過冷Ga-In、Ga-Sn合金液體局域結構研究.pdf

1、選取Ga-In、Ga-Sn合金為研究對象，利用振蕩杯熔體粘度儀、X射線衍射儀、從頭算分子動力學模擬和X射線吸收精細結構譜學對Ga-In、Ga-Sn合金液體的局域結構進行了研究，剖析了液態(tài)合金中團簇的構成并揭示了其演變規(guī)律。
　　利用振蕩杯粘度儀研究了不同成分Ga-In合金熔體的粘滯性，發(fā)現(xiàn)該合金在過熱和過冷液態(tài)區(qū)間的粘度均隨溫度的降低而增大，在兩個不同的溫度區(qū)間，其粘度對溫度的依賴性不同;在相同溫度下，Ga-In合金熔體的粘度隨I

2、n含量的增加而增大。通過計算Ga-In合金的過熱熔體脆性和過冷熔體脆性，發(fā)現(xiàn)其過冷熔體脆性大于熔體脆性，并且脆性參數(shù)均大于1。研究了外加磁場對不同成分Ga-Sn合金熔體粘滯性的影響，同一磁場強度下，Ga-Sn合金熔體的粘度均隨溫度的降低而增大，且過熱液態(tài)和過冷液態(tài)Ga-Sn合金的粘度隨溫度的變化速率不同;同一溫度下，Ga-Sn合金熔體的粘度隨磁場強度的增大而增大，并且磁場強度越高，Ga-Sn合金熔體的粘度增速越快。表明Ga-In和Ga-

3、Sn合金液體由過熱態(tài)向過冷態(tài)轉變時，結構發(fā)生突變。
　　利用X射線衍射和從頭算分子動力學模擬技術，對Ga-In合金的液體結構進行了研究，發(fā)現(xiàn)液體由過熱態(tài)向過冷態(tài)轉變時，其結構發(fā)生突變。過熱和過冷液態(tài)Ga-In合金中均存在Ga-Ga共價鍵，并且過冷液體中的共價鍵鍵長更長;降溫過程中，在液相線溫度附近，Ga-In熔體中團簇突然增大，有序度增加，但是原子平均最近鄰配位數(shù)減小;最近鄰原子間距隨溫度降低而增大，Ga原子和In原子的偏配位數(shù)均

4、隨著溫度的降低而減小;隨著In原子含量的增加，Ga-In合金熔體平均最近鄰原子間距增大，原子間相互作用力增強，Ga原子和In原子的偏配位數(shù)及平均配位數(shù)均增大。利用X射線吸收精細結構技術對X射線衍射所得的Ga-In合金熔體團簇進行剖析，構建了過熱液態(tài)及過冷液態(tài)Ga85.8In14.2合金與Ga90In10合金中以In原子為中心的團簇模型，發(fā)現(xiàn)液體由過熱態(tài)向過冷態(tài)轉變時，液體中原子發(fā)生重排，最近鄰原子間距增大，液態(tài)結構由高配位的多面體團簇向

5、高對稱性的低配位多面體團簇轉變。尤其是過冷Ga85.8In14.2合金液體，中心In原子周圍的配位Ga原子以x0y和y0z面為對稱面呈對稱排布。通過研究剖析了Ga-In合金液體中團簇的構成及演變規(guī)律，有助于人們從更微觀的角度研究液態(tài)合金在過冷條件下的液-固轉變。
　　利用X射線衍射技術研究了Ga98Sn2和Ga91.6Sn8.4兩種合金的液體結構的溫度依賴性。隨著溫度的降低，在液相線溫度附近，Ga-Sn合金液體結構發(fā)生突變，其相關

6、半徑和有序度呈反常變化;在過熱和過冷液態(tài)區(qū)間內，其相關半徑和有序度均隨溫度的降低而增加;過冷液體Ga-Sn合金的共價鍵較過熱液體的強。利用從頭算分子動力學模擬研究了Ga-Sn合金熔體局域結構，發(fā)現(xiàn)合金熔體的有序度隨溫度的升高而降低，同類原子間的相互作用比異類原子間相互作用強，熔體中部分Sn-Sn共價鍵在高溫時斷裂;Ga91.5Sn8.5和Ga95Sn5合金熔體中均存在Ga-Ga、Sn-Sn共價鍵，但是，Ga91.5Sn8.5合金熔體中的