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微合金元素对纳米晶合金磁特性的调控机制

目录

文档概述与背景．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3

1.1纳米晶合金材料的兴起．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4

1.2微合金元素的定义与分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8

1.3磁性在金属材料中的重要性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10

1.4本研究的意义与目标．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12

微合金元素与纳米晶合金概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13

2.1微合金元素的主要种类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15

2.2微合金元素的原子尺寸与电子结构特征．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17

2.3纳米晶合金的典型结构特征．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18

2.4纳米晶合金的形成机制与制备方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22

磁学基础理论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23

3.1原子磁性与磁矩．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24

3.2元磁矩的排列机制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27

3.3磁交换作用对宏观磁性的影响．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28

3.4纳米晶合金中的尺度效应与磁响应特点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31

微合金元素对纳米晶合金磁特性的影响机制．．．．．．．．．．．．．．．．33

4.1晶格畸变与应力场的产生机制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35

4.1.1置换式固溶与晶格常数改变．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．37

4.1.2固溶强化与局部畸变特征．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．39

4.2细化晶粒与抑制长大的作用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．40

4.2.1原子团簇形成与纳米尺度维持．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42

4.2.2对纳米晶结构的调控效应．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．45

4.3原子尺度改性与电子结构的修饰．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．46

4.3.1杂化轨道的形成与重叠改变．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．47

4.3.2磁矩耦合方式的影响．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．49

4.4形成新相或强化第二相的界面效应．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．51

4.4.1强化相的弥散分布与尺寸效应．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．52

4.4.2相界面引发的交换偏置现象．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．54

典型微合金元素对纳米晶合金磁特性的具体调控实例．．．．．．．．56

5.1钒等过渡族元素的调控作用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．59

5.2铝等类金属元素的调控作用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．60

5.3碳等非金属元素的调控作用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．62

5.4不同元素组合的协同效应分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．66

微合金元素调控纳米晶合金磁特性的实验验证与数据处理．．．．67

6.1关键实验技术．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．68

6.2实验样品设计原则与制备过程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．70

6.3磁性能参数的表征与分析方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．72

6.4影响因素的定量关系研究．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．74

微合金元素调控磁特性的理论计算模拟方法．．．．．．．．．．．．．．．．78

7.1第一性原理计算的基本原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．82

7.2几率h?n方法与磁相互作用计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．85

7.3模拟计算在理解调控机制中的应用与局限．．．．．．．．．．．．．．．．．87

总结与展望．．．．．．．