Solid-state dewetting on curved substrates
基于自由能泛函的热力学变分，我们提出了一个用于模拟刚性曲面衬底上薄膜固态去湿的二维锐界面模型。该模型描述了通过表面扩散控制的质量输运和接触点沿弯曲基底的迁移发生的界面演化。此外，表面能各向异性很容易被纳入模型，和接触点迁移是明确的放松接触角边界条件描述。我们实施的数学模型，通过半隐式参数有限元方法来研究几个有趣的现象，如“小”粒子迁移弯曲基板和模板化的固态去湿预图案化基板上。基于大量的数值模拟，我们证明了“小”固体颗粒的迁移速度与衬底曲率梯度$\hatκ'$成正比，与颗粒面积的平方根成反比$\sqrt{A}$，并且随着各向同性杨氏角$θ_i$的增大而减小.此外，我们还观察到四个周期性类别的去湿预图案化的正弦基板上。我们的方法可以提供一个方便和强大的工具，探索如何通过利用模板辅助的固态去湿生产有序的纳米粒子。
2018-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Solid-State Dewetting and Island Morphologies in Strongly Anisotropic Materials
我们提出了一个基于热力学变分方法的锐界面连续体模型，研究了强各向异性对固体去湿的影响，包括接触线动力学。对于足够强的表面能各向异性，我们表明，多个平衡形状可能会出现，不能描述的广泛采用的Winterbottom建设，即，用于衬底上的岛的改进的Wulff构造。我们修复Winterbottom建设，包括多个平衡的形状，并采用我们的进化模型来证明，所有这些形状是动态访问。
2016-01-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Dewetting of an ultrathin solid film on a lattice-matched or amorphous substrate
本文导出了非润湿单晶薄膜表面在基底吸引势作用下的演化偏微分方程，并利用该方程研究了针孔初始深度、基底吸引势强度和表面能各向异性对针孔动力学的影响。模拟的结果表明，相应的参数可能会导致完全或部分去湿的膜。各向异性的表面能，通过小面的针孔壁，被发现最剧烈地影响膜破裂的时间。特别是，模拟支持的猜想，强各向异性是能够完全抑制去湿，即使当有吸引力的衬底电位是强的。
2008-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Morphologies and kinetics of a dewetting ultrathin solid film
采用基于几何偏微分方程的表面演化模型，数值研究了具有强各向异性表面能的固体薄膜表面局部针孔缺陷的脱湿动力学和动态形貌。取决于参数，如初始深度和宽度的针孔，有吸引力的基板电位的强度和强度的表面能各向异性，针孔可以延伸到基板，从而破裂的膜，或演变成准平衡的形状，而其余的膜表面经历相分离成一个山和谷的结构，然后粗化。对于深的、窄的（狭缝状）针孔，悬垂（非图形）形态是可能的。
2008-04-11 cond-mat.mtrl-sci
A parametric finite element method for solid-state dewetting problems in three dimensions
提出了一种参数化有限元方法（PFEM），有效地解决了固态去湿薄膜在平面刚性基板上的形态演变的三维（3D）。采用包含表面扩散和接触线迁移的锐界面模型描述三维脱湿问题的界面演化。提出了尖界面模型的变分形式，并提出了空间离散的PFEM。对于时间离散，在每一时间步，首先根据松弛的接触角条件更新接触线的位置，然后以新接触线的位置为边界条件，求解PFEM离散后的线性代数方程组，得到下一步的新界面。还建立了PFEM的解决方案的适定性。大量的数值结果表明所提出的PFEM的准确性和效率，并显示在固态去湿实验中观察到的去湿形态演变的复杂性。
2019-08-23 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Power-law scaling for solid-state dewetting of thin films: an Onsager variational approach
我们研究了表面扩散控制的，固态去湿的动力学考虑的接触在一个半无限的固体薄膜在一个平坦的刚性基板上的收缩。的昂萨格变分原理适用于表面扩散控制的形态演变的框架内进行的分析。基于这种方法，我们推导出一个简单的，降阶模型定量分析幂律缩放的去湿过程。通过对降阶模型的渐近分析和数值模拟，我们发现，对于后期时间，回缩距离随时间的$2/5$幂增长，而与接触点相邻的脊的高度随时间的$1/5$幂增长.虽然渐近分析侧重于后期的时间和一个相对简单的几何模型，Onsager的方法是适用于所有的时间和描述的形态任意复杂。
2020-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Sharp-interface model for simulating solid-state dewetting in three dimensions
本文研究了用锐界面法模拟三维固态薄膜的去湿问题。在热力学变分的基础上，采用速度法计算总表面能泛函的第一变分。速度方法比传统的参数化曲线（或曲面）的使用具有更多的优点，例如，它更内在，其变分结构（与Cahn-Hoffman $\boldsymbolξ$ -向量相关）更清晰、更直接。利用第一变分，给出了固体去湿问题平衡形状的必要条件，并提出了包含表面能各向异性的动力学锐界面模型。这种尖锐的界面模型描述了通过表面扩散和接触线迁移发生的3D界面演化。通过求解所提出的模型，我们进行了大量的数值模拟来研究图案化膜的演变，例如，短长方体的进化和长长方体的夹断。在3D数值模拟证明了准确性和有效性的尖锐的接口方法来捕捉许多在固态去湿实验中观察到的复杂性。
2020-03-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Dewetting of Thin Lubricating Films Underneath Aqueous Drops on Slippery Surfaces
薄润滑流体涂覆的光滑表面的稳定性取决于下面的固体表面的表面能。高能固体表面涂有薄润滑油后，油膜在沉积水滴时会发生脱湿，由长程和短程相互作用产生的总表面能也预示了在给定条件下薄润滑膜的不稳定性。在这篇文章中，我们提出了实验研究薄润滑油膜夹在亲水性固体表面和水滴的去湿。润滑油膜的荧光成像和水滴的润湿行为用于分析。我们发现，去湿动力学和最终图案强烈依赖于润滑油膜的厚度。
2021-04-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Fabrication of Hollow AlAu2 Nanoparticles by Solid State Dewetting and Oxidation of Al on Sapphire Substrate
Al-Au二元扩散偶是在相互扩散过程中表现出Kirkendall空洞的系统的一个典型例子。我们证明，这种效果，这是一个主要的原因，在微电子引线键合失败，可用于生产中空AlAu 2纳米粒子附着到蓝宝石衬底。为此，我们通过对沉积在蓝宝石衬底上的Al薄膜进行固态去湿处理，然后在去湿样品的顶部沉积薄Au层来制备核-壳Al-Au纳米颗粒。在空气中退火的核-壳纳米粒子导致从颗粒中的Al的外扩散，孔的形成，和在颗粒中的AlAu 2金属间化合物相的生长。我们证明了中空化的驱动力是Au-蓝宝石界面处Al原子的氧化反应，导致界面处新形成的氧化铝的同质外延生长。我们建立了由氧在金薄膜中的扩散控制的中空化动力学模型，并估算了氧在固体金中的溶解度。我们的工作表明，核壳纳米粒子附着在基板上可以空心的薄膜空间上的粒子分离的Kirkendall效应。
2018-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Sharp-interface approach for simulating solid-state dewetting in two dimensions: a Cahn-Hoffman $\boldsymbolξ$-vector formulation
通过使用Cahn-Hoffman $\boldsymbolξ$ -矢量公式，我们提出了一个尖锐的界面方法来解决二维固态去湿问题。首先，基于热力学变分和光滑矢量场微扰方法，严格推导了具有弱各向异性表面能的锐界面模型，该模型描述了通过表面扩散流和接触线迁移发生的界面演化。其次，提出了一种基于$\boldsymbolξ$ -矢量公式的参数化有限元方法来数值求解尖锐界面模型。通过数值模拟，我们研究了薄膜固态去湿的几个具体的演化过程，例如，小岛的演化、大岛的夹断以及半无限台阶薄膜的幂律收缩动力学，这些模拟结果与实验观察结果高度一致。最后，我们还将强表面能各向异性纳入到锐界面模型中，并通过$\boldsymbolξ$ -矢量公式设计了相应的数值格式。
2018-04-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.comp-ph
Monitoring morphological and chemical properties during silver solid-state dewetting
银薄膜中的固态去湿现象提供了一种简单的方法来获得具有受控形状或尺寸的结构-后者原则上跨越几个数量级-在涉及高科技工业和生物医学的许多应用中具有潜在的强烈兴趣。在这项工作中，纳米结构的银沉积的脉冲电子烧蚀技术和其表面改性后，在空气中的热处理温度升高。表面化学和形态，然后通过X射线光电子能谱和原子力显微镜同时监测，特别是，表面高度的功率谱密度用于分析退火引起的形态的改变。它示出，这种方法增加了一个层次的去湿过程中的信息，因为它允许分离之间的长期和短期的表面行为，并检索相关的统计量的描述的功能，鉴于应用程序。我们的研究结果提出了一个多学科的方法，其优势和局限性的框架进行了深化和讨论。
2020-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Dewetting, partial wetting and spreading of a two-dimensional monolayer on solid surface
我们研究的行为的半无限单层，这是最初放置在一个无限的一半在两个方向上，理想的结晶表面，然后演变的时间，由于单层粒子的随机运动。粒子动力学模型为川崎粒子-空位交换过程中存在的长程吸引粒子-粒子相互作用。在解析可解的平均场近似下，我们计算了单分子层边缘的平均位移X（t），并讨论了单分子层从固体表面扩散（X（t）> 0）、部分润湿（X（t）= 0）或完全润湿（X（t）< 0）的条件。
1998-05-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Comparative study of a solid film dewetting in an attractive substrate potentials with the exponential and the algebraic decay
我们比较去湿特性的一个薄的非润湿固体膜在应力的情况下，两种模型的润湿电位：指数和代数。指数模型是单参数（r）模型，代数模型是双参数（r，m）模型，其中r是特征润湿长度与未扰动膜的高度的比率，m是平滑函数中h（膜高度）的指数，该平滑函数在z=0处对膜-基底界面上方和下方的系统的表面能进行插值。指数模型给出了单调递减（与h）润湿化学势，而这种依赖性是单调的，仅为m=1的情况下的代数模型。对平面平衡面进行了线性稳定性分析。在强非线性制度（大偏差的平面平衡）和大的表面能各向异性的表面动力学的模拟表明，对于任何M膜是不太容易去湿时，它是由代数模型。准平衡态类似于指数模型（M。Khenner，Phys.Rev.B77，245445（2008））也存在于代数模型中，并且膜形态相似。
2008-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Hyperuniform monocrystalline structures by spinodal solid-state dewetting
在大的长度尺度上具有密度波动异常抑制的材料是被称为无序超均匀的新兴系统。潜在的隐藏顺序使它们在几个应用中具有吸引力，例如光管理和拓扑保护的电子状态。这些应用需要可扩展的制造，这是很难实现与可用的自上而下的方法。从理论上讲，它是已知的，spinodal分解可以导致无序超均匀结构。因此，自发形成稳定的图案可能是自下而上制造这些材料的可行途径。在这里，我们表明，单晶超导体为基础的结构，特别是Si $_{1-x}$ Ge $_{x}$层沉积在绝缘体上的硅衬底，可以进行旋节固态去湿功能与有效的超均匀字符相关的障碍。可以获得针对特定形态和超均匀特性的纳米到微米尺寸的结构，证明了该方法的通用性，并为无序超均匀超材料的技术应用铺平了道路。相场模拟解释了潜在的非线性动力学和物理起源的新兴模式。
2020-07-18 cond-mat.mtrl-sci
Atomic step motion during the dewetting of ultra-thin films
我们报告的三个关键过程，涉及原子的步骤运动在去湿的薄固体膜：（i）生长的孤立岛核远离一个洞，（ii）单层边缘的蔓延，及（iii）拉链的单层岛沿直线去湿前。动力学Monte Carlo结果与简单的分析模型假设扩散限制动力学吻合得很好。
2010-02-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
High-sensitive MIS structures with silicon nanocrystals grown via solid-state dewetting of silicon-on-insulator for solar cell and photodetector applications
报道了一种新颖的方法，用于制备金属-绝缘体-半导体（MIS）结构，该结构具有嵌入在绝缘SiO2氧化物中的基于硅纳米晶（SiNCs）的有源层，可用于高性能太阳能电池和光电探测器应用。利用固态源分子束外延（SSMBE）生长的超纯非晶绝缘体上硅（a-SOI）材料，通过原位固态去湿制备了硅纳米晶。通过改变硅的沉积厚度来精确地调节Si NC的尺寸和密度。利用原子力显微镜（AFM）和扫描电子显微镜（SEM）对纳米硅的形貌进行了表征，结果表明纳米硅具有均匀的尺寸和良好的球形，密度可达1012/cm 2（与纳米硅厚度的平方成反比）。高分辨透射电子显微镜（HR-TEM）的结构研究表明，所制备的超小硅纳米碳（平均直径约7 nm）是单晶的，没有结构缺陷。通过对基于Si-NC的MIS结构的电流对电压（I-V）和光电流光谱进行的电测量证明了Si NC增强MIS结构中的导电性和经由MIS结构中的附加电子-空穴对的光生作用来增加光电流（即，在偏置电压V =-1V时）（X 10倍）的效率。这些结果表明，通过MBE生长和固态去湿相结合获得的硅纳米碳非常适合于开发与CMOS工艺兼容的新型高性能光电子器件。
2023-02-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
An energy-stable parametric finite element method for simulating solid-state dewetting
本文提出了一种能量稳定的参数有限元法（ES-PFEM），通过锐界面模型模拟二维固态薄膜的去湿过程，该模型考虑了表面扩散和接触线（点）迁移以及适当的边界条件。通过将松弛接触角条件转化为Robin型边界条件，再将其作为自然边界条件处理，得到了一种新的变分形式，其中界面曲线及其接触点同时演化.然后，利用分段线性元将变分问题在空间离散化。在时间上采用向后欧拉法进行全离散，并证明了全离散的适定性和能量耗散性。数值方法是半隐式的（即，在每个时间步处求解的线性系，因此是有效的），相对于时间步是无条件能量稳定的，并且在空间上是二阶的，通过两条曲线之间的流形距离来测量。此外，当溶液达到其平衡时，它证明了均匀的网格分布，即，长期动力学数值结果表明，所提出的数值方法的精度和效率以及一些良好的性能。
2020-06-05 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
Sharp interface model for solid-state dewetting problems with weakly anisotropic surface energies
我们提出了一个尖锐的界面模型来模拟固态去湿的表面能是（弱）各向异性。薄膜的形貌演化受表面扩散和接触线迁移的控制。数学模型是基于能量变分法。各向异性表面能导致接触点处的接触角方程的多个解。有限接触点迁移率的引入是基于物理的，并且导致接触角的稳健、明确的确定。我们实现了一个显式有限差分格式的数学模型与三次样条插值不断发展的标记点。以下验证的数学和数值方法，我们模拟的演变薄膜岛，半无限的薄膜，和膜孔作为膜尺寸的函数，杨氏角$θ_i$，各向异性强度和晶体对称性，和相对于基板法线的膜晶体取向。我们发现，接触点缩回率可以很好地描述了幂律，$l \sim t^n$。我们的结果表明，指数$n$是不普遍的-它是敏感的杨氏角$θ_i$（和各向异性不敏感）。除了经典的润湿（其中膜中的孔愈合）和去润湿（其中膜中的孔生长）之外，我们观察到这样的情况，其中穿过膜的孔愈合但在连续膜和基底之间留下有限尺寸的孔/气泡，或者其中孔愈合留下未结合到基底的连续膜。表面能各向异性（i）增加导致岛分裂成多个岛的不稳定性，（ii）增强空穴愈合，和（iii）甚至在杨氏角$θ_i$表明膜润湿衬底的某些条件下导致有限的岛尺寸。
2014-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid Epitaxial Al/InGaAs system: Solid-state dewetting and Al facet formation
University of Waterloo（滑铁卢大学）；Waterloo Institute for Nanotechnology, University of Waterloo（滑铁卢大学纳米技术研究所）；Quantum Nanofabrication and Characterization Facility (QNFCF), University of Waterloo（滑铁卢大学量子纳米加工与表征设施）；Canadian Light Source Inc.（加拿大光源公司）；Institute for Quantum Computing, University of Waterloo（滑铁卢大学量子计算研究所）
本研究通过分子束外延在In₀.₇₅Ga₀.₂₅As上生长稳定的Al薄膜，并探讨其热稳定性及退火条件，为制备高质量超导体-半导体混合平台提供指导。
2026-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Microstructural Pattern Formation during Far-from-Equilibrium Alloy Solidification
我们介绍了一种新的相场制剂的快速合金凝固，定量地结合在固液界面的非平衡效应在一个非常宽的范围内的界面速度。模拟发现了一种新的动力学不稳定性的枝晶尖端生长驱动的溶质捕获速度接近绝对稳定极限。他们还再现了广泛观察到的带状微观结构的形成，揭示了这种不稳定性如何触发枝晶和无偏析凝固之间的过渡。预测的能带间距与快速凝固Al-Cu薄膜中的观察结果定量一致。
2023-01-08 cond-mat.mtrl-sci nlin.PS physics.comp-ph
Capillary-Wave Model for the Solidification of Dilute Binary Alloys
从二元稀合金等温凝固的相场描述出发，建立了凝固前沿毛细波与溶质扩散浓度场相互作用的模型。该模型不依赖于尖锐的界面假设，并包括非平衡效应，相关的快速增长制度。在许多应用中，它可以通过分析来评估，最终出现一种不稳定性，这种不稳定性干扰了Mullins-Sekerka不稳定性，与Cahn在晶界运动中发现的不稳定性相似。
2011-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Activity-Driven Dewetting and Rupture in Thin Liquid Films
Vellore Institute of Technology（维洛尔理工学院）
研究揭示了活动驱动下薄液膜退湿与破裂的非平衡界面不稳定性，通过竞争活性应力与粘附力产生不同的动力学尺度，改变粗化指数并影响破裂前沿传播方式。
2026-02-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cond-mat.soft
Phase-Field Formulation for Quantitative Modeling of Alloy Solidification
引入相场法定量模拟合金中微观结构斑图形成。薄界面的限制，这个配方产生一个严格得多的限制界面厚度的选择比以前的配方，并允许消除非平衡效应的接口。固体扩散系数为零的枝晶生长模拟表明，界面演化和固体中的溶质分布都得到了很好的解决。
2001-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Dendritic to globular morphology transition in ternary alloy solidification
采用通用多组分相场模型的自适应有限元模拟方法，研究了三元合金凝固组织的演化。通过改变合金成分，在一个固定的过冷度的形态从枝晶到球状生长的过渡。的生长速度和杂质偏析在固相上的组合物的依赖性进行了分析，并表明树枝状和球状生长结构之间的过渡类型的平滑。
2005-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Phase-field model of alloy solidification far from chemical equilibrium at the solid-liquid interface
本研究进一步发展快速合金凝固相场模型，测试变分公式稳健性并扩展至浓合金，通过二维和三维模拟验证了增强溶质扩散率框架的有效性及绝对稳定性理论的预测能力。
2025-08-07 cond-mat.mtrl-sci nlin.PS physics.comp-ph
Design of high-strength refractory complex solid-solution alloys
镍基高温合金和含钼的近等原子高熵合金以较高的温度强度和耐腐蚀性而闻名。然而，复杂的固溶体合金提供了一个巨大的设计空间，以调整为最佳性能略有减少熵。对于难熔钼钨钽钛锆，我们展示KKR电子结构方法通过相干势近似识别合金在5维设计空间，改善机械性能和必要的全球（形成焓）和本地（短程秩序）的稳定性。变形建模与经典的分子动力学模拟，从我们的第一性原理数据验证。我们预测复杂的固溶体合金的改善的稳定性，大大提高弹性模量（$3\times$在300 K）超过近等原子的情况下，实验验证，并具有更高的模量高于500 K以上的商业合金（$2.3\times$在2000 K）。我们还表明，最佳的复杂的固溶体合金没有很好地描述经典的潜力，由于临界电子效应。
2018-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Dynamics of ultrathin metal films on amorphous substrates
建立了一个数学模型，分析了非晶衬底上金属薄膜（SiO_{2}）表面扰动的生长/衰减速率。该公式结合了Mullins [J.Appl.Phys.v30，77，1959]的方法用于体基质，其中曲率驱动的质量传输和表面变形可以通过表面/体积扩散和蒸发-冷凝过程发生，以及Spencer等人[Phys.Rev.Lett.1999]的方法。V67，26，1991]描述了在外延应变下薄膜中的固态传输。应用该模型研究了快速热脉冲作用下薄膜中固相传质相对于液相去湿的相对速率。具体地，我们最近已经表明，多个周期的纳秒（ns）脉冲激光熔化和非晶衬底上的金属氧化物膜的再固化可以导致形成各种类型的空间有序的纳米结构[Phys. Rev. B，v75，235439（2007）]。斑图形成归因于流体动力学不稳定性引起的薄膜的去湿。在这样的实验中，膜在每个热循环的大部分期间处于固态。基于上述模型的线性稳定性分析的结果表明，固态传质对表面的形态变化的影响可以忽略不计。因此，由液相不稳定性引起的表面变形在冷却阶段被快速淬火。这种变形状态通过随后的激光脉冲进一步演化。这些结果的影响，开发精确的计算机模拟薄膜去湿的高能束，旨在制造光学活性纳米材料的应用，包括信息处理，光学器件和太阳能收获。
2007-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Giant Enhancement of Solid Solubility in Monolayer BNC Alloys by Selective Orbital Coupling
固溶度（SS）是合金最重要的特征之一，通常难以通过外部方法在整个合金浓度范围内进行很大程度的调节。一些被认为具有有前途的物理性能的合金可能因为它们的SS差而变得不那么有用，例如，单层BNC [（BN）1-x（C2）x]合金的情况。到目前为止，仍然缺乏一种有效的方法来显着提高（BN）1-x（C2）x在整个x中的SS。在这篇文章中，提出了一种新的机制，高能量的错误键态和表面态之间的选择性轨道耦合的特定的衬底介导的稳定错误的键，从而显着提高（BN）1-x（C2）x合金的SS。令人惊讶的是，我们证明了五个有序的合金，表现出可变的直接准粒子带隙从1.35至3.99 eV，可以自发地形成在不同的x时，（BN）1-x（C2）x的六方晶系相铬生长。有趣的是，在这些有序合金的带边周围的光学跃迁，伴随着很大程度上可调的激子结合能约1 eV在不同的x，是显着强，由于其独特的能带结构。重要的是，无序的（BN）1-x（C2）x合金，表现出完全可调的带隙从0到~6 eV的整个x，可以形成在Cr衬底上的结晶温度为~1200 K，这是大大降低相比，在4500~5600 K的自支撑形式或在其他衬底上。我们的发现不仅可以解决长期存在的BNC合金的SS问题，而且可以显着扩展BNC合金在各种光电应用中的应用。
2019-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Crossover Scaling of Wavelength Selection in Directional Solidification of Binary Alloys
我们模拟枝晶生长在定向凝固在稀二元合金使用相场模型求解自适应网格细化。的间距的主要分支检查的范围内的热梯度和合金组合物，并发现经历一个最大值作为一个函数的拉速，与实验观察。我们表明，波长选择是明确描述的非平凡的交叉尺度函数从细胞生长的出现到树突状指的发病，使用已发表的实验数据验证的结果。
2004-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Simple approach to model the strength of solid-solution high entropy alloys in Co-Cr-Fe-Mn-Ni system
介绍了一种简单的拟合方法，用于Co-Cr-Fe-Mn-Ni系四元和五元面心立方（fcc）固溶体高熵合金（HEAs）的强度（硬度）模型。提出了固溶体HEAs的强度可以用一个多项式方程来描述，其中多项式的系数由实验数据来确定。据观察，建议的多项式可以模拟固溶体HEAs的强度非常好。研究了组成元素对Co-Cr-Fe-Mn-Ni五元合金硬度的影响，结果表明，合金强度随Fe含量的增加而降低。Fe的软化效应可以通过降低合金的剪切模量来解释。此外，还研究了混合焓和价电子浓度等参数对混合气体强度的影响。结果表明，混合焓对Co-Cr-Fe-Mn-Ni五元合金的硬度有显著影响，强度随混合焓的降低而提高。结果表明，Co-Cr-Fe-Mn-Ni五元合金的硬度随参数价电子浓度的增大而增大。
2020-05-16 cond-mat.mtrl-sci
Solid solution and precipitation strengthening effects in basal slip, extension twinning and pyramidal slip in Mg-Zn alloys
提出了一种高通量的方法，基于扩散偶和先进的纳米力学测试方法的组合，直接测量合金化对镁合金中各个变形模式的临界分辨剪切应力（CRSS）的影响。该方法在Mg-Zn合金中进行了测试，通过评估合金化效果，直到Zn含量为2at.%，在两种冶金状态下，即淬火态和峰时效态，Zn溶质原子在固溶体中均匀分散，Zn原子形成棒状$MgZn_{2}$析出相。一个综合的方法，包括微观力学测试，透射菊池衍射，和高分辨率透射电子显微镜进行，以揭示相应的变形机制。结果表明，$MgZn_{2}$沉淀对基体滑移和拉伸孪晶的CRSS增强作用明显大于Zn固溶体的作用，而对锥体滑移的增强作用在两种情况下是相似的。结果表明，固溶强化Mg-Zn合金的各向异性比保持较高，与纯Mg相似。然而，它们在沉淀强化Mg-Zn合金中显著减少。
2021-10-07 cond-mat.mtrl-sci
New approach to model the yield strength of body centered cubic solid solution refractory high entropy alloys
采用一种简单的拟合方法，对Al-Hf-Nb-Mo-Ta-Ti-V-Zr系体心立方（bcc）固溶体高熵合金的压缩屈服强度进行了模拟。提出了屈服强度可以用一个多项式来模拟，其中可以使用实验数据来找到多项式系数。结果表明，该多项式能较好地模拟固溶体合金的屈服强度。利用该多项式预测了Hf-Mo-Nb-Ta-Ti-V-Zr系RHEAs的强度。据观察，该系统内的合金的屈服强度增加与添加Mo和Zr和Ti的添加而降低。此外，该模型预测的屈服强度增加的值的价电子浓度（VEC）和原子尺寸差（ASD）。虽然开发的多项式不考虑合金的强化机制，它可以被认为是一个简单的方法来评估固溶体RHEAs的强度。
2020-08-20 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Atomic Size and Valence Electron Concentration on the Formation of fcc or bcc Solid Solid Solutions in High Entropy Alloys
采用先前报道的规则，计算了高熵合金（HEAs）中四到七种元素的合金形成固溶体的可能性。包括30种元素：周期表第四、第五和第六周期的过渡元素和铝。共分析了2，799，486个系统。当元素的数量从四个增加到七个时，在HEAs中形成的固溶体的百分比从35.9%下降到26.4%。已经使用先前报道的观察结果预测了将形成的固溶体的结构，fcc，bcc或fcc和bcc的混合物。随着元素数目从4增加到7，具有fcc或bcc结构的系统的百分比降低。计算了具有fcc、bcc或fcc和bcc的混合物的固溶体的百分比，对于具有4至7个元素但保持一个恒定元素的合金。其中恒定元素具有价电子浓度的系统，VEC，从3到4，将在大约50%的系统中具有bcc结构。当系统中的常量元素具有10到12个VEC时，大约75%的系统将呈现fcc结构。
2021-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Elastic energy of multi-component solid solutions and strain origins of phase stability in high-entropy alloys
通过推广Eshelby的二元合金球孔模型，导出了多元固溶体的弹性混合能。通过考察弹性能对化学成分和晶格失配的依赖性，我们提出了晶格应变系数λ*。应用于几种高熵合金和高温合金，我们发现大多数固溶体合金在λ*<0.16时是稳定的，类似于二元合金的Hume-Rothery原子尺寸规则。我们还发现，多分散指数δ，经常用于描述多组分合金中的应变，与弹性能（e）直接相关，e=qδ^2，q是弹性常数。此外，定量分析了组成元素的数量和原子尺寸分布对高熵合金相稳定性的影响。目前的推导开放的弹性效应在高熵合金的更丰富的考虑，提供直接的支持，定量评估其热力学性质和研究相关的强化机制。
2021-07-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Phase-field modelling of solute trapping during rapid solidification of a Si-As alloy
采用相场模型研究了快速凝固条件下生长固体的非平衡溶质捕获效应。考虑扩散固液界面上的连续稳态浓度分布，在相场的背景下引入了一个新的非平衡分配系数的定义。这个定义导致，特别是高增长速度，以更好地描述现有的实验数据相比，与其他扩散界面和尖锐的界面预测。
2006-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Interface Response Functions for multicomponent alloy solidification- An application to additive manufacturing
增材制造过程中的近快速凝固条件可能导致非平衡相的选择。通过界面响应函数的尖锐界面模型已被用来解释在这种凝固条件下的微观结构选择。然而，大多数锐界面模型假设合金元素的贡献的线性叠加，而不考虑与相图相关的非线性。在这份报告中，平面和树枝状的Calphad耦合尖锐的界面模型已经实施，并用于解释在与增材制造相关的高凝固速度下观察到的生长控制相选择。该模型预测了多元合金中的生长控制相选择，这是其他线性相图模型所不能预测的。这些模型计算钢和镍基高温合金，并与实验观察结果进行比较。
2023-03-14 cond-mat.mtrl-sci
On the role of confinement on solidification in pure materials and binary alloys
我们使用相场模型来研究约束对枝晶生长的影响，在过冷熔体中凝固的纯材料中，以及在稀二元合金的定向凝固中。具体而言，我们观察到的效果不同的垂直域范围（$δ$）尖端的选择，通过量化的枝晶尖端速度和曲率的函数$δ$，和其他工艺参数。随着$δ$的减小，我们发现枝晶尖端的工作状态受到有限边界存在的显著影响。对于特定的边界条件，我们观察到的开关的生长状态从3-D到2-D在非常小的$δ$，在纯材料和合金。我们表明，从合金模型的结果相比，从实验研究调查这种效果。
2006-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Relation Between Bulk and Interface Descriptions of Alloy Solidification
从一个简单的散装模型的一维稳态凝固的稀二元合金，我们得到一个界面描述，允许任意值的生长速度。我们的推导导致在界面处的通量和力的精确表达式和一组Onsager系数。此外，我们发现了一个连续的对称性，它出现在低速区，并删除了Onsager符号和对称性。一个例子是在结晶通量-力关系中有时负摩擦系数的产生。
2012-07-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Phase selection and microstructure of slowly solidified Al-Cu-Fe alloys
寻找制备大块单相准晶Al-Cu-Fe合金的有效方法是目前的一个重要课题。解决这一问题的关键是了解该系统中相形成的机制。本文研究了不同成分的Al-Cu-Fe合金在缓慢凝固过程中的晶化顺序以及固相形成的条件。用差热分析方法建立了过冷度的浓度依赖关系。这些实验结果进行了比较，从\textit{ab initio}分子动力学模拟确定的液体状态的化学短程顺序的数据。我们观察到Al-Cu-Fe合金中原子间相互作用的主要特征在液态和固态下是相似的，它们在i相成分附近发生变化。在i相从熔体形成的浓度区，过冷度和结晶特性都取决于冷却前熔体的温度。
2019-06-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Model for solute diffusion during rapid solidification of binary alloy in semi-infinite volume
基于局部非平衡方法，考虑了二元合金在半无限体积内快速凝固过程中溶质扩散的一维模型。在该模型的范围内，假设质量运输由电报员方程描述。基本假设涉及界面处的扩散通量和溶质浓度的行为。在这些量由指数函数叠加给出的条件下，求出了决定熔体中流量和溶质分布的电报方程的解，并在此基础上研究了近表面区的不同凝固状态和分配系数的行为。根据模型参数，分析了完全凝固后固体中的浓度分布。
2009-12-23 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of Self-Assembled Dewetted Nanostructures for Photonics Applications via a Continuum Mechanics Framework
当液体膜位于非粘性基底上时，该构型是不稳定的，并且该膜然后从固体基底缩回以形成液滴。这种现象称为去湿，通常导致不希望的形态变化。然而，最近的工作已经证明了通过采用具有与用于高性能纳米光子应用的先进光刻工艺相当的精度的模板化衬底来利用去湿的可能性。由于共振行为对几何变化高度敏感，因此定量预测去湿动力学具有很大的意义。在这项工作中，我们开发了一个连续模型，预测的演变薄膜上的图案化基板，从最初的回流孔的成核和生长。我们提供了一个操作框架的基础上宏观测量模型的分子间相互作用的起源的去湿过程中，涉及的长度尺度，从亚纳米到微米的范围。实验和模拟结果的比较表明，该模型可以准确地预测最终的分布，从而提供了新的预测工具，以定制去湿纳米结构的光学响应。
2021-05-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.flu-dyn
Exploring the Correlation between Solvent Diffusion and Creep Resistance of Mg-Ga HCP Alloys from High Throughput Liquid-Solid Diffusion Couple
基于Mg的低熔点特性，提出了基于唯象分析和纳米压痕实验的液-固扩散偶技术来研究Mg的扩散迁移率和蠕变变形。在Mg-Ga hcp合金中，Ga溶质（即杂质）和Mg溶剂在hcp Mg-Ga合金中的扩散都被揭示出来。随后通过纳米压痕沿着相同Mg-Ga对样品内的组合物阵列绘制压缩蠕变行为。Mg-Ga hcp合金的压缩蠕变抗力随着Ga含量的增加而增加，这种增强与Mg-Zn合金中发现的相似，而优于Mg-Al合金中报道的，尽管Al在hcp-Mg中的杂质扩散比Zn和Ga慢。因此，溶剂扩散及其随组成的变化，而不是溶质扩散，建议在高温和低应力下控制蠕变性能。
2021-05-11 cond-mat.mtrl-sci
An image processing pipeline for in-situ dynamic X-ray imaging of directional solidification of metal alloys in thin cells
提出一种开源图像处理算法，用于薄电池中金属合金定向凝固的X射线成像定量分析，可分离固液结构、进行晶粒形态分析并研究凝固与对流相互作用，在低质量图像下依然可靠。
2022-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Uncovering electron scattering mechanisms in NiFeCoCrMn derived concentrated solid solution and high entropy alloys
虽然人们早就知道，无序深刻地影响输运性质，最近的一系列固溶体3d过渡金属合金的测量揭示了两个数量级的剩余电阻率的变化。使用从头算方法，我们证明，虽然所有合金的载流子密度是正常的金属一样高，电子平均自由程可以从~10 <$（强散射极限）到~10 $^3$ <$（弱散射极限）。在这里，我们描绘了基本的电子散射机制负责这种不同的行为。虽然自旋相关的位置对角无序总是占主导地位，但对于仅含有Fe、Co和Ni的合金，大多数自旋通道经历可忽略的无序散射，从而提供短路，而对于含有Cr/Mn的合金，由于电子填充效应，两个自旋通道都经历强烈的无序散射。出乎意料的是，其他散射机制（例如位移散射）被发现在大多数情况下是相对较弱的。
2019-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Solid solution decomposition and Guinier-Preston zone formation in Al-Cu alloys: A kinetic theory with anisotropic interactions
利用统计动力学理论的方法参数化的第一性原理原子间的相互作用，包括化学和应变的贡献，我们研究了分解和微观结构的形成在Al-Cu合金的温度和合金浓度的函数的动力学。我们发现，铜的固溶体形成血小板，被称为Guinier-Preston（GP）区，包括几个阶段，从GP 1到GP 2区的过渡主要是由动力学因素决定的分解。随着温度的升高，该模型预测从片状沉淀物的等轴的，并在中间温度下，两种沉淀物的形态可能共存的逐渐过渡。
2017-11-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Unexpected variations in the kinetics of solid solution alloys due to local interactions
原子在固体中的扩散是最基本的动力学过程之一，它最终决定了许多材料的性质。在这里，我们报告的第一性原理和动力学蒙特卡罗研究无序的Ti-Ta合金在整个组成范围内的宏观扩散性能相结合。使用简单的集群扩展模型哈密顿参数化的密度泛函理论的数据，我们计算明确包括两个原子物种之间的局部相互作用的输运性质，并比较它们与无序，随机合金的非相互作用扩散模型。令人惊讶的是，我们发现，虽然这些合金crystically表现为近随机的固溶体，其动力学性质偏离显着的行为预测的非相互作用系统的扩散模型。我们将这些传输特性的差异归因于局部相互作用，这些相互作用产生了一个相当波纹的势能景观，从而产生了能量非退化的扩散过程的最终状态，这在非相互作用的无序或其他更简单的扩散模型中无法实现。研究结果强调了这种系统的非相互作用无序扩散模型的局限性。此外，我们解释说，在这些合金中的流动性的变化主要是由于局部相互作用引起的相关因子的变化。因此，我们的工作突出了明确包括当地的相互作用时，评估几乎无序合金的输运性质的重要性。
2021-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Liquid-Solid Phase Transition Alloy as Reversible and Rapid Molding Bone Cement
骨水泥已被证明是骨科手术中必不可少的修复材料。然而，目前的材料往往意味着不可避免的缺点，如组织水泥反应引起的热损伤和麻烦的修订程序。在这里，我们提出了一种可注射的合金水泥，以解决这些问题，通过其液-固相变机制。骨水泥由独特的合金BiInSnZn制成，具有专门设计的低熔点57.5°C。这一特性使其能够快速成型为各种形状，具有高塑性。测试了该合金的力学性能和相变诱导的热性能，证明了该合金作为非常规水泥的性能。进一步的生物相容性测试表明，该材料可以安全地在体内使用。此外，实验还发现合金骨水泥作为放射成像造影剂的优良性能。特别是，所提出的具有可逆相变特征的合金骨水泥显著简化了骨水泥和假体的翻修。本研究为合金材料作为骨水泥以满足不同临床需求开辟了道路。
2013-12-12 cond-mat.mtrl-sci physics.med-ph q-bio.TO
Anharmonicity changes the solid solubility of an alloy at high temperatures
我们已经开发了一种方法，以准确和有效地确定作为温度和体积的函数的替代合金的第一性原理的振动自由能。以Ti $_{1-x}$ Al $_x$ N合金为模型体系，通过寻找自由能的全局最小值，对应于该体系的真实平衡态，计算了等结构相图。我们证明了非谐贡献和混合焓的温度依赖性对Ti $_{1-x}$ Al $_x$ N合金的计算相图具有决定性的影响，使可混性间隙的最大温度从6560 K降低到2860 K。我们对热时效Ti $_{0.5}$ Al $_{0.5}$ N合金的局部化学成分测量结果与计算相图一致。
2015-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Stochastic phase-field simulations of symmetric alloy solidification
本文采用非变分波动相场模型研究了定向凝固的初始过渡阶段。该模型适用于二元稀溶液的对称凝固，不需要用涨落耗散定理来解释涨落统计。我们致力于我们的注意力瞬态政权期间，浓度梯度的建立和波动的作用，使界面不稳定。为此，我们计算的时间依赖的增长率的每一个模式和功率谱的波动的影响下演变的接口。定量协议时，发现比较相场模拟与理论预测。
2004-09-28 cond-mat.mtrl-sci
A bond counting model for accurate prediction of lattice parameter of bcc solid solution alloys
晶格参数是高熵合金设计中的一个重要材料特征。Vegards定律通常用于估计晶格参数，但由于无法考虑可能影响原子体积的电荷转移，因此对于金属合金通常不准确。本研究采用从头计算方法计算B2金属间化合物中不同元素原子之间的键长，然后结合键计数模型，产生一个模型来估计耐火BCC HEAS的晶格参数。该模型进行了测试，使用超胞方法，模拟各种随机固溶体HEAs。所提出的模型产生的晶格参数具有优越的精度Vegards定律，而不需要大量的DFT计算或拟合参数。该模型的均方根误差（RMSE）为0.006埃，是Vegards定律RMSE（0.012埃）的一半。
2022-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Distribution of Formation and migration energies of point defects in concentrated solid-solution alloys: Ni_{0.5}Co_{0.5}, Ni_{0.5}Fe_{0.5}, Ni_{0.8}Fe_{0.2} and Ni_{0.8}Cr_{0.2}
利用从头计算和特殊的准随机结构，我们表征了Ni基固溶体合金Ni_{0.5} Co_{0.5}，Ni_{0.5} Fe_{0.5}，Ni_{0.8} Fe_{0.2}和Ni_{0.8} Cr_{0.2}中缺陷形成能和迁移势垒的分布.由于缺陷形成能敏感地依赖于元素的化学势，我们已经开发出一种计算效率高的方法来确定它，考虑到全球的组成和本地的短程顺序。我们发现，在这四种元素中，Fe对Ni的合金化作用最大。结果表明，空位和间隙原子的迁移能分布存在一个重叠区，这将有利于它们之间的复合。
2016-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamics of vacancies in concentrated solid solutions: From dilute Ni-alloys to the Cantor system
采用巨正则Monte-Carlo（MC）方法研究了（CoCrFeMn）$_{1-x_\mathrm{Ni}}$ Ni $_{x_\mathrm{Ni}}$系列合金在有限温度下的空位浓度.从经典的原子间势计算的空位形成能，并表现出由于不同的化学环境的空出的网站的分布。在稀合金中，这种分布具有多个离散峰，而浓合金表现出单峰分布，因为存在具有相似空位形成能的许多不同化学环境。MC模拟使用一个数值有效的键计数模型证实，空位浓度，即使在集中的合金可以计算由所建立的麦克斯韦-玻尔兹曼方程加权给定的形成能的分布。计算了（CoCrFeMn）$_{x_\mathrm{Ni}}$ Ni $_{1-x_\mathrm{Ni}}$中空位浓度随Ni含量的变化，证明了热力学模型与巨正则蒙特卡罗模拟结果的良好一致性。
2021-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Convexity splitting in a phase field model for surface diffusion
Technische Universität Dresden（德累斯顿工业大学）；The University of Tennessee, Knoxville（田纳西大学诺克斯维尔分校）
本文提出了一种改进精度的凸性分裂方案，用于相场模型中的表面扩散模拟，开发了能够进行大规模三维模拟的方案，研究了固态退湿现象，并展示了罗森布罗克凸性分裂方案在时间步长上的优势。
2017-10-26 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
Advantages of rapid solidification over casting of Mg-0.4Zn-1Y alloy
本研究对比Mg-0.4Zn-1Y合金的传统铸锭冶金与快速凝固工艺，发现快速凝固可调控LPSO相、MFS及晶粒尺寸，实现优异力学性能与合理腐蚀速率的兼顾。
2024-07-09 cond-mat.mtrl-sci
