异质金属纳米晶体界面能的尺寸依赖性研究
纳米材料与纳米技术的发展正逐渐深刻的改变着人们的日常生活，而探究纳米材料的性质与应用也是目前国际上研究的热点课题。这是由于纳米材料往往表现出与宏观块体材料截然不同的性质，比如，熔点降低，介电常数减小等。而究其本质，是由介观尺度结合能的变化引起的。纳米材料的尺寸D越小，纳米材料的表面体积比就急剧增加，表面或界面的原子的配位数就降低，纳米材料表面或界面产生的表面能和界面能就降低。正是纳米晶体表面或界面的这种变化最终导致了纳米晶体物理化学性能与宏观块体材料的差异。 以上可知表面与界面对纳米材料性质的影响至关重要！本文将从热力学的角度出发研究金属纳米材料的界面能的尺寸效应。通过前人研究的结果，对已有的理论模型进行拓展，结合表面能与界面能的关系，表面能界面能与熔化温度的关系，还有融化温度与尺寸之间的关系，分析与整理得出需要的界面能的尺寸效应函数。 通过对前人研究的结果，对已有的理论模型进行分析，如表面能与界面能的关系，表面能界面能与熔化温度的关系，还有融化温度与尺寸之间的关系，分析与整理得出需要的表面能与尺寸的依赖关系。关键词：金属纳米材料；界面能；结合能；尺寸效应； 目录
第一章 绪论 1
1.1 课题的目的及意义 1
1.1.1 选题的目的 1
1.1.2选题的意义 1
1.1.3本课题主要研究内容及方法 2
1.2 研究背景 3
1.2.1纳米金属 3
1.2.2纳米金属的研究进展 3
1.2.3纳米材料及其尺寸效应 5
1.2.4纳米晶体的界面 7
1.3本论文研究内容 10
第二章 纳米晶体界面能的尺寸依赖性研究 12
2.1前言 12
2.2理论模型 13
2.3分析与讨论 17
2.4 小结 18
第三章 总 结 20
致谢 21
参考文献 21
第一章 绪论
1.1 课题的目的及意义
1.1.1 选题的目的
纳米粒子是指粒子尺寸在0.1100nm范围的超小粒子，通常它的尺寸小于的微粉，更加的接近于原子簇。一般情况下肉眼和
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/> 2.3分析与讨论 17
2.4 小结 18
第三章 总 结 20
致谢 21
参考文献 21
第一章 绪论
1.1 课题的目的及意义
1.1.1 选题的目的
纳米粒子是指粒子尺寸在0.1100nm范围的超小粒子，通常它的尺寸小于的微粉，更加的接近于原子簇。一般情况下肉眼和显微镜是看不见的微小粒子。我们只能通过很高倍的电子显微镜才能对纳米粒子进行观察。纳米粒子最早是由日本名古屋大学上田良二教授给出的定义：用电子显微镜才能看到的粒子称为纳米粒子。
纳米材料与纳米技术的发展正逐渐深刻的改变着人们的日常生活，而探究纳米材料的性质与应用也是目前国际上研究的热点课题。这是由于纳米材料往往表现出与宏观块体材料截然不同的性质，比如，熔点降低，介电常数减小等。而究其本质，是由介观尺度结合能的变化引起的。纳米材料的尺寸D越小，纳米材料的表面体积比就急剧增加，界面的原子的配位数就降低，纳米材料界面产生的界面能就降低。这些充分说明了纳米晶体物理，化学及机械性质不同于宏观宽体材料。
以上可知界面对纳米材料性质的影响至关重要！尤其是对于异质金属纳米晶体，由于是由不同的不同种晶体材料结合而成，所以在其中必然会形成界面，界面能对于此类材料的性能就会有很大的影响。本文就从纳米材料的尺寸出发从而研究金属纳米材料的界面能如何随着纳米材料的尺寸的变化而变化的。
1.1.2选题的意义
研究纳米材料的属性可以帮助我们理解特定的小尺寸的材料性质和预测新的先进功能材料的界面能,作为最重要的基本属性之一,原子在晶界的排列有很大的畸变的，这种畸变使得自由能升高，自由能升高后就会产生多余的能量，这些多余的能量就形成晶界能。由此可知，小角度的晶界的能量主要就是由位错能量提供的（由位错排成有关形态时所作的功+形成位错的能）。而且晶粒间的位向差决定了位错的密度。所以小角度晶界能g（单位面积的能量）也和位向差q有关。作为纳米材料其粒子足够小，界面相对于整体会更大，所以界面能就会更大。在这项实验中我们建立一个理论模型调查异质金属纳米晶体界面能的尺寸依赖性，根据熔化焓与熔化温度尺寸效应函数，建立热力学模型，推导出金属元素的结合能与界面能尺寸依赖性关系，并澄清界面处配位关系对界面能的影响。目前的建模和预测结果非常符合实验和其他现有的理论模型,这意味着该模型可能是一个通用的方法了解纳米材料的界面能。纳米结构的物理和化学性质完全不同于大部分材料和依赖它们的大小。近几十年来,纳米结构的特殊属性产生了更多的兴趣和研究。界面能作为一个重要的物理量经常决定纳米结构的独特的性质,如熔化温度。报告称纳米结构具有强烈的界面能取决于它们在实验中的大小。据我们所知,没有普遍的分析模型,系统地描述了纳米材料界面能大小与纳米尺寸的依赖性关系。在本文中，我们从理论上建立了一个分析模型，通过熔化焓与熔化温度尺寸效应函数，建立热力学模型，通过模型，我们就可以清楚的了解金属纳米材料界面能对于纳米材料尺寸的依赖关系。
基于界面的重要性，研究纳米材料的界面能的尺寸效应具有重要科学意义。而当前对异质结构界面能的热力学研究欠缺，因此，本课题拟对以前的热力学模型进行拓展，对金属纳米晶体界面能的尺寸效应进行研究。
1.1.3本课题主要研究内容及方法
本课题主要研究的内容是在建立热力学模型的基础上,研究异质金属纳米晶体的界面能的尺寸的依赖效应。讨论界面能随着异质纳米金属晶体尺寸的变化而发生的改变，通过对相关公式的推导和整合会的出基本的界面能与尺寸之间的关系。可以通过基本公式的推导最终得到界面能的尺寸效应的比例公式，可以清楚知道界面能与尺寸间有直接比例关系。
研究方法是通过了解纳米晶体材料的界面能的有关公式，对有关公式的总结及推导，最终可清楚的了解到界面能的尺寸效应。再通过origin对公式进行处理就会得到直接的折线图，可以与前人得到的数据进行对比，可清楚了解到所推导公式与真实数据的拟合程度。最主要的过程就是公式的推导以及对公式的正确性的验证。
通过大量界面能的公式的推导，还有纳米材料与块状材料的关系，了解纳米材料的界面能的尺寸效应，可随着尺寸的增大，推导到块状材料的性能。
1.2 研究背景
1.2.1纳米金属
“纳米”本身是一种长度的单位，一纳米等于十负九次方米。在实际生活以及生产中，在工业领域中我们经常会用到纳米材料，主要是由于纳米材料相对于普通材料所拥有的一些特别性质，通过应用纳米材料这些特殊的性质，就可以使得产品的质量提高、成本下降。“纳米材料”指的是与其他材料的一些性质不同，而且，与其他材料耳朵分子原子构成也不同[1]。这就说明了纳米材料不光是在尺寸上达到纳米，同时，还具备有一些其他的特殊的性能。
那些通过纳米技术来制造的金属材料被称为“纳米金属材料”，与纳米材料的性质相同，这种纳米金属材料不光尺寸上会达到纳米级别，同时，它还会具有一些特殊的性质[2]。通过纳米技术制造的材料不仅会在尺寸上很微小，同时他也会提升金属材料的性能与特性。这主要就是由于纳米技术会将金属的成分与组织控制的十分精细。
1.2.2纳米金属的研究进展
（一）纳米金属材料的制备方法
纳米金属材料有多种制备方式，最常用的有两种，一种为“一步过程”，另一种为“两步过程”[3]。“一步过程”就是直接在原材料上加载运用大量的外部能量，通过能量的作用使原材
第一章 绪论 1
1.1 课题的目的及意义 1
1.1.1 选题的目的 1
1.1.2选题的意义 1
1.1.3本课题主要研究内容及方法 2
1.2 研究背景 3
1.2.1纳米金属 3
1.2.2纳米金属的研究进展 3
1.2.3纳米材料及其尺寸效应 5
1.2.4纳米晶体的界面 7
1.3本论文研究内容 10
第二章 纳米晶体界面能的尺寸依赖性研究 12
2.1前言 12
2.2理论模型 13
2.3分析与讨论 17
2.4 小结 18
第三章 总 结 20
致谢 21
参考文献 21
第一章 绪论
1.1 课题的目的及意义
1.1.1 选题的目的
纳米粒子是指粒子尺寸在0.1100nm范围的超小粒子，通常它的尺寸小于的微粉，更加的接近于原子簇。一般情况下肉眼和
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/> 2.3分析与讨论 17
2.4 小结 18
第三章 总 结 20
致谢 21
参考文献 21
第一章 绪论
1.1 课题的目的及意义
1.1.1 选题的目的
纳米粒子是指粒子尺寸在0.1100nm范围的超小粒子，通常它的尺寸小于的微粉，更加的接近于原子簇。一般情况下肉眼和显微镜是看不见的微小粒子。我们只能通过很高倍的电子显微镜才能对纳米粒子进行观察。纳米粒子最早是由日本名古屋大学上田良二教授给出的定义：用电子显微镜才能看到的粒子称为纳米粒子。
纳米材料与纳米技术的发展正逐渐深刻的改变着人们的日常生活，而探究纳米材料的性质与应用也是目前国际上研究的热点课题。这是由于纳米材料往往表现出与宏观块体材料截然不同的性质，比如，熔点降低，介电常数减小等。而究其本质，是由介观尺度结合能的变化引起的。纳米材料的尺寸D越小，纳米材料的表面体积比就急剧增加，界面的原子的配位数就降低，纳米材料界面产生的界面能就降低。这些充分说明了纳米晶体物理，化学及机械性质不同于宏观宽体材料。
以上可知界面对纳米材料性质的影响至关重要！尤其是对于异质金属纳米晶体，由于是由不同的不同种晶体材料结合而成，所以在其中必然会形成界面，界面能对于此类材料的性能就会有很大的影响。本文就从纳米材料的尺寸出发从而研究金属纳米材料的界面能如何随着纳米材料的尺寸的变化而变化的。
1.1.2选题的意义
研究纳米材料的属性可以帮助我们理解特定的小尺寸的材料性质和预测新的先进功能材料的界面能,作为最重要的基本属性之一,原子在晶界的排列有很大的畸变的，这种畸变使得自由能升高，自由能升高后就会产生多余的能量，这些多余的能量就形成晶界能。由此可知，小角度的晶界的能量主要就是由位错能量提供的（由位错排成有关形态时所作的功+形成位错的能）。而且晶粒间的位向差决定了位错的密度。所以小角度晶界能g（单位面积的能量）也和位向差q有关。作为纳米材料其粒子足够小，界面相对于整体会更大，所以界面能就会更大。在这项实验中我们建立一个理论模型调查异质金属纳米晶体界面能的尺寸依赖性，根据熔化焓与熔化温度尺寸效应函数，建立热力学模型，推导出金属元素的结合能与界面能尺寸依赖性关系，并澄清界面处配位关系对界面能的影响。目前的建模和预测结果非常符合实验和其他现有的理论模型,这意味着该模型可能是一个通用的方法了解纳米材料的界面能。纳米结构的物理和化学性质完全不同于大部分材料和依赖它们的大小。近几十年来,纳米结构的特殊属性产生了更多的兴趣和研究。界面能作为一个重要的物理量经常决定纳米结构的独特的性质,如熔化温度。报告称纳米结构具有强烈的界面能取决于它们在实验中的大小。据我们所知,没有普遍的分析模型,系统地描述了纳米材料界面能大小与纳米尺寸的依赖性关系。在本文中，我们从理论上建立了一个分析模型，通过熔化焓与熔化温度尺寸效应函数，建立热力学模型，通过模型，我们就可以清楚的了解金属纳米材料界面能对于纳米材料尺寸的依赖关系。
基于界面的重要性，研究纳米材料的界面能的尺寸效应具有重要科学意义。而当前对异质结构界面能的热力学研究欠缺，因此，本课题拟对以前的热力学模型进行拓展，对金属纳米晶体界面能的尺寸效应进行研究。
1.1.3本课题主要研究内容及方法
本课题主要研究的内容是在建立热力学模型的基础上,研究异质金属纳米晶体的界面能的尺寸的依赖效应。讨论界面能随着异质纳米金属晶体尺寸的变化而发生的改变，通过对相关公式的推导和整合会的出基本的界面能与尺寸之间的关系。可以通过基本公式的推导最终得到界面能的尺寸效应的比例公式，可以清楚知道界面能与尺寸间有直接比例关系。
研究方法是通过了解纳米晶体材料的界面能的有关公式，对有关公式的总结及推导，最终可清楚的了解到界面能的尺寸效应。再通过origin对公式进行处理就会得到直接的折线图，可以与前人得到的数据进行对比，可清楚了解到所推导公式与真实数据的拟合程度。最主要的过程就是公式的推导以及对公式的正确性的验证。
通过大量界面能的公式的推导，还有纳米材料与块状材料的关系，了解纳米材料的界面能的尺寸效应，可随着尺寸的增大，推导到块状材料的性能。
1.2 研究背景
1.2.1纳米金属
“纳米”本身是一种长度的单位，一纳米等于十负九次方米。在实际生活以及生产中，在工业领域中我们经常会用到纳米材料，主要是由于纳米材料相对于普通材料所拥有的一些特别性质，通过应用纳米材料这些特殊的性质，就可以使得产品的质量提高、成本下降。“纳米材料”指的是与其他材料的一些性质不同，而且，与其他材料耳朵分子原子构成也不同[1]。这就说明了纳米材料不光是在尺寸上达到纳米，同时，还具备有一些其他的特殊的性能。
那些通过纳米技术来制造的金属材料被称为“纳米金属材料”，与纳米材料的性质相同，这种纳米金属材料不光尺寸上会达到纳米级别，同时，它还会具有一些特殊的性质[2]。通过纳米技术制造的材料不仅会在尺寸上很微小，同时他也会提升金属材料的性能与特性。这主要就是由于纳米技术会将金属的成分与组织控制的十分精细。
1.2.2纳米金属的研究进展
（一）纳米金属材料的制备方法
纳米金属材料有多种制备方式，最常用的有两种，一种为“一步过程”，另一种为“两步过程”[3]。“一步过程”就是直接在原材料上加载运用大量的外部能量，通过能量的作用使原材
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