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第一性原理研究取代基对含能材料撞击感度的影响

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原子与分子物理学报 2025年第3期42卷 124-134页

作者：黎红艳卢妹包恃缘刘福生刘正堂白志鑫刘其军西南交通大学物理科学与技术学院成都610031 西北工业大学凝固技术国家重点实验室西安710072

取代基的种类和位置会影响含能材料的分子结构和化学键强度,从而对其撞击感度产生影响.本文基于第一性原理计算方法分析了氨基基团和甲基基团对三硝基苯类含能材料撞击感度的影响.根据计算得到的弹性常数,通过Voigt-Reuss-Hill平均法计... 详细信息

取代基的种类和位置会影响含能材料的分子结构和化学键强度,从而对其撞击感度产生影响.本文基于第一性原理计算方法分析了氨基基团和甲基基团对三硝基苯类含能材料撞击感度的影响.根据计算得到的弹性常数,通过Voigt-Reuss-Hill平均法计算得到了几种含能材料的体积模量B、剪切模量G、杨氏模量E和泊松比v.接着,尝试通过分析氨基和甲基取代基的种类和数量对力学参数、能带结构、态密度等性质的影响.在一定程度下,氨基个数与撞击感度之间呈负相关,与禁带宽度呈正相关,可以通过比较带隙值来判断一组含氨基的多硝基芳烃材料的撞击感度大小关系.相较于氨基,甲基数量与力学性能的相关性较氨基取代基更好,甲基数量变化对材料的总态密度能量影响更大;甲基数量与材料的撞击感度之间没有相关性但与禁带宽度呈负相关,无法通过带隙值的大小来确定一组含甲基的硝基芳烃类含能材料的撞击感度大小关系.

关键词：含能材料撞击感度取代基力学性质电子性质

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碳族单质超导性的第一性原理研究

原子与分子物理学报 2025年第4期42卷 87-92页

作者：韩沛辰林永熠郑磊刘其军刘正堂高娟西南交通大学物理科学与技术学院成都610031 西北工业大学凝固技术国家重点实验室西安710072

同为第四主族的元素,碳、硅、锗、锡、铅具有相似的价电子排布,但超导性却并不相同.锡和铅在常压下即可实现超导,硅和锗则需要在高压下才具有超导性,而碳的常规晶体结构在常压和高压下均尚未发现其超导性.压力在很大程度上是通过改变晶... 详细信息

同为第四主族的元素,碳、硅、锗、锡、铅具有相似的价电子排布,但超导性却并不相同.锡和铅在常压下即可实现超导,硅和锗则需要在高压下才具有超导性,而碳的常规晶体结构在常压和高压下均尚未发现其超导性.压力在很大程度上是通过改变晶体结构和原子之间的位置进而影响其超导性,本论文基于密度泛函理论的第一性原理计算,对碳、硅、锗、锡、铅五种第四主族元素的单质的晶体结构、电子结构、声子性质以及超导性质进行系统地对比分析.计算结果表明费米能级附近的电子态密度越高,金属体系实现超导所需的压力越小.在具有金属性的体系中价带靠近费米能级处带隙的存在会使电子更容易局域在费米能级附近,从而增大费米能级附近电子态的数目并提高体系的超导性.此研究为探究超导机制并提高材料的超导性提供思路.

关键词：超导性第一性原理计算碳族元素电子结构

基于声发射技术研究木材表面裂纹对应力波能量衰减特性的影响

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森林工程 2025年第1期41卷 40-49页

作者：陈楚敏李明方赛银赵家龙沈志辉张志恒邓婷婷西南林业大学机械与交通学院昆明650224 安徽工程大学高端装备先进感知与智能控制教育部重点实验室安徽芜湖241000 安徽工程大学电气工程学院安徽芜湖241000

木材中的裂纹对应力波的传播特性具有不可忽略的影响,探究应力波的能量变化规律对木材中裂纹深度的识别具有重要意义。以樟子松木材作为试验材料,在不同的试件上制作不同数量的裂纹,并且裂纹深度从0逐渐增加至90 mm,每次的增量为10 mm... 详细信息

木材中的裂纹对应力波的传播特性具有不可忽略的影响,探究应力波的能量变化规律对木材中裂纹深度的识别具有重要意义。以樟子松木材作为试验材料,在不同的试件上制作不同数量的裂纹,并且裂纹深度从0逐渐增加至90 mm,每次的增量为10 mm。首先,利用声发射(acoustic emission,AE)传感器采集铅芯折断在试件表面产生的应力波,并对其进行时频特征分析。然后,基于离散小波分析,建立应力波在不同频段中的能量衰减模型。研究结果表明,随着裂纹深度的增加,暂态波中频率成分为125~250 kHz的AE信号占比显著减小;随着裂纹数量的增加,小波重构后的AE信号能量衰减模型中表示衰减程度的系数由0.73增加至1.09;此外,随着裂纹深度的增加,频段为31.25~62.5 kHz的小波信号能量衰减明显缓慢;利用能量衰减模型确定的裂纹区域可以覆盖实际裂纹的所在位置。

关键词：木材裂纹声发射能量小波变换应力波区域定位指数衰减

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H对Mg2Si力学性能影响的第一性原理研究

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物理学报 2019年第17期68卷 225-231页

作者：付正鸿李婷单美乐郭糠苟国庆西南交通大学先进材料教育部重点实验室

Al-Mg-Si系铝合金在氢环境服役时,因遭受氢损伤而导致力学性能退化.Mg2Si是Al-Mg-Si系铝合金主要的热处理强化相,其力学性能直接决定着Al-Mg-Si系铝合金的强度.本文采用基于密度泛函数理论的第一性原理计算方法,研究了间隙H原子对Mg2Si... 详细信息

Al-Mg-Si系铝合金在氢环境服役时,因遭受氢损伤而导致力学性能退化.Mg2Si是Al-Mg-Si系铝合金主要的热处理强化相,其力学性能直接决定着Al-Mg-Si系铝合金的强度.本文采用基于密度泛函数理论的第一性原理计算方法,研究了间隙H原子对Mg2Si力学性能的影响.首先计算了Mg2Si的单晶体弹性常数C11,C12和C44,在通过Hill模型计算了多晶体的弹性模量、泊松比及硬度,并进一步计算了H对Mg2Si晶粒拉伸性能的影响,最后对H原子掺杂引起的Mg2Si晶体态密度变化进行了分析.结果表明:H原子的引入显著降低Mg2Si晶体的剪切模量和弹性模量,从而使得体系强度、硬度降低,韧性提高.拉伸性能计算也表明H原子引起Mg2Si晶体断裂强度降低、断裂延伸率提高.态密度分析表明,Mg2Si晶体中引入氢原子,将引起Mg2Si晶体由半导体性质向金属性质的转变,从而造成体系强度、硬度的降低,韧性增加.本文计算结果可以为揭示以Mg2Si为增强相的材料在氢环境中强度降低机理提供参考依据.

关键词：第一性原理 Mg2Si 弹性性质态密度

Al2O3陶瓷动静态压缩下碎片形貌与破坏机理分析

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爆炸与冲击 2020年第2期40卷 47-56页

作者：谈瑞李海洋黄俊宇西南交通大学教育部先进材料与技术重点实验室

为探究Al2O3陶瓷的宏观力学响应与破坏机理,分别利用材料试验机和分离式霍普金森压杆对其进行准静态和动态压缩实验,同时通过原位光学成像观测试样的破坏过程,并利用同步辐射CT和扫描电镜(SEM)对回收碎片的尺寸和形状以及微观破坏模式... 详细信息

为探究Al2O3陶瓷的宏观力学响应与破坏机理,分别利用材料试验机和分离式霍普金森压杆对其进行准静态和动态压缩实验,同时通过原位光学成像观测试样的破坏过程,并利用同步辐射CT和扫描电镜(SEM)对回收碎片的尺寸和形状以及微观破坏模式进行表征分析。宏观强度数据表明,Al2O3陶瓷的抗压强度符合Weibull分布,且与加载应变率呈现指数增长关系。原位光学成像和SEM回收分析共同揭示了动静态加载下裂纹成核与扩展模式存在明显差异。准静态加载时材料微观上更易发生沿晶断裂,宏观表现为劈裂裂纹较少,且倾向于沿加载方向传播并贯穿整个试样;而动态加载时穿晶断裂占主导地位,劈裂裂纹明显增加并发生相互作用,因此在传播过程中容易分叉而形成大量次生裂纹,提高了试样内裂纹密度。这与碎片的CT表征结果一致,即碎片平均球形度和伸长、扁平指数等均随应变率对数线性增加。破坏模式的改变最终导致高应变率下陶瓷材料应变率敏感性显著增强。

关键词： Al2O3陶瓷应变率效应同步辐射CT 碎片形貌

原位合成TiB_2-TiC_(0.8)-SiC复相陶瓷的微观组织与性能研究

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无机材料学报 2013年第4期28卷 363-368页

作者：孙培秋朱德贵蒋小松孙红亮夏兆辉西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室成都610031

利用热压烧结方法原位合成了TiB2-TiC0.8-SiC复相陶瓷。通过光学显微镜(OM)、X射线衍射分析仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对材料物相组成和微观结构进行表征。研究了热压条件下烧结温度对材料物相组成、结构及力学性能的影响。结果表明... 详细信息

利用热压烧结方法原位合成了TiB2-TiC0.8-SiC复相陶瓷。通过光学显微镜(OM)、X射线衍射分析仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对材料物相组成和微观结构进行表征。研究了热压条件下烧结温度对材料物相组成、结构及力学性能的影响。结果表明:烧结温度在1700-1950℃范围内,随着温度的升高,材料的致密度、抗弯强度和断裂韧性都有显著改善。烧结温度为1900℃可得到完全致密的原位合成TiB2-TiC0.8-SiC复相陶瓷,材料的晶粒发育比较完善,条状TiB2和块状TiC0.8晶粒清晰可见。复合材料的维氏硬度、断裂韧性和弯曲强度分别达到23.6 GPa,(7.0±1.0)MPa.m1/2和470.9 MPa。当温度达到1950℃时,由于增强相TiB2晶粒长大,材料的强度降低。TiB2、TiC0.8与SiC颗粒协同,通过裂纹偏转、晶粒拔出、晶粒细化等机制对复合材料起到颗粒增强增韧的作用。

关键词：原位合成热压复相陶瓷 TiB2-TiC0 8-SiC

Ti_3SiC_2-64vol%SiC复相陶瓷高温氧化机理研究

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无机材料学报 2009年第4期24卷 821-826页

作者：唐会毅朱德贵刘博孙红亮西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室成都610031

采用热等静压原位合成了高致密的Ti3SiC2-64vol%SiC复相陶瓷.通过热重实验研究其在1100～1450℃中空气气氛的高温氧化行为和机理.研究显示,复相陶瓷的等温动力学曲线遵循抛物线型氧化或抛物线型-直线型氧化规律.SiC(64vol%)的引入显著... 详细信息

采用热等静压原位合成了高致密的Ti3SiC2-64vol%SiC复相陶瓷.通过热重实验研究其在1100～1450℃中空气气氛的高温氧化行为和机理.研究显示,复相陶瓷的等温动力学曲线遵循抛物线型氧化或抛物线型-直线型氧化规律.SiC(64vol%)的引入显著提高了Ti3SiC2-SiC材料的抗氧化能力.XRD及SEM-EDS分析显示,氧化膜由外层金红石型TiO2和非晶态SiO2组成,过渡层为TiO2与SiO2混合物.高温下(1400℃),非晶态SiO2的形成改变了TiO2膜的生长形态,形成致密TiO2膜,有效阻碍了氧的扩散.长时间氧化其抛物线速率常数比在1200℃下氧化低一个数量级.材料在1400℃下的抗氧化性能明显优于在1200℃下的抗氧化性能.

关键词： Ti3SiC2-64vol%SiC复相陶瓷氧化机制扩散机理热等静压

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正丙苯高温氧化机理的分子动力学模拟研究

高等学校化学学报 2023年第11期44卷 100-110页

作者：周子豪王思皓黄玳川刘波甯红波西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室成都610031

正丙苯是Jet A、 Jet A-1及国产RP-3航空煤油中芳香烃的典型替代组分.本文采用基于反应力场的分子动力学模拟研究了正丙苯高温氧化过程的主要反应网络、主要产物的形成机理以及在不同温度、密度和当量比条件下正丙苯氧化主要产物的分布... 详细信息

正丙苯是Jet A、 Jet A-1及国产RP-3航空煤油中芳香烃的典型替代组分.本文采用基于反应力场的分子动力学模拟研究了正丙苯高温氧化过程的主要反应网络、主要产物的形成机理以及在不同温度、密度和当量比条件下正丙苯氧化主要产物的分布规律,并结合反应动力学理论计算了正丙苯高温氧化的速率常数.结果表明,正丙苯高温氧化主要发生在烷基侧链,包括6种C—C和C—H键断裂单分子分解反应以及3种侧链氢原子与氧气或其它小自由基的氢提取反应,其中与苄基相连的C—C键具有最小断键能,是最重要的单分子分解反应,而不同位点的自由基氢提取反应的贡献相似;体系的模拟温度和密度/压力与正丙苯的氧化速率呈正相关,但当量比对氧化速率的影响则严重依赖于体系温度.计算所得正丙苯高温氧化表观活化能和指前因子与文献报道的实验值相比在可接受的范围内.

关键词：正丙苯反应机理高温氧化反应力场分子动力学模拟

AlN-BN复相陶瓷的热等静压制备与性能研究

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无机材料学报 2016年第5期31卷 535-541页

作者：彭旭朱德贵李杨绪周加敏吕振郭鹏超西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室成都610031

以氮化铝(AlN)和氮化硼(BN)为原料,无烧结助剂、热等静压烧结制备了AlN-BN复相陶瓷,研究了热等静压温度和压强对两种不同原料配比(摩尔比)烧结试样的微观结构和性能的影响。结果表明:增加BN的添加量对复相陶瓷的烧结致密化影响较小,但... 详细信息

以氮化铝(AlN)和氮化硼(BN)为原料,无烧结助剂、热等静压烧结制备了AlN-BN复相陶瓷,研究了热等静压温度和压强对两种不同原料配比(摩尔比)烧结试样的微观结构和性能的影响。结果表明:增加BN的添加量对复相陶瓷的烧结致密化影响较小,但逐渐降低硬度和热导率、增大体积电阻率。相同原料配比下,复相陶瓷的密度越高,其热导率、体积电阻率、硬度越高。热导率和体积电阻率的实测值与两相复合模型方程λcom=λ_2(λ_1+F)(1-Ф)(λ_2-λ_1)/λ_2-(1+F)(1-Ф)(λ_2-λ_1)较为符合。当n_(AlN):n_(BN)=75:25时,在温度为1600℃、压强为90 MPa、保温3 h的热等静压工艺下可以制备出相对密度达98.03%、热导率为77.29 W/(m·K)、体积电阻率为1.35×10^(15)?·cm的复相陶瓷。

关键词： AlN-BN复相陶瓷热等静压热导率体积电阻率