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Quasi-two-dimensional strong liquid-like dynamics of surface atoms in metallic glasses

Science China(Physics,Mechanics & Astronomy) 2024年第3期67卷 102-109页

作者： Bing Wang xuanqiao gao Rui Su Pengfei Guan School of Physical Science and Technology Northwestern Polytechnical UniversityXi'an 710072China Innovation Center NPU Chongqing Northwestern Polytechnical UniversityChongqing 401135China School of Mechanics Civil Engineering and ArchitectureNorthwestern Polytechnical UniversityXi'an 710072China Northwest Institute for Nonferrous Metal Research Xi'an 710016China Institute of Advanced Magnetic Materials College of Materials and Environmental EngineeringHangzhou Dianzi University Hangzhou 310018China Beijing Computational Science Research Center Beijing 100093China

The fast dynamic properties of the surface of metallic glasses(MGs) play a critical role in determining their potential applications. However, due to the significant difference in thermal history between atomic simulation models and laboratory-made samples, the atomic-scale behaviors of the fast surface dynamics of MGs in experiments remain uncertain. Herein, we prepared model MG films with notable variations in thermal stability using a recently developed efficient annealing protocol, and investigated their atomic-scale dynamics systematically. We found that the dynamics of surface atoms remain invariant, whereas the difference in dynamical heterogeneity between surface and interior regions increases with the improvement of thermal stability. This can be associated with the more pronounced correlation between atomic activation energy spectra and depth from the surface in samples with higher thermal stability. In addition, dynamic anisotropy appears for surface atoms, and their transverse dynamics are faster than normal components, which can also be interpreted by activation energy spectra. Our results reveal the presence of strong liquid-like atomic dynamics confined to the surface of laboratory-made MGs, illuminating the underlying mechanisms for surface engineering design, such as cold joining by ultrasonic vibrations and superlattice growth.

关键词： metallic glasses thermal stability invariant surface dynamics potential energy landscape dynamic anisotropy and heterogeneity

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金属玻璃弛豫行为及其机理的模拟研究进展

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稀有金属材料与工程 2024年第1期53卷 70-77页

作者：王兵高选乔乔吉超西北工业大学物理科学与技术学院陕西西安710072 西北工业大学重庆科创中心重庆401135 西北有色金属研究院陕西西安710016 西北工业大学力学与土木建筑学院陕西西安710072

金属玻璃的弛豫动力学研究非常复杂,极具挑战性。弛豫(α弛豫、慢β弛豫和快β弛豫)发生在不同的温度下。利用模拟可观测微观原子信息的优势,评述了模拟中3种典型弛豫的特征和机理,并讨论了它们对材料力学性能的影响。讨论了近年来通过... 详细信息

金属玻璃的弛豫动力学研究非常复杂,极具挑战性。弛豫(α弛豫、慢β弛豫和快β弛豫)发生在不同的温度下。利用模拟可观测微观原子信息的优势,评述了模拟中3种典型弛豫的特征和机理,并讨论了它们对材料力学性能的影响。讨论了近年来通过模拟方法获得的与弛豫相关的动力学、结构和物理机理方面的研究进展。本综述有助于认识玻璃的本质,建立玻璃材料的动力学-结构-性能关联。

关键词：金属玻璃弛豫行为动力学结构机制

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定向凝固Al_(7)(CoCrFeMnNi)_(93)高熵合金微观组织演化及单晶生长

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稀有金属材料与工程 2024年第6期53卷 1616-1625页

作者：王强力钟宏李斗郑晗煜胡忠武高选乔张文李双明西北工业大学凝固技术国家重点实验室陕西西安710072 西北有色金属研究院陕西西安710016

采用定向凝固技术研究了Al_(7)(CoCrFeMnNi)_(93)高熵合金微观组织的演化规律,以自然竞争生长法制备出胞状和树枝状亚结构单晶体,并研究了亚结构和取向对高熵合金单晶体纳米力学性能的影响。结果表明,Al_(7)(CoCrFeMnNi)_(93)高熵合金... 详细信息

采用定向凝固技术研究了Al_(7)(CoCrFeMnNi)_(93)高熵合金微观组织的演化规律,以自然竞争生长法制备出胞状和树枝状亚结构单晶体,并研究了亚结构和取向对高熵合金单晶体纳米力学性能的影响。结果表明,Al_(7)(CoCrFeMnNi)_(93)高熵合金在定向凝固过程中界面更容易失稳,其平-胞界面转变速率小于1μm/s,胞-枝界面转变速率范围约为2~5μm/s。合金的一次、二次枝晶间距均随着定向凝固速率增加而逐渐减小,并分别与抽拉速率满足指数关系。定向凝固后,该合金枝晶干区域富集Co、Cr和Fe元素,而熔点较低的Mn、Ni和Al元素倾向于富集枝晶间区域。以自然竞争法获得的胞状、树枝状亚结构单晶的取向分别为[214]和[213]。纳米力学性能数据表明偏析行为造成的亚结构对单晶体的弹性模量和硬度影响较小,而晶体取向对单晶体的弹性模量影响较大,对硬度值影响较小。

关键词：定向凝固高熵合金微观组织演化亚结构单晶生长

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Mo-14Re钼铼合金高温压缩耦合内变量的本构模型建立

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稀有金属材料与工程 2024年第5期53卷 1343-1348页

作者：杨俊宙王世臣王先俊王智轩王力邢海瑞胡卜亮高选乔张文胡平王快社西安建筑科技大学冶金工程学院陕西西安710055 功能材料加工国家地方联合工程研究中心陕西西安710055 西安建筑科技大学机电工程学院陕西西安710055 西北有色金属研究院陕西西安710016

为研究Mo-14Re钼铼合金高温流变行为及其跨尺度表征,采用Gleeble热模拟试验机对钼铼合金棒材进行了高温压缩试验,选取的温度为1400、1500、1600℃,应变速率为0.01、0.1、1、10 s^(-1)。结果表明,高温和低应变率变形时,应变率敏感因子逐... 详细信息

为研究Mo-14Re钼铼合金高温流变行为及其跨尺度表征,采用Gleeble热模拟试验机对钼铼合金棒材进行了高温压缩试验,选取的温度为1400、1500、1600℃,应变速率为0.01、0.1、1、10 s^(-1)。结果表明,高温和低应变率变形时,应变率敏感因子逐渐增大,材料塑性流动性能也就越好,且变形过程中应力硬化和软化2种现象同时存在。在此基础上,建立了跨尺度本构模型,流变应力表征考虑了与不动位错的阻力、热激活、晶界效应的微观剪切应力,微观组织演变考虑了晶粒尺寸、位错密度、动态再结晶率以及裂纹体积分数等微观组织演变。随后基于遗传算法确定了模型中的材料参数,屈服应力、晶粒尺寸和流变应力的模型计算值与试验结果吻合,可知该模型可以描述Mo-14Re钼铼合金在高温变形时流变行为及其微观组织演变。

关键词： Mo-14Re合金压缩变形本构方程跨尺度

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粉末冶金Mo–14Re合金热变形行为及微观组织演变

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粉末冶金技术 2024年第3期42卷 297-303页

作者：薛建嵘林小辉李延超梁静张新高选乔杨毅超张文西北有色金属研究院西安710016

通过Gleeble 1500热模拟试验机对粉末冶金法制备的Mo–14Re合金进行了恒应变速率压缩实验,分析了变形温度(1100~1400℃)和应变速率(0.100~0.001 s-1)对流变应力及组织演变的影响,并采用双曲正弦型Arrhenius模型建立了Mo–14Re合金的本... 详细信息

通过Gleeble 1500热模拟试验机对粉末冶金法制备的Mo–14Re合金进行了恒应变速率压缩实验,分析了变形温度(1100~1400℃)和应变速率(0.100~0.001 s-1)对流变应力及组织演变的影响,并采用双曲正弦型Arrhenius模型建立了Mo–14Re合金的本构方程。结果表明:随着变形温度升高或者应变速率降低,粉末冶金Mo–14Re合金在热变形过程的流变应力也随之减小,真应力–真应变曲线表现出明显的加工硬化和动态软化现象。动态软化行为主要归结于粉末冶金Mo–14Re合金热压缩变形处于低应变速率(0.010 s-1和0.001 s-1)或较高变形温度(>1200℃)时发生的动态再结晶,形核方式为晶界凸出形核,随着应变速率的降低或温度的升高,再结晶程度不断增加,晶粒不断长大,当温度为1400℃,应变速率为0.001 s-1时,完全再结晶完成。

关键词： Mo–14Re合金热变形本构方程显微组织

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The relationship between slip behavior and dislocation arrangement for large-size Mo-3Nb single crystal at room temperature

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Journal of Materials Science & Technology 2021年第33期92卷 208-213页

作者： Benqi Jiao Qinyang Zhao Yongqing Zhao Laiping Li Zhongwu Hu xuanqiao gao Wen Zhang Jianfeng Li School of Materials Science and Engineering Northeastern UniversityShenyang 110819China School of Material Science and Engineering Chang'an UniversityXi’an 710064China Northwest Institute for Nonferrous Metal Research Xi’an 710016China

The slip behavior and mechanism of large-size Mo-3Nb single crystal have been investigated and disclosed comprehensively at room temperature by quasi-static compression with various *** the increase of deformation,the slip traces change from shallow non-uniform slip lines to dense and uniform slip *** slip traces in the same deformation condition were observed,suggesting that the slip traces in the single crystal are controlled by different types and arrangement mechanisms of mobile *** clarify the relationship between slip behavior and dislocation arrangement,TEM and AFM analyses were *** discrepancy between the mobility of screw segments and edge segments caused by double cross-slip multiplication mechanism is the reason why different slip features were *** the whole slip deformation process,screw dislocations play a dominant role and they are inclined to form wall-substructures by interaction and *** the development of dislocation accumulation,the entangled dislocation walls evolve into dislocation cells with higher stability.

关键词： Mo-3Nb single crystal Slip behavior Dislocation Cross-slip Substructure evolution mechanism

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钨单晶纳米压痕尺寸效应研究（英文）

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稀有金属材料与工程 2017年第12期46卷 3626-3632页

作者：张文高选乔张平祥胡忠武李来平程军西北工业大学陕西西安710072 西北有色金属研究院陕西西安710016

利用纳米压痕仪和扫描探针显微镜对高纯钨单晶的载荷-位移曲线、弹性模量、压痕形貌、纳米硬度-加载深度以及弹性回复率的变化情况进行了研究。结果表明,W(111)晶面在加载和卸载过程中分别经历了弹性变形和塑性变形阶段,荷载-位移曲线... 详细信息

利用纳米压痕仪和扫描探针显微镜对高纯钨单晶的载荷-位移曲线、弹性模量、压痕形貌、纳米硬度-加载深度以及弹性回复率的变化情况进行了研究。结果表明,W(111)晶面在加载和卸载过程中分别经历了弹性变形和塑性变形阶段,荷载-位移曲线未出现不连续现象,表明在加载过程中压痕内部未产生裂纹或脆性断裂;钨单晶的残余压痕表现出堆积形貌,表明钨单晶有较低的加工应变硬化趋势;采用连续刚度法测量了钨单晶的纳米压痕硬度以及弹性模量,结果表明,钨单晶纳米压痕硬度和弹性模量存在尺寸效应,即随着加载深度的增加,单晶的纳米压痕硬度和弹性模量减小;采用Nix-gao模型对钨单晶的纳米压痕力学特征进行了分析,计算了钨单晶的微观特征长度(h*)为1490 nm,无压痕尺寸效应时的纳米硬度值(H0)为6.79 GPa,尺寸效应因子(m)为0.18,即压入深度小于1490 nm时,钨单晶具有明显的尺寸效应,当压入深度超过1490 nm时,尺寸效应将减弱。当压入深度超过2450 nm时,钨单晶的纳米尺寸效应将消失。

关键词：钨单晶纳米压痕弹性模量压痕尺寸效应

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Mo-Nb单晶的热变形行为及本构方程

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稀有金属材料与工程 2018年第1期47卷 207-213页

作者：张文张平祥李来平程军胡忠武高选乔赵彬西北工业大学陕西西安710072 西北有色金属研究院陕西西安710016

采用Gleeble-3800热模拟试验机对Mo-Nb单晶材料的高温流变应力变化规律进行了热模拟实验研究,变形温度区间为1100~1300℃,应变速率为0.001~10 s^(-1),变形程度为50%,真应变量为0.7。结果表明,变形温度和变形速率对Mo-Nb单晶材料的流变... 详细信息

采用Gleeble-3800热模拟试验机对Mo-Nb单晶材料的高温流变应力变化规律进行了热模拟实验研究,变形温度区间为1100~1300℃,应变速率为0.001~10 s^(-1),变形程度为50%,真应变量为0.7。结果表明,变形温度和变形速率对Mo-Nb单晶材料的流变应力有较大影响,Mo-Nb单晶材料的真应力-真应变曲线表现出峰值、应变软化和稳态流动等特征。采用修正Arrhenius双曲正弦函数建立了Q、A、n、α等材料常数与真应变的函数关系式,计算了在试验条件下的各种材料参数,推导了Mo-Nb单晶材料高温变形本构方程。

关键词： Mo-Nb单晶本构方程热压缩

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Record-high efficiency perovskite LEDs achieved by accelerating radiative recombination

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Science China Materials 2024年第9期67卷 3039-3040页

作者： Feng gao Department of Physics Chemistry and BiologyLinköping UniversityLinköping58183Sweden

Light-emitting diodes(LEDs)have revolutionized the lighting and displays due to their superior energy *** increasing demand for more efficient and brighter thin-film LEDs in flat-panel displays and solid-state lighting applications has driven extensive research into perovskite materials,which show great promise for high brightness and efficiency.

关键词： lighting radiative high

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Mo-Nb单晶材料的加工图及热变形行为（英文）

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稀有金属材料与工程 2018年第2期47卷 485-490页

作者：张文高选乔程军胡忠武李来平赵彬张平祥西北工业大学陕西西安710072 西北有色金属研究院陕西西安710016

运用Prasad失稳准则建立了Mo-Nb单晶材料的加工图,研究了材料在1100~1300℃,应变速率0.001~10s^(-1)范围内的热变形特征。结果显示,变形温度和应变速率对Mo-Nb单晶材料的流变应力有着显著的影响。材料的加工图表明,Mo-Nb单晶的最佳热变... 详细信息

运用Prasad失稳准则建立了Mo-Nb单晶材料的加工图,研究了材料在1100~1300℃,应变速率0.001~10s^(-1)范围内的热变形特征。结果显示,变形温度和应变速率对Mo-Nb单晶材料的流变应力有着显著的影响。材料的加工图表明,Mo-Nb单晶的最佳热变形条件为变形温度>1190℃和应变速率>3.16 s~–1。材料的显微组织表明,在1150℃/10s^(-1)和1100℃/0.01 s^-1变形条件下,变形后的样品内部出现了大量的裂纹,且裂纹区域面积较大;经1250℃/0.01 s-1变形的样品,内部只有局部位置出现少量裂纹;1300℃/10s^(-1)变形的样品内部未发现明显的裂纹。X射线衍射结果显示,经1300℃/10s^(-1)变形后的样品仍保持相对较好的单晶组织。表明在1300℃/10s^(-1)变形条件下,样品在变形过程中没有发生变形失稳,这与采用加工图预测的结果相符。

关键词： Mo-Nb单晶材料加工图热模拟压缩

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