• 包含納米尺度效應的稀土與Sm-Co化合物基礎數據集

    作者:

    1. 數據集中存在以下問題:(1)“數據庫(集)基本信息簡介”中“數據庫(集)組成”介紹說數據集涉及17個稀土元素和9個稀土化合物,其中的9種稀土化合物應該是論文描述中表2的“目前已知的所有Sm-Co化合物”的9種化合物:分別為“Sm9Co4、SmCo2、SmCo3、Sm2Co7、Sm5Co19、SmCo5、SmCo7、Sm2Co17、SmCo9.8”,但是在在線系統中,傳統粗晶體系和納米體系里,都有化合物Sm3Co、Sm5Co2,并不在上述9中化合物里,而9個化合物里的“Sm9Co4”,在數據系統中,并沒有其信息,請作者解釋這種情況,如有問題,請在論文中相應部分進行修改。 文中表述不夠嚴謹,我們進行了相應修改,應該是:“目前已知的所有Sm-Co化合物:Sm3Co、Sm5Co2、SmCo2、SmCo3、Sm2Co7、Sm5Co19、SmCo5、SmCo7、Sm2Co17、SmCo9.8”,文中原列出的Sm9Co4(原子比為2.25)是以前文獻報道的近似成分比例的化合物,目前已經為國際上確認準確成分是Sm5Co2(原子比為2.5)。在線系統中傳統粗晶體系和納米體系里的化合物Sm3Co、Sm5Co2均正確,論文中表述已進行了修改。 2. 另請在論文中解釋類似“Sm5Co19 R”、“Sm5Co19 H”的含義,即化合物后面加“R”或“H”代表的意義; R和H分別表示菱方和六方的晶體結構,即這個化合物含有同分異構體。文中相應補充了說明。 3. 在“數據庫(集)基本信息簡介”中數據時間范圍是2005年-2015年,但是在查閱數據的時候,并沒有發現數據的相關時間體現,請問是否有可以體現數據時間的地方? 體現數據時間的地方在數據來源的說明那部分,即在線系統提供了數據發表的文獻,那里都有時間,參見圖7。 4. 在“數據庫(集)基本信息簡介”中作者提供的數據服務系統網址有兩個:http://redatabase.bjut.edu.cn/CMS/ 和http://matsec.ustb.edu.cn,但是論文中介紹的都是第一個網址中的數據,沒有見有第二個網址的介紹,如果第二個網址是有用的,請加以介紹和如何使用; 第二個網址是科技部材料科學數據共享網的,有時因系統問題不很順暢,為此,我們還是只列出第一個地址吧。 5. 引言部分,請確認“磁距”是否應為“磁矩”。 謝謝指正!應該是“磁矩”。 6. 請全文統一“Sm2Co17(R)”的寫法。 已全部統一。 7. 建議在“納米體系示例”一節中,像前一節一樣,對每一個數據項作中文解釋。 已經逐項全部補充齊全。 8. 數據質量控制和評估部分,建議說明下怎么才能成為授權用戶,是否注冊了就屬于授權用戶? 只要注冊單位性質沒有問題即屬于授權用戶,已經在文中做了說明。 根據近兩年對本文數據庫的貢獻,我們增加了一位論文合作者,劉東,其貢獻補充加在文后。

    【2016-05-24】 評論來自:版本 1
    責編:

    1.數據集中存在以下問題:(1)“數據庫(集)基本信息簡介”中“數據庫(集)組成”介紹說數據集涉及17個稀土元素和9個稀土化合物,其中的9種稀土化合物應該是論文描述中表2的“目前已知的所有Sm-Co化合物”的9種化合物:分別為“Sm9Co4、SmCo2、SmCo3、Sm2Co7、Sm5Co19、SmCo5、SmCo7、Sm2Co17、SmCo9.8”,但是在在線系統中,傳統粗晶體系和納米體系里,都有化合物Sm3Co、Sm5Co2,并不在上述9中化合物里,而9個化合物里的“Sm9Co4”,在數據系統中,并沒有其信息,請作者解釋這種情況,如有問題,請在論文中相應部分進行修改。另請在論文中解釋類似“Sm5Co19 R”、“Sm5Co19 H”的含義,即化合物后面加“R”或“H”代表的意義;(2)在“數據庫(集)基本信息簡介”中數據時間范圍是2005年-2015年,但是在查閱數據的時候,并沒有發現數據的相關時間體現,請問是否有可以體現數據時間的地方?(3)在“數據庫(集)基本信息簡介”中作者提供的數據服務系統網址有兩個:http://redatabase.bjut.edu.cn/CMS/ 和http://matsec.ustb.edu.cn,但是論文中介紹的都是第一個網址中的數據,沒有見有第二個網址的介紹,如果第二個網址是有用的,請加以介紹和如何使用; 2. 引言部分,請確認“磁距”是否應為“磁矩”。 3. 請全文統一“Sm2Co17(R)”的寫法。 4. 建議在“納米體系示例”一節中,像前一節一樣,對每一個數據項作中文解釋。 5. 數據質量控制和評估部分,建議說明下怎么才能成為授權用戶,是否注冊了就屬于授權用戶?

    【2016-08-16】 評論來自:版本 1
    作者:

    同評一:

    《包含納米尺度效應的稀土與Sm-Co化合物基礎數據集》一文及文中述及的數據庫屬于高水平的工作,尤其是納米尺度的材料數據。建議優先發表并予以共享。有可能的話,將文中述及的數據集同時通過國家科技基礎條件平臺“材料科學數據共享網”發布并共享,進一步擴大影響和應用領域。

    同評二:

    數據中加入用的軟件版本等信息

    【2016-10-11】 評論來自:版本 1
    責編:

    同評一:

    《包含納米尺度效應的稀土與Sm-Co化合物基礎數據集》一文及文中述及的數據庫屬于高水平的工作,尤其是納米尺度的材料數據。建議優先發表并予以共享。有可能的話,將文中述及的數據集同時通過國家科技基礎條件平臺“材料科學數據共享網”發布并共享,進一步擴大影響和應用領域。

    作者回復:謝謝評審專家!數據集已經在材料科學數據共享網發布并共享。

    同評二: 數據中加入用的軟件版本等信息

    作者回復:謝謝專家意見,已經在修改稿中加入。

    【2016-10-12】 評論來自:版本 1
    責編委:

    經編委會投票,決定錄用本文。

    【2016-10-26】 評論來自:版本 2

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    包含納米尺度效應的稀土與Sm-Co化合物基礎數據集

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    包含納米尺度效應的稀土與Sm-Co化合物基礎數據集

    作者發表的論文

    1 GH674高溫合金的熱變形行為
    李佃國,尹法杰,李長榮. 金屬熱處理[J],2005,30(8),5-7

    數據來源:CSCD中國科學引文數據庫      CSCD      被引次數: 10

    2 提速列車用彈簧鋼60Si2CrVAT的熱處理工藝優化
    吳華林,王福明,李長榮,程慧靜. 材料熱處理學報[J],2011,32(9),35-41

    數據來源:CSCD中國科學引文數據庫      CSCD      被引次數: 9

    3 電解銅粉高速壓制成形
    王建忠,曲選輝,尹海清,周晟宇,易明軍. 中國有色金屬學報[J],2008,18(8),1498-1503

    數據來源:CSCD中國科學引文數據庫      CSCD      被引次數: 8

    4 低碳鋼碳氮析出物的熱力學計算
    向嵩,劉國權,李長榮,王安東,韓慶禮. 北京科技大學學報[J],2006,28(9),818-822

    數據來源:CSCD中國科學引文數據庫      CSCD      被引次數: 8

    5 鐵粉的高速壓制成形
    王建忠,曲選輝,尹海清,周晟宇. 材料研究學報[J],2008,22(6),589-592

    數據來源:CSCD中國科學引文數據庫      CSCD      被引次數: 8

    6 Nb-V復合彈簧鋼60Si2CrVAT過冷奧氏體連續冷卻轉變
    吳華林,王福明,李長榮,晏輕,張博. 北京科技大學學報[J],2011,33(12),1463-1470

    數據來源:CSCD中國科學引文數據庫      CSCD      被引次數: 6

    7 Nb-V復合微合金化中碳非調質鋼的連續冷卻轉變
    程慧靜,王福明,潘釗彬,李長榮,徐國慶. 材料熱處理學報[J],2009,30(5),44-49

    數據來源:CSCD中國科學引文數據庫      CSCD      被引次數: 6

    8 Mg-Zn合金時效過程中GP區析出的熱力學分析
    王曉亮,李長榮,郭翠萍,杜振民,何維. 金屬學報[J],2010,46(5),575-580

    數據來源:CSCD中國科學引文數據庫      CSCD      被引次數: 5

    9 Nb-V復合非調質鋼奧氏體晶粒長大行為
    程慧靜,王福明,李長榮,徐國慶. 金屬熱處理[J],2009,34(9),5-10

    數據來源:CSCD中國科學引文數據庫      CSCD      被引次數: 5

    10 吐絲溫度對82B高碳鋼動態CCT曲線的影響
    郝芳,王福明,金桂香,李長榮. 金屬熱處理[J],2011,36(12),4-8

    數據來源:CSCD中國科學引文數據庫      CSCD      被引次數: 4

    11 高碳硬線鋼82B中Al_2O_3--SiO_2--MgO--CaO--MnO系夾雜物塑性化控制
    柴國強,王福明,付軍,李長榮. 北京科技大學學報[J],2010,32(6),730-734

    數據來源:CSCD中國科學引文數據庫      CSCD      被引次數: 4

    12 鈰對低鉻鐵素體不銹鋼靜態再結晶行為的影響
    李亞波,王福明,尚成嘉,李長榮. 材料熱處理學報[J],2010,31(3),64-68

    數據來源:CSCD中國科學引文數據庫      CSCD      被引次數: 4

    13 高純鉬板斷口形貌和組織分析
    陳程,尹海清,曲選輝. 稀有金屬[J],2007,31(1),10-13

    數據來源:CSCD中國科學引文數據庫      CSCD      被引次數: 4

    14 脈沖電沉積機理、動力學分析及其驗證
    張玉碧,高小麗,王東哲,劉海定,李長榮. 材料保護[J],2011,44(6),18-21

    數據來源:CSCD中國科學引文數據庫      CSCD      被引次數: 4

    15 海洋平臺用EQ70鋼的連續冷卻轉變
    陶素芬,王福明,于喬木,孫樂飛,李長榮. 材料熱處理學報[J],2013,34(7),84-88

    數據來源:CSCD中國科學引文數據庫      CSCD      被引次數: 4

    16 鈮釩微合金化高強度船板鋼的連續冷卻轉變規律
    肖國華,王福明,李長榮,肖寄光. 北京科技大學學報[J],2008,30(5),495-500

    數據來源:CSCD中國科學引文數據庫      CSCD      被引次數: 4

    17 V-Ti-N微合金非調質無縫油井管鋼中碳氮化物的熱力學計算
    王安東,劉國權,劉勝新,楊才福,李長榮,向嵩,韓慶禮. 北京科技大學學報[J],2006,28(9),823-829

    數據來源:CSCD中國科學引文數據庫      CSCD      被引次數: 4

    18 82B高碳鋼奧氏體晶粒長大行為
    金桂香,王福明,李克非,付軍,李長榮. 材料熱處理學報[J],2013,34(7),41-46

    數據來源:CSCD中國科學引文數據庫      CSCD      被引次數: 3

    19 脈沖電沉積納米晶鎳沉積層的力學性能研究
    張玉碧,李照美,李長榮,李云東. 材料保護[J],2007,40(9),14-16

    數據來源:CSCD中國科學引文數據庫      CSCD      被引次數: 3

    20 Al-Cu合金GP區的價電子結構與界面能
    靜永娟,李長榮,杜振民,王福明,宋月鵬. 材料熱處理學報[J],2007,28(6),148-151

    數據來源:CSCD中國科學引文數據庫      CSCD      被引次數: 3

    包含納米尺度效應的稀土與Sm-Co化合物基礎數據集

    宋曉艷1*,劉雪梅1,王海濱1,鄧韻文1,劉東1,李長榮2,尹海清2

    1. 北京工業大學材料科學與工程學院,新型功能材料教育部重點實驗室,北京 100124;

    2. 北京科技大學材料科學與工程學院,北京 100083

    * 通訊作者(Email: xysong@bjut.edu.cn)

    摘要:稀土族金屬具有獨特的物理和化學性能,稀土金屬及其化合物的應用范圍極為廣泛,涉及航空航天、能源、電子、汽車、建筑、石油化工等多種重要工業領域。經過十余年系統的實驗制備和重復性研究,利用數據積累、分析比對和優化評估等途徑,建立了國際上首次引入納米尺度效應的稀土結構和性能數據體系,并發展形成稀土基礎數據庫。在此基礎上,進一步構建了Sm-Co體系稀土化合物基礎數據庫。稀土金屬及其化合物基礎數據庫包括晶體結構、物理性能、力學性能、磁性能、熱力學特性、相穩定性、相變特性等7大類數據,分為傳統粗晶和納米尺度兩套體系,納米體系數據庫又包含室溫和變溫兩類數據體系。稀土基礎數據庫可為目前廣泛應用的稀土材料提供豐富數據,并為研究開發新型稀土材料提供參考依據與設計指導。

    關鍵詞:稀土金屬;稀土化合物;內稟特性;納米效應;數據采集;數據集成

    Fundamental Dataset of rare-earths and Sm-Co compounds containing nanoscale effect

    Song Xiaoyan1*, Liu Xuemei 1, Wang Haibin 1, Deng Yunwen 1, Liu dong 1, Li Changrong 2, Yin Haiqing 2

    1. College of Materials Science and Engineering, Key Laboratory of Advanced Functional Materials, Education Ministry of China, Beijing University of Technology, Beijing 100124;

    2. School of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology, Beijing 100083

    *Email: xysong@bjut.edu.cn

    Abstract: Due to their peculiar physical and chemical properties, the rare-earth elements and compounds have very wide applications, including industrial fields such as aeronautics and astronautics, energy resources, electronics, automobiles, architectures, petrochemical engineering and so on. In the past decade, based on the systematic experiments and repeated experiments, by processes of data accumulation, comparison and evaluation, we have developed the rare-earths database of crystal structures and properties, where for the first time the nanoscale effect on the data was introduced. Further, the database of the Sm-Co compounds has been developed. Both the databases have conventional polycrystalline and nanocrystalline systems for the data search, and the later contains data systems at the room temperature and with the varying temperature. Data of crystal structure, physical properties, magnetic features, mechanical properties, thermodynamic properties, phase stability and phase transformation characteristics, are contained in the database. The database provides the fundamental data for the rare-earth materials, and facilitates the design and development of new type rare-earth materials by serving as the references and quantitative guide.

    Keywords: rare earth; rare earth compound; intrinsic properties; nanoscale effect; data acquisition; data integration

    數據庫(集)基本信息簡介

    數據庫(集)中文名稱

    稀土單質與Sm-Co化合物基礎數據庫

    數據庫(集)英文名稱

    Fundamental database of rare-earths and Sm-Co compounds

    通訊作者

    宋曉艷(xysong@bjut.edu.cn)

    數據作者

    宋曉艷、劉雪梅、王海濱、盧年端、張哲旭、梁海寧、李定朋、鄧韻文、劉東

    數據時間范圍

    2005~2015年

    數據格式

    數值型,字符型,表格型,曲線型,文本型

    數據量

    約10萬條

    數據服務系統網址

    http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/86

    基金項目

    國家重點研發計劃(2016YFB0700501、 2016YFB0700503),國家自然科學基金(51371012),國家杰出青年科學基金(51425101)

    數據庫(集)組成

    涉及17個稀土元素和10個稀土化合物,包括晶體結構、物理性能、力學性能、磁性能、熱力學特性、相穩定性、相變特性等7大類數據

    引 ?言

    我國稀土資源十分豐富,是國際上公認的稀土資源大國,儲量、開采量、出口量和消費量均占世界首位,為我國稀土工業發展提供了得天獨厚的條件。目前,稀土儲氫材料、稀土發光材料、稀土永磁材料等稀土功能材料和稀土添加鋼鐵材料、稀土有色合金等稀土結構材料已成為**建設、經濟發展和高新科技的重要支撐材料[1-3]。

    稀土金屬具有獨特的電子結構、豐富的電子能級、較大的原子磁矩、很強的自旋軌道耦合等特點,因而擁有十分特殊的物理和化學性能,如優良的磁學性能、極強的化學活性等[4-5]。正是由于稀土族金屬的這些特點,稀土與其他族金屬或非金屬元素之間存在復雜多樣的交互作用[6]。其中,稀土與過渡族金屬之間的交互作用尤為重要,具有4f特征電子結構的稀土金屬與具有3d特征電子結構的過渡金屬所形成的某些特殊金屬間化合物是永磁材料、儲氫材料等功能材料優異特性的來源[7-9]。獨特的基礎性能使稀土金屬及其化合物的應用范圍日益廣泛,已經深入到航空航天、能源、電子、汽車、建筑、石油化工等多個重要工業領域。

    當稀土材料的顯微組織降到納米尺度,其高比表面積(如納米顆粒)和高濃度晶界(如納米晶塊體)的特征,使其在顯微組織、晶體結構、物性、熱力學及相變特性、力學特性等諸多領域產生一系列新的現象和規律,表現出比傳統粗晶的稀土材料明顯優越的性能[10-12]。因此,為研制和開發高性能的納米稀土材料,急需系統的稀土結構和性能數據,尤其是體現納米尺度效應的基礎數據體系,為新型納米稀土材料的設計制備提供準確的參考依據。

    納米尺度的稀土金屬化學活性更高,與其他金屬或非金屬元素極易發生反應而失去單質純度。因此,納米稀土對制備設備和技術具有非??量痰囊?,高純納米稀土的獲得及其結構性能表征一直是材料科學與技術領域的高難挑戰,導致納米尺度下稀土結構性能數據絕大多數處于空白狀態,這也是納米尺度稀土基礎數據體系在國際上長期匱乏的原因所在。

    1 ?數據采集和處理方法

    針對稀土金屬活性極大的特點,北京工業大學專門建立了一套全封閉高純金屬納米材料合成制備系統,將金屬或合金粉末合成、預處理、納米晶塊體材料制備相關設備裝置集成于大型手套箱,其環境氧含量控制在0.5 ppm以下。此系統集惰性氣體蒸發–冷凝法制備納米粉末、快速燒結致密化、后續熱處理等為一體,進行“無氧”、原位的金屬納米材料制備[13-14]。

    利用這一自主創新開發的高純金屬納米材料制備系統,自2004年起我們開展了高純納米稀土的制備與結構性能研究工作[15-16]。在國際上首次制備出了粒徑可控的Sm、Gd、Nd、Dy、Tb、Er、La等稀土族重要元素的納米顆粒(圖1)。在此基礎上,原創性提出了“納米顆粒非晶化?顆粒內晶胚形核和長大?非晶顆粒完全晶化轉變并致密化”的全新技術路線(授權國家發明專利),以此制備出了稀土族金屬的晶粒尺寸為5~15nm的超細納米晶塊體材料(圖2)。以超細納米晶為初始材料,通過退火實驗制備出系列不同晶粒尺寸級別的稀土金屬納米晶塊體材料。對系列納米稀土(粉末顆粒和多晶塊材)分別測定了晶體結構、點陣參數、熱力學及相變特性、物性和力學性能等重要表征參量。相對于同種傳統粗晶稀土,納米稀土的功能特性和力學性能發生顯著變化(圖3)。

    1 ?粒徑可控的稀土納米顆粒的顯微組織結構

    2 ?平均晶粒尺寸約為5 nm稀土超細納米晶塊體的顯微組織

    3 ?稀土納米晶塊體的性能測定結果及與同種粗晶稀土的比較

    注:(a納米稀土電阻率隨溫度的變化,(b納米稀土熱導率隨溫度的變化,(c稀土粗晶和納米晶熱容的比較,(d稀土粗晶和納米晶顯微硬度的比較。

    經過至今十余年系統的實驗制備和重復性研究,利用數據積累、分析比對和優化評估等途徑,在獲得納米尺度對稀土結構和性能影響規律的基礎上,建立了國際上首次引入納米尺度效應的稀土結構和性能數據體系[17],逐漸發展形成稀土基礎數據庫。在制備出迄今認知的所有Sm-Co化合物納米晶塊體材料并對其晶體結構和性能進行系統測定分析的基礎上[18-36],進一步構建形成了Sm-Co體系稀土化合物基礎數據庫。納米尺度稀土金屬及Sm-Co化合物基礎數據庫是目前國內外極為缺乏的稀土數據體系的重要資源。

    2 ?數據樣本描述

    2.1 數據庫的構成

    “稀土基礎數據庫”和“Sm-Co化合物基礎數據庫”,均包含傳統粗晶體系和納米體系兩套系統數據,納米體系的稀土金屬和Sm-Co化合物數據庫又分為室溫和變溫數據體系。數據集總體結構關系見圖4,數據庫基本結構和數據體系參見表1和表2。

    4??稀土Sm-Co化合物基礎數據集總體結構關系圖

    1 ?稀土基礎數據庫的主要組成部分

    粗晶體系的稀土基礎數據庫包含稀土族所有元素的結構和性能基礎數據,如晶體結構(全面晶體學信息)、物性(電導率、熱導率、熱膨脹系數等)、熱力學特性(熱容、焓、熵、自由能等)、相變特性(相變類型、相變溫度及其尺度效應等)、力學性能(硬度、彈性模量等)等;納米體系的稀土基礎數據庫包含稀土元素納米化后在室溫下和隨溫度變化的結構和性能基礎數據,尤其是定量化展現了稀土金屬結構和性能的納米尺度效應。

    2 ?Sm-Co化合物基礎數據庫的主要組成部分

    與此類似,Sm-Co化合物基礎數據庫也包含傳統粗晶和納米體系。所有Sm-Co金屬間化合物的基礎數據集也分為室溫和變溫兩個系列。室溫結構和性能基礎數據包括晶體學信息(晶體結構、晶格參數、原子占位、單胞點陣圖等)、物性(電導率、熱導率、熱膨脹系數等)、熱力學特性(熱容、焓、熵、自由能等)、相穩定性(存在的成分、溫度、尺寸等范圍)、相變特性(相變類型、相變溫度及其尺度效應等)、力學性能(硬度、彈性模量等)、磁性能(內稟矯頑力、飽和磁化強度、剩磁、磁能積等)。變溫結構和性能基礎數據包括物性參量(電導率、熱導率、熱膨脹系數等)隨溫度變化數據及函數、熱力學參量(熱容、熱焓、熵、自由能等)隨溫度變化數據及函數等。

    2.2 ?數據庫的使用

    數據庫構建所用軟件為MySQL 5.0。數據庫的主頁面分列“Conventional Polycrystalline System(傳統粗晶體系)”和“Nanocrystalline System(納米體系)”兩個數據體系,分別對應傳統粗晶體系稀土金屬及Sm-Co化合物基礎數據和納米尺度稀土及Sm-Co化合物基礎數據。主頁面右上角的“Change Password”“Log out”“Go Back”“Instructions & Service”,分別對應更改密碼、注銷登錄、返回上一頁、數據庫介紹與服務頁面的鏈接操作。

    2.2.1 粗晶體系示例

    以粗晶體系稀土Sm為例,其數據信息頁面如圖5所示。左欄“Properties at room temperature”為粗晶體系稀土Sm在室溫下的結構與性能基礎數據,包括晶體結構(Crystal structure)、相轉變溫度(Phase transformation temperature)、電阻率(Electrical resistivity)、熱導率(Thermal conductivity)、熱容(Heat capacity)、熱膨脹系數(Thermal expansion coefficient)、彈性模量(Elastic modulus)、顯微硬度(Microhardness)等數據信息。右欄“Temperature-dependence of properties”為物性(電阻率、熱導率、熱容、熱膨脹系數等)參量隨溫度的變化。點擊鏈接即可查看不同溫度條件下物性的具體數值。以電阻率為例,點擊“Electrical resistivity”,即進入不同溫度下的電阻率的具體數據頁面(圖6)。

    5 ?粗晶體系稀土Sm在室溫下的基礎數據頁面

    6 ?粗晶體系稀土Sm在不同溫度下的電阻率數據

    圖5中右下角的“Detailed information of data”按鍵,鏈接本頁面所提供的粗晶體系稀土Sm數據信息的說明文件,包括材料來源、制備歷史、測試條件及裝置、相關文獻等信息(圖7),在此頁面中點擊文獻信息后的“Link to article”鏈接,即可查看相應文獻的全文信息。

    7 ?粗晶體系稀土Sm數據信息的說明文件

    2.2.2 納米體系示例

    納米體系數據庫的界面結構與粗晶體系的類似,不同的是增加了晶粒尺寸(Grain size)的數據信息,從而提供了納米尺度與稀土金屬和Sm-Co化合物的結構及性能之間的量化關系。

    以納米Sm2Co17 (R)化合物為例(R表示菱方晶體結構),示出納米體系中基礎數據的有關查詢結果。圖8為納米體系菱方結構Sm2Co17 (R)化合物在室溫和變溫條件下的基礎數據頁面。其中左欄為室溫下結構和性能基礎數據,包括該化合物在對應晶粒尺寸下室溫的點陣參數(Lattice parameters)、晶體結構(Crystal structure)、相轉變溫度(Phase transformation temperature)、徳拜溫度(Debye temperature)、居里溫度(Curie temperature)、熱容(Heat capacity)、熱膨脹系數(Thermal expansion coefficient)、彈性模量(Elastic modulus)、飽和磁化強度(Saturated magnetization)、剩磁(Remanence)、矯頑磁力(Coercivity)、最大磁能積((BH)max)等數據信息。右欄“Structure information and temperature-dependence properties”提供晶體結構詳細信息、晶體結構示意圖和不同溫度下化合物性能的基礎數據。此外,還提供焓、熵、吉布斯自由能等熱力學函數在不同溫度和不同晶粒尺寸下的具體數據。點擊“Detailed information of lattice parameters”,可查看納米晶Sm2Co17 (R)化合物詳細的晶體結構參數信息,部分數據示例見圖9。納米體系各種Sm-Co化合物的晶體學數據獲得了國際晶體學聯盟(IUCr)認定的專設索引號(CSD-number)[18, 19, 21, 25, 26, 28-30, 32-36]。

    8??納米體系菱方結構Sm2Co17(R)化合物在室溫變溫條件下的基礎數據頁面

    9??納米體系菱方結構的Sm2Co17(R)化合物晶體結構詳細信息

    點擊“Detailed information of crystal structure”,顯示納米晶Sm2Co17 (R)化合物的單胞晶體結構示意圖(圖10)。

    10? 納米晶Sm2Co17 (R)化合物的單胞晶體結構示意圖

    點擊“Temperature-grain size-dependence of heat capacity”,進入不同溫度和不同晶粒尺寸下的熱容數據頁面。在數據顯示頁面,點擊“Show Image”,即可查看由此數據體系生成的熱容隨溫度和晶粒尺寸變化的三維函數圖(圖11)。

    11??納米晶Sm2Co17 (R)化合物的熱容隨溫度和晶粒尺寸變化的三維函數圖

    3 ?數據質量控制和評估

    稀土基礎數據庫與Sm-Co化合物基礎數據庫中的數據類型較多,可分為數值型、字符型典型數據,還可分為表格、曲線、圖像等形式的數據。為了保證數據入庫的質量,在數據采集、數據處理加工和數據規范化、信息化等方面建立了相應的技術規范。如在納米體系稀土及Sm-Co化合物的基礎數據采集和分析方面,制定了“高純稀土金屬及合金納米材料的制備技術規范”,加強了數據質量的控制和管理,結合數據系統評估,保證實驗數據的誤差量控制在15%以下。

    結合具有特色的納米稀土材料的制備、表征和應用,本研究組在國際知名期刊上發表了數十篇學術論文,稀土材料領域國際專家的嚴格評審保證了稀土基礎數據的系統性和可靠性。此外,本研究組組織舉辦了多次學術研討會,邀請國內外相關領域的專家對數據來源、數據庫結構、數據內容、數據質量等進行考察評估。根據專家們提出的建設性意見,對數據庫主要內容進行了十幾次調整優化,保證了入庫數據為經過行業專家評估的高質量可靠數據。

    稀土基礎數據庫與Sm-Co化合物基礎數據庫提供數據共享服務,對所有經過注冊授權的用戶實行開放共享。

    4 ?數據使用案例

    稀土及Sm-Co化合物基礎數據庫中數據的實測、收集、整理和評估的結果,均進行了數字化處理,在完成所有資源數字化加工的基礎上,采用多種模式進行數據顯示,包括單個數據查詢、同類數據列表、數據映像成曲線或三維函數圖等形式。稀土及Sm-Co化合物基礎數據庫作為材料基礎數據共享資源的結點之一,具有方便靈活、高效可控的用戶訪問界面,主頁上有數據庫使用說明、注冊管理、設置密碼及密碼取回等多種功能。

    稀土及Sm-Co化合物基礎數據庫自2011年正式運行以來,在為用戶服務方面已取得了良好的效果,在添加稀土元素的優選、稀土功能材料成分設計和工藝優化等方面提供了可靠、定量化的指導。

    為幫助稀土材料相關領域的研究人員更好地訪問和使用數據,結合下面案例說明稀土及Sm-Co化合物基礎數據庫中數據的深度加工和集成使用。

    本案例是利用稀土及Sm-Co化合物基礎數據庫中的納米體系基礎數據,構建納米尺度下Sm-Co二元合金相圖。系統的基礎數據是相圖構建的必要前提,利用基礎數據和熱力學計算原理可以更準確地構建相圖。相圖能夠直觀地給出各種物相可能的熱力學平衡狀態,而且能夠定量化地說明相穩定性、相變趨勢及相關表征參量。納米尺度Sm-Co合金相圖的建立,是設計開發新型高性能納米永磁合金的重要依據。

    12??利用納米體系稀土和Sm-Co化合物基礎數據

    注:經過數據深加工(熱力學計算)和數據集成構建的不同晶粒尺寸的Sm-Co二元合金納米尺度相圖。紅色水平實線為同素異構相區分界線,綠色垂直實線為納米相圖特有的亞穩平衡相(綠色水平實線為其相區分界線)。晶粒尺寸a50 nm;b30 nm;c10 nm。

    圖12是使用納米體系稀土和Sm-Co化合物基礎數據,結合熱力學計算進行數據深加工和數據集成,構建的不同晶粒尺寸級別下的Sm-Co合金相圖。納米尺度相圖中,同素異構體的相區分布對晶粒尺寸最為敏感。這是因為納米晶合金中晶型轉變的相變溫度對晶粒尺寸非常敏感,當晶粒尺寸減小至納米尺度(100 nm以下),如圖12(a),納米晶材料的同素異構相變溫度開始明顯區別于粗晶體系。在超細納米晶體系中(一般d<50 nm),如圖12(b),傳統粗晶體系中的非平衡相(即在平衡相圖中不存在的相)開始出現在納米尺度相圖中,即在納米尺度下變為熱力學亞穩平衡相(見圖中相區“④+⑾”和“⑤+⑾”)。在晶粒尺寸極小的情況下(通常d<20 nm),如圖12(c),一些粗晶合金體系中的穩定相(即傳統粗晶合金相圖中的熱力學平衡相)的相區范圍在納米尺度相圖中往高溫方向收縮,即在一定的低溫區間內,這些合金相變成熱力學非平衡相,不能穩定存在。

    作者分工職責

    宋曉艷(1970—),女,籍貫河北,博士,教授、博士生導師,研究方向為金屬納米材料與計算材料學。負責納米材料制備與數據庫構建。

    劉雪梅(1971—),女,籍貫河南,博士,副教授,研究方向為金屬納米材料。負責納米晶塊材制備與數據采集。

    王海濱(1985—),男,籍貫湖北,博士,講師,研究方向為金屬納米材料。負責納米粉末制備與數據采集。

    鄧韻文(1989—),女,籍貫陜西,碩士,研究方向為稀土基礎數據庫。負責數據處理加工。

    劉 ?東(1989—),男,籍貫山東,碩士,研究方向為稀土化合物基礎數據庫。負責數據收集、處理加工。

    李長榮(1961—),女,籍貫山西,博士,教授、博士生導師,研究方向為材料熱力學。負責數據庫管理維護。

    尹海清(1971—),女,籍貫黑龍江,博士,教授、博士生導師,研究方向為粉末冶金。負責數據庫管理維護。

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    引用數據

    宋曉艷, 劉雪梅, 王海濱, 盧年端, 張哲旭, 梁海寧, 李定朋, 鄧韻文, 劉東. 稀土單質與Sm-Co化合物基礎數據庫[DB/OL]. Science Data Bank. DOI: 10.11922/sciencedb.430.86.

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    引文格式:宋曉艷, 劉雪梅, 王海濱, 鄧韻文, 劉東, 李長榮, 尹海清. 包含納米尺度效應的稀土與Sm-Co化合物基礎數據集[J/OL]. 中國科學數據, 2016, 1(3). DOI: 10.11922/csdata.430.2016.00l3.

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