非晶体材料研究介绍
非晶体材料研究介绍
摘要：本文在自己研究的基础上，对非晶体合金的制备和研究方法进行了总结，并详细介绍了一种研究方法，还对研究过程中可能出现的问题提出了可能地解决方法，并介绍了一些数据的分析方法。
关键词：非晶体合金，X光衍射，XPS，线切割，高真空单辊旋淬系统，拟合。
引言：非晶体合金是一种新型材料。它不同于传统晶态合金材料。非晶体合金结构上长程无序（没有周期性），短程有序。由于非晶体合金结构上的特点使它不仅在科学上有重要的研究价值，而且还有许多优异的物理力学特性，有巨大的应用前景。其优异的力学性能，还能使它作为生物材料植入人体内。人体体液含有盐，植入物会与体液发生反应。因此了解块体金属玻璃的特性以及其与体液的表面反应非常重要。
研究首先要把样品做出来，根据下图可以看出晶体和非晶体的转化关系以及转化条件，根据其特性一般用缓慢冷却，适中淬火，快
速“冷底版淬火”以及气
象凝结等四种基本思路
进行制备。具体的操作方
法又分为甩带法和喷柱
法。我们制备时采用的方
法是先确定要制备合金
的成分主成，根据其质量
比按比例称出相应量的
金属，在特定的容器中溶
解融合制备成母合金，再
利用高真空单辊旋淬取
系统在高真空的情况下将其利用不同形状的模版做成不同形状的样品，为了后续研究的方便，一般将其做成直径为1cm左右的圆柱状。
因为在制备的过程中可能因为温度和压强的原因，有可能会使做出的样品晶化，所以样
品做出后要对其进行检
测，以判断其是否是合
金。判断的方法是对其进
行X光衍射扫描，由于晶
体是短程有序的，所以用
X光对其进行扫描时，当
照射角度从0到90度发
生变化时，在某一角度会
使不同层面的反射光相
互叠加，从而会在某一角
度附近形成很高的峰，相
比与晶体，非晶体具有短
程无序的特性，所以就不会有那样的叠加现象发生，但这并不意味着非晶体会没有峰，其也有峰，只是其比较平缓。非晶体的X光衍射图大致如图。在实验的过程中也可能出现这样的问题，做出来的样品都是块状的，而X光均为粉末衍射仪，有些样品很硬，不易将其做成粉末，用钢挫磨粉的话会非常吃力，而且其中会混有部分金属，实验条件不是很好的情况下也不易完全去处，可能会对实验结果产生误差，在此提出一种可行的方法，将样品切割并用砂纸进行打磨，磨到大约1.5mm左右，几个并排放到载剥片上，用双面胶进行固定，用X 光扫描打磨过的表面，实验结果证实这种方法在大多数的情况下是可行的。
样品做出后可以对其进行电化学研究，表面力学特性研究，表面结构研究，以上几点在此不做陈诉，再次介绍下用XPS研究非晶体合金与溶液反应的方法，首先要对样品进行加工，使其满足做XPS 的要求，基本要求是样品长度小于1.5mm，直径2mm 以下。要将样品切割到毫米量级是比较困难的，一般的切割机难以达到，可以使用线切割，但是线切割要对其进行通电，根据研究，大约会使样品表面1mm厚的样品发生晶化，所以要先切到大约2.5mm，再用粗的砂纸打磨到 1.5mm,为了确定把晶化的部分全部磨掉了，还要对磨好的样品进行X光扫描。由于切割后的样品长度较短，不好镶嵌，所以磨起来会比较费力，而且不容易把表面磨平，打磨的过程先用380目的
砂纸，然后用更精细的，当发现表面的划痕全部都朝向一个方向时，就可以换下一种了，将其沿垂直于划痕的方向进行打磨，一直到2000目，表面就会变得如镜子般光亮，还可以对样品进行刨光。
样品做好后就要选择要研究的反应液体，我们选用的是其与盐酸和质量百分比为3%的氯化钠溶液反应，准备好的非晶样品，将其表面放于酒精中超声清洗15分钟之后，放到配好溶液168个小时，用塑料模盖住烧杯口并防到通风厨中。
样品泡好取出后就可以对其进行XPS扫描了。XPS的基本原理
如图，可以根据方程
可以对固体面
（0.5~3nm厚）做定
性，定量分析；可以
给出表面层原子的
化学状态等方面的
一系列重要信息。所
谓X光光电子能谱，
也就是研究以一定能量(Mg: 1254.6eV，有许多时候是Al：1486.6eV)的X光子照射样品时，所产生的光电子强度随其动能（或结合能）的分布。第一次扫描的能量跨度比较大，对全区域进行扫描，通过峰的位置并对比相关的数据库，就可以知道所含有的成分以及其所处的状态，在可以对其中峰所在的位置进行精细扫描，就可以得到其中一个元素在某一状态下的峰的样子。比如左图就是进行
全范围扫描所得到的图象，而右图则是经过对其中一部分进行精细扫描并经过拟合后的图样，定性分析比较简单，根据图就可以做出，原理是因为每个元素都有自已的特征的XPS谱峰，它像人的指纹一样成为识别元素的标志。每个元素都有1或2个最强的XPS峰，而且不同元素的特征峰互不重迭、因而可利用主峰位置进行定性分析。比
如在上图中Zr 3d电
子峰主要由3d3/2和
3d5/2两部分组成，
制备态的合金表面
的Zr主要以金属
Zr0跟Zr4+两部分
组成。金属Zr0的峰
位在179.7 eV左右
以及178.0 eV左右。而Zr4+的峰主要是3d3/2和3d5/2的两个峰位，峰值在182 eV和184.2 eV左右。定量分析就比较复杂了，但借助分析软件Advantage 3.45也可以比较容易地实现数据分析和图象的拟合。原理如左边所示，能量可以通过实验测出，对应元素的灵敏度因子可以通过查标表查出，后面的项是由实验仪器所决定的，其实在利用分析软件分析时，只要将图象转化格式后导入，在查出所对应的态下的灵敏度因子，输入后就可以得到各个元素在其中的含量，通过拟合还可以知道一个元素在其中化合的状态。通过对制备态和浸泡态图样的比较，就可以观察出浸泡所造成的元素含量或者组态的变化。以上就是对非晶体合金的一条研究路线。如果将样品浸泡在浓度和人体体液差不多的环境中，就可以研究其与人体表面的反应特性，可以将其中的部分性质应用与医学中，这也是非晶体合金将来的一个重要的研究方向。
参考文献：
1．L. Liu, Z. Liu, K.C. Chan, H.H. Luo, Q.Z. Cai, S. M. Zhang, Scripta Materialia2008, 258, 2312
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3．固体物理学黄昆高等教育出版社
4．A. Inoue, T. Zhang, N. Nishiyama, K. Ohba, T. Masumoto, Mater. Trans. JIM 1993, 34 1234
新材料产业技术研究与开发
一、立项理由 粉末冶金是制造金属、合金或化合物粉末，经过成形与烧结制备金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺。 粉末冶金凸显的优势是具有其他工艺方法无法制造或难以制造的新材料，如制取高熔点、难熔点合金，采用粉末冶金工艺可以低温制取难溶合金新材料，可以制造具有多孔性能的新材料，制造含油自润滑轴承；利用这一特性制造高强度多孔材料，作为分离材料；制造金属化合物和超硬质合金材料，如硬质合金切削刀具、工具材料；金属粉末加入硬质点，可以制取硬质耐磨材料等。特别是以粉末冶金工艺的优势，在我国军事工业急需材料方面的应用：如研制尖端微孔材料为浓缩铀气相分离的关键材料，高浓缩铀为我国第一颗原子弹爆炸成功发挥了重要作用；高比重钨合金作为卫星与导弹上陀螺仪转子材料是第一代人造卫星、洲际导弹应用的关键材料；研制成功第一代航天工程火箭尾喷管喉衬粉末冶金特制发汗材料等。以上这些材料都是用粉末冶金工艺方法生产制造的。可以预料，谁掌握了新材料谁就掌握了21世纪高新技术竞争的主动权。 在粉末冶金零件生产中，为了减少粉末颗粒之间和粉末颗粒与模壁之间的摩擦，粉末混合料中都添加有一定量的润滑剂，诸如硬脂酸锌等。要除去这些润滑剂始终是粉末冶金机械零件生产中一个难题。能否将润滑剂混入粉末中改为喷
涂于模壁上，是长期探索的一条途径。据文献报导，用铁粉(F－0000)和钢粉(FN0205，Fe－2.Ni－0.45 C-1.3Cu)进行的试验表明，在密度6.0g/e m3－7.3g/cm3的围，模壁润滑者比将润滑剂掺加于粉末者，生坯强度可增高128%～127%(对于F－0000)和66%－139%(对于FN0205)，而两者的烧结件强度相差很小，可认为在试验的误差围之。现在，美国Gasbarre Products己采用模壁润滑，其系统已在市场出售。烧结硬化是将铁基粉末冶金零件的烧结过程和借助于通过炉子冷却带时进行淬火硬化结合起来的一项新工艺。在美国MPIF1997年版“粉末冶金结构零件材料标准”中，己含有这类材料的技术标准。这类材料是由预合金化Ni-Mo钢粉混合以铜粉与石墨粉制成的。QMP的ATOMET4701粉就是为烧结硬化工艺而开发的。在烧结硬化过程中，可通过控制烧结炉冷却带的冷却速度来调整材料的显微组织，使之达到所要求的马氏体含量和力学性能。很明显，这类材料的开发，对于需要进行后续热处理的高强度粉末冶金结构零件的发展具有重要实际意义。在美国通用汽车公司的整体线圈与电子线路(ICE－4)点火装置中己得到了应用。在1997年SAE国际会议与博览会上，这个产品获得了汽车革新奖。这个产品是用温压试制的第一产品，1990年开始在葡萄牙试生产，1992年样品开始投放欧洲与南美市场，1998年这种产品将开始用于美国车辆中，现在这种SMC材料已发展到第三代，
【开题报告】电磁波在左手材料中的传输特性
开题报告 应用物理 电磁波在左手材料中的传输特性 一、选题的背景与意义 近几十年来，物理学在先进材料领域的研究发展取得了巨大的不可思议的令人欢庆鼓舞的成就，如果在几十年前你很难想象哈利波特里才有的隐形衣材料在理论上已经发展成熟并且实验室里已经能初步有了实物雏形。这就是在近十年间横空出世掀起研究狂潮的一种具有不可思议性能的人工复合材料，俗称左手材料。 左手材料的研究要追溯到上世纪60年代前苏联科学家的假想。 物理学中，介电常数ε和磁导率μ是描述均匀媒质中电磁场性质的最基本的两个物理量。在已知的物质世界中，对于电介质而言，介电常数ε和磁导率μ都为正值，电场、磁场和波矢三者构成右手关系,这样的物质被称为右手材料(right-handed materials,RHM)。这种右手规则一直以来被认为是物质世界的常规，但这一常规却在上世纪60年代开始遭遇颠覆性的挑战。1967年，前苏联物理学家Veselago在前苏联一个学术刊物上发表了一篇论文，首次报道了他在理论研究中对物质电磁学性质的新发现，即：当ε和μ都为负值时，电场、磁场和波矢之间构成左手关系。他称这种假想的物质为左手材料(left-handed materials,LHM)，同时指出，电磁波在左手材料中的行为与在右手材料中相反，比如光的负折射、负的切连科夫效应、反多普勒效应等等。 然而左手材料的研究发展并不一帆风顺。在这一具有颠覆性的概念被提出后的三十年里，尽管它有很多新奇的性质，但由于只是停留在理论上，而在自然界中并未发现实际的左手材料，所以，这一怪诞的假设并没有立刻被人接受，而是处于几乎无人理睬的境地，直到时光将近本世纪时才开始出现转机。直至 1998~1999年英国科学家Pendry等人提出了一种巧妙的设计结构可以实现负的介电系数与负的磁导率，从此以后，人们开始对这种材料投入了越来越多的兴趣。2001年的突破，使左手材料的研究在世界上渐渐呈现旋风之势。 2001年，美国加州大学San Diego分校的David Smith等物理学家根据Pendry等人的建议，利用以铜为主的复合材料首次制造出在微波波段具有负介电常数、负磁导率的物质，他们使一束微波射入铜环和铜线构成的人工介质，微波
左手材料研究现状综述
左手材料研究现状综述 背景 左手材料(Left-Handed Metamaterials)是一种人工合成的电磁材料，介电常数ε和磁导率μ在一定的电磁波频段内同时为负，由于它能够产生自然界并不存在的奇特电磁响应，对其结构设计以及应用等方面的研究引起了国内外学者的广泛兴趣。这种本构参数双负的材料表现出左手定则(电场、磁场和波矢构成左手螺旋关系)，后向波特性，逆Doppler 效应，逆Cerenkov 效应，逆Goos-Hanchen 位移效应以及负折射等多种“异向”现象。随着研究的逐步深入，左手材料被运用在很多方面，如可以实现“超级透镜”(superlens)、电磁隐身、高增益高定向性天线、小型化滤波器、功率分配器、同向双工器等，它是材料科学、材料工艺、电磁理论、微波、天线和光学工程以及先进测量等一系列学科的交叉和融合，具有广阔的应用前景。 从1968 年，Veselago预言了左手材料中反常电磁特性的存在，直到2000 年，Smith 等人将金属细线和开口谐振环(SRR)合理布局制造出人工左手材料并于2001 年实验证实了该媒质中的负折射现象，2003 年，美国《Science》杂志将左手材料评为十大技术突破之一。人们对微波、太赫兹、红外甚至可见光波段左手材料的理论、设计、实验和应用研究迅速开展起来并在多个方面取得了很大的成果。 国内外对左手材料的研究和探索主要有结构设计与制备、物理效应的研究、物理机理的研究以及实际应用的研究。但左手材料结构设计与制备一直是科学家关注的焦点问题，研究的频率范围由微波频段、太赫兹频段扩展到红外可见光频段。 微波频段研究现状 自Smith 等首次制作出左手材料以来，研究者设计出了各种不同金属结构的左手材料，如金属短线线对结构，S 型结构，型结构Ω，H 型结构，树枝状结构，渔网结构等。这类基于金属结构的左手材料利用金属结构的电谐振和磁谐振来实现负介电常数和负磁导率，在谐振时金属本身的损耗比较大，再加上介质衬底的损耗，这类左手材料损耗往往比较高。对金属结构的结构参数变化比较敏感，必须对结构参数进行精细的调节才能使电谐振和磁谐振重合，直接导致了这类左手材料的谐振频率可调性差，带宽窄，难以扩展为三维各向同性左手材料。 另一类基于电介质结构的左手材料，如立方电介质结构、蝶形电介质结构、长方形电介质结构、球形电介质结构、圆柱形电介质结构等。这类左手材料减少了金属的使用量，降低了金属损耗，具有很好的各向同性，但是左手频带比较窄，色散严重，电介质的介电常数要求很高，损耗依然比较严重，温度稳定性差，有待进一步研究发展。Eleftheriades和Caloz 几乎同时提出了基于传输线理论构造左手材料的思想，Eleftheriades[34]等人利用传输线模型研究并解释了基于金属线和谐振环阵列的左手材料的传播特性。这类左手材料通过传输线周期性加载分立元件(串联电容和并联电感)设计出具有负折射率的左手材料，更容易应用于射频/微波电路。 基于金属结构的左手材料的带宽是负电谐振区域和负磁谐振区域的重合部分，而这两种负谐振区域本身带宽比较窄，导致左手频带的带宽很窄。而基于电介质结构的左手材料带宽依然比较窄，而且色散严重。窄频带制约了左手材料的发展和应用，实现左手材料的宽带、多频一直是研究的重点和难点。一般左手材料结构具有不对称性，尤其是金属结构对几何参数变化很敏感，理论上定量分析影响左手材料带宽的因素，缺少成熟的理论，仍处在半经验状态。本文在理论上解释了影响金属结构左手材料带宽的因素，提出了设计宽带、多频左手
新材料发展方向
新材料领域未来发展方向 日新月异的现代技术的发展需要很多新型材料的支持。自从第三次科技浪潮席卷全球以来，新型材料同信息、能源一起，被称为现代科技的三大支柱。新材料的诞生会带动相关产业和技术的迅速发展，甚至会催生新的产业和技术领域。材料科学现已发展成为一门跨学科的综合性学科。根据我国当前及未来发展的实际情况，新材料领域值得注意的新发展方向主要有半导体材料、结构材料、有机／高分子材料、敏感与传感转换材料、纳米材料、生物材料及复合材料。 1.半导体材料 随着高科技发展的需要，半导体及其应用研究的中心正向直接影响市场的微型或低维量子器件、改善传输质量和效率、增大功率和距离等方向发展，半导体化合物（GaAs、InAs、GaN、SiC等）具有重要的应用前景。半导体材料领域的重要研究主题有： （1）Si基积分电路设计，就材料物性而言涉及用于门（gates）电路控制的纳米尺寸电介质制造及特性研究。 （2）大能隙材料则在光电子学领域中具有关键的作用。可以预期，Ⅲ―V族化合物材料具有重要应用前景。 （3）纳米电子学及纳米物理学研究是微电子及光电子材料和器件发展的基础，涉及半导体与有机或生物分子耦合，低维器件的量子尺寸效应，半导体与超导体或磁性材料界面以及原子或分子尺度的存储问题。建立原子学模拟与连续介质力学及量子力学跨层次―跨尺度关联应是该领域中的一个重要的研究方向。 2.结构材料 Fe基、Al基、Ti基以及Mg基合金作为力学材料的主体，构成了系列结构材料，其主要功能是承担负载（如火车、汽车、飞机）。汽车用钢近年来已从一般钢铁发展为使用灿合金或特殊的高强Mg基合金，高强Ti合金在高强钢中有重要位置，不锈钢则有取代碳钢的趋势。用于军用飞机的Al合金及一般钢材则被先进的Ti合金及高分子基复合材料所取代。进一步还需要发展碳纤维增强复合材料或Al基复合材料。结构材料的主体有： （1）钢铁：钢铁材料，特别是具有多相结构和复杂成分的优质钢具有重要的应用前景和潜在优势，需要开展相应的基础研究。联系微米和纳米技术的纳米层间结构、织构以及晶界和界面都可视为改善钢铁材料的重要途径。 （2）Al合金：Al基材料及相应的沉淀硬化效应导致高强铝合金的出现，相关技术工艺已发展为"沉淀科学"，它涉及"相"间晶体结构的匹配性以及合金的稳定性，特别是时效合金的稳定性直接影响航空或空间应用，因此可视为Al合金基础研究中的重要问题。 （3）Mg合金：镁及镁合金广泛应用于冶金、汽车、摩托车、航空航天、光学仪器、计算机、电子与通讯、电动、风动工具和医疗器械等领域。镁合金是最轻的工程结构材料，以其
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左手材料经典结构双负特性及后向波性质探究摘要：通过对左手材料经典杆环结构的理论推导，证明了其介电常数与磁导率双负的特性。提出其后向波性质为左手材料所有奇异性质的基点，并从熵条件的角度探讨了产生后向波的机制，证明了左手材料波前与能量传播的关系，间接说明其不违背能量守恒，证明了左手材料存在性。展望了左手材料的未来三大应用。 关键词：左手材料；杆环结构；双负特性；后向波 Abstract: through the theoretical derivation of left-handed materials´ classical pole-ring structure,the dielectric constant and magnetic permeability of the double negative features are proved.The idea that backward?wave properties are??basis points?for the singular nature of left-handed materials is offered,and from the perspective of the entropy condition,the after wave mechanism is?discussed. The relationship between the spread of?energy and?the wavefront of left-handed materials is proved, ? indirectly?illustrating it?does not breach of conservation of energy, and its existence is proved. Three major applications of the left hand in the future are foreseed. Key words: left-handed materials;rod-ring structure;double negative features;backward wave 众所周知，介电常数ε和磁导率μ是描述电磁波在介质中传播性
2020《中考物理总复习》 考点13 —— 晶体和非晶体的区别(无答案)
考点13 ——晶体和非晶体的区别 1．（2019秋?唐县期末）下列说法错误的是（） A．铝、冰、海波都是晶体 B．真空不能传声是用推理法得出的 C．增加液体的表面积可以加快液体蒸发 D．速度大小不变的运动一定是匀速直线运动 2．（2019?西宁）关于物态变化。下列说法正确的是（） A．海波是一种晶体，液态海波凝固时要放出热量 B．冰熔化成水的过程中吸收热量，温度升高 C．冰棒表面的“白霜”，是水蒸气凝固形成的小冰晶 D．春天的早晨经常出现大雾，这是汽化现象 3．（2018?葫芦岛）下列物态变化中，需要吸热且温度保持不变的是（）A．蜡熔化成蜡油 B．水凝固成冰 C．冰熔化成水 D．白霜的形成
4．（2017?齐齐哈尔）中央电视台播出的中国古诗词大会，深受观众喜爱，下列诗词中涉及到的物理知识说法正确的是（） A．春蚕到死丝方尽，蜡炬成灰泪始干﹣﹣蜡烛成灰泪始干是晶体的熔化 B．月落乌啼霜满天，江枫渔火对愁眠﹣﹣﹣霜的形成是凝固现象 C．八月秋高风怒号，卷我屋上三重茅﹣﹣﹣是因为流体中流速越大的位置，压强越大D．花气袭人知骤暖，鹊声穿树喜新晴﹣﹣﹣﹣诗句体现出温度越高分子无规则运动越剧烈 5．（2019?邯郸模拟）下列分类正确的是（） A．氧化物：水、液氧、干冰 B．有机物：碳酸、塑料、葡萄糖 C．非晶体：松香、沥青、玻璃 D．省力杠杆：扳手、钳子、钓鱼竿 6．（2019?烟台模拟）2015年5月26日印度出现高温天气，首都新德里的一条道路上的沥青被烤化，斑马线变得扭曲模糊。如图所示，关于这个情景的说法正确的是（） A．沥青属于晶体 B．沥青被烤化属于熔化现象 C．沥青被烤化属于汽化现象 D．沥青被烤化过程放热 7．（2017?兰山区一模）物理实验中经常需要对物体加热，对下列各图的相关描述与实际相符的是（）
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地下工程新材料开发研究及应用 曾景琮1，2魏锦铭 （1. 荣民工程股份有限公司，台北；2. 荣工公司台北捷运第二施工处，台北） 摘要：目前进行中工程面临各项原物料短缺，钢价节节高涨的因素下，工程界戮力寻求替代可行方案。本研究针对构件需求性能，顾虑交通安全，进行复合式构件结构设计、仿真分析、原型制作、静态承载实体实验。并透过自动化生产理念，研究出一套拌合生产机具，设法产制超高性能混凝土，提高拌合均匀度以及质量效率、降低工时成本，以符合工安环保要求目标。黑色复合式覆工版已进行量产，扫纹、吊耳、扣件部份也有两项专利，并已使用本专利处理改善，使覆工版更趋完善、坚固、安全、美观。复合式轴向支撑、围苓及中间柱不仅可节省传统钢制构件材料成本，有效降低自重，赴捷运工地开挖最深处现场实作，监测结果证实现场试验及铺设时亦适用传统吊放、安装系统。 关键词：地下工程，新材料 Research and Application of New Materials for Infrastructures ABSTRACT To meet the demands of MRT construction projects which require a large quantity of covering deck, strut and waling, alternative methods should be studied to prevent the shortage of the above members This research carried out structural design, simulations and analyses, prototype manufacture, and static loading tests to satisfy the requirements of quality of the members and traffic safety. A set of mixing equipment for the construction members using super high performance concrete was designed to reduce carbon-dioxide production, to increase the uniformity and quality of concrete mixing, to reduce the construction time and cost, and to fulfill the safety and environmental requirements.The black-overlay hybrid covering decks with pattern accepted have been mass produced and applied in MRT construction sites. Another two patterns named grooving and hanger which related to the accessory parts of the covering deck were also accepted. These patterns make the black-overlay covering deck more perfect, robust, safe, and beautiful.A new hybrid retaining structure system consisting of strut, waling and post was developed and mass produced with pattern accepted. This system has been applied in the MRT construction sites;monitoring results show that it can be installed by traditional equipments and it is cost-effective and light-weighted. After prototype experiment,the yielding characteristic of the material used in this research is similar to traditional steel members; thus the system will not fail abruptly and equips with the function of structural safty and precaution.. Keywords: underground work, new material. 一、前言 捷运工程明挖覆盖段，使用传统覆工版由钢构件组成，磨擦力低，常出车祸，遇雨车辆更易打滑，屡造成交通事故，危及财产及生命安全。加上交通建设朝深基础开挖，而挡土支撑与中间柱断面面积需求增大(如H498型钢)，大型钢构价昂、稀有不具市场性，须订制方可交货。为配合特殊之捷运工程需求，顾虑交通安全，黑色复合式覆工版需求甚殷，均须立即妥善因应。传统钢制构件易生锈腐蚀降低使用寿命，价格昂贵，又须进口且受制于人，增加成本。面临全球各项资源短缺，钢价高涨的因素下，寻求上述数项可行替代方案。 本文针对构件性能需求，进行复合式构件结构设计、仿真分析、原型制作、静态承载及实体实验。 二、复合式覆工版、复合式中间柱、支撑与围令等结构设计 有关地下工程新材料开发研究，首先进行复合式覆工版、复合式中间柱、支撑与围令结等构设计与应力检核，荷重-弯矩关系图如图1。 2.1、覆工板及支撑结构分析设计荷重
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文献综述 应用物理 电磁波在左手材料中的传输特性 过去二十年，一种被称为“左手材料”的人工复合材料在固体物理、材料科学、光学和应用电磁学领域内开始获得愈来愈广泛的青睐，对其的研究正呈现迅速发展之势，而它的出现却是源于上世纪60年代前苏联科学家的假想。 LHM概念的提出 1964年前苏联科学家V.G.Veslago教授从Maxwell方程出发，分析了电磁波在拥有负磁导率和负电介常数的材料中传播的情况，对其进行了阐述，如负的切连科夫效应、反斯涅耳定律、反多普勒效应等等。电磁波在传播时相速和群速方向相反，E、H、K三矢量之间呈现左手法则，与电磁波在传统材料（E、H、K三矢量之间呈现右手法则）中传播情况恰好相反，他定义该种材料为LHM材料。由于当时在自然界和实验室中未能找到这种材料，因此负折射率的问题并未引起大家的关注。在Veslago之后的几十年内，很少有关于负折射率问题的进一步报道。【1】 电磁波在左手材料传播特性 理论上麦克斯韦方程允许介电常数和磁导率都取负值，因此，麦克斯韦方程对于左手材料仍适用。对于单色平面波，麦克斯韦方程组可以写成如下： 对于右手材料，由前两式可知，电场E，磁场H，波矢k三者之间构成右手关系，而在左手介质中，波矢k三者之间构成左手关系。波矢k代表了相位传播方向，而能流传播方向S=E×H，代表了群速度。易判断波矢方向和能流方向相反。即相速度和群速度方向相反。 逆Doppler频移 声波在介质中传播时，波源和观察者如果发生相对运动，会出现Doppler效应。但是，在左手材料中，相速度和群速方向恰好相反，当波源和观察者相向而行时，观察者接收到的频率会降低，反之，则会提高。从而出现逆Doppler频移。 反常Cerenkov辐射【2】 反常Cerenkov辐射电动力学告诉我们，在真空中，匀速运动的带电粒子不会辐射电磁波，而
新材料的研究及其开发
第六章第二节新材料的研究与开发 半导体材料 光电子材料 ●能源功能材料 超导材料 磁性材料 贮能材料 燃料电池 ●纳米材料科学技术 但不同档次的硅芯片在21世纪仍大量存在，并将有所发展。 * 在绝缘衬底上的硅（SOI，SiOn Insulator) :功能低、低漏电、集成度高、高速度、工艺简单等。SOI器件用于便携式通信系统，既耐高温又抗辐照。 * 集成系统（IS，Integrated System)：在单个芯片上完成整系统的功能，集处理器、存储器直到器件设计于一个芯片 (System on a Chip)。 * 集成电路的总发展趋势：高集成度、微型化、高速度、低功耗、高灵敏度、低噪声、高可靠、长寿命、多功能。为了达到上述目标，有赖于外延技术（VPE，LPE，MOCVD 及 MBE）的发展，同时对硅单晶的要求也愈来愈高。表1为集成电路的发展对材料质量的要求。 表1 集成电路发展对材料质量的要求 (2)第二代半导体材料是Ⅲ-Ⅴ族化合物 GaAs 电子迁移率是Si的6倍（高速），禁带宽（高温）广泛用于高速、高频、大功率、低噪音、耐高温、抗辐射器件。 GaAs用于集成电路其处理容量大100倍，能力强10倍，抗辐射能力强2个量级，是携带电话的主要材料。InP 的性能比 GaAs 性能更优越，用于光纤通讯、微波、毫米波器件。 （3）第三代半导体材料是禁带更宽的SiC、GaN及金刚石。 （4）下一代集成电路的探索 光集成 原子操纵 光电子材料 21世纪光电子材料将得到更大发展 电子质量：10-31 Kg / 电子 电子运动：磁场、电阻热、电磁干扰、光高速、 传输（容量大、损耗低、高速、不受
左手材料
航空航天学院 工程、社会与职业伦理道德 期末文献综述 题目：左手材料的研究设计与未来展望
左手材料的研究设计与未来展望 姓名：喜宏智班级：F1541301 学号：515413910019 前言： 二战时期，真正具有隐身性能的德·哈维兰的蚊式战机开始投入使用，它所采用的覆盖张性复合材料的胶合木质结构对于二战中的雷达系统的隐形作用是相当成功的。同时也开启了科学家利用飞行器表面材料设计来实现隐身设计的新思路。 进入20世纪60年代，随着无线电技术和雷达探测技术的迅速发展，电子和通信设备向着灵敏、密集、高频以及多样化的方向发展，为消除或降低雷达所能侦查的电磁泄漏信号，科学家开始着力于研究基于超材料的吸波体设计，开始出现例如洛克希德公司的F -117A 隐形战斗机和诺斯罗普公司的 B- 2A 隐形轰炸机等隐形战斗机。 1999年，Pendry提出用连续金属线和开口谐振环组成的周期结构实现介电常 数和磁导率均为负值的左手材料[1] ，由左手材料衍生而来的超材料在透波和吸波 领域具有宽广的应用前景，引发了左手材料研究的热潮。 一、左手材料的研究进展及现状分析 左手材料是指在电磁波某些频段介电常数和磁导率同时为负的新材料。根据其实现原理，周期结构左手材料大致分为三类：第一类为基于金属线（或电谐振器）和磁谐振器的左手材料；第二类为垂直入射左手材料，这类材料一般在基板两侧具有相同的金属性质，通过基板两侧金属结构的耦合实现负磁导率，基板同侧相邻结构金属结构之间的耦合实现负介电常数；第三类为基于电介质材料的左手材料，将具有高介电常数的电介质结构单元嵌入具有低介电常数的基质中，实现负的介电常数和磁导率。 左手材料已经成为国际学术界的研究热点，近几年，国际上在左手材料制备，
基于铁氧体的左手材料的仿真与实验研究
基于铁氧体的左手材料的仿真与实验 艾芬 北京科技大学
TG335．6公开 分类号：____________ 密 级：______________ O442１０００８ ＵＤＣ：____________ 单位代码：______________ 北京科技大学 硕士学位论文论文题目：基于铁氧体的左手材料的仿真与实验研究 S2******* 学 号：_________________________ 艾芬 作 者：_________________________ 材料学 专业名称：_________________________ 2007年12月19日
北京科技大学硕士学位论文 论文题目： 基于铁氧体的左手材料的仿真与实验研究 作者：_________________________ 艾芬 指导教师：单位：北京科技大学 乔利杰教授 论文提交日期：2007年 12月 19日学位授予单位：北京科技大学
基于铁氧体的左手材料的仿真与实验研究Simulation and Experimental Research on Left-hand Material based on Ferrite 研究生姓名：艾芬 指导教师姓名：乔利杰 北京科技大学材料科学与工程学院 北京100083，中国 Candidate：Ai Fen Supervisor：Qiao LiJie School of Materials Science and Engineering University of Science and Technology Beijing 30 Xueyuan Road，Haidian District Beijing 100083，P.R.CHINA
晶体与非晶体的本质区别是什么
第一章 1.1 晶体与非晶体的本质区别是什么？单晶体为何有各向异性？而实际金属却表现为各向同性？ 1.2 作图表示立方晶系（211）、（112）、（210）、（321）、（223）、（236）晶面与[111]、[111]、[021]、[112]、[11]、[123]晶向。 1.3 立方晶系中，{120}、{123}晶面族包括哪些晶面？ 1.4 铜和铁室温下的晶格常数分别为0.286nm 和0.3607nm ，求13cm 铁和铜中的原子数。 1.5 常见的金属晶体典型结构有哪几种？αFe ?、γFe ?、Cu 、Al 、Ni 、Pb 、Cr 、V 、Mo 、Mg 、Zn 、W 各属何种晶体结构？ l.6 分析纯金属冷却曲线中出现“过冷现象”和“平台”的原因。 1.7 液态金属过冷提供了结晶的驱动力，所以只要有过冷就可以形核，试分析此种说法是否正确？ 1.8 凝固时典型金属晶体生长具有何种长大机制？何种条件下，纯金属晶体长大后会得到树枝晶？ 1.9 说明过冷（或过冷度）对晶粒细化的影响、如何理解降低浇注温度对晶粒细化的作用。 1.10 试说明布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度的应用范围及相互关系。 1.11 试分析钨（熔点3380℃）和铁（熔点1538℃）在1100℃变形，铅（熔点323℃）和锡（熔点232℃）在室温（20℃）变形，能否发生加工硬化现象？ 1.12 发动机曲轴毛坯的加工方法为锻造，试问锻造前为什么要将坯料加热？ 1.13 指出面心立方金属中位于（111）和（111）滑移面上每一个滑移方向的晶向指数（作图并标出）。 1.14 某面心立方晶体[001]晶向的拉伸应力达到 20MPa 时，（111）、［110］滑移系上位错开始滑移， 求临界分切应力。 1.15 说明滑移和孪生的主要区别？ 1.16 一块厚金属板冷弯180℃后进行再结晶退火，试画出纵截面上显微组织示意图。 第二章 2.1 什么是固溶强化？造成固溶强化的原因是什么？ 2.2 合金相图反映一些什么关系？应用时要注意什么问题？ 2.3 为什么纯金属凝固时不能呈枝晶状生长，而固溶体合金却可能呈枝晶状生长？ 2.4 30kg 纯铜与20kg 纯镍熔化后慢冷至125O ℃，利用图2.3的Ni Cu ?相图，确定： ⑴合金的组成相及相的成分；⑵相的质量分数。 2.5 示意画出图2.8中过共晶合金Ⅳ（假设Sn w =70％）平衡结晶过程的冷却曲线。画出室温平衡组织示意图，并在相图中标注出组织组成物。计算室温组织中组成相的质量分数及各种组织组成物的质量分数。 2.6 铋 （Bi ）熔点为271.5℃，锑 （Sb ）熔点为630.7℃，两组元液态和固态均无限互溶。缓冷时=Bi w 50％的合金在520℃开始析出成分为=Sb w 87％的α固相，=Bi w 80％的合金在400℃时开始析出=Sb w 64％的α固相,由以上条件: ⑴ 示意绘出Sb Bi ?相图，标出各线和各相区名称； ⑵ 由相图确定Sb w = 40％合金的开始结晶和结晶终了温度，并求出它在400℃时的平衡相成分和相的质量分数。 2.7 若Sn Pb ?合金相图（图2.8）中f 、c 、d 、e 、g 点的合金成分分别是Sn w 等于2％、19％、61％、97％和99％。问在下列温度（t ）时，=Sn w 30％的合金显微组织中有哪些相组成物和组织组成物？它们的相对质量百分数是否可用杠杆定律计算？是多少？ ⑴t =300℃；⑵刚冷到183℃共晶转变尚没开始；⑶在183℃共晶转变正在进行中；⑷共晶转变刚完，
左手材料应用前景远大
左手材料研究进展及其应用前景 工信部电子科学技术情报研究所黄庆红 1 概述 左手材料（Left- Handed Metamaterial，LHM）是一种介电常数（ε）和磁导率（μ）均为负的人工周期材料，由于其具有反常的多普勒（Doppler）效应、反常的切连科夫（Cherenkov）效应、理想透镜以及负折射效应等特性，成为应用物理、光学以及材料等领域的研究热点。由于左手材料的介电常数和磁导率都是负数，所以也称之为“双负介质材料”，通常被称为“负折射系数材料”。特异材料[1]（Metamaterial）是左手材料的另一个名称，它的目标是利用人造构成要素替代原子及分子、以类似结晶的结构规律来形成新的传输介质。 介电常数和磁导率是描述物质电磁性质的基本物理量，决定着电磁波在物质中的传播特性。自然界中，所有已知电介质的介电常数ε和磁导率μ都为正值。入射电磁波的电场、磁场和波矢三者构成右手关系，这样的物质被称为右手材料。通常在自然界见到的都是右手材料，右手规则一直被认为是物质世界的常规。但是，在左手材料中，电磁波的电场、磁场和波矢却构成左手关系。由于自然界中不存在ε和μ同时小于零的物质，可以通过人工分别设计负介电常数材料和负磁导率材料，将两种材料组合起来从而实现左手材料。也可以通过单一结构同时实现“双负”，同一结构同时出现负介电常数和负磁导率的前提是其在某一频率范围内应同时出现磁谐振和电谐振。 2 左手材料研发进程 2.1 左手材料的概念起源于理论研究 1967年，前苏联物理学家Veselago发表论文，首次报道了在理论研究中对物质电磁学性质的新发现，即：当ε和μ都为负值时，电场、磁场和波矢之间构成左手关系。他称这种假想的物质为左手材料。电磁波在左手材料中的行为与在右手材料中相反，如光的负折射、负的切连科夫效应、反多普勒效应等。材料世界从此翻开新的一页。 在这一具有颠覆性的概念被提出后的三十年里，在自然界并未发现实际的左手材料。直到将近新世纪时才出现转机。20 世纪90 年代，英国科学家Pendry等人受到光子晶体研究的启发，提出了分别实现负介电常数和负磁导率介质的理论模型，重新开启了该领域的研究。Pendry 研究发现周期性排列的导电金属线对电磁波的响应与等离子体对电磁波的响应行为
非晶材料文献综述
本科生毕业设计（论文）文献综述文献综述题目：Ti基非晶合金的制备以及低温力学性能 姓名：孙驰 学院：材料学院 班级：04320701 指导教师：程焕武
Ti基非晶合金的制备以及低温力学性能文献综述 1.非晶合金 1.1非晶合金概述 非晶合金材料是20世纪后期材料学领域发展迅速的新型材料，是亚稳金属材料的重要组成部分。从组成物的原子模型考虑，物质可分为两类：一类为有序结构，另一类为无序结构。晶体为典型的有序结构，而气态，液态和非晶态固体都属于无序结构。在非晶体中的原子，分子的空间排列不呈现周期性和平移对称性，晶态长程有序受到破坏，知识由于原子间的相互关联作用，使其在几个原子间距的区间内仍然保持着有序特征，即具有短程有序，人们把这样一类特殊的物质状态统称为非晶态[1]。 非晶合金长程无序但短程有序，是指原子在空间排列上不呈周期性和平移对称性，但在1-2nm的微小尺度内，与近邻或次近邻原子间的键合具有一定的规律性。短程有序可分为化学短程有序和几何短程有序。化学短程有序是指合金元素的混乱状态，即每个合金原子周围的化学成分与平均成分不同的度量；几何短程有序包括拓扑短程序和畸变短程序。非晶合金的微观结构与液态金属相似，但又非完全相同，液态金属的短程有序范围约为4个原子间距，而非晶合金约为5-6个原子间距，前者中原子可以做大于原子间距的热运动，后者的原子主要做运动距离小于一个原子间距的热运动。非晶合金结构特征可以用径向分布函数RDF（r）=4πr2ρ（r）加以描述。它表示以某个原子为中心，在半径r，厚度为d（r）的球壳内的平均原子数。非晶合金的RDF（r）上出现清晰的第一峰和第二峰，没有可分辨的其它峰出现。在X射线衍射谱上，不存在晶体所特有的尖锐衍射峰，而是出现宽展的馒头峰。它的电子衍射花样是由较宽的晕和弥散的环组成，不存在表征晶态的任何斑点和条纹[2]。 1.2非晶合金与块状非晶合金的发展历史 历史上第一次制备出非晶的是Kramer于1938年利用蒸发沉积的方法实现的，此后不久，Brenner等声称用电沉积法制备出了Ni-P非晶合金。1960年 Duwez等人用快速凝固方法第一次制备出了Au 75Si 25 非晶合金，这标志了非晶 合金的诞生，这种快速凝固法是将Au 75Si 25 金属直接喷射到Cu基底上直接激冷
非晶材料的应用原理及举例
非晶材料的应用原理及举例 许文贞 vincent.xu.chn@https://www.360docs.net/doc/cb3314885.html, 随着人类认识的发展和技术的进步，从20 世纪50年代涌现了若干新型非晶态材料，包括非晶合金、非晶半导体、非晶超导体、非晶离子导体和有机高分子玻璃等。那么什么是非晶材料呢？首先在这里给非晶材料做一个简单的概念及特征介绍。非晶材料也叫无定形或玻璃态材料，这是一大类刚性固体，具有和晶态物质可相比较的高硬度和高粘滞系数。但其组成的原子、分子的空间排列不呈现周期性和平移对称性，晶态的长程序受到破坏；只是由于原子间的相互关联作用，使其在几个原子（或分子）直径的小区域内具有短程序。由于至今尚无任何有效的实验方法可以准确测定非晶态材料的原子结构，上述定义都是相对而言的。非晶材料具有的基本特性有： ①只存在小区间内的短程序，而没有任何长程序；波矢κ不再是一个描述运动状态的好量子数。 ②它的电子衍射、中子衍射和X射线衍射图是由较宽的晕和弥散的环组成；用电子显微镜看不到任何由晶粒间界、晶体缺陷等形成的衍衬反差。 ③任何体系的非晶态固体与其对应的晶态材料相比，都是亚稳态。当连续升温时，在某个很窄的温区内，会发生明显的结构变化，从非晶态转变为晶态，这个晶化过程主要取决于材料的原子扩散系数、界面能和熔解熵。 上述的非晶材料具有的特征也只是非晶材料所具有的一般材料特性，在各种具体的非晶材料中，如上述提及的非晶磁性材料、非晶半导体材料、非晶合金等材料，它们又具有一些各自特殊的特性。因此本文主要是对该三种非晶材料的结构及其特征做简要介绍，然后再举例说明它们的实际运用。 1. 非晶材料 1.1 非晶半导体材料 未来的社会属于信息化社会，信息化社会离不开各种微电子器件。目前，各种电子器大都是以单晶半导体特别是硅单晶体作为基片，在基片上制作各种器件。但是，使用单晶硅有两个缺点：一是从硅单生长到晶片的切、磨、抛光直至制成器件，工艺过程复杂，材料损耗大；而是硅单晶锭的直径受到限制，目前晶片直径都在150mm以下，因此制成大面积器件有—定的困难。而非晶半导体材料恰恰解决了这些问题。 五十午代，苏联学者已经开始研究非晶态半导体，但真正的突破是在六十年代末和七十年代初期。目前研究得最多的有两大类材料：一类是用于元素周期表上IV族元素的半导体，特别是非晶态硅。另一类是硫属非晶态半导体，其主要成分是周期表中硫属元素如硫、硒、碲等，包括二元系（如As3Se2）和多元系（如As81Se21Ge30Te18）。下面对非晶态硅做简单介绍。 和单晶硅比，非晶态硅主要表现在非晶硅具有一般晶体材料难以得到的特性：
新材料的研究及其开发(doc 6页)
新材料的研究及其开发(doc 6页)
第六章第二节新材料的研究与开发 半导体材料 光电子材料 ●能源功能材料 超导材料 磁性材料 贮能材料 燃料电池 ●纳米材料科学技术 但不同档次的硅芯片在21世纪仍大量存在，并将有所发展。 * 在绝缘衬底上的硅（SOI，SiOn Insulator) :功能低、低漏电、集成度高、高速度、工艺简单等。SOI器件用于便携式通信系统，既耐高温又 抗辐照。 * 集成系统（IS，Integrated System)：在单个芯片上完成整系统的功能，集处理器、存储器直到器件设计于一个芯片 (System on a Chip)。 * 集成电路的总发展趋势：高集成度、微型化、高速度、低功耗、高灵敏度、低噪声、高可靠、长寿命、多功能。为了达到上述目标，有赖于外延技 术（VPE，LPE，MOCVD 及 MBE）的发展，同时对硅单晶的要求也愈来愈 高。表1为集成电路的发展对材料质量的要求。 表1 集成电路发展对材料质量的要求 (2)第二代半导体材料是Ⅲ-Ⅴ族化合物 GaAs 电子迁移率是Si的6倍（高速），禁带宽（高温）广泛用于高速、高频、大功率、低噪音、耐高温、抗辐射器件。 GaAs用于集成电路其处理容量大100倍，能力强10倍，抗辐射能力强2个量级，是携带电话的主要材料。InP 的性能比 GaAs 性能更优越，用于光 纤通讯、微波、毫米波器件。 （3）第三代半导体材料是禁带更宽的SiC、GaN及金刚石。 （4）下一代集成电路的探索 光集成 原子操纵 光电子材料 21世纪光电子材料将得到更大发展 电子质量：10-31 Kg / 电子 电子运动：磁场、电阻热、电磁干扰、光高速、
左手材料的研究进展及应用
左手材料研究进展及应用 左手材料,指的是介电常数(ε)和磁导率(μ)都是负数的材料(物质).在自然界中,所有物质的介电常数(ε)和磁导率(μ)都是正数.左手材料这种新型材料 的非常之处,在于其负的介电常数和磁导率使得主导普通材料行为的许多物理特性产生逆变. 左手材料有时也被称作”异向介质”,”负折射系数材料”. 迄 今为止,我们在自然界中见到的都是右手材料,右手规则一直被认为是物质世界 的常规.但是,在左手材料中,电磁波的电场,磁场和波矢却构成左手关系.这也是这种材料被称为"左手材料"的原因. 由于这种材料的介电常数和磁导率都是负数,折射率也是负的,根据电磁学理论,可以推断出它有很多奇异的物理特性.由于这个学期正在学习电磁场,电磁场的数学基础和这种反常自然界物质的神奇特性让我非常感兴趣.虽然阅读了较多的文献,不过很多理论还是不能理解.不过,我理解的那一部分已经受益匪浅了. 比如,人的大脑要有创新精神,敢于突破常规,虽然右手规则是统治自然界物质的普遍规律,在我们的脑海中,也根深蒂固的有ε和μ同时>0的概念,不过,只要敢于想,敢于创造,这种突破自然界常规的物质LHM(left hand material)就可以发挥出它巨大的功能. 一.左手理论的起源和发展 1967年，前苏联物理学家Veselag。在前苏联一个学术刊物上发表了一篇论文，首次报道了他在理论研究中对物质电磁学性质的新发现，即:当ε和μ都为负值时，电场、磁场和波矢之间构成左手关系。他称这种假想的物质为左手材料，同时指出，电磁波在左手材料中的行为与在右手材料中相反，比如光的负折射、负的切连科夫效应、反多普勒效应等等。这篇论文引起了一位英国人的关注，1968年被译成英文重新发表在另一个前苏联物理类学术刊物上。但几乎无人意识到，材料世界从此翻开新的一页。 左手材料的研究发展并不是一帆风顺。在这一具有颠覆性的概念被提出后的 30年里，尽管它有很多新奇的性质，但由于只是停留在理论上，而在自然界中尚未发现实际的左手材料，所以，这一学术假设并没有立刻被人接受，而是处于几乎无人理睬的境地，直到将近本世纪时才开始出现转机。英国科学家Pendry 等人在1998-1999年提出一种巧妙的设计结构可以实现负的介电系数与负的磁 导率，从此以后，人们开始对这种材料投入了越来越多的兴趣。2001年的突破，为左手材料的研究形成热潮莫定了历史性基础。 2001年，美国加州大学San Diego分校的David Smith等物理学家根据Pendry 等人的建议，利用以铜为主的复合材料首次制造出在微波波段具有负介电常数、负磁导率的物质，他们使一束微波射入铜环和铜线构成的人工介质，微波以负角度偏转，从而证明了左手材料的存在。 2002年7月，瑞士ETHZ实验室的科学家们宣布制造出三维的左手材料，这将可能对电子通讯业产生重大影响，相关研究成果也发表在当月的美国《应用物理快报》上。 2002年底，麻省理工学院孔金甄教授从理论上证明了左手材料存在的合理性，并称这种人工介质可用来制造高指向性的天线、聚焦微波波束、实现“完美选