显微结构分析

显微结构分析第1页，共81页，2023年，2月20日，星期六特殊晶界倾转境界：倾转轴在界面内第2页，共81页，2023年，2月20日，星期六晶粒1+晶粒2的衍射第3页，共81页，2023年，2月20日，星期六存在一些特殊取向的晶界有一个共有界面，可以形成孪晶结构，形变孪晶。第4页，共81页，2023年，2月20日，星期六晶界位错晶界位错的模型-Burgers(1939)，Bragg(1940)Frank(1950)和Bilby(1955)完善了晶界位错的模型晶界位错的模型只适用于小角度晶界对于大角度晶界，如按照晶界位错的模型，位错密度会高到使位错芯区发生重叠，失去单根位错的意义。第5页，共81页，2023年，2月20日，星期六小角度晶界由一组刃型位错组成第6页，共81页，2023年，2月20日，星期六第7页，共81页，2023年，2月20日，星期六部分共格界面的位错模型若两个点阵对应的晶面间距差小于15%，则可以通过原子位置的适当调整，使彼此维持一种共格状态，但有某种程度应变的共格关系，界面应变场提高了界面的自由能。当两个点阵对应的晶面间距差大于15%，无论如何调整界面两侧原子的位置，也不能维持完全的共格关系，这时需要每个一定距离引入一根位错，这就是部分共格界面。第8页，共81页，2023年，2月20日，星期六第9页，共81页，2023年，2月20日，星期六点阵错配度δ两平行晶面间距分别为aα和aβ，δ=2(aβ-aα)/(aα+aβ)界面失配位错的Burgers矢量垂直于界面两侧相平行的晶面，并在界面内，有 │b│=(aα+aβ)/2每两根失配位错的间距为 D=│b│/δ=(aα+aβ)2/4(aβ-aα)第10页，共81页，2023年，2月20日，星期六如果位错密度过大，密集的位错分布使得它们的芯部彼此重叠，整个界面不再有共格区，变成完全不共格界面。δ>0.25，每四个晶面就有一根位错。如果δ比较适中，如面心和体心立方相{111}f//{110}b，δ=0.025，相应的│b│=0.2nm，D=8nm，这样的界面错配位错适合观察。第11页，共81页，2023年，2月20日，星期六界面多面体堆垛模型大角度晶界中在界面的一定范围内原子的排列形成了一定的三维多面体结构，这种多面体是下面七种Bernal多面体之一。由于旋转轴的不同，形成晶界时，除了多面体不同以外，多面体的排列间隙也有变化。多面体的空间体积和能量可以通过位于多面体顶点处原子的互作用势计算。界面除了出现多面体空间外，有时还会有空洞或其它的排列结构，当某些元素通过偏聚的方式进入这些空间应是降低系统能量的自然方式。第12页，共81页，2023年，2月20日，星期六第13页，共81页，2023年，2月20日，星期六第14页，共81页，2023年，2月20日，星期六第15页，共81页，2023年，2月20日，星期六扭转晶界倾转轴垂直于界面内第16页，共81页，2023年，2月20日，星期六重位点阵结构相同但取向不同的相邻两个晶体按各自的点阵周期相向扩展，形成彼此贯穿的空间点阵，在这个贯穿点阵中两种点阵的某些阵点将按一定规律周期性发生位置重合，将这些位置重合的阵点作为一个新点阵就得到所谓的重位点阵(coincidentsitelattice,CSL)。位置相重的阵点数对两个点阵是相同的。第17页，共81页，2023年，2月20日，星期六第18页，共81页，2023年，2月20日，星期六重位点阵的表示方法发生位置相重的阵点在原点阵中所占的比例称为重位位置密度，定义为1/Σ。Σ也可以理解为重位点阵单胞体积与原点阵单胞体积之比。Σ=1，是单晶，没有晶界面。Σ越大，重位的阵点越少。第19页，共81页，2023年，2月20日，星期六重位点阵的描述旋转轴为[uvw]，转角为θ。r和s是以原点阵坐标系表示的某重位点阵矢量，有Σ=r2+s2(u2+v2+w2)，tgθ=(u2+v2+w2)1/2s/r如r=2,s=1,[uvw]=[001],Σ=5,θ=36.9o。原点阵单胞参数为a、b，CSL单胞参数为A、B，则tg(θ/2)=bs/ar，令M=b/a，则

θ=2tg-1(Ms/r)Σ代表CSL单胞与原单胞体积之比，即Σ=AB/ab第20页，共81页，2023年，2月20日，星期六如果CSL点阵是原点阵的放大，二者相似，有a/b=A/B，于是Σ=AB/ab=(b/a)A2/ab=(a2r2+b2s2)/a2=r2+M2s2只要找到一个重位点的坐标，又知道重位点阵单胞对原点阵单胞的边长比，就可以求得Σ值，Σ取奇数。如果计算得到Σ值是偶数，则连续除以2，直到得到奇数。例如Σ=56，应为Σ=7。第21页，共81页，2023年，2月20日，星期六第22页，共81页，2023年，2月20日，星期六第23页，共81页，2023年，2月20日，星期六全位移点阵构成重位点阵的两个原始点阵的阵点间存在平移矢量差，以三个非共面的最短平移矢量差为平移周期矢量可以组成一个覆盖转动后全部新旧阵点的点阵，称为全位移点阵(DisplacementShiftCompletely,DSC)。DSC点阵的优点是可以揭示境界结构的细节。第24页，共81页，2023年，2月20日，星期六第25页，共81页，2023年，2月20日，星期六第26页，共81页，2023年，2月20日，星期六第27页，共81页，2023年，2月20日，星期六电子衍射的特点电子束平行于界面时，得到一个单晶的两个不同取向的电子衍射第28页，共81页，2023年，2月20日，星期六晶粒I+II的电子衍射图第29页，共81页，2023年，2月20日，星期六扭转境界的电子特点电子束方向平行于晶粒的共同方向时得到两个相同单晶的电子衍射图，但相互之间有一个转动，与倾转晶界的情况相似。第30页，共81页，2023年，2月20日，星期六第31页，共81页，2023年，2月20日，星期六扭转晶界的晶体学特点有一列共有的点阵方向，可以形成各种取向畴，或者旋转孪晶。第32页，共81页，2023年，2月20日，星期六第33页，共81页，2023年，2月20日，星期六扭转晶界的例子NaV2O5晶体中的扭转晶界NaV2O5的点阵参数，第34页，共81页，2023年，2月20日，星期六BackgroundThisoxideisofsignificantimportancebecauseofitsfundamentalquantumnature,whichisuniqueexhibitinglow-dimensionalsystemwithS=1/2chainandasinglegroundstateandaspin-Peierlstransitionatthetemperatureof35K.第35页，共81页，2023年，2月20日，星期六

ExperimentaldetailsV2O3,V2O5andNaVO3usedasrawmaterialsRawmaterialsmeltedinaplatinumcrucibleat1273KNaV2O5crystalobtainedat1020K第36页，共81页，2023年，2月20日，星期六Results(001)Lamellawithwidthof1microntwistboundarywithsigmavalueof235第37页，共81页，2023年，2月20日，星期六第38页，共81页，2023年，2月20日，星期六第39页，共81页，2023年，2月20日，星期六第40页，共81页，2023年，2月20日，星期六第41页，共81页，2023年，2月20日，星期六第42页，共81页，2023年，2月20日，星期六第43页，共81页，2023年，2月20日，星期六ConclusionTheboundariesdon’tinterruptthechargeorderingofV4+chainorladderbelowthetransitiontemperature,whichextendsalongthe[010]direction.第44页，共81页，2023年，2月20日，星期六第45页，共81页，2023年，2月20日，星期六第46页，共81页，2023年，2月20日，星期六第47页，共81页，2023年，2月20日，星期六第48页，共81页，2023年，2月20日，星期六第49页，共81页，2023年，2月20日，星期六第50页，共81页，2023年，2月20日，星期六相界面的特点不同成分或者不同结构材料的界面陶瓷合金第51页，共81页，2023年，2月20日，星期六平行于界面的电子衍射特点得到两个不同单晶的电子衍射图，两者之间没有确定的晶体学关系第52页，共81页，2023年，2月20日，星期六合成的电子衍射图第53页，共81页，2023年，2月20日，星期六垂直于界面的电子衍射特点围绕每一个衍射斑点都有一套另一相的单晶电子衍射图多晶晶体电子束方向第54页，共81页，2023年，2月20日，星期六+第55页，共81页，2023年，2月20日，星期六垂直于界面的电子衍射特点当电子束先通过非晶，在通过晶体时的电子衍射图如何？多晶晶体电子束方向第56页，共81页，2023年，2月20日，星期六相界面电子衍射的例子Cu/MgO界面的电子衍射；Cu面心立方结构，点阵参数：0.36纳米；MgO面心立方结构，点阵参数：0.42纳米可得到多种取向关系。第57页，共81页，2023年，2月20日，星期六第58页，共81页，2023年，2月20日，星期六取向关系[100]Cu//[100]MgO[010]Cu//[010]MgO[001]Cu//[001]MgO第59页，共81页，2023年，2月20日，星期六第60页，共81页，2023年，2月20日，星期六取向关系[111]Cu//[111]MgO[-110]Cu//[-12-1]MgO[11-2]Cu//[10-1]MgO第61页，共81页，2023年，2月20日，星期六第62页，共81页，2023年，2月20日，星期六取向关系[1-11]Cu//[001]MgO[110]Cu//[110]MgO[1-1-2]Cu//[1-10]MgO第63页，共81页，2023年，2月20日，星期六第64页，共81页，2023年，2月20日，星期六取向关系[001]Cu//[001]MgO[010]Cu//[110]MgO[100]Cu//[1-10]MgO第65页，共81页，2023年，2月20日，星期六第66页，共81页，2023年，2月20日，星期六第67页，共81页，2023年，2月20日，星期六取向关系[0-11]Cu//[-1-13]MgO[211]Cu//[211]MgO[1-1-1]Cu//[4-7-1]MgO第68页，共81页，2023年，2月20日，星期六第69页，共81页，2023年，2月20日，星期六取向关系[0-11]Cu//[0-21]MgO[311]Cu//[100]MgO[233]Cu//[012]MgO第70页，共81页，2023年，2月20日，星期六第71页，共81页，2023年，2月20日，星期六第72页，共81页，2023年，2月20日，星期六多种取向关系产生的原因存在多种重位点阵取向，对应的界面能量处于极小值；点阵参数差别大，对应的极小值差别不多。第73页，共81页，2023年，2月20日，星期六利用O点阵描述界面位错界面两侧各选一个重复单胞M1和M2；对M1和M2构建两个DSC点阵X1和X2，并利用X1和X2构建两个新的点阵X1’和X2’：

X2=AX1，X2’=A-1X2，X1’=A-1X1

然后由X1和X2’，X2和X1’在组成两个DSC点阵；用新的DSC点阵间变换矩阵T得到O点阵X(o)=(I-T-1)-1B第74页，共81页，2023年，2月20