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游走纽约城边的黑色爵士猫 2018-08-10 评分 0 浏览量 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《邻苯二甲酸二甲酯晶体中裂纹愈合效应的力学谱研究(可编辑)doc》,可适用于初中教育领域,主题内容包含邻苯二甲酸二甲酯晶体中裂纹愈合效应的力学谱研究(可编辑)邻苯二甲酸二甲酯晶体中裂纹愈合效应的力学谱研究第卷第期年月物理学报Vol,No,March,符等。

邻苯二甲酸二甲酯晶体中裂纹愈合效应的力学谱研究(可编辑)邻苯二甲酸二甲酯晶体中裂纹愈合效应的力学谱研究第卷第期年月物理学报Vol,No,March,()ACTAPHYSICASINICAChinPhysSoc邻苯二甲酸二甲酯晶体中裂纹愈合效应的力学谱研究))))))))))周恒为王丽娜郭秀珍吴娜娜张丽张晋鲁黄以能)(伊犁师范学院新疆凝聚态相变与微结构重点实验室,伊宁))(南京大学物理系国家固体微结构重点实验室,南京)(年月日收到年月日收到修改稿)推广应用应力诱导裂纹和裂纹愈合的新方法(RMSCH方法,Wu等,ApplPhysLett())于晶体材料的应力诱导裂纹和裂纹愈合过程的实时检测对邻苯二甲酸二甲酯晶体的测量结果表明,在定升温速率c条件下:)裂纹愈合的速率随温度变化表现为较为尖锐的单峰,对应的峰温可以作为裂纹愈合的特征温度T,且chcT=K)裂纹愈合速率峰是不对称的,低温边宽而高温边窄,即裂纹愈合在相对低的温度就已经开始,并且低chcc于T的愈合量占总愈合量的比例较大上述结果与玻璃材料中的裂纹愈合行为极为相似,但是T比邻苯二甲酸chchc二甲酯玻璃的裂纹愈合温度高一些另外,T远低于晶体的熔化温度,表明其与正常的结晶过程有很大的不同值ch得指出的是,观测到对应于晶体裂纹愈合过程的两个动力学损耗峰,可以预期这对晶体裂纹愈合机理的研究无疑是有益的上述结果也表明了RMSCH方法对晶体裂纹产生和愈合过程实时检测的可行性和有效性关键词:裂纹愈合,晶体缺陷,力学谱PACC:E,,对晶体材料的裂纹愈合过程中裂纹形态变化、影响裂纹愈合的因素、裂纹愈合机理、以及相关研究方法引言等方面进行了较为广泛的研究,并取得了一定影响大量研究结果表明,晶体材料在实际生产及使的研究进展但是到目前为止,无论是实时检用过程中,其内部和表面容易产生裂纹裂纹的存在测裂纹产生及愈合过程有效方法的研究还是裂纹愈合的微观机理的研究都有待于进一步探讨,这是由与扩展将会使材料的强度、韧性下降,导致构件过早失效、剩余寿命降低、甚至造成灾难性事故因此深于:)现有的裂纹预制过程会受设备控温精度、加入晶体材料裂纹愈合研究,形成系统的材料微裂纹工精度及人为因素等影响,使得所制试样的内部原愈合理论及成熟的愈合工艺,对于促进材料智能化始裂纹、裂纹愈合程度都有一定程度的随机性,使观和提高材料使用寿命及安全性等将有重要的现实察结果的可重复性或多或少的降低要使不同试样意义具有随机性更小的原始裂纹,以增强研究结果的可晶体材料的裂纹主要出现在材料中的微结构附重复性,需要探讨更为有效的裂纹预制方法)剖近,如位错、层错等,通过裂纹愈合效应研究可以获分试样观察法对裂纹产生和愈合的微观过程研究较为有效,限制是对单个最多是少数裂纹的一部分结得材料微结构和微观相互作用的重要信息基于该信息,为全面的了解材料的性质、并且对指导材料性构原位观察疲劳测量法对裂纹产生和愈合完成后能的改进和新材料的设计有重要的指导的材料总体性能检测更为有效,实时检测裂纹愈合,,,意义过程的细节是其弱点密度测量法由于灵敏度较低自世纪年代以来,研究者们从多种角度仅仅能够在裂纹较大或较多时进行实时检测超声国家自然科学基金(批准号:,),新疆自治区教育厅重点基金(批准号:XJEDU)和新疆自治区科技厅自然基金(批准号:,)资助的课题Email:ynhuangnjueducnzjlylsyeducn期周恒为等:邻苯二甲酸二甲酯晶体中裂纹愈合效应的力学谱研究C扫描检测法同样受到灵敏度和裂纹对超声波的随运动加强温度升至玻璃化转变温度附近时,分子的机散射的限制,只能在裂纹密度较低时进行较大裂可动性加剧,使得降温过程中产生的裂纹得以愈合,纹的实时原位检测因此更为有效的新方法的探索样品的模量表现为上升直接测量参量是衬底的共一直是该领域的热点,因为它必然会从新的视角提振频率(f)和耗散因子(Q)、以及待测样品与衬ss供裂纹产生和愈合过程的新知识)现有裂纹愈合底组成的复合体系的共振频率(f)和耗散因子c机理来源于研究者们根据不同的试验结果,从不同(Q)随温度(T)或时间(t)的变化结合文献c的角度提出的一些看法,每一种观点一般只能解释所发展的RMSCH测量理论,可以计算出部分实验现象甚至基于相同的实验结果,提出了完待测样品的复杨氏模量Y=Y′iY〃随T或t的变全不同甚至是相悖的机理所以裂纹愈合的机理研化,其中Y′为实模量或储能模量,Y〃是与样品的耗散究仍需深入行为相对应的虚模量,i为虚数单位近来,本课题组基于先期发明的液态簧振动力由于本文的主要兴趣在于,对应于晶体中裂纹学谱(RMSL)方法,设计了一种在玻璃材料中通过产生和愈合过程而导致的复杨氏模量相对变化,主应力诱导裂纹、并且能够实时检测裂纹产生及裂纹要实验结果(图和图)使用的都是约化复杨氏模愈合的方法(RMSCH)RMSCH方法继承了簧振量y,动力学谱(RMS)高灵敏度检测的优点,同时可以实yYY′|=y′iy〃,()c,K时检测裂纹产生和愈合过程的模量变化与耗散行为其中Y′|为如下所述邻苯二甲酸二甲酯晶体在c,K随温度和或时间的变化值得指出的是,据作K时的实模量者所知,现有的裂纹产生和愈合过程的检测方法都实验样品不能检测裂纹产生和愈合过程的耗散行为,因此RMSCH方法无疑是对现有方法的重要补充,特别实验所用的衬底材料为单晶硅,样品材料为邻是在相关机理的研究方面苯二甲酸二甲酯(dimethylphthalate)之所以选择这利用RMSCH,本课题组已对玻璃材料的裂纹种物质,是因为随温度的升降,它既可以形成玻璃又,,愈合随温度的变化规律进行了研究实验结可以结晶在本实验中Kmin的速率降温条,,果表明,RMSCH方法对玻璃材料的裂纹产件下,邻苯二甲酸二甲酯并不会结晶,而是在低温形生与愈合的实时检测的确是有效的,但是对晶体材成玻璃但在升温过程中,处于过冷液态的邻苯二甲料是否可行仍然需研究因此,本文采用RMSCH酸二甲酯会在一定温度下结晶,这样就可以进行同方法测量晶体材料中裂纹的产生特别是裂纹愈合过种物质的晶态与玻璃态的裂纹愈合的对比研究程,以期获得晶体裂纹愈合过程的信息,并且验证实验方案RMSCH方法对晶体裂纹愈合效应的实时检测的可,,行性与有效性用RMSCH方法,将一块单晶硅片置于RMS谱仪检测探头中作衬底,并将所要研究的邻苯实验二甲酸二甲酯材料置于它的正上方,并且保证它们之间以相互浸润的方式接触然后对样品进行连续的多次降温和升温处理,具体地,第一次降温过程从实验方法及测量原理室温(K)到K室温时邻苯二甲酸二甲酯样实验仪器为南京大学物理系自主知识产权的品都为液态,K时它们都处于玻璃态相继的第PJII型液态簧振动力学谱仪,实验方法为RMSCH,一次升温过程从K到样品处于晶态的某个温度其实验原理为:因样品与衬底的热膨胀系数不(K)相继的第二次降温过程从K到K同,在降温过程中样品与衬底的收缩量不同,将会导相继的第二次升温过程从K到室温温度控制由致样品与衬底之间产生相对位移的趋势,从而会在自行设计的冷源为液氮的系统完成,降温速率样品内部产生应力当应力超过样品所能承受的极Kmin,升温速率Kmin限应力时,就会在样品内产生裂纹,造成样品的模量为了提高测量的灵敏度和防止低温下空气对样下降在升温过程中,随着温度的升高,样品中分子品的污染,样品室被保持在torr(torr=物理学报卷Pa)的真空环境中没有对应于玻璃化转变的y′硬化过程和y〃损耗峰,表明邻苯二甲酸二甲酯样品的结晶度相当高另外,在K和K附近的y′和y〃的微小变实验结果与讨论化,可能是源于裂纹结构的微妙调整过程文献给出样品邻苯二甲酸二甲酯在邻苯二甲酸二甲酯晶体从K到K升温整个升温测温区内经历的四个显著过程,约在温度过程的结果如图(c)和(d)所示其中,从K的y′快速软化到的过程K和y〃损耗峰P范围K之间对应于邻苯二甲酸二甲酯过mm冷液态的再结晶过程为了研究晶体的裂纹愈合过表征的是邻苯二甲酸二甲酯晶体的熔化过程程,实验中先让样品连续进行第一次降温过程(从从K到K的y′的连续硬化过程K是本文h室温K)和第一次升温过程(K),要讨论的一个重点该过程表明邻苯二甲酸二甲酯在这两过程显示了玻璃态材料的裂纹产生与愈合规晶体从低温(<K)存在裂纹的模量较小状态连律,其结果已在文献,中给出在邻苯二甲酸二续硬化到一个高温(K)模量较大的状态,除了甲酯晶体熔点T之下的K重新降温至K(图用晶体中的裂纹愈合来解释该过程外,至今我们还m(a)和(b)),而后再升温,该过程将显示了晶态材料没有发现其他的可能解释,因此本文中我们认为该的裂纹产生与愈合规律(图(c)和(d))过程对应的就是邻苯二甲酸二甲酯晶体中的裂纹愈图(a)和(b)所示的分别为邻苯二甲酸二甲合过程酯晶体的约化实杨氏模量y′、约化虚杨氏模量y〃为了深入分析晶体的裂纹愈合过程,这里对从(式())从K到K的降温结果其中,在晶态开始的升温过程(图(c))的y′随T的变化结K的y′不连续下降、以及对应y〃的微小变化过程,与果进行了如下的微分dy′dT操作,结果如图所玻璃材料的裂纹产生过程极为相似,对应晶体的裂示这是由于:)dy′dT操作更能反映裂纹愈合过纹产生过程低于该温度的y′和y〃的变化都很小,在程中y′随T的变化细节)对本文实验的定升温速邻苯二甲酸二甲酯玻璃的玻璃化转变温度附近,也率测量,有dy′dTdy′dt在愈合区域中,可以想图邻苯二甲酸二甲酯晶体从K到K的降温过程((a)和(b))和从K到K的升温过程((c)和(d))中,约化复模量的实部y′和虚部y〃随温度T的变化结果((d)的插图是从K到K的升温过程中,y〃yb随T的变化结果,其中本底y={(T)(T)})b期周恒为等:邻苯二甲酸二甲酯晶体中裂纹愈合效应的力学谱研究象dy′dt正比于裂纹的愈合率,因此dy′dT随T的,)但是,邻苯二甲酸二甲酯晶体的裂纹愈c变化反映了裂纹愈合率随T的变化,如图的插图合温度T=K高于邻苯二甲酸二甲酯玻璃的ch所示裂纹愈合温度,即玻璃化转变温度T=K如上g文所述,对邻苯二甲酸二甲酯晶体,其裂纹愈合温度cT远低于晶体的熔化温度T=K,表明其与正chm常的结晶过程有明显的不同需要强调指出的是,对应于邻苯二甲酸二甲酯晶体裂纹愈合过程K,出现两个损耗峰P和P,hhhhl如图(d)的插图所示P出现在K附近,刚好hl对应于裂纹愈合率明显开始增加的温度,P出现在hhK附近,对应于裂纹愈合率峰的高温边中部,即裂纹愈合过程快要结束(图的插图)另外,与对应于晶体熔化过程的P峰(图(d))相比,P和mhhP小到文献,已经证明,P峰hlm与相界面的运动有关,对应峰顶(K)的畴区的图邻苯二甲酸二甲酯晶体在升温过程中,dy′dT随温度T大小m如果认为P和P来源于裂纹愈合的变化结果(插图所示的是在裂纹愈合区,邻苯二甲酸二甲酯晶μhhhl体和玻璃的dy′dT(正比于裂纹愈合率)随温度T的变化结果)的某种分子动力学耗散过程,可以粗略估算出裂纹之间的距离μm,这是合理的数值,反过从图中可以发现,邻苯二甲酸二甲酯晶体的来也说明将P和P归因于裂纹愈合的合理性以及hhhl裂纹愈合速率随温度变化的显著特征是表现出尖锐复杂性的峰,即存在一个明显的最大值该最大值对应的温据作者所知,本文所观察到的与晶体裂纹愈合度可以作为定义裂纹愈合的特征温度,即裂纹愈合过程有关的P和P峰,是首次从动力学耗散的角hhhlc,c温度T由图中的数据可以得到T=K,chch度研究裂纹愈合过程的结果,也可以预期,对它们的这表明晶体中的裂纹愈合在远低于晶体的熔化温度深入研究,必然会给出晶体裂纹愈合机理的重要T(K,如图所示)已经完成从图中还可以发m启发现,裂纹愈合速率峰是不对称的,低温边宽而高温边窄,表明裂纹愈合在相对低的温度就已经开始,并且感谢南京大学化学与化工学院薛奇教授所在课题组提占总的愈合量的比例较大反之高温裂纹愈合区域供的邻苯二甲酸二甲酯样品与有益的讨论,感谢美国亚力桑小,占总愈合量的比例也小娜大学化学系CAAngell教授的极有启发的指导与讨论,值得指出的是,邻苯二甲酸二甲酯玻璃和晶体感谢杨震高级实验师和王小敏高级工程师对实验工作的指导与协助的裂纹愈合过程的总体特征极为相似(图和文献BroniszSE,DouglassDLPhysStatSolKWangZ,LiYZ,HarmerMP,ChouYTJAmCeramLangeFF,GuptaTKJAmCeramSocSocRobertsJTA,WronaBJJAmCeramSocPowersJD,GlaeserAMJAmCeramSocGuptaTKJAmCeramSocZhangYH,EdwardsL,PlumbridgeWJJAmCeramEvansAG,CharlesEAActaMetallugicaSocSmithDL,EvansBJGeophysResAndoK,IkedaT,SatoS,YaoF,KobayashiYFatigueFractScottC,TranVBAmCeramSocBullEngngMaterStructYasutakeK,IwataM,YoshiiK,UmenoM,KawabeHJWeiDB,HanJT,XieJXMaterialsReview(inMatSciChinese)韦东滨、韩静涛、谢建新材料导报OhyaY,NakagawaZE,HamanoKJAmCeramSocWeiDB,HanJT,XieJXMaterialsReview(inCChinese)韦东滨、韩静涛、谢建新材料导报物理学报卷ZhouYZ,QinRS,XiaoSH,HeGH,ZhouBLJMat良、卢艳丽、王永欣、张静、赵彦、甄辉辉物理学报ResWhiteSR,ScottosNR,MooreJ,GeublleP,KesslerM,BrownCuiC,MaXY,YangDRActaPhysSin(inE,SureshS,ViswanathanSNatureChinese)崔灿、马向阳、杨德仁物理学报LvJ,JinZH,ZhengZX,DingHFJournalofInorganicGuSY,WuQ,ZhaoHP,ZhouZCActaPhysSinMaterials(inchinese)吕、金志浩、郑治祥、丁厚(inChinese)顾苏怡、吴倩、赵宏平、周正存物福无机材料学报理学报GaoKW,QiaoLJ,ChuWYActaMetallurgicaSinicaLiYJ,XuAG,YangQL,ZhangGC,ZhaoYHActa(inChinese)高克玮、乔利杰、褚武扬金属学报PhysSin(inChinese)李英骏、许爱国、杨其利、张广财、赵艳红物理学报AndoK,FurusawaK,ChuMC,HanagateT,TujiK,SatoSJinHM,FeliaAdriana,AroyaveMajorriActaPhysSinJAmCeramSoc(inChinese)靳刊明,FelixAdriana,AroyaveMajorriYangDZIntelligentMaterialsandIntelligentsystems物理学报(Tianjin:UniversityofTianjinPress(inchinese)杨大智LiWW,SunKActaPhysSin(inChinese)智能材料与智能系统(天津:天津大学出版社)李万万、孙康物理学报ChenXX,DamMA,OneKScienceLiWW,SunKActaPhysSin(inChinese)AndoK,ShiraiY,NakataniMJEuroCeramSoc李万万、孙康物理学报ZhangGY,ZhangH,LiuCM,ZhouYJActaPhysSinKesslerMR,SottosNR,WhiteSRCompositeA(inChinese)张国英、张辉、刘春明、周永军KimYW,AndoK,ChuMCJAmCeramSoc物理学报GreenwoodJAJPhysDWuWH,ZhangJL,ZhouHW,GuoXZ,HuangYNZhangHL,HuangPZ,SunJ,GaoHApplPhysLettApplPhysLettYingXN,YuanYH,ZhangL,HuangYN,WangYN,WangXTooheyKS,SottosNR,LewisJA,MooreJS,WhiteSRL,ZhouDS,XueGRevSciInstruNatureMatHuangYN,ZhangJL,YingXNProgressinPhysicsKimHS,KimMK,KangSB,AhnSH,NamKWMat(inChinese)黄以能、张晋鲁、应学农物理学进展SciEngADementsovA,PrivmanVPhyRevEYingXN,YuanYH,ZhangL,HuangYN,YangZ,WangYNCarusoMM,BlaiszikBJ,WhiteSR,SottosNR,MooreJSProgressinPhysics(inChinese)应学农、袁颖AdvFunMat憨、张亮、黄以能、杨震、王业宁物理学进展WoolRPSoftMatterZhouHW,ZhangJL,HuangYN,YingXN,ZhangL,WuWChenDY,ChenKJ,GuoSH,HuangR,HuangXF,LiW,MaH,ShenYFActaPhysSin(inChinese)周恒ZY,WeiDY,XuJ,XuL,YaoJ,Zhou,JChinPhysB为、张晋鲁、黄以能、应学农、张亮、吴文惠、沈异凡物理学报ZhangJM,HuangYH,XuKW,JiVChinPhyZhangJL,ZhangLL,WuWH,ZhouHW,GuoXZ,HuangYYinT,ZhouL,RongMZ,ZhangMQSmart

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