寻求从微观机理上揭示材料力学性能变化的规律；研究Mg-（Y,Ga>-Zn三元和四元合金系中LPS的形成机制,结构/成分特征以及在不同热处理条件下的结构转变规律，建立相关的原子结构模型，并探索其它过渡族和稀土元素添加对析出相和LPS的综合影响，为指导设计弥散析出和LPS复合强化的新型高强Mg合金提供知识基础。
负责人：
张辉教授
经费比例:
18%
2009CB623705材料中缺陷组态、界面结构以及电子显微学方法研究
✧承担单位：
中国科学院金属研究所；北京大学
研究目标和内容：
发展原子序数衬度像图像处理的新方法，克服电镜分辨率的限制，解决有关材料中缺陷组态、界面精细结构等重要基本科学问题。
精确地确定复杂结构相中缺陷组态的原子位置和占位，揭示复杂结构相中位错核芯的原子结构。
揭示纳M薄膜材料与衬底之间原子尺度的界面结构及电子结构，并从中发现新的现象。
负责人：
马秀良<杰出青年基金）
经费比例:
16%
课题之间的关系以及课题与工程之间的关系
四、年度计划
研究内容
预期目标
第
一
年
电子显微学方法研究
1）亚埃尺度元素选择成像方法研究；2）变焦出射波重构成像技术研究；3）Z衬度像方法研究；X-射线能谱学研究；4）亚埃尺度电子能量损失谱学研究；5）研究钢铁和合金材料中析出相的精细结构及对性能影响；6）研究复杂结构相（如Mg合金或Al合金中的沉淀强化相等>的晶体学特征。
通过基于第一原理的有关计算定量考察原子间距在缺陷处的微小变化、位错核心处原子的占位情况及可能的空位。
研究位错核芯区可能的电子效应背景；7）通过对复杂结构相的原子序数衬度像的模拟，研究不同实验条件对最大熵图像处理的影响；8）在原子尺度下研究不锈钢中MnS夹杂物和基体界面的结构。
原位外场下电子显微结构和性能的关系：
1）设计并制作适用于高分辨透射电子显微镜的“嵌入式”可操控“低维材料智能载网”；2）纳M线力学性能和电学性能的原位测量；3）催化剂小粒子原位研究的硬件设计；4）完善纳M材料生长机理的原位研究系统，对气相反应物浓度、分布等微观参数可控制备II-IV族半导体一维纳M结构，并实现纳M结构表面功能化；可控合成一维有机光电功能纳M结构，研究其光电性质；5）制备形貌可控的纳M硅线阵列，研究纳M硅线阵列的光电性能及修饰。
轻质合金研究：
1）优化合金成分，结合热处理工艺研究各合金元素及其含量对材料宏观性能的影响。
主要利用常规高分辨电镜技术探明目标铝/镁/钛合金中析出相的一般析出规律、晶体学特征、成分范围和大小分布；2）研究6XXX系铝合金中早期析出相的稳定性问题。
1）提供复杂合金相中有关缺陷组态的原子尺度的结构信息；
2）揭示原子序数衬度成像实验条件对图像处理的影响，确定适当的实验成像条件；
3）揭示造成界面活性较高的内在原因，在原子尺度下对MnS引发不锈钢点蚀的机制做更深层次的剖析；
4）“低维材料智能载网”在外场作用下实现位移驱动；
5）揭示准一维材料在多场耦合作用下的显微结构-物理性能相关效应；
6）实现低维材料原位生长的可控性和可操作性；
7）在现有环境扫描电镜中引进微注入系统，对气相反应物浓度、分布等控制纳M材料形核与生长的工艺参数有一个全面、微观层次的理解；实现低维材料原位生长的可控性和可操作性；
8）揭示硅表面修饰的有效方法和途径；实现一维有机纳M结构的可控制备，揭示一维有机纳M结构的光电性质；
9）实现II-VI半导体纳M结构的可控制备，并实现其表面功能化；
10）确定目标合金成分，阐述各合金元素对材料性能的影响，就合金成分的确定，析出规律、晶体学特征、成分变化和尺寸，及其与宏观性能的关系；
11）发表SCI文章30篇，申请专利2项。
第
二
年
电子显微学方法研究
1）解决综合应用第一年中的各种技术应用于材料研究中存在的问题；2）结合原子分辨的结构信息，研究与之相结合的第一原理计算方法；3）研究铁电和多铁材料中轻重元素选择成像，研究铁电畴、畴壁精细结构；4）催化剂小粒子表面精细结构研究；5）开展三维重构像的研究；6）利用球差校正透射电镜，研究一维纳M材料的精细结构；7）研究高温合金中析出相的缺陷结构；8）通过相干高分辨成像研究多层氧化物界面的失配及缺陷组态，研究界面与薄膜厚度、晶格失配关系。
通过非相干高分辨原子序数衬度成像获得原子尺度界面结构信息；9）研究Al-Cu-Mg系合金中时效早期析出相，获得早期析出相的高分辨率Z衬度像，分析Cu和Mg元素的占位；亚埃尺度下的早期析出相的纳M电子束EELS研究；10）利用第一原理方法研究不锈钢中MnS局域缺陷以及MnS和基体界面的电子结构与特性。
原位外场下电子显微结构和性能的关系：
1）纳M线力学性能和电学性能的原位测量；2）基于原子力显微镜的控制和工作原理，设计一套可以放置在扫描电子显微镜样品室内的单体低维材料操纵和性能测量单元；并原位研究准一维单体在外场下显微结构演化；3）研究纳M层次结构的生长机理；4）利用球差校正透射电镜研究原位生长的纳M层次结构的界面特性，分析生长条件与界面结构；5）利用所得到的一维纳M结构为衬底，通过微注入等手段实现纳M层次结构的原位生长；6）利用SEM/CL,研究纳M层次结构的电子结构、输运性质。
轻质合金研究：
选择性能优异的合金成分，结合合金的单级热处理工艺，研究析出相析出规律，如时效中早期各种等析出相析出的大致温度范围以及合金元素比例对析出相的影响。
利用超高空间和高能量分辨的电子显微技术测定不同阶段单级热处理后析出相的晶体学结构、成分、形貌、与基体的取向关系以及分布情况，并结合能量计算探索析出相的演化机制。
1）初步建成亚埃尺度元素选择成像的软、硬件平台；
2）揭示高温合金等材料的力学行为与显微结构的内在联系；
3）揭示氧化物多层膜界面材料的界面晶体学特征、化学键合形式及电子结构；揭示薄膜的成分、厚度、晶格间匹配关系等对性能的影响规律；
4）构建早期析出相的原子模型，获得早期亚埃尺度析出相的电子结构信息和弹性参数；
5）揭示不锈钢点蚀形核的内在本质；
6）在扫描电镜中实现位移驱动的精确控制和单体低维材料的操纵，并根据不同的测量功能可以方便地对单体低维材料施加外场<电场，力场）；
7）实现纳M层次结构原位生长；
8）揭示纳M层次结构的生长机理；
9）揭示一维纳M材料的精细结构；
10）揭示纳M层次结构的界面特性以及与制备工艺的关系；
11）揭示纳M层次结构的电子结构及输运特性；
12）掌握各种析出相在单级热处理下的析出条件，如温度、合金元素比例等对析出相的影响；
13）对各阶段的析出相有清晰的定义，包括其晶体学结构、成分以及与基体的位向关系等，测定析出相结构；
14）结合第一原理计算，初步理解读出相在成分、结构等方面的演化规律；
15）发展有自己特色的波函数重构软件和像计算软件
16）自主发开出适用于扫描电镜，能够进行原位、实时、动态和在线的物性研究的近场阴极荧光（Near-FieldCathodeLuminescence,NFCL）分析方法和技术。
17）发表文章40篇以上，申请专利4项以上。
第
三
年
电子显微学方法研究：
1）研究催化剂小粒子，探讨贱金属催化剂部分代替贵金属催化剂的可能性；2）研究高性能高温合金精细结构，探讨微合金化和合金化元素对其性能影响；3）开展多层膜界面结构研究；4）铝合金材料析出沉淀相研究；5）钢铁材料精细结构研究；6）
小粒子三维重构像的研究：
7）Al-Cu-Mg合金中小尺度过渡相的结构与成分；8）采用分子动力学方法研究复杂合金相中位错核芯的原子结构；9）第一原理研究确定薄膜异质界面原子的成键特征、键长及其电子结构。
原位外场下电子显微结构和性能的关系：
1）基于扫描电子显微镜和悬臂梁变形的纳M力学性能测试系统及准一维纳M单体材料的多场耦合支持器，进而完成设计并制作扫描电子显微镜中准一维纳M材料的多场耦合测试平台；2）对现有的阴极荧光系统进行改造，在阴极荧光系统中引入近场收集系统、微操纵系统等。
轻质合金研究：
根据晶体学数据对铝合金中各种析出相进行比较清楚的分类和定义，并针对镁合金研究稀土元素的存在和分布状态、介观尺度析出相/LPS的时效形成过程、相关结构/成分变化等，解答未知或尚存争议的重要问题。
将自己发展的波函数重构方法和像计算方法应用于目标合金中早期“原子集团”的结构。
1）为模型催化剂和工业实用催化剂的研制提供基础信息；
2）了解宏、微合金化元素在钢铁、合金材料中的分布和作用。
铁磁性元素在一些相关磁性材料中的分布与作用。
3）建立早期析出相和对应的过渡相的结构联系，揭示强化相析出的微观机制；
4）揭示复杂合金相中位错核芯的微观物理机制；
5）解读多层膜异质界面处原子间成键特性及电子结构
6）实现对一维单体低维材料施加外场<电场，力场）等并进行原位显微结构表征的测试单元。
7）阴极荧光系统能够适合于电场、应力、光激发作用下，介观尺度下线、颗粒发光谱的接收，研究应力作用下材料发光性质的变化规律；
8）对析出相的晶体学结构、能量稳定性有一个较清楚的理解。
9）发表SCI文章40篇以上，申请专利5项以上。
第
四
年
电子显微学方法研究：
1）催化剂小粒子，探讨溅金属催化剂部分代替贵金属催化剂的可能性；2）高性能高温合金精细结构，探讨微合金化和合金化元素对其性能影响；3）多层膜界面结构研究；4）铝合金材料析出沉淀相研究；5）钢铁材料精细结构研究；6）系统阐述界面结构在理解磁电耦合效应及其产生机理方面的作用；7）研究Al-Zn-Mg-Cu系合金中早期析出相，获得早期析出相的高分辨率Z衬度像，分析各合金元素的占位；早期亚埃尺度析出相的纳M电子束EELS研究；8）高分辨率Z衬度像研究Al-Zn-Mg-Cu系合金中的过渡相<如η’），并进行纳M电子束EELS研究。
结合第一原理的理论分析和优化，确定GP区的最大可能的原子结构。
然后，计算其电子结构和弹性参数，并与EELS分析结果相对比。
原位外场下电子显微结构和性能的关系：
1）用前三年完成的多场作用下单体低维材料物理性能与结构演变相关性原位/实时综合测试系统对单体低维材料进行结构-物理性能相关性研究，以及多场耦合作用下单体低维材料物理性能的研究；2）利用透射电镜高能电子束加工技术，开展介观尺度下孔的精确加工研究。
轻质合金研究：
研究目标铝合金中早期析出相和析出强化相之间的演变关系。
在前三年的工作基础上，开始研究复杂热处理条件下合金中析出相的析出规律，并结合宏观性能测量，优化热处理工艺。
1）确定多层膜不同种类原子在界面的空间配置，建立薄膜厚度与界面结构的关系；
2）构建GP区的原子模型；
3）建立GP区和对应的过渡相的结构联系，揭示强化相析出的微观机制；
4）获得原位外场下一些典型低维单体结构物理性能和原子尺度点阵分辨率下显微结构之间的关系；
5）实现低维材料应变-显微结构-电学性能的三维综合信息的实时、集合式研究；
6）利用NSOM/AFM/PL/Raman、STM-stimulatedluminescence（STL>表征系统，研究无机半导体纳M结构、有机光电一维纳M结构的表面修饰对其声子震动、电光响应的影响。
7）了解透射电镜高能电子束刻蚀加工的机理，优化加工条件，实现介观尺度加工的更加准确、可控；
8）探明2XXX、7XXX系合金中早期析出相，以及中间过渡相S'，S"，η'，η"之间的结构演变关系
升级会员 