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分享 位错(Dislocation)的历史(转)
gordon 2016-12-3 02:45
老头子们知道的东西,不一定对。 晶体中的位错是在三十年代初分别由英国和匈牙利的科学家提出的, 用以解释为什么金属的实际强度比理论计算强度小约1000 倍。二次世界大战后, 位错及其他晶体缺陷的理论发展迅速。 ——— 民国老头子的看法 我的看法,就是意大利的 Vito Volterra 讲讲 ******************************************************************************** 位错(Dislocation):晶体结构内部的线缺陷,表现为原子结构的一种几何不规则排列(图 1),是晶体材料最重要的一种变形方式。位错-如今被认为材料学划时代的发现,但其诞生时却相当尴尬,是“材料科学”急病乱投医慌乱间选择的一个逃生方向。(当时一定相当乱)。 1.位错的诞生-假理性和实践派 位错这个概念是意大利科学家Vito Volterra(图 2)在1905年首先提出,但当时这个小伙应该说是生不逢时,1905年被称为爱因斯坦奇迹年,大神那一年发表了改变物理世界的六篇文章(《关于光的产生和转化的一个试探性观点》、《分子大小的新测定方法》、《基于热分子运动论的静止液体中悬浮粒子的运动研究》、《论动体的电动力学》、《物体的惯性同它所含的能量有关吗?》、《布朗运动的一些检视》)。那个时候,上帝和世界的中心都是物理。材料科学,Vito Volterra,位错这些都无足轻重。当然,越不重视越会出现问题,材料科学家令人激动的尴尬时刻就要来了。(任何老爷爷都有一段回味无穷的小孙子年代) 二十世纪初,物理学大厦已经落成,在这个潮流下,材料科学研究难免要跟上节奏,最方便快捷的方法就是 利用最时髦的原子理论来解释最基础科学的材料强度问题 。估计当时材料学者雄心万丈!一手理论,一手公式,一旦合璧,哎呀,材料科学的小平房也就建起来了。没想到,初试啼声,就不幸出事了。 出事时的情况是这样的,利用金属原子键力计算的金属强度是实际常用金属强度的1000倍,甚至更高!简单来说,我们用的挖耳勺按照理论强度计算是应该可以做钻头的。我们突然发现,我们设计使用的各种金属都仅发挥了其潜力的0.1%。重新计算,其实根本不用计算,公式简单到了极致。这时的材料科学家就像一群被被扒光衣服的痴汉,口中喃喃,却说不出什么。理论指导实践,那么按照你们的理论,让大家见识一下真正的金属吧。 XXXX-1930,这些年,材料科学家过的很郁闷,绞尽脑汁,理想金属怎么也找不到,公式翻来覆去也证明不出。更令他们诧异的是, 将金属去纯净化(加入多种元素并不停锻造)反而强度逐渐增高 。理论和实践南辕北辙,材料学家内心伤痕累累,书面语言是这么描述的:在1930年代以前,材料塑性力学行为的微观机理一直是严重困扰材料科学家的重大难题。实际情况是这样的:额滴神啊,我快要崩溃啊,咋回事么,金属,你到底要闹怎样啊! 卑鄙是卑鄙者的通行证,高尚是高尚者的墓志铭。当材料科学遇到问题的时候,当材料科学家智商被加上负号时,科学又充分展示了它的娱乐性和宽容性。既然做不出来,干脆就把水搅浑,两眼一抹黑,看你怎么办!具体是这么操作的:公式简单,我们就把它复杂化。首先,我要来个概念先! 书面语言:1934年,埃贡•欧罗万(Egon Orowan),迈克尔•波拉尼(MichaelPolanyi)和 G.I. 泰勒(G. I. Taylor)三位科学家几乎同时提出了塑性变形的位错机制理论,解决了上述理论预测与实际测试结果相矛盾的问题。位错理论认为,之所以存在上述矛盾,是因为晶体的切变在微观上并非一侧相对于另一侧的整体刚性滑移,而是通过位错的运动来实现的。一个位错从材料内部运动到了材料表面,就相当于其位错线扫过的区域整体沿着该位错伯格斯矢量方向滑移了一个单位距离(相邻两晶面间的距离)。这样,随着位错不断地从材料内部发生并运动到表面,就可以提供连续塑性形变所需的晶面间滑移了。 与整体滑移所需的打断一个晶面上所有原子与相邻晶面原子的键力相比,位错滑移仅需打断位错线附近少数原子的键力 ,因此所需的外加剪应力将大大降低。 这一次,干的漂亮!(智力的负号被去掉了),但长期挫折下的心理阴影还在,材料学者 还有点良心不安 ,这么做,对吗?(未来证明,这么做,是对的)。 这种良心不安,产生的原因是没有足够的实实在在的证明 ,当时TEM技术刚刚兴起,并没有一张真实的位错照片来证明位错理论。此后的四十年,对位错理论来说,等待审判。 审判很快有了结论,位错理论是伟大的理论!微观照片证明了一切 图 3。 但等待结论的时间好久,充分证明时,提出理论者早已驾鹤仙游,位错理论也始终没有得到炸药奖的肯定,但,最崎岖最黑暗的道路已经走过,光明坦途就在眼前,无边落木萧萧下,老流氓们已经百炼成钢,下面的事情就好做了。 2.位错的发展-保守主义的加速运动 有了理论,有了证明,那么后来的工作基本上就按部就班的发展。确实二十世纪后半页,材料科学的发展风风火火,尤其纳米材料概念的出现,一些研究领域,一些研究者就被逐渐封神。趋势是这样,位错理论与实践也在招摇中稳步向前。 首先,80年代,通过塑性加工工艺(还是古人锻造的老路),人们制备出性能良好的超细晶和纳米晶金属,哎呀,在材料内部除了发现大量的细化后晶粒,还有大量的位错组织,图 4。制备后,材料强度提高5-6倍,经过特殊热处理,材料韧性还能保持一定量级! 如果工艺路线出现后,更多的学术工作就成了一种机械运动! 大量的类似论文,类似结果,相同工艺下更换不同的金属 ,表面上一片繁荣,其实进步有限。说话负责任,想想最初的尴尬,想象那0.1%,其实我们做的远远不够。 实验成果多多,那么前人的理论当然可以继续发扬光大。固溶强化效应,第二相增强,晶界强化(晶粒细化效应)等等,都在位错理论中找到了答案。简单说, 多晶材料内部的任何结构,都会对位错运动产生阻碍,带来材料强度的提高 。这句话,放在那里都可以用。所以,知识在横向被无限拉成,纵向没有提高。建立在位错理论的知识,面无限广大,可还是一个小矮子。 简简单单的说,一些概念,位错是塑性变形的载体,但塑性变形实现是位错运动。好吧,我败了。 直到现在,SPD,好多文章,好多好文章,但是, 令人振奋的现象和数据背后,理论和解释是苍白的,所有的问题都可以在位错理论(准静态条件下)找到合理解释。成熟后面必然是衰落 ,这时必然,但如果走到最后,我们还是只能拿出一些纳米线,晶须什么的来炫耀理想金属,那么,材料科学,尤其是金属材料科学,太挫了!! 3.位错的未来-总要有人要先走 介绍一些新文章(其实也不是太新,呵呵),这些文章很多产生于分子动力学模拟,也许只有极端情况下,我们才会关注。图 5, 图 6, 图 7.现在的学术研究讲究人无我有,讲究极端,趋势就是这个血淋淋的趋势。 首先,图5给出了 在纳米尺度上的Hall-petch关系的失效,也就是位错理论的失效 ,好吧,打个补丁,晶界运动(相对滑动占支配地位)。图6 给出了 冲击载荷下,材料内部出现非晶化,继续打补丁,剪切带出现 。图7,位错的 跳跃运动分子动力学模拟,继续补丁,运动形式变化 。 补丁摞补丁,四处又补丁,其实,已经有论文在研究缺陷是带来变形?还是缺陷不是变形的来源,这时,开始出现对位错理论的质疑。 已经开始了,世纪之初(也不算很初了),位错理论已经100年了。 4.结论-一点题外话 如果注意的话,本文所有内容都有出处,有证明,所以这是基于事实的文章。反驳的话,也请给出相应的出处,我也可以查一查。本文风格调侃,但也受能力的限制,最终没有走向重口味。这里感谢几位同学,你们促成我决定写个科普。真心感谢。学术这个东西,真心不好搞。
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分享 蒋介石不是龙
热度 3 gordon 2016-1-6 20:54
黄金因为某些特性,具备了货币的功能。例如小巧且价值高,稀少。 确实会产生这个情况,本身是交换的介质,到最后人民抛开了实物,开始追求介质。 但你要明白,如果交换介质成为金圆券,就会失掉它代表的“交换中介” 信用。 抗日战争早期,根据地还是用法币的,因为法币超发,就把法币拉到国统区换物资了。 龙需要黄金去骗人,它也是需要黄金的 。可以利用它这个弱点,去抓几条龙回来,吃龙肉。 ***************************************************************************** 货币这个东西啊,它能提高效率,有用的时候,你就用。如果没有用了,谁发行的货币,那就给谁。 没看见每一个国家的货币都会打上统治者的肖像,就是告诉你,这个货币是谁发的。(央行让这么做的,也是一个行业惯例) 实物生产没有虚拟生产速度快,这是事物的禀性决定的。 没有特别好的办法。 ***************************************************************************** 其实 这个段子的隐含假设是别人都用钱,就我不用钱。 即使政府发行货币,也不代表其不受经济规律约束 。不是说别人都贪钱,我自己多么清高。 中国解决金融问题,也是经过了长时期的摸索。不是白来的 ***************************************************************************** 这是一个好问题。 这个问题的另一种描述,其实是一个货币的发行机构,宏观调控当局是不是受经济规律支配的问题。(现代学术是研究机制的,不论是谁,你只是机制运行下的其中一个棋子) ***************************************************************************** 扩展阅读: 为什么选黄金做货币? http://www.guokr.com/article/437746/ 注:其实还有一个原因,在岸、离岸 。 和统治者博弈,脱离管制
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分享 有些事情,小孩子可以作,大人不可以作
热度 10 苏双 2014-5-1 12:53
甲:小陈,5.1节不在家陪老婆干柴烈火,跟我这糟老头子混办公室,你这玩的哪一出啊? 乙:哎,王叔啊,这 有些事情啊,小孩子可以作,大人不可以作! 甲:哟,这话有学问,详细说说。 乙:哪有啥学问哦。这不是昨天回家,发觉老婆在桌子上留了张纸条,写着: 打扫家务,人人有责 。 甲:这没错嘛。 乙:是啊,可我儿子调皮,说, 爸爸,我能作的事,你不一定能做哦 。我说:扯蛋,怎么可能。于是我儿子在人字上面添了一笔,变成“ 打扫家务,大人有责”。我只好再添加一笔" 打扫家务,夫人有责 ",结果今天就只好来办公室了。 大家5.1节快乐。
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分享 跟风投票
热度 14 不打不相识 2012-10-11 18:30
看了精灵的设置的投票,想起曾国藩的话:嫁女要强于我家,娶女不能强于我家。别说这话过时了,老头子看透人情世故。如果你是个穷小子,最好不要选二,结婚好几年了,孩子老大了,老婆在天涯上诉苦,后悔嫁了个凤凰男,数落婆家不是。大丈夫仰岳家鼻息,看老婆脸色,锦衣玉食又怎样?不如自食其力,穷达由天。 http://www.aswetalk.org/bbs/thread-17689-1-1.html
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分享 糟老头子
热度 43 Highway 2011-12-11 13:00
上个星期看到一枚奥地利100 Corona 的金币,就试着出了一个价。结果没想到真就让我给拍到了。前两天收到了货,把玩了一阵子,非常喜欢。这金币不是纯金的,纯度只有90% (21.6karat)。但是由于是合金的,所以比较硬,体积也比较大,拿在手里沉甸甸的,比较给力。 有了说了,那糟老头子是谁呀,怎么长的那么像我们的袁大总统? 那位呢,叫Franz Joseph,是当年奥地利的皇帝,并且兼匈牙利以及其他几国的国王和大公爵,还是显赫一时的。金币的反面是士兵的铠甲和两只老鹰,图案看着比较有特色。 今天呢,神差鬼使的又进了一枚,据称是911事件后从世贸中心挖掘出来的,有认证证书的,有趣。问题时怎么能证明它是世贸大楼废墟里挖出来的呢?证明了又能怎样呢? 还差一枚匈牙利的100 Corona 的金币,争取尽快给它搞定!
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