学科交叉小故事

  我是学材料物理的,长期从事材料X射线衍射分析工作。在所里前后工作了大约35个年头(1963198820032011),经常与其他课题组合作,进行学科交叉研究。为庆祝我所90周年,这里讲述两个学科交叉研究成功的实例。

 

  首先是发现“二元扩散偶界面的元素扩散和金属间相形成规律”的过程。1973年,钛合金组为提高TC4合金的抗高温氧化性能,在合金表面镀镍并进行退火处理。我们用X射线衍射分析发现,Ti-Ni二元相图中的所有中间相相继形成。1985年左右,我们利用电子探针和X射线衍射用富锡的CuSn合金-Nb扩散法制备Nb3Sn超导材料时发现,Nb3Sn相随扩散时间的延长其厚度增加,但其它中间相并不出现,这看似是个很奇怪的现象。同样在1985年,我们实验分析Ta-Pt系统时,只观测到TaPt二元相图中TaPt2相的出现,而TaPt和σ相被抑制。

 

  我们综合上述实验结果,查阅了各元素的扩散系数、理论计算各中间相的形成能。用下述方法考虑各中间相的稳定性,即在二元相图中,把两种元素的熔点连一直线,那末相的熔点处于该连线上方的相比连线下方的稳定,如果各相的熔点都在连线的上边,其到连线的距离越长,相就更稳定。从这三方面进行综合分析,撰写了“镀镍TC4钛合金的表面结构”(科技通讯,1973)、“在富锡CuSn合金的扩散法中Nb3Sn相的形成”(金属学报,1986)和“二元扩散偶界面的元素扩散和中间相的形成”(物理学报,1989),获得关于A-B二元扩散偶的重要理论,具有实际意义,这也是所内学科交叉的创新成果。

 

  从上海大学退休后,我又应微系统与信息技术研究所聘请,回到所里参加新能源课题组的一系列研究工作,历时九年多(20032011),把X射线衍射用于绿色二次电池的材料表征和电极过程机理的研究工作,合作撰写论文40多篇。

 

  我来到课题组先后合作开展一系列研究工作,其中包括:现代X射线粉末衍射仪实验技术、电池相关材料(β-Ni(OH)2AB5储氢合金、纳米材料、石墨结构、LiMeO2材料)的表征方法,镍-氢电池和锂离子电池的电极(充放电、循环、储存)过程的研究,取得一系列的创新成果,还协助夏保佳研究员带若干名博士、硕士生的毕业论文研究。

 

  同时将研究成果整合成为《绿色二次电池的材料表征和电极过程机理》一书,全书共399页,56万字,由上海空间电源研究所李国欣研究员、上海交大材料学院姜传海教授和上海奥威科技开发有限公司王然三位正教授级专家推荐,在“‘十二五’国家重点图书出版规划项目”,“二十一世纪新能源丛书”下由科学出版社2015年出版发行。该书详细介绍了澳门新葡8455手机版利用X射线等实验方法研究氢-镍和锂离子两类绿色电池活性材料晶体结构、精细结构和微结构在电池活化、充-放电、循环寿命试验和储存等电极过程中变化规律,并把这些变化与电池性能紧密联系起来,揭示这类化学电源体系中的化学物理现象,提出和阐明这类绿色电池充放电过程导电的脱嵌理论,以及在其它各种电极过程(如循环、储存)中的物理机制。

 

  因此,《绿色二次电池的材料表征和电极过程机理》的出版是材料物理学、X射线衍射分析专家与电化学、新能源专家紧密合作和交融的创新成果。

 

  在这90周年所庆的日子,回忆这些难忘的合作研究的日月,倍感兴奋,特写下这一短文,向所领导,向同志们、朋友们汇报。

    

  (作者:杨传铮  上海大学物理系教授  19631988年和20032011年在本所工作和合作研究)




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