低维纳米晶体熔化温度的尺寸、维度、成分和界面效应.pdf

淮北师范大学2020 届硕士学位论文 低维纳米晶体熔化温度的尺寸、维度、成分和界面效应 低维纳米晶体熔化温度的尺寸、维度、成分和界面效 应 摘要：纳米晶体由于其低维特性，已经广泛地应用于各个领域。由于具有较大的 表面体积比，纳米晶体表现出不同于相应块体材料的优异性能。在纳米晶体这些 优异的性能当中，熔化是日常生活中最常见，也是在凝聚态物理、材料学等学科 里最重要的研究内容之一。纳米晶体的熔化温度可以由尺寸、维度、成分和界面 在不同程度上进行调节。此外，由于熔化温度与其他性能之间存在直接或者间接 的关系，可以把熔化温度的相关效应研究当做一个桥梁来研究纳米晶体的其它性 能的相关效应。因此，理解纳米晶体的熔化行为不仅可以预测纳米晶体在给定条 件下的热稳定性，同时也可以推导出纳米晶体其他物理化学性能。对纳米晶体熔 化行为的研究可以加深我们对其熔化机制的理解，并为将来纳米器件的设计及应 用提供理论指导。 随着器件小型化的发展，纳米晶体的热稳定性成了实际应用中需要考虑的关 键问题。因此，有必要全面地理解纳米晶体的熔化行为并揭示其内在机制。本文 中，建立了一个热力学模型来描述纳米晶体熔化温度的尺寸、维度、成分以及界 面效应。此外，将所建立的模型进行扩展，用来预测纳米晶体德拜温度的相关效 应。模型的有效性通过与实验以及模拟结果进行比较来验证。本文可以分为以下 三部分： 1. 通过考虑吉布斯自由能以及界面能的尺寸效应，建立了纳米晶体熔化温 度的尺寸、维度、成分效应模型。模型表明，对于具有自由表面的纳米晶体，随 着尺寸和维度的减小，熔化温度降低。熔化温度的变化是由表面体积比的变化引 起的断键以及表面应变综合作用的结果，其变化程度取决于尺寸和维度。对于具 有相同尺寸和维度的纳米合金，熔化温度随着低表面能组分的增加而降低。 2. 通过考虑纳米晶体和基体之间的界面结构，建立了熔化温度的界面效应 模型。模型预测结果表明，出现过热的必要条件是形成共格或者半共格界面，同 时基体比块体晶体具有更高的熔化温度。 3. 通过考虑德拜温度与熔化温度的关系，把所建立的模型扩展到纳米晶体 I 淮北师范大学2020 届硕士学位论文 低维纳米晶体熔化温度的尺寸、维度、成分和界面效应 德拜温度的相关效应。随着尺寸、维度、成分的变化，纳米晶体的德拜温度与熔 化温度具有相同的变化趋势。德拜温度的降低同样也是断键以及表面应变综合作 用的结果。 关键词：纳米晶体；熔化温度；尺寸；维度；成分；界面；德拜温度 II 淮北师范大学2020 届硕士学位论文 低维纳米晶体熔化温度的尺寸、维度、成分和界面效应 Size, Dimensionality, Composition and Interface Effects on Melting Temperature of Low Dimensionality Nanocrystals Abstract: Nanocrystals, stemming from their low dimensionality, have been widely used in various fields. Owing to their large surface-to-volume ratio, nanocrystals exhibit novel characteristics different from those of their bulk counterparts. Among the novel properties of nanocrystals, melting is a common phenomenon in our daily life and is an important topic in condensed matter physics, material science and other disciplines. The melting temperature of na