu,析出相可以有效地提高铝合金的强度。相关实验发现基体Al和析出相Al2Cu之间会同时形成共格和半共格界面,溶质元素Si、Mg、Zn在Al/Al2Cu界面处表现出不同的偏析行为。然而,相应的DFT-PAW理论计算的结果(溶质偏析能)和实验观察(溶质浓度)不符,这严重影响了计算预测的可靠性。
  为了有效地研究Al和Al2Cu之间的界面对掺杂原子(Si、Mg、Zn)偏析的影响,张永胜课题组采用了LCAO NCPP的计算方法,结果发现界面处 (尤其是半共格界面) 局域几何结构畸变对溶质的偏析能具有很大的影响,其结果能够很好地解释实验观察:比如图2 (c)中,LCAO NCPP计算的Si在半共格界面两侧θiˊ和Ali处的偏析能基本相同,这与图2(b)中实验上观察到的Si在Al和Al2Cu两侧接近的浓度相吻合;而传统的DFT-PAW计算方法 (图2(d))显示,Si在Al2Cu侧的偏析能比Al侧的低,这是由于PAW方法在计算过程中固定了晶格对称性所造成。进一步的计算发现界面处的晶格失配度也对偏析能起着不可忽略的影响(图2(e)):随着半共格界面失配度的降低,Si和Mg在半共格界面处偏析能的差别也逐渐减小,接近实验观察的结果。该理论计算结果不但很好地解释了实验现象,为今后更深入而准确地研究界面的微观结构和性质提供帮助,也为将来通过界面设计调控材料性能做了良好的铺垫。
  该项工作得到国家自然科学基金资助,所有计算都在中科院超算中心合肥分中心完成。

【相关资料】

中国科学院合肥物质科学研究院:中国科学院合肥物质科学研究院(Hefei Institute of Physical Science,Chinese Academy of Sciences)成立于2003年5月,可追溯至2001年11月由原中国科学院合肥分院及安徽光学精密机械研究所、等离子体物理研究所、固体物理研究所合并而成的中国科学院合肥研究院;2003年5月,正式批复合并为中国科学院合肥物质科学研究院;2004年4月,合肥智能机械研究所划归该研究院。
中国科学院合肥物质科学研究院的主要学科有等离子体物理与磁约束核聚变、强磁场科学与技术、材料物理与纳米技术、大气光学与遥感、环境光学与技术、仿生感知与智能系统、激光材料与技术、超导电工与节能应用、离子束生物工程、智能农业信息技术、太阳能材料与工程等。
截至2014年底,该研究院占地面积2.65平方公里,建有10个直属研究所,1个国家工程中心,17个省部级重点实验室/工程中心;共有在职职工2408人,在学研究生1361人,在站博士后90余人。

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(来源: 中国科学院科技产业网 )

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