基于团簇加连接原子模型对TC21钛合金的成分优化 被引量：1

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作者 朱智浩 陈志鹏 +3 位作者 宋梦凡 刘田雨 张爽 董闯 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期117-126,共10页

运用源自最成熟Ti-6Al-4V合金的双团簇成分式,解析了高损伤容限的双相TC21(Ti-6Al-2Zr-2Sn-2Mo-2Nb-1.5Cr)钛合金成分,指出其成分式由13个α-Ti和4个β-Ti结构单元构成。与Ti-6Al-4V相比,β-Ti结构单元从5减少到4,但是引入了更多的β稳... 运用源自最成熟Ti-6Al-4V合金的双团簇成分式,解析了高损伤容限的双相TC21(Ti-6Al-2Zr-2Sn-2Mo-2Nb-1.5Cr)钛合金成分,指出其成分式由13个α-Ti和4个β-Ti结构单元构成。与Ti-6Al-4V相比,β-Ti结构单元从5减少到4,但是引入了更多的β稳定元素,使得该合金具有更好的强塑性。在此基础上,本工作将TC21的β-Ti团簇式内各β稳定元素原子等比例配比以增加混合熵,大量增加Zr含量以进一步提升β相稳定性,设计了团簇式为α-{[Al-Ti_(12)](AlTi_(2))}_(13)+β-{[(Al-(Ti_(12)Zr_(2))]Sn_(0.75)Mo_(0.75)Nb_(0.75)Cr_(0.75)}_(4)(原子分数)的新合金TC21Z2,相应质量分数为Ti-5.9Al-5.4Zr-2.6Sn-2.1Mo-2.0Nb-1.1Cr。采用真空铜模倾铸工艺进行样品制备,进而研究了合金的铸态组织和拉伸力学性能。研究发现,TC21Z2铸态组织为α+少量细针状α'马氏体+少量β相,其抗拉强度约为1289 MPa,屈服强度约为1181 MPa,伸长率约为1.4%,强度和塑性均高于同样状态下TC21合金。 展开更多

关键词 钛合金 团簇加连接原子模型 成分式 显微组织 力学性能

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基于团簇加连接原子模型的一种工业微晶玻璃成分优化初探

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作者 尚楷浡 李铭涵 +5 位作者 李军葛 马艳平 姜宏 赵亚军 张吉亮 董闯 《硅酸盐通报》 CAS 北大核心 2024年第4期1257-1266,共10页

本团队提出的团簇加连接原子模型从结构根源上揭示了硅酸盐玻璃的成分载体,即硅酸盐玻璃的成分式由总数为16个的三价单元{M_(2)O_(3)}和四价单元{Si_(2)O_(4)}构成。本工作引入该模型,对一种工业微晶玻璃MT3A进行了成分优化,并进行玻璃... 本团队提出的团簇加连接原子模型从结构根源上揭示了硅酸盐玻璃的成分载体,即硅酸盐玻璃的成分式由总数为16个的三价单元{M_(2)O_(3)}和四价单元{Si_(2)O_(4)}构成。本工作引入该模型,对一种工业微晶玻璃MT3A进行了成分优化,并进行玻璃制备和晶化,最后对样品进行结构和性能表征。在获得的新的透明微晶玻璃中,MT3C的透过率为89%,抗弯强度和硬度分别为155 MPa和652 HV;MT3D的透过率为92%,抗弯强度和硬度分别为134 MPa和655 HV。 展开更多

关键词 透明微晶玻璃 团簇加连接原子模型 锂铝硅酸盐 力学性能 结构单元 结构表征

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基于团簇加连接原子模型定量分析阳离子掺杂ZnO电子载流子浓度 被引量：1

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作者 李军 刘浩 +4 位作者 张鑫 王全 王华林 张爽 丁万昱 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期68-74,共7页

目的定量分析阳离子掺杂ZnO材料中最优化阳离子掺杂量及电子载流子浓度。方法基于团簇加连接原子模型,解析并建立阳离子掺杂ZnO材料的团簇式结构,计算最优阳离子掺杂量条件下的电子载流子浓度。根据理论分析结果,设计Sn掺杂ZnO材料,并... 目的定量分析阳离子掺杂ZnO材料中最优化阳离子掺杂量及电子载流子浓度。方法基于团簇加连接原子模型,解析并建立阳离子掺杂ZnO材料的团簇式结构,计算最优阳离子掺杂量条件下的电子载流子浓度。根据理论分析结果,设计Sn掺杂ZnO材料,并利用磁控溅射方法制备Sn掺杂ZnO薄膜。通过紫外可见分光光度计、霍尔效应测试仪等分别评价Sn掺杂ZnO薄膜的透光率和电子载流子浓度。结果以纤锌矿ZnO为研究体系,基于团簇加连接原子模型,建立纤锌矿ZnO的团簇式{[Zn-O4]Zn3}。在此基础上,建立纤锌矿ZnO超团簇结构:{中心团簇式}-{第一近邻团簇式}6-{连接团簇式}={[Zn-O4]Zn3}-{[Zn-O4]Zn3}6-{[Zn-O4]Zn3}=Zn32O32。基于纤锌矿ZnO超团簇结构,建立阳离子掺杂ZnO的超团簇结构{[M-O4]Zn3}-{{[M-O4]Zn3}{[Zn-O4]Zn3}5}-{[M-O4]Zn3}=M3Zn29O32,给出最优化元素配比AM︰AZn=10.34%。根据阳离子掺杂ZnO的超团簇结构M3Zn29O32,定量计算出Al3Zn29O32的最优化电子载流子浓度为3.935×10^21 cm^–3,并分析实际应用的AlZn31O32薄膜的电子载流子浓度仅为最优化理论值1/10的原因。最终,设计并制备SnZn31O32薄膜,其在可见光波段(450~800nm)的平均透光率为80.25%±1.74%,电子载流子浓度为(7.72±1.68)×10^20 cm^–3。结论团簇加连接原子模型能够定量解析阳离子掺杂ZnO材料体系中掺杂量与电子载流子浓度,可为设计高性能阳离子掺杂ZnO材料提供理论指导。基于团簇加连接原子模型设计的SnZn31O32薄膜,具备透明导电性质,通过进一步的研究,有望成为具有高电子载流子浓度的新型透明导电氧化物材料。 展开更多

关键词 团簇加连接原子模型 超团簇结构 透明导电氧化物材料 阳离子掺杂ZnO 掺杂分布 载流子浓度

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团簇式设计600℃/856 MPa级Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Nb-Ta-W-Si铸态高温钛合金

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作者 黄晓宁 王岑阳 +2 位作者 朱智浩 刘田雨 董闯 《航空材料学报》 北大核心 2025年第2期53-65,共13页

近α型高温钛合金室温抗拉强度一般小于1200 MPa,600℃高温抗拉强度不超过750 MPa。在近α型高温钛合金Ti65团簇式α-{[Al-Ti_(12)](AlTi_(2))}_(12)+β-{[Al-Ti_(14)](Mo_(0.08)Si_(0.4)Nb_(0.1)Ta_(0.32)W_(0.14)Sn_(0.96)Zr_(1))}5... 近α型高温钛合金室温抗拉强度一般小于1200 MPa,600℃高温抗拉强度不超过750 MPa。在近α型高温钛合金Ti65团簇式α-{[Al-Ti_(12)](AlTi_(2))}_(12)+β-{[Al-Ti_(14)](Mo_(0.08)Si_(0.4)Nb_(0.1)Ta_(0.32)W_(0.14)Sn_(0.96)Zr_(1))}5基础上,本工作将β-Ti结构单元中的元素部分替换,用Zr元素取代部分Ti元素,以提升β相高温稳定性,从而改变α和β相团簇式比例,设计出成分式为α-{[Al-Ti_(12)](AlTi_(2))}x+β-{[Al-Ti_(13)Zr_(1)](Mo_(0.12)_(5)Si_(0.5)Nb_(0.125)Ta_(0.5)W_(0.25)Sn_(0.5)Zr_(1))}(17-x)(x=11、12、13和14)系列合金,其铸态组织为板条α相与残余β相组成的网篮组织。随着β相团簇个数增加,α相片层逐渐变细,抗拉强度升高。其中,当x=11时,合金名义成分为Ti-5.3Al-2.5Sn-7.6Zr-0.5Mo-0.5Nb-3.8Ta-0.6Si-1.9W(质量分数),室温抗拉强度高达1334 MPa,分别比锻造态IMI834和ZTi65合金提高28%和21%,断后伸长率仅为1.3%,低于锻造态IMI834和ZTi65合金。该合金在600°C高温抗拉强度为856 MPa,分别比锻造态IMI834和ZTi65合金提高26%和37%,断后伸长率相同。 展开更多

关键词 钛合金 团簇加连接原子模型 成分设计 显微组织 力学性能

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Hume-Rothery相的团簇式（英文）

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作者 羌建兵 柯星 +3 位作者 王英敏 孙继忠 刘天伟 董闯 《大连理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期366-372,共7页

Hume-Rothery相的电子浓度(e/a)一般为特定值1.50(=21/14)、1.62(=21/13)或1.75(=21/12),但相同电子浓度的相常基于布拉维格呈现不同晶体结构,因此,e/a并不能作为准确区分Hume-Rothery相结构类型的特征参数.为此需要一个更精细的结构参... Hume-Rothery相的电子浓度(e/a)一般为特定值1.50(=21/14)、1.62(=21/13)或1.75(=21/12),但相同电子浓度的相常基于布拉维格呈现不同晶体结构,因此,e/a并不能作为准确区分Hume-Rothery相结构类型的特征参数.为此需要一个更精细的结构参数对Hume-Rothery相进行更严谨的划分.运用团簇加连接原子模型分析常见的Hume-Rothery相,得到了各类Hume-Rothery相的团簇式和相关单位团簇电子数e/u,发现e/u能有效对具有相同e/a的Hume-Rothery相进行归类,是区分Hume-Rothery相结构类型的新参数. 展开更多

关键词 Hume-Rothery 相 电子浓度 团簇加连接原子模型 团簇式

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基于团簇式的GH2132高温合金成分协同变化关系 被引量：1

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作者 李陌 李言成 +7 位作者 王清 董闯 QURASHI Muhammad Saqlain 赵亚军 张爽 李瑛 王连超 万鹏 《材料科学与工艺》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期1-9,共9页

GH2132(A286)是析出强化型铁基高温合金,其含有多种合金化元素,为避免不合适的成分选择导致的综合性能失配,通过重点分析东北特钢提供的产品成分,解析国标成分区间的合理性,本文提出了一个更加合适的新成分标准形式。为此,引入“团簇加... GH2132(A286)是析出强化型铁基高温合金,其含有多种合金化元素,为避免不合适的成分选择导致的综合性能失配,通过重点分析东北特钢提供的产品成分,解析国标成分区间的合理性,本文提出了一个更加合适的新成分标准形式。为此,引入“团簇加连接原子”结构模型,该模型将合金成分的结构载体表述为[中心-第一近邻](连接原子)的团簇成分式形式。首先将合金化元素分为基体Fe、稳定奥氏体的(Ni,Mn)、稳定铁素体的(Cr,Mo,V,Si,Ti,Al)、以及不进入团簇式的(C,P,S,B)。通过分析国标规定的成分区间和实际合金成分,指出合金的实际成分区间远小于国标范围,并由16原子的成分式限定:Fe_((8.5~9.0)±0.25)(Ni,Mn)_(4±0.25)(Cr,Mo,V,Si,Ti,Al)_(3~3.5)。进而揭示了同类元素内部的质量百分比协同变化关系,即24.6≤Ni+Mn≤28.0和17.4≤Cr+0.6Mo+V+1.7Si+1.1Ti+1.8Al≤20.4。由此更合理地限定Mn、Si元素成分区间,并对东北特钢的合金成分提供了改进建议。 展开更多

关键词 GH2132合金 团簇加连接原子模型 团簇式 成分标准 协同变化关系

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高熵陶瓷材料研究进展及挑战 被引量：5

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作者 王云平 刘世民 董闯 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期83-100,共18页

高熵作为全新的材料体系,得益于巨大的组分空间、独特的微观结构以及较大的构型熵所赋予其独特且可调的优异性能,已成为材料领域的研究热点。高熵陶瓷的研究目前还处于探索阶段,尤其在精准的成分设计理论、高纯高产率粉体制备、新型烧... 高熵作为全新的材料体系,得益于巨大的组分空间、独特的微观结构以及较大的构型熵所赋予其独特且可调的优异性能,已成为材料领域的研究热点。高熵陶瓷的研究目前还处于探索阶段,尤其在精准的成分设计理论、高纯高产率粉体制备、新型烧结工艺等方面,亟待深入研究。因此,本文针对高熵陶瓷的五大高熵效应、新的设计理论、粉体制备方法、新型烧结工艺以及综合性能与实际应用进行了梳理归纳,并通过团簇加连接原子模型(CPGA)对高熵陶瓷(HEC)成分设计进行解析,深入挖掘了HEC的组元和微结构以及性能之间的关系。未来HEC的重点发展方向仍然为基础理论设计,尤其是针对非氧化物HEC成分结构。同时,在样品制备上要在学科交叉领域寻找突破,如采用人工智能机器学习与3D打印进行制备。最后,要寻找结构、热障耐腐涂层、机械、工程光学和磁性等方面实际应用并对探究工况环境下的强化、失效机制深入探究分析。 展开更多

关键词 高熵陶瓷 成分设计 团簇加连接原子模型(CPGA) 制备工艺 性能应用

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具有高耐蚀性和导电性的掺Cr类金刚石非晶碳的化学式解析 被引量：1

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作者 吴爱民 王同 +2 位作者 王清 林国强 董闯 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1-10,38,共11页

Cr掺杂的类金刚石非晶碳具有良好的导电性和耐腐蚀性,这对于燃料电池金属双极板涂层改性特别重要。使用团簇加连接原子模型对其非晶结构进行了详细解析,在该模型中,良好的玻璃形成材料由覆盖特征性最近邻团簇加上几个下一壳层原子的结... Cr掺杂的类金刚石非晶碳具有良好的导电性和耐腐蚀性,这对于燃料电池金属双极板涂层改性特别重要。使用团簇加连接原子模型对其非晶结构进行了详细解析,在该模型中,良好的玻璃形成材料由覆盖特征性最近邻团簇加上几个下一壳层原子的结构单元来表述。根据文献,在Cr掺杂的类金刚石非晶碳中占优势的团簇是Cr中心和C壳层的[Cr-C4]四面体团簇,然后将该团簇与适当的连接原子匹配,以满足电子轨道饱和原理。由此推导出了两个最优组成式,即[Cr-C4]CrC3(22.2%Cr)和[Cr-C4]Cr3C2(40%Cr),它们显示出良好的非晶态结构稳定性。实验结果显示,所提出的这两组化学组成的涂层材料兼具低电阻率(低至10-4Ω·cm)和优异的耐腐蚀性(腐蚀电流密度~10^-2μA/cm^2)。在sp2键含量和渗流理论的框架内讨论了导电和耐蚀的协同行为。这项工作验证了团簇加连接原子模型在具有高耐腐蚀性和高导电性的涂层材料成分设计中的可行性。 展开更多

关键词 金属双极板涂层 Cr掺杂DLC膜 团簇加连接原子模型 电阻率

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PEMFC不锈钢双极板表面改性用Cr-C薄膜的成分设计与制备 被引量：5

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作者 邹宝捷 林国强 +1 位作者 吴博 王同 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期61-67,共7页

目的根据质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)不锈钢双极板的表面镀膜改性要求,探索改性薄膜成分对性能的影响规律,并提供一种行之有效的薄膜成分设计方法。方法首先应用团簇加连接原子结构模型,结合电子轨... 目的根据质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)不锈钢双极板的表面镀膜改性要求,探索改性薄膜成分对性能的影响规律,并提供一种行之有效的薄膜成分设计方法。方法首先应用团簇加连接原子结构模型,结合电子轨道饱和原则,理论上设计出Cr-C二元材料体系的最佳团簇式和最佳成分,再利用电弧离子镀技术在316L不锈钢双极板上制备出一系列不同成分的CrxC1-x薄膜,对薄膜的成分、结构及性能进行表征和分析。结果设计所得Cr-C材料体系的最佳团簇式为[Cr-C4]CrC3,对应的最佳原子比成分为Cr0.22C0.78。所制备的CrxC1-x薄膜的成分系数x在0.05~0.23之间变化,薄膜的导电性和耐蚀性能随着成分x的增加,呈明显增加趋势。其中Cr0.23C0.77薄膜的综合性能最好:在1.2MPa压紧力下,接触电阻为2.8 mΩ·cm^2;在模拟腐蚀环境下,腐蚀电流密度仅为9.1×10-2μA/cm^2。该性能已优于美国能源部DOE的标准指标要求。结论Cr-C改性薄膜的成分对导电性能和耐蚀性能有着重要的影响。由于实验制备的性能最佳的薄膜成分Cr0.23C0.77与基于团簇加连接原子模型设计薄膜的最佳成分Cr0.22C0.78基本相同,从而证实了依据此模型进行双极板改性薄膜成分设计是行之有效的。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池 不锈钢双极板 表面改性 Cr-C薄膜 团簇加连接原子模型 成分设计 导电性能 耐蚀性能

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多组元合金成分设计方法 被引量：6

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作者 王清 查钱锋 +3 位作者 李群 王英敏 羌建兵 董闯 《大连理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第6期831-837,共7页

合金成分设计是发展新型复杂合金材料的关键步骤.系统总结了在材料研发过程中常用的合金设计方法,如Hume-Rothery规则、当量法、电子理论、计算机模拟计算等,并详细介绍了各设计方法的理论基础和适用范围.同时指出了基于原子团簇的合金... 合金成分设计是发展新型复杂合金材料的关键步骤.系统总结了在材料研发过程中常用的合金设计方法,如Hume-Rothery规则、当量法、电子理论、计算机模拟计算等,并详细介绍了各设计方法的理论基础和适用范围.同时指出了基于原子团簇的合金设计方法——"团簇加连接原子"结构模型,得出了该方法在不同合金材料领域中的应用具有普适性的结论,为多元复杂合金成分设计提供了一个更为简单的途径. 展开更多

关键词 合金 多组元 成分设计 “团簇加连接原子”结构模型

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固溶体近程有序结构与合金设计

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作者 靳淑静 王清 董闯 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期114-117,123,共5页

工程合金几乎都是基于固溶体,对固溶体合金结构的研究有利于发展性能更优异的新型合金。总结了有关固溶体合金近程有序结构的理论研究以及现有的实验检测分析方法,同时阐述了一种描述固溶体合金近程有序结构的"团簇加连接原子"... 工程合金几乎都是基于固溶体,对固溶体合金结构的研究有利于发展性能更优异的新型合金。总结了有关固溶体合金近程有序结构的理论研究以及现有的实验检测分析方法,同时阐述了一种描述固溶体合金近程有序结构的"团簇加连接原子"模型,该模型构成一种重要的材料设计方法。 展开更多

关键词 固溶体合金 近程有序 结构表征技术 团簇加连接原子模型 材料设计

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