本文關(guān)鍵詞： 金屬玻璃 非晶多形態(tài)轉(zhuǎn)變 高壓 雙體分布函數(shù) 逆向蒙特卡羅　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：金屬玻璃材料作為玻璃家族的新成員,因其具有的無序結(jié)構(gòu)和所表現(xiàn)出來的特性引起了材料科學(xué)和凝聚態(tài)物理學(xué)的廣泛研究。具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)玻璃態(tài)物質(zhì)曾經(jīng)被報(bào)道過存在由原子配位數(shù)的增加引起的壓致非晶多形態(tài)相變,例如冰、石英和硅等材料。金屬玻璃是由與傳統(tǒng)玻璃截然不同的無方向性金屬鍵構(gòu)成的,因其空間密堆結(jié)構(gòu)和具有的最大配位數(shù)被認(rèn)為不可能存在壓致非晶多形態(tài)相變。然而金屬玻璃高壓下的相變現(xiàn)象在近年來被發(fā)現(xiàn)和并進(jìn)行了深入研究。本論文利用高壓技術(shù)結(jié)合多種分析手段對金屬玻璃的高壓結(jié)構(gòu)演化進(jìn)行了研究,其中包括不存在相變的過渡元素Ti基體系和存在相變現(xiàn)象的鑭系基金屬玻璃,得到的主要研究結(jié)果如下:(1)采用原位高能X射線散射實(shí)驗(yàn)結(jié)合雙體分布函數(shù)分析和逆向蒙特卡羅擬合對二元金屬玻璃Ti_(62)Cu_(38)的高壓結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。在長程尺度上,體系相對原子體積在壓力作用下呈現(xiàn)出平滑的連續(xù)性變化曲線,通過狀態(tài)方程擬合得到其等溫體積模量B0=132(3)GPa,B0'=5.8(0.4)。在短程尺度上,由RMC擬合獲得的壓縮狀態(tài)的原子密堆結(jié)構(gòu)表明體系的短程拓?fù)湫驗(yàn)樽冃味骟w并且在壓力作用下保持穩(wěn)定狀態(tài)。由體系相對體積與配位球尺寸變化率的關(guān)系確定Ti_(62)Cu_(38)金屬玻璃的原子間距前四個(gè)峰尺度范圍內(nèi)存在維數(shù)為2.5的分形行為。(2)采用原位高壓同步輻射X射線散射實(shí)驗(yàn)研究了Yb基金屬玻璃的壓縮行為,觀察到了體系由低密度態(tài)向高密度態(tài)的轉(zhuǎn)變,并伴隨由等溫體積模量不連續(xù)性變化反映的體積坍塌。體系的體積塌縮是由變形二十面體短程序在壓力作用下向正二十面體轉(zhuǎn)變引起的,該壓致非晶多形態(tài)相變現(xiàn)象與壓縮條件下Yb元素所含有的4f電子的離域化效應(yīng)相關(guān),并與原位高壓電子輸運(yùn)性能測量的結(jié)果相符合。Yb基金屬玻璃具有非晶多形態(tài)相變的現(xiàn)象結(jié)合相關(guān)研究報(bào)導(dǎo)表明壓致多形態(tài)現(xiàn)象是鑭系基金屬玻璃的普遍性行為。(3)Yb基金屬玻璃的壓致非晶多形態(tài)相變現(xiàn)象表明鑭系基金屬玻璃含有的鑭系溶劑原子對其電子結(jié)構(gòu)具有繼承性,那么金屬玻璃中的鑭系溶質(zhì)原子是否具有電子結(jié)構(gòu)的繼承性?采用原位高壓X射線散射實(shí)驗(yàn)對含有Pr溶質(zhì)原子的La_(43.4)Pr_(18.6)Al_(14)Cu_(24)金屬玻璃進(jìn)行了結(jié)構(gòu)研究,結(jié)果顯示該體系產(chǎn)生了伴隨著體積塌縮的低密度態(tài)向該密度態(tài)轉(zhuǎn)變的壓致非晶多形態(tài)相變。同時(shí)出現(xiàn)了局域結(jié)構(gòu)向正二十面體變化的趨勢,短程序尺度的P-r1關(guān)系和中程序尺度的P-Q1關(guān)系都表征了體系的結(jié)構(gòu)存在變化。由于體系不可能發(fā)生由配位數(shù)增加引起的相變,且其包含的La元素不含有4f電子,因此認(rèn)為體系的非晶多形態(tài)相變是由溶質(zhì)原子Pr的4f電子離域化效應(yīng)引起的,由此可以確定金屬玻璃體系內(nèi)含有的溶劑原子和溶質(zhì)原子都對其電子結(jié)構(gòu)具有繼承性。該發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步補(bǔ)充了鑭系基金屬玻璃的研究,并為含有鑭系元素的金屬玻璃的非晶多形態(tài)研究提供了新的思路和方向。綜上所述,本論文首次在實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)了金屬玻璃體系遵循的2.5冪律關(guān)系在實(shí)空間內(nèi)超出最近鄰范圍;Yb基金屬玻璃存在壓致非晶多形態(tài)的現(xiàn)象表明非晶相變是Ln系基金屬玻璃的普遍特性,同樣證實(shí)了Ln系基金屬玻璃的Ln系元素具有電子結(jié)構(gòu)繼承性;La_(43.4)Pr_(18.6)Al_(14)Cu_(24)金屬玻璃的高壓結(jié)構(gòu)研究表明鑭系溶質(zhì)原子也具有4f電子結(jié)構(gòu)繼承性,首次發(fā)現(xiàn)了Ln系溶質(zhì)原子引起的非晶多形態(tài)相變。本論文的研究成果促進(jìn)了金屬玻璃材料的高壓研究進(jìn)展,并為其提供了新的研究方向和前景。
[Abstract]:The metallic glass material as a new member of the glass family, because of its disordered structure and behavior caused extensive research in materials science and condensed matter physics. The traditional glass material with network structure has been reported to have caused by the atomic coordination number increases the pressure induced polyamorphous transition. Such as ice, quartz and silicon and other materials. The metal glass is composed of non directional metal bond is quite different from the traditional glass, because the maximum coordination number of the space lattice structure and has not considered possible pressure induced polyamorphous transition. However, phase transition metallic glass under high pressure was found in recent years and in-depth study. This paper combine many kinds of analysis means of evolution high-pressure structure of metallic glass was studied by using high technology, including the absence of transitional element transformation in Ti matrix The Department and the lanthanide based metallic glass transition phenomenon, the main research results are as follows: (1) using in situ high-energy X ray scattering experiment combined with pair distribution function analysis and reverse Monte Carlo fitting of two yuan of metallic glass Ti_ (62) Cu_ (38) high voltage structure were studied. In the long term scale. System of relative atomic volume under pressure curve showing continuous changes smoothly, the isothermal bulk modulus B0=132 by equation (3) GPa, B0'=5.8 (0.4). In the short distance scale, short topological order compression obtained by fitting the RMC atom close packed structure shows that the system for surface deformation of twenty and keep a steady state under pressure. The system of relative volume and coordination sphere size rate of change in the relationship between Ti_ (62) Cu_ (38) atom distance four peak scale metallic glass in the fractal dimension is 2.5 . (2) the compression behavior of Yb based metallic glass in situ high-pressure synchrotron radiation X ray scattering experiment, observed the changes in the system by the state to the low density high density state, and accompanied by the isothermal bulk modulus discontinuity reflects the change in volume collapse. Volume collapse system is composed of twenty surface shrinkage deformation body short program under pressure to change the body surface is twenty, the Yb element of the pressure induced polyamorphous transition phenomenon and compression conditions contained in the 4f electron delocalization effect, and transport properties of in situ measurements with high voltage electronic accord with.Yb based metallic glass is amorphous phase transformation phenomena with the relevant research reports show that the pressure induced multi form phenomenon is a common behavior of lanthanide based metallic glass. (3) Yb based metallic glass pressure induced polyamorphous transition phenomenon indicated that the lanthanide based metallic glass containing lanthanide The solvent atoms have inherited their electronic structure, so the lanthanide solute atoms in metallic glasses have inherited the electronic structure? By in situ high pressure X ray scattering experiments of solute atoms containing Pr La_ (43.4) Pr_ (18.6) Al_ (14) Cu_ (24) in the structure of the metallic glass. The results show that the system produces with the changes of low density state volume collapse to the density of states of pressure induced polyamorphous transition. At the same time there is a trend toward the local structure of twenty face changes, short program scale P-r1 relations and program scale P-Q1 relationship to characterize the system structure change because does not occur by the coordination number caused by the increase of transformation system, which contains La elements and does not contain 4f, so that the polyamorphous transition system is composed of 4f electron delocalization of solute atoms Pr effect caused by this, can be determined. The solvent and solute atoms will contain metallic glass system has inherited its electronic structure. This finding is a supplement to the study of lanthanide based metallic glass, and provides new ideas and direction of amorphous form of metallic glass containing lanthanide elements. To sum up, this thesis for the first time in the experiment found that 2.5 power-law relations follow the metallic glass system beyond the scope of the nearest neighbor in real space; Yb based metallic glass has the phenomenon of pressure induced amorphous morphology showed that the amorphous phase is a common characteristic of Ln based metallic glass, also confirmed the Ln elements Ln based metallic glass has the electronic structure of inheritance; La_ (43.4) Pr_ (18.6) Al_ (14) Cu_ (24) of high-pressure structure of metallic glass shows that lanthanide solute atoms also has the electronic structure of 4f inheritance, first discovered the polyamorphous transition of Ln solute atoms caused. The research achievements of this paper promote the research progress of high pressure metal glass materials, and provide new research direction and prospect for it.

【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG139.8

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本文編號：1555720