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伊斯忐忑
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柠檬心的颜色

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在 块状金属玻璃(BMGs) 中引入更松散的原子堆积区域,可以促进塑性变形,使BMGs在室温下更具延展性。在此, 来自北京 科技 大学的吕昭平等研究者,提出了一种不同的合金设计方法,即掺杂非金属元素形成密集的填充图案。 相关论文以题为“Substantially enhanced plasticity of bulk metallic glasses by densifying local atomic packing”发表在Nature Communications上。

论文链接:

块状非晶玻璃从液态继承了无序的非晶结构。由于缺乏作为低势垒变形载体的晶体缺陷,如位错和堆垛缺陷,BMGs通常比它们的晶体对应物更强、更硬。然而,BMGs合金在室温下拉伸塑性极低,在载荷作用下往往发生灾难性破坏,严重阻碍了其广泛应用。与晶体相不同的是,BMGs的无序原子堆积不易定量描述,只有有限的方法来调整它们的结构-性能关系。因此, 调整BMGs的力学性能以克服其室温脆性,一直是一个长期存在的挑战。

在远低于玻璃化转变温度的BMGs中,塑性变形主要是由于局部扩散跃迁或被称为剪切转变区(shear transformation zone, STZs)的原子团簇的局部共同剪切事件,即一组原子共同克服了局部原子重排的能量势垒鞍点。 变形能力源于金属键合所固有的灵活性: 离域电子允许金属原子在彼此之间滑动而不受键合断裂的影响,而键合断裂有利于损伤而非剪切,例如在离子玻璃中。尽管局部剪切转变开始的位置仍然难以预测,但人们普遍认为,在BMGs中引入更松散的填充区域,可以有效地促进局部塑性事件。这些区域具有较高的局部势能,在加载时容易发生非弹性变形,表现为类液体行为。 因此,增加松散填充区域的数量,可以有效地提高BMGs的塑性。

这种材料设计路线,通过低温热循环或严重塑性变形等方法提高了BMGs的塑性,这些方法通常通过增加密度较低区域的可用性来增强结构波动。然而,目前大多数提高GMGSD塑性的方法,通常会由于引入更松散的填充区域而降低热稳定性和屈服强度。相比之下,松散填充区域的湮没通常被认为可以提高强度和硬度,并改善热稳定性,但往往会恶化塑性,正如BMGs中退火诱发的脆化所证明的那样。

在这里,研究者报告了一个新的设计概念,以改善BMGs的变形能力。研究者通过掺杂非金属元素(NMEs)来增加BMG的结构波动,这些元素具有较小的原子尺寸和与组成BMG的元素的混合负热 。研究者选择的候选元素是氧、氮、碳和硼,分别添加到Ti-、Zr-和Cu基BMGs中,同时,确定了特别合适的掺杂体系(范围从0.1%到0.3%),因此,研究者观察到强度和延展性的显著提高。这可以归因于在非金属溶质周围形成的局部致密堆积区域(LDPRs)体积分数的增加,同时避免了脆性二次相的形成。这些LDPRs的邻近区域变得相对松散,从而增强了材料的结构波动,促进了局部剪切,极大地提高了材料的宏观塑性和韧性,并增强了强度。在热力学的指导下,根据与这些掺杂剂相关的适当的负混合热,该方法原则上是通用的,可以用于广泛改善MGs性能。

图1 基底与掺杂ZrTiHfCuNi BMGs材料的力学行为。

图2 基合金纳米压痕探针τmax的相对频率分布。

图3 研究了基合金和O0.2、B0.2、O0.3掺杂合金的低温比热容实验数据。

图4 低温下BMGs中γ弛豫的研究。

图5 基合金和O掺杂合金的局部原子堆积和剪切响应的MD模拟。

图6 增强BMGs结构异质性的两种方法示意图。

综上所述,目前的研究结果表明了如何通过不同的设计概念成功地克服BMGs的室温脆性。这是通过形成塑料顺应区,形成周围的密集填充团簇包含间隙掺杂剂。在这种方法中,小的间隙原子被称为“簇形成者”,因为它们体积小,热力学上的考虑,以及它们部分的共价键贡献。由此产生的结构不均一性的增加被证明是大幅度提高BMGs塑性的有效方法,在没有损失的情况下,而是在强度上增加。因此,适当掺杂氧、硼、碳、氮等NMEs,可以同时提高塑性、强度、热稳定性,甚至增强GFA。 这种组合在玻璃成型、可塑性、强度和成本之间取得了良好的平衡,为符合塑料和耐损伤的BMGs开辟了全新的合成、加工和应用范围。 (文:水生)

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北京青年123

高性能玻璃之防弹玻璃

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刘小淼淼淼

玻璃,是晶亮的,它看上去多么祥和,与世无争,它的心是冰冷的,外表同样冷若冰霜。 它的心碎了,随着手的松懈,它碎了,碎得体无完肤,它心上的创伤无药可医,那一刻,它落泪了,落了惟一的一滴泪珠,冰冷的泪滴。 然而这滴泪却滴进了我的心湖,我心中的湖泛起了涟漪,荡起了泪花和玻璃。 我的心被打破了,因为一滴冰冷的泪,它破碎了,碎屑飞舞在我的体内,像利刀般刺醒了我,那一刻,我的心流下了一滴黑色的泪珠,第一次落泪了,它敲醒了我,我无法再次沉睡,只能去面对这残酷的现实。 但是,痛苦却并未因此而消失,它滞留了,可是却不允许我表露出来,因此,我没有笑容,只有痛苦,但我灰暗的世界中却没有一丝美丽的色彩,尽管世界是七彩的,但黑色的泪珠控制了我,七彩的世界也无法为我灰暗的失界渲染上自然的颜色。 我放弃了,放弃与它斗争了,我像木偶般生活,一切都支离破碎。 玻璃之心,冷若冰霜,它碎了,流下了冰冷的泪,激起了黑色的泪……

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最爱的mango

有机玻璃表面增强增透的研究摘要:采用溶胶-凝胶体系制备光学塑料(有机玻璃:PMMA)表面增强的有机硅树脂涂层,制得Si-O-Si刚性交联网络涂层,具有良好的耐磨性及附着力,其表面平整、光滑,同时对PMMA基板的透光性具有明显的改善.并通过红外吸收光谱(FT-IR),紫外分光光度计(UV-vis)等手段,对涂层固化过程及各项性能进行表征.关键词:溶胶-凝胶;有机硅树脂;有机玻璃;表面增强;透光性光学塑料具有质轻,耐冲击,易于加工成型等特点,作为光学材料的重要分支正日益蓬勃的发展起来[1].然而,与光学玻璃相比,光学塑料表面硬度低,耐磨性、耐刮伤性及耐溶剂性差,在使用过程中常因表面易于擦伤或环境腐蚀形成的斑点而导致光学性能的下降,从而严重制约了光学塑料在高性能光学器件上的应用[2].而通过对光学塑料进行表面增强处理可以在保证良好透光性的前提下,对光学塑料表面起到很好的保护作用,改善表面的机械性能,提高其使用寿命,对扩大光学塑料在不同领域的应用有很大帮助.国外从60年代起就已经开始致力于光学塑料表面的有机硅耐磨涂层研究,相比之下国内的研究起步较晚,性能优良的产品较少.与国外同类产品相比,国内的增硬涂层或是耐磨性能较差,或是储存稳定性较差(一般不超过3个月至半年即有颗粒析出),目前国内所用的高性能有机硅增硬涂层主要依靠进口.本文旨在尝试采用不同的酸性催化体系,在保证涂层高表面硬度及良好透光性的前提下,利用二烷氧基硅烷增强涂层的韧性并提高溶胶产品的存储稳定性.接着在最常见的光学塑料有机玻璃(PMMA)表面制得有机硅树脂涂层,对其涂层形貌、结构进行观察分析,结果表明该涂层与基材具有良好的粘附性,涂层表面光泽好,有效提高了有机玻璃的表面强度,改善其耐刮伤性及透光性能.1实验部分1.1实验原料正硅酸乙酯(TEOS,AR);二甲基二甲氧基硅烷参考文献:[1]何子博,苏葆辉,冉均国,等.树脂镜片抗磨加硬膜层的研究进展[J].材料导报,2005,19(7):41-44.[2]王生杰,佀庆法,范晓东.功能性有机硅涂层材料[J].涂料工业,2005,36(6):48.[3]Que W, Sun Z, Zhou Y, et al. Optical and mechanicalproperties of TiO2/SiO2/organically modified silane com-posite films prepared by sol-gel processing[J].Thin SolidFilms,2000,359(2):177-183.[4]何涛,高长有.双组分有机硅涂料及其对有机玻璃表面的增强作用[J].有机硅材料,2006,20(6):288-291.[5]Almeida R M,Guitton T A,Pantano Jr G C.Characteriza-tion of silica gels by infrared reflection spectroscopy[J].Journal of Non-Crystalline Solids,1990,121(1/3):193-197.[6]高长有,杨柏,沈家骢,等.有机硅耐磨透明涂料[J].高分子通报,1996(2):120-125.[7]Zeno W,Frank N,Peter S.有机硅涂料科学和技术[M].北京:化学工业出版社,2002.

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