纳米晶粒模型揭示液态Cu和Al的短程有序结构

"该研究探讨了液态铜(Cu)和铝(Al)的短程有序结构，通过建立液态微观结构的纳米晶粒模型，分析了晶体X射线衍射学的特性，并据此计算出液态Cu和Al的X射线衍射强度曲线。实验结果与实际液态金属的衍射曲线吻合，证实了纳米晶粒模型的有效性，同时也确认了液态Cu的短程有序结构为面心立方(FCC)结构，而液态Al的短程有序结构为体心立方(BCC)结构。" 液态金属的微观结构是理解和预测其物理特性的关键，尤其是在金属冶炼、合金设计和先进制造工艺中。在固态下，金属通常展现出长程有序的晶格结构，如Cu的FCC和Al的BCC结构。然而，在液态状态下，这种长程有序被破坏，取而代之的是短程有序，即原子在小范围内呈现规则排列，但超出这个范围，有序性迅速减弱。 本文的研究方法创新地采用了纳米晶粒模型来模拟液态金属的微观结构。该模型假设液态金属可以视为微小的晶粒集合，每个晶粒具有固态金属的晶格结构，但边界模糊不清，反映了液态的不规则性。通过宽化处理固态Cu和Al的衍射峰，研究人员能够模拟出液态状态下的衍射强度曲线，这在理论上与实验观测到的液态金属X射线衍射数据相匹配。 X射线衍射(XRD)技术是材料科学中常用的表征工具，尤其适用于研究固体的晶体结构。在液态金属中，由于原子间的距离和排列方式随温度变化而变化，XRD曲线会显示出不同于固态的特征。实验与计算的一致性表明，液态Cu和Al的XRD曲线模拟准确，验证了纳米晶粒模型对于理解液态金属短程有序结构的适用性。 液态Cu的FCC结构意味着在液态状态下，铜原子仍然倾向于形成类似于其固态FCC晶格的四面体配位，尽管这种结构仅在局部范围内保持。同样，液态Al的BCC结构表明铝原子在液态下也倾向于维持八面体配位，尽管这种有序性受到液态环境的限制。 这一发现对于深入理解液态金属的行为，特别是在高温处理、快速凝固过程以及金属熔体中的反应动力学等方面有重要意义。例如，在合金制备中，了解液态金属的短程有序结构可以帮助设计新的合金成分，优化其性能。此外，这种知识也有助于改进金属成型和加工工艺，如铸造和3D打印，以提高产品的质量和均匀性。 田学雷等人通过纳米晶粒模型对液态Cu和Al的短程有序结构的研究，揭示了液态金属结构的复杂性和可变性，为金属材料的科学研究和工业应用提供了有价值的理论依据。这项工作不仅促进了对液态金属微观结构的深入理解，也为未来的技术创新和新材料开发奠定了基础。