第二章 物理学
第四节 固体物理学
一、晶粒间界内耗研究与位错理论 〔晶粒间界内耗研究的新近进展〕 葛庭燧（1913～），山东蓬莱人，民国26年毕业于清华大学，民国32年获美国加利福尼亚大学博士学位。1949年回国，1955年当选为中国科学院学部委员。早在民国36年，他在美国芝加哥金属研究所用自己发明的低频扭摆内耗仪，发现了多晶纯铝的晶粒间界内耗峰，第一次揭示了多晶体晶粒间界的滞弹性弛豫现象，奠定了滞弹性的实验基础。国际上把这一内耗峰称之为“葛氏峰”。这项研究已经得到国际学术界的公认，并被作为金属物理学的经典工作。但在70年代，国外学者曾在单晶样品中发现类似于晶粒间界峰的内耗峰，因而对于原有的解释提出了异议。 1980年后，中国科学院固体物理研究所所长葛庭燧和他的助手们，对晶粒间界内耗问题作了新的进一步的深入研究，对单晶和粗晶粒样品中类似于晶界峰的一系列小内耗峰进行了深入细致的实验研究，并配合电镜的直接观察，取得三项主要成果：（1）用高纯铝单晶在约为摄氏365度处得到的内耗峰，证明它是由于晶体中位错网络的攀移运动引起的；（2）用5个9的高纯铝大晶粒试样在摄氏265度处又得到一个新内耗峰，经过多方论证，确认这个内耗峰和晶界附近的多边形化位错有关；（3）用6个9的高纯铝大晶粒试样（晶粒大于试样直径时）在摄氏170度附近观察到一个内耗峰，该峰表现出明显的振幅效应，作者指出这是由于晶粒内部出现的一种位错组态引起的。 这项研究的实验结果明确，讨论详尽，结语严实，不仅澄清了有关晶粒间界内耗峰的疑难问题，肯定了原来的解释，而且丰富了关于晶粒间界的内耗知识，为研究晶体缺陷提供了新的内容。 〔位错理论与反常内耗研究〕 位错与溶质原子交互作用引起的反常振幅内耗现象是葛庭燧于1949年在美国首先发现的。60年代在铝铜合金中进一步观察到溶质原子和位错交互作用引起的温度内耗峰、时效内耗峰和振幅内耗峰。80年代中期，葛庭燧等人在不同含量的稀铝钢和铝镁合金中观察到10个内耗峰，构成一个谱。通过对低能机械吸收谱中每一个峰出现的条件行为及激活能的研究，基本确定了每个峰的物理机制，从低温到高温顺序排列，分别归结为溶质原子与双空位对、溶质原子与单空位对、溶质原子本身与位错短程交互作用、溶质原子与位错长程交互作用所引起。这一系列创造性的研究成果大大丰富了位错理论，拓宽了反常内耗研究的范围，为开拓非线性内耗新领域奠定了基础。 国际上对这一研究给予很高评价，葛庭燧因此获得国际内耗研究最高奖。 〔金属玻璃结构弛豫与热稳定性〕 1982年以来，中国科学院固体物理研究所何怡贞等系统地研究了金属玻璃钯－硅、钯－银－硅和钯－钙－硅的结构弛豫、晶化过程，观察到几种前人尚未看到过的新型亚稳相，揭示了这些相形成的动力学。5年多共发表论文几十篇，引起国际同行专家重视。 〔自动倒扭摆内耗仪〕 1984年，中国科学院固体物理研究所朱震刚研制的“自动倒扭摆内耗仪”，是用自由振动衰减法测量内耗和弹性模量及其与温度关系。它能在不破坏真空条件下对试样进行2厘米的原位拉伸和调节零点，测量的最低内耗值（分辨率）为10－5；工作频率范围0．1～3赫兹；温度范围从液氮到摄氏750度；真空度10－5托，应变振幅最低可达10－7。该仪器能用一定的速率进行阶梯状升、降温，能自动激发试样起振并控制其振幅，能自动测量，计算内耗、弹性模量，并能实时打印和作图，是当时国内自动化程度最高的倒扭摆内耗仪。 二、纳米材料科学 纳米材料是当今国际上研究热点之一。中国科学院固体物理研究所在国内最先研制出一台清洁界面纳米固体材料制备装置，已制备出十几种纯金属、离子晶体、半导体等具有清洁界面的纳米固体，达到了国际水平。该所还与中国科技大学等单位合作，共同研究纳米氮化物、氧化物的微结构、特性和键合特征，观察到纳米氮化硅的强极性及纳米氧化铝的宽频带强荧光特性，比较系统地研究了纳米氮化硅的能隙及缺陷态特征，已在国外杂志上发表十多篇论文，得到国外同行专家重视。 中国科学院安徽光学精密机械研究所成功地制备了纳米级（10～15纳米）非晶氮化硅粉体，他们研制的激光诱导气相沉积装置达到国内先进水平。 三、非晶固体的研究 中国科技大学方容川等用红外吸收、喇曼散射以及光致发光等方法，对非晶固体材料进行了系统研究，指出氮、氢在材料中的作用，可能的存在状态，以及与制备条件的关系。他们在《非晶态固体杂志》［荷］等学术刊物上，发表4篇论文。杨原、俞文海研究了快离子导体的相界效应，发现非晶态分相与晶化过程都存在使电导率提高的相界效应，从而可以利用它来探索导电性能更好的材料。同时还初步揭示了非晶分相和晶化的动力学过程。 四、“科林斯”模型系统的热力学统计理论 〔“科林斯”模型系统〕 安徽大学与安徽师范大学杜宜瑾、陈立氵荣、严祖同、郭志椿等，改进和发展了单元系Collins（科林斯）模型的统计理论，把该模型推广到二维二元替换式系统。在计入4－原子所占百分数、空格点以及最近邻原子间相互吸引势的情况下，导出了二维二元替换式系统的吉布斯自由能的精确表达式；利用二元系两相共存的热力学平衡条件，获得描述该系统固－液相平衡曲线的方程组。同时，由该方程组出发，分别获得了判别形成二元系三种典型相图的条件，并作了具体数值计算。结果表明，该系统的相图与实际三维物质的二元系相图十分相似，而且4－原子所占百分数对相图有明显的影响。他们还用非正规溶液理论研究了二元合金系统的相图，讨论了它们的分类和相图特征。 〔高压下溶解规律研究〕 杜宜瑾、严祖同、陈立氵荣从研究熔解热与压强的关系出发，得出了熔解温度与压强的一个新关系。在一定近似的条件下，由它可以导得著名的Sim on熔解方程。通过大量的实验数据分析，发现金属元素的熔解温度Tm、沸腾温度Tb和临界温度Tc之间的关系式为Tm＋Tb≌1．11Tc。 “固体物理学”重要论文简表 表2－2－3   |
