李新梅[1]2003年在《纳米晶体材料的振动特性及热学性质研究》文中研究指明纳米材料是80年代中期发展起来的一种具有全新结构的材料，由于其不同于常规材料的特殊性质而成为当代物理学、化学以及材料科学等学科研究的热门课题之一。本文旨在探索纳米材料尤其是一维纳米晶体材料的振动特性及热力学方面的一些特殊性质。通过大量文献调研，发现在纳米材料的振动特性以及热力学方面的研究领域还有很多不足，甚至可以说还有很多并未涉及到的地方。 在绪论部分详细论述了纳米材料热力学性质的研究进展后，根据纳米材料的特殊结构，考虑到一维问题的直观性和简洁性，本文建立了一维纳米随机链模型，在该模型中，晶粒大小以及各晶粒内原子间的最近邻力作用常数随机分布；利用点阵动力学的方法、负本征值理论以及五对角厄米矩阵本征矢量算法，在考虑原子间次近邻相互作用的前提下，计算了一维纳米材料的振动特性以及一些热力学物理量，并对计算结果作了系统的分析。作为比较，我们还计算了一维单晶体以及一维无序体系对应的性质。计算结果表明，纳米材料的声子态密度在低频端比单晶体的高，随着晶粒大小的减小，其低频段的声子态密度增大，而且，纳米材料的声子态密度形状与单晶体以及无序体系也有很大的不同，这与已有的实验及理论研究结果符合得很好；与电子态相似，纳米材料的声子态也具有局域的特性，而且，这种特性与颗粒大小、系统大小、频率大小等有着密切的联系，随着频率的增大，局域化程度越高，这方面的研究在文献中还从未有过报导；与单晶体以及无序体系相比，纳米材料具有独特的热力学性质，比如：高比热、高熵值等，这些参量本身也与温度、颗粒大小等因素有直接的关系。研究的结果还发现，不仅是晶界原子所占百分数的变化，而且晶粒本身的畸变都对纳米材料的性质有着很大的影响。这一点在很多人的研究工作中并未引起注意。 最后，文章总结了全文的主要工作，并建议性给出了下阶段工作的研究方向。
魏明志[2]2006年在《V、Zr纳米晶体热稳定性与相变的分子动力学模拟》文中研究说明由于纳米材料具有一系列不同于传统材料的特殊性能，而成为当今科学研究的热点。本文应用分子动力学方法(MD)结合本研究组的改进分析型嵌入原子模型(MAEAM)，模拟研究了V纳米晶体受温度和尺寸影响的热稳定性，Zr纳米晶体的相变过程以及相变临界温度。研究样品是由Voronoi几何方法构建的，模拟过程用到了径向分布函数(RDF)、键对分析技术(CNA)、晶体截面图以及能量等分析技术和方法。 对V纳米晶体的初始结构分析显示：随平均晶粒尺寸的减小，晶界原子比率明显增加，尺寸为2.8nm的晶界原子数超过了50％。统计平均得到的晶粒内晶格参数随尺寸的减小而增大，晶格出现膨胀现象。分析原子平均能量发现，晶界原子能量不随晶粒尺寸的变化而变化，说明晶界结构没有发生变化；但晶粒内部原子的平均势能随尺寸的减小在增加，这是由晶粒内晶格畸变所造成的。 模拟不同晶粒尺寸V纳米晶体的热稳定性发现：随晶粒尺寸的减小热稳定温度明显降低，对应平均尺寸为2.8nm的V纳米晶体其热稳定温度仅为500K。分析原因最主要的是高比例高能晶界结构的存在，另外，通过分析比较发现，晶粒内部的晶格畸变也是一个不容忽视的原因。对热稳定温度范围内纳米晶体的热膨胀现象模拟得到：其热膨胀系数要明显高于传统晶体，大约是传统晶体的2倍以上；同时，模拟晶粒内的热膨胀发现，其值也要高于传统晶体。分析了热稳定温度以上晶粒的生长现象，主要表现为晶界的迁移；考虑到本文模拟的晶粒数较少且尺寸较小，所以很难观察到晶粒位向旋转引起的生长现象。 模拟研究了平均晶粒尺寸为7.05nmZr纳米晶体的相变。对1600K温度下等温相变过程模拟发现，Zr纳米晶体的相交过程分叁部分完成：首先在亚稳态高能晶界区形成新相(BCC结构)晶核，对应能量的迅速降低过程；其次通过相界的迁移完成HCP-BCC的相变，由于相界的增加出现能量的升高；最后是新相的生长，对应晶界原子逐渐减少，系统能量不断降低，变为一个局部存在缺陷的BCC单晶。进一步模拟得到其相变临界温度在1200-1250K间。
肖时芳[3]2007年在《纳米结构金属及合金热力学性能的原子模拟》文中研究说明本文以几种典型金属及合金的纳米结构为研究对象,运用分析型嵌入原子模型,从原子尺度系统地研究了纳米结构的一些基本热力学性能,如熔化、热膨胀、热振动、原子扩散等。得到了与已有实验相一致的结果,并对一些实验结果进行了解释。本文首先简要地介绍了纳米结构的一些基本概念和当前有关纳米材料结构和热力学性能的研究进展,及用到的理论与方法,包括分析型嵌入原子模型,分子动力学方法和结构分析技术等,然后说明了运动上述理论和技术计算热力学性能的基本方法。利用静态计算方法,从能量的角度计算了Ag、Pt纳米颗粒的晶格常数。计算的结果与热力学的预测值符合得很好。在高比表面率的作用下,纳米颗粒的平均晶格常数随颗粒尺寸的降低而减小,晶格收缩率与颗粒粒径的倒数间存在近似线性关系。采用分子动力学弛豫技术,从平均原子键长的角度研究了纳米颗粒的非均匀晶格畸变。发现纳米颗粒的表层晶格收缩量明显比内核区域大,并且表层区表现出明显的非均匀晶格收缩。当颗粒尺寸大到一定值时,非均匀的表层晶格收缩主要集中于表层2– 3个晶格常数的厚度。受非均匀晶格畸变的影响,实验上测量的颗粒晶格收缩量介于计算的系统平均收缩量与内核平均收缩量之间。采用分子动力学方法计算了颗粒直径介于2– 9 nm (颗粒包含原子数从537–28475)的BCC结构难熔金属V纳米颗粒的熔化行为。发现受表面效应的影响,V纳米颗粒的熔化温度比常规晶体V低,并且随颗粒尺寸的减小而减小,计算的结果与热力学液滴模型的预测值符合得很好。对于V纳米颗粒的熔化过程,可以描述为两个阶段:首先是表层的逐步预熔,预熔层的厚度大约为2–3个晶格常数;其后就是整个颗粒的瞬间完全熔化。纳米颗粒熔化时的熔化焓与颗粒粒径的倒数间存在近似线性反比的关系。颗粒在低温时的扩散主要局限于表层原子的扩散,由于随颗粒尺寸的减小,表面原子占有数增加,所以小尺寸颗粒的扩散系数大。利用原子径向均方振动幅度(RMSVA)研究了颗粒表层原子的热振动,表层原子的非谐效应明显增强。纳米液滴的凝固结晶模拟表明,相对于同尺寸纳米颗粒的熔化温度而言,纳米液滴凝固时所需的有效过冷度随液滴尺寸的减小而降低。液滴凝固时在其表面处形核。受颗粒内部密堆积结构和表面效应的影响,FCC结构金属的小尺寸液滴凝固后得到了二十面体结构。从计算原子的Voronoi胞体积出发,研究了纳米晶体Ag的热膨胀性能。受无序晶界结构的影响,相对于晶粒内部原子,晶界原子表现出一定的过剩体积。纳米晶体的热膨胀与完整晶体基本接近。纳米晶体中晶粒的热膨胀比完整晶体略高,而晶界的热膨胀比完整晶体低。晶粒与晶界的相互作用致使纳米晶体的热膨胀与平均晶粒尺寸基本无关。利用分子动力学方法计算了纳米晶体Ni的原子振动性能。结果表明,随温度的升高,纳米晶体表现出与常规晶体类似的声子软化现象,并且其软化效应主要由晶粒相原子的振动所引起。从300 K到900 K的温度范围内,晶界相的偏振动态密度基本上与温度无关。在简谐近似条件下计算了纳米晶体的基本热力学量,发现同常规晶体相比,纳米晶体的比热和振动熵升高,振动自由能降低。如果将纳米晶体看作是由晶粒相和晶界相构成的一种复合材料,纳米晶体的振动热力学量可以从对应两相的热力学量线性迭加得到。由于纳米晶体中界面增强的非谐效应,纳米晶体的德拜温度比常规晶体低,并且随平均晶粒尺寸的减小而减小。采用纳米晶体的Voronoi元胞构建法,通过外推纳米晶体的平均晶粒尺寸至无限小值,得到了非晶相结构。利用分子动力学方法模拟了纳米晶体Ag (平均晶粒尺寸介于1.31– 12.12 nm)的熔化行为。结果表明纳米晶体中连续的熔化过程起始于晶界。随着纳米晶体的熔化,表征液态结构的叁种典型键对(1551)、(1431)和(1541)迅速增加。纳米晶体的熔化温度比常规晶体低,纳米晶体的熔化温度随晶体平均晶粒尺寸的变化表现为两个特征区域。对于纳米晶体Ag,当平均晶粒尺寸大于约4 nm时,熔化温度随晶粒尺寸的减小而减小;随着平均晶粒尺寸的进一步减小,纳米晶体Ag的熔化温度基本上不再随晶粒尺寸而变化。这是因为支配纳米晶体熔化温度的主导相由晶粒部分转变为晶界部分。由于晶体和非晶体之间的本质结构差异,导致非晶体Ag的固液转变温度明显比纳米晶体的熔化温度低。对比研究了常规过冷液体凝固结晶和纳米晶体熔化过程中的微观结构演变。过冷态液体凝固结晶时的过程表现为叁个特征阶段:形核、核的快速长大和缓慢的结构弛豫过程。根据经典形核理论,液体凝固时的均匀形核需要达到一定的过冷度,研究了过冷度对凝固结晶过程和结晶后材料织构的影响。运用Johnson-Mehl-Avrami (JMA)方程讨论了液体结晶到固体的转变动力学。利用分子动力学方法结合分析型EAM模型,研究了纳米晶体Ag的等温晶粒生长行为,分析讨论了退火温度和晶粒尺寸对纳米晶体晶粒生长行为的影响。同常规多晶体材料的晶粒生长一样,高退火温度和小晶粒尺寸增强了纳米晶体的晶粒生长。纳米晶体Ag的等温晶粒生长曲线大致可以描述为两个阶段:指数生长和线性弛豫阶段。在纳米晶体的晶粒生长过程中,除了晶界迁移机制外,还存在颗粒的旋转机制。另外,晶体生长过程中形成的位错或层错在纳米晶体的生长过程中起到了一个类似中介的作用。通过构建一个简单的热力学模型,结合分析型EAM理论,计算了Au和Pt的自由纳米颗粒形成AuPt合金纳米颗粒的形成焓。讨论了在纳米尺度下表面效应对常规不互溶金属的合金纳米颗粒的合金化能力和相稳定性的影响。结果表明,合金纳米颗粒的形成焓除表现出与常规体合金类似的随合金组分变化的规律外,还表现出显着的尺寸相关性,并且存在尺寸效应和组分效应间的竞争。对比常规不互溶合金的正形成焓,合金纳米颗粒在小尺寸和稀固溶组分的条件下具有负的形成焓,这表明在纳米尺度下,不互溶体系的合金化能力和相稳定性增强。另外,表面偏聚作用导致不互溶体系的合金纳米颗粒在比较大的尺寸范围表现出负形成焓。分子动力学模拟表明,成分和结构均匀的AuPt合金纳米颗粒在升温时趋向于形成核壳结构。研究了FeAl合金纳米颗粒熔化及其纳米液滴的冷却凝固过程。同单元素的金属纳米颗粒类似,颗粒表层存在明显的预熔现象。合金纳米颗粒的熔化温度随颗粒尺寸的减小而减小,与热力学模型预测的纳米颗粒的熔化温度随颗粒尺寸的变化规律一致。合金纳米液滴的冷却凝固表明,液滴的合金组分对其冷却凝固性能有着重要的影响。对于Fe、Al成分比(Fe : Al)接近3 : 1的纳米液滴,凝固后得到类似于无序固溶体结构的晶态纳米颗粒,结晶过程中于液滴的表层形核;而对于成分比接近1 : 1的液滴,在比较低的冷却速率下仍然得到了非晶态结构。本文所使用的分析型嵌入原子方法通过拟合体原子的性质得到,但无需调整任何参数即能预测纳米结构的热力学性质,并且得到与实验相符合的结果,说明该理论简便可行、具有普适性和系统性。为系统建立普适的原子尺度材料设计理论奠定了基础。
黄建平[4]2008年在《MEMS晶体薄膜构件热学性质的晶格动力学研究》文中提出由于尺寸效应和表面效应,MEMS构件的热学性质异于大块晶体,研究它们的热学性质对于MEMS的正确设计和可靠使用是非常重要的。现有的从原子与分子水平研究MEMS构件的热学性质的常用方法是分子动力学模拟。由于存在计算时间和尺寸的限制,除非使用高性能计算机,否则很难用分子动力学在较短的时间内对含有超过105个原子的构件进行模拟。本文提出了基于晶格动力学的模拟MEMS构件热学性质的新方法,并将其用于硅晶体薄膜和氩晶体薄膜的热学性质的研究。该方法使我们利用普通微机能很容易地对包含超过105个原子的晶体薄膜的比热、熔化温度、热膨胀系数、热传导系数等热学性质进行模拟。以下为本文的主要研究内容和相应的结论：1.晶体薄膜的晶格动力学理论本文在面向采用格波表象而法向采用格点表象的混合表象中,推导了晶体薄膜的晶格动力学矩阵和晶格动力学方程,进而借助于其本征频率和本征矢量,得到了声子数表象中的和谐晶体薄膜的原子位移、动量、Hamiltonian和声子Green函数表达式。再计算非和谐势能项,并将其作为微扰,得到了非和谐晶体薄膜的声子Green函数和声子寿命公式。数值计算结果表明,沿晶体薄膜的法线方向不再存在行波的传播,而只有驻波,波形也非理想的正弦波形。晶体薄膜的声子能带分裂为一系列子带。晶体薄膜声子谱线的宽度随膜厚减小而增加,即声子寿命随膜厚减小而减小。2.晶体薄膜的熔化本文根据晶体薄膜的晶格动力学理论和涨落-耗散定理,推导了氩晶体薄膜和硅晶体薄膜的原子均方位移的计算公式,进行了数值计算,并根据原子均方位移结果和Lindemann熔化判据,分析了晶体薄膜的熔化性质,得到了氩晶体薄膜和硅晶体薄膜的熔化温度与其厚度的关系。计算结果表明：表面原子的均方位移大于内部原子的均方位移,晶体薄膜越薄,其原子的均方位移越大,因此晶体薄膜表面熔化温度低于内部熔化温度,即晶体薄膜的熔化是从表面开始的,越薄的晶体薄膜其熔化温度越低,即越易熔化。3.晶体薄膜的比热本文根据晶体薄膜的晶格动力学理论,推导了氩晶体薄膜和硅晶体薄膜比热的计算公式,并进行了数值计算。数值计算结果表明：越薄的晶体薄膜其比热也越大；当晶体薄膜厚度增加时,其比热减小并向大块晶体比热逼近。4.晶体薄膜的热膨胀本文利用晶体薄膜的晶格动力学理论、量子力学中的定态微扰理论及量子统计理论,推导了氩晶体簿膜和硅晶体薄膜的热膨胀和热膨胀系数的计算公式，并进行了数值计算。数值计算结果表明,氩晶体薄膜和硅晶体薄膜的面向热膨胀系数大于它们的法向热膨胀系数；随厚度的减小,氩晶体薄膜面向的热膨胀系数增加而法向热膨胀系数减小,硅晶体薄膜的面向和法向的热膨胀系数都增加；随着厚度的增加,晶体薄膜面向和法向的热膨胀系数都向大块晶体的热膨胀系数逼近。5.晶体薄膜的热传导性质的研究本文利用晶体薄膜的晶格动力学理论和Hardy能量通量公式,推导了氩晶体薄膜和硅晶体薄膜的晶格振动能量通量公式,在此基础上利用Green-Kubo公式,推导了晶体薄膜的热传导系数的计算公式。数值计算结果表明,晶体薄膜的面向热传导系数大于法向热传导系数；晶体薄膜的面向热传导系数和法向热传导系数都随厚度的减小而减小；随着厚度的增加,晶体薄膜的面向热传导系数和法向热传导系数都向大块晶体的热传导系数逼近。
赵天宇[5]2011年在《铋系化合物微纳米材料的控制合成及性能研究》文中认为铋类化合物微纳米材料具有优越的光学、电学、磁学性质,并且在铁电材料、磁材料、锂电材料、催化材料、抗菌材料、发光材料等方面具有广泛的应用前景。因此研究控制合成微纳米级铋类化合物,探索其性能与形貌、尺寸的依赖特性,开发铋类化合物新的应用领域,成为材料研究的热点方向之一。另外,利用我国丰富的铋矿资源优势,开发研究新型的铋类化合物微纳米材料,推动其在各产业领域中的应用,将具有十分重要的经济价值和社会价值。本论文中,我们通过水热/溶剂热方法合成了一系列的铋类化合物微纳米材料,研究了反应条件对产物形貌和结构的影响,并对其形成机理和光电性能进行了初步探讨。主要的工作包括以下几方面:(1)通过络合剂辅助水热法和溶剂热法合成了不同形貌、不同维数的硫化铋晶体材料;考察了络合剂浓度、硫源以及溶剂极性对产物形貌的影响;并进一步研究了硫化铋晶体的形貌对光电转换性能的影响。(2)通过络合剂辅助水热合成了不同形貌的Bi_2O_2CO_3微纳米晶体和多级结构,并研究了它们各自的光催化性能。在高效Bi_2O_2CO_3光催化剂合成的基础上进一步制备了具有磁性回收能力的Bi_2O_2CO_3/Fe_3O_4复合光催化剂和卤素掺杂型Bi_2O_2CO_3光催化剂,并研究了它们各自的光催化性能。
程思园[6]2008年在《有机/CuCl_2杂化层状钙钛矿结构材料的稳定性研究》文中提出有机/无机层状钙钛矿杂化材料是能够自组装形成层状结构的一种半导体材料。有机/无机杂化材料往往可以使用杂化钙钛矿作为半导体通道,将有机材料和无机半导体的优异性能结合起来,提高光电材料的载流子迁移率。无机组分的晶体结构和坚硬框架,及强的共价键或离子键提供了高迁移率、热稳定性,而有机成分提供了通过分子裁剪改变光电性能以及良好的自组装和成膜性能,能够使杂化材料像有机材料那样能低温和低成本地加工。这样将有机、无机的优点结合在一个分子复合物内,以实现优势互补,发挥协同效应。为了研究杂化钙钛矿结构材料的稳定性,我们制备了(C_(4n)H_(8n+1)NH_3)_2CuCl_4(n:1,2,3)系列直链烷基胺杂化钙钛矿,以及基于3-(2-胺乙基)吲哚盐的杂化钙钛矿结构材料,用元素分析、X-射线衍射和红外光谱等多种测试手段,证实了产物的组成和结构,并采用旋涂法制备了薄膜。通过热失重分析和示差扫描量热法测试,研究杂化钙钛矿结构材料的热稳定性,结果表明杂化钙钛矿结构材料稳定性很好,热分解温度都在180℃以上。含直链烷烃胺杂化钙钛矿结构材料首先有机胺盐从样品中分解,然后无机盐分解,并且随着碳原子数增加,热分解温度增高;而基于3-(2-胺乙基)吲哚盐的杂化钙钛矿结构材料是分步分解:首先是游离的HCl分解,然后有机胺盐从样品中分解,最后无机盐分解。为了研究杂化钙钛矿层状结构材料的光稳定性,我们将其用紫外灯照射处理后通过元素分析、傅立叶变换红外光谱、X-射线衍射、紫外等多种测试手段,表征其性能的变化以研究其光稳定性,紫外光照射对杂化钙钛矿系列材料(C_(4n)H_(8n+1)NH_3)_2CuCl_4(n=1,2,3)以及(C_8NH_6-CH_2CH_2NH_3)_2CuCl_4的层状结构都没有造成破坏,但使N-H…Cl氢键强度有所下降,引起电荷分布变化及电子跃迁几率变化,从而产生可部分回复的光致变色现象。
刘志锋[7]2014年在《基于笼状团簇组装的新材料设计及物性研究》文中认为随着实验技术水平的不断进步，利用纳米团簇以“自下而上”的方式，组装得到人们需要的具有特定功能的材料已成为可能。与普通材料(以原子为基本构成单元)相比，团簇组装材料在性质和功能的调制上具有双重可控的优势——构成单元(基元团簇)结构和性质的操控、团簇相互作用方式的操控。由于基元团簇的奇异量子效应(物化性能随几何结构、尺寸、带电状态、组分的变化而变化)，团簇组装被认为是设计和开发新型功能材料最具前景的途径之一。本文针对团簇组装设计理论中的若干问题，结合“基元遴选→组装设计→物性分析→应用模拟”的研究思路，采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法对叁类特定笼状团簇(In12As12、ZnkOk和V@Si12)组装材料的结构、稳定性、电子性质以及磁性等进行了系统研究。其主要内容和结果如下：(1)利用Saunders的“kick”方法，在DFT/B3LYP/LANL2DZ理论计算水平下，确定了InnAsn(n=1-15)纳米团簇的最低能量结构。其相对稳定性表明，高对称的(Th)方钠石笼In12As12具有极高的稳定性，为幻数团簇。以此为基元，通过“6MR对6MR”的H-H1最稳相互作用方式，设计并优化得到了不同维度的奇异稳定组装材料：即，哑铃链状纳米线-I、“Z”字链状纳米线-II、具有分子筛分功能的石墨烯状多孔团簇单层、以及具有沸石结构特征的FAU-InAs新型晶体。在所有的组装材料中，In12As12的笼状结构均能很好的保持自身结构的完整性，且能将其宽能隙特征“遗传”到这些新材料中。因此，In12As12组装材料均为宽带隙半导体材料。较基态ZB-InAs而言，其相对带隙值在2.00到4.89(Eg/Eg, ZB)之间不等。(2)基于全局优化算法已确定的幻数笼状团簇ZnkOk(k=12、16)，采用“无偏拓扑搜寻”的新方法，设计并优化得到了ZnkOk基元团簇以不同稳定相互作用方式(H1、H2、C和S，或H'、C'和S')组装而成的所有可能晶体材料。从结构上看，11种组装晶体均为低密度纳孔材料，其孔体积为0.007cm3g-1~0.289cm3g-1，而比表面积为164m2g-1~1870m2g-1。有趣的是，部分组装晶体(如SOD、LTA和Tet-Zn16O16)甚至比ZnO已有的实验合成晶相还要稳定，且表现出很好的动力学、力学和热学稳定性。电子结构计算表明，ZnkOk组装的纳孔材料均为宽带隙半导体(直接带隙或间接带隙)，其HSE06带隙值为2.58eV~3.23eV。(3)选用实验合成的过渡金属内嵌硅笼状团簇V@Si12为备选基元，通过对基元结构、稳定性、电子性质以及磁性的研究，确定了V@Si12团簇作为二维室温铁磁材料建构基元的可行性。在此基础上，采用“无偏拓扑搜寻”方法设计并优化得到了两类稳定的V@Si12团簇组装单层，即六角多孔PS单层(孔径为9.33)和蜂窝状HS单层。在组装单层中，基元团簇均能完好的保持其内嵌笼状结构的特征。过渡金属V原子在Si12笼的势垒束缚下很好的实现了在二维纳米层中的分离有序排布。磁性研究表明，在PS和HS单层中基元团簇的磁矩分别为3.5μB和3.8μB，磁矩间均具有稳定的长程铁磁耦合作用。另外，自旋极化的第一性原理分子动力学模拟还表明PS单层的铁磁耦合具有很好的室温稳定性。其居里温度的平均场理论估算值为803K。本文设计得到的稳定新材料多数具有纳孔结构特征，在分子输运、气体存储、原子操控以及多相催化等领域显现着巨大的应用前景。In12As12和ZnkOk基元团簇的中空结构特征还将为其组装材料的内嵌掺杂提供独特优势。此外，通过团簇组装的设计方式，首次实现了具有室温稳定性的二维硅基铁磁有序结构，这为新型纳米自旋电子学材料的研发开辟了新思路。
尹学爱[8]2006年在《纳米球的量子尺寸效应和热学性质的研究》文中提出当物质的尺寸减小到纳米量级时,内部的电子和原子数是可数的,出现了一些量子效应例如尺寸效应、相干效应和非线性光学效应等。着名的物理学家费曼在演讲中曾预言纳米科学的发展之路。他提出控制单个原子和分子的设想,现在纳米技术使之变成了现实。从信息社会的发展我们可以知道量子器件及量子信息技术产生和发展是必然的,出现了共振隧穿器件、单电子器件和量子计算机等,这些纳米器件具有广阔的应用前景。由于纳米量级力学系统独特的物理性质和在纳米技术中潜在的应用,得到了人们的极大关注。孤立的纳米晶体波谱是离散的,并且低能声子波谱存在一个能隙而块体的声子波谱一直到零都是连续的。在低频下,纳米晶体的振动模大块体的振动模,并且纳米晶体的振动态密度随着尺寸的减小有接近块体的趋势。任何依赖于低频振动态密度的性质,例如低温热力学性质或低能电子驰豫率,纳米晶体与块体非常不同。因为这些系统极其小的尺寸和体积面积比,与环境的相互作用能极大的改变它们的性质。本文运用连续介质理论和量子多体理论研究与基底弱耦合在一起的纳米颗粒的热力学性质。这种研究有助于理解实验结果,并且为制造纳米器件提供理论上的指导。用一个孤立的弹性球代表纳米颗粒,基底当作谐振腔的热库,这个热库在低能下是连续的。在不受应力边界条件下,运用连续介质理论研究孤立的纳米颗粒的本征矢与本征振动模。通过求解纳米颗粒的声子传播函数的Dyson方程得到空心纳米颗粒的态密度,发现与环境的相互作用在低频下是非常重要的。研究发现空心纳米球的振动波谱展宽了,并且与孤立的纳米颗粒相比有明显的区别根据空心纳米颗粒的振动波谱研究它的热力学性质。
瞿金为[9]2011年在《贵金属纳米材料的水热合成及其光学性质研究》文中研究表明纳米科学技术是20世纪90年代初出现的一门全新的科学技术。它在21世纪将对人类的生存和发展产生显着的影响。由于纳米材料具有独特力学、电学、光学、热学、磁学性质与化学活性、催化和超导等特性,使纳米材料在国防、能源、电子、石油化工、冶金、医学和航空等领域展现出极其广泛的应用前景。因此,纳米技术一经出现就引起了世界各国的极大关注。由于贵金属材料本身就具有特异的物理和化学性能,所以贵金属纳米材料成为了纳米材料中的一个重要组成部分。探索并发掘贵金属纳米材料的特性,研究其制备方法,开发其应用领域,是纳米材料研究的一个重要方面,已引起了世界各国贵金属科技工作者的极大兴趣。将贵金属固有的优异特性与纳米材料的特殊性能有机地结合起来,充分发挥贵金属材料的特殊而优异的化学活性、催化活性和选择性、优异的电学、磁学及光学性能,使之在21世纪人类社会可持续发展中发挥更大的作用,是各国贵金属科技工作者在新世纪不断探索的一个重要领域,也将是贵金属科学技术及贵金属材料科学持续发展的重要方面。本文主要工作有:采用水热法一步合成了Au/C核壳纳米复合材料,考察了多种水热条件,如反应温度、反应时间和表面活性剂等对生成产物的影响,探讨了反应机理,找到了Au/C核壳纳米复合材料较好的水热合成条件。在本实验中,通过控制水热条件,可以得到均匀的150nm的核壳纳米复合材料。在水热条件下,用葡萄糖和AgNO_3作为反应物,通过添加表面活性剂,控制反应温度和反应时间,合成了Ag/C同轴纳米电缆,在实验的基础上,探讨了纳米电缆的生成机理,利用UV-vis和PL对Ag/C同轴纳米电缆的紫外可见吸收和光致发光性能进行了研究。以乙酸锌和氢氧化钠作为反应物,添加适量的氯铂酸,采用水热法,成功合成了形貌单一、尺寸均一的Pt掺杂ZnO纳米花状物。使用XRD、SEM和TEM等手段对产品进行了表征。结果表明所得产品为花状的六方相ZnO,结晶良好,形貌单一。通过一系列的对比实验,提出了Pt掺杂ZnO纳米花状物的可能的形成机理,并对其光学性质进行了研究。本论文的创新点在于使用安全绿色的原料,采用操作简单的水热法快速合成了形貌可控、分散性好、形貌和尺寸统一的纳米晶。采用的合成路径,与同类方法相比,反应条件最易控制、形貌更统一、并能够抑制纳米晶的团聚。
赵宇[10]2008年在《分级纳米结构的形貌合成及性质研究》文中提出近年来,通过化学方法构筑无机材料复杂的多维、多级纳米结构是有序物质科学中的重要进展。具有这类结构的材料往往表现出与常规材料不同的电学、磁学、光学、热学和力学等性质,为深入设计和研究新型纳米器件提供了物质基础,因此吸引了包括化学、物理学、生命科学等众多学科的研究兴趣。本论文旨在探索无机材料复杂多级纳米结构与性能之间的关系,并发展溶液相合成此类结构的新途径。详细内容归纳如下:(1)利用仿生矿化中表面活性剂的辅助刻蚀的方法模拟矿物在形成过程中的自然环境,合成出了具有特殊壳核结构的羟基磷酸铁。该结构不仅表现出一定程度的表面曲率,同时,该结构也成为已报道的众多晶体结构中新的一员,为研究纳米材料结构与性能的关系提供了新的素材。该核壳结构的形成是酸性诱导下的刻蚀与表活剂吸附保护在同一晶面上竞争的结果。通过大量的实验优化了反应的动力学因素,使得该结构具有良好的重复性、较高的产率和可操控性,为以后的性质研究提供了保证。(2)用水热法合成了具有{001}高度取向的Bi_2S_3纳米带。通过此法法合成的Bi_2S_3纳米带具有较的高产率、规则的形貌和良好的结晶性。通过观察生成过程中的中间产物,Bi_2S_3纳米带的形成可以概括为第一阶段的热力学控制下的生长和第二阶段下的动力学控制生长。通过实验证实在生长过程中防疫体系中的气/液界面对于带状的形成具有至关重要的作用。因此这一生长模型应该可以应用到其他硫化物的制备中。Bi_2S_3{001}、{100}和{010}面的功函数较高且表面结构单一,因此在构筑新型场发射器件上具有潜在应用。除此之外,Bi_2S_3纳米带表面催化及吸附等性能也同样值得关注。(3)通过水热法来一步合成了Bi_2S_3的网络结构,并对其形成过程和电学性质进行了研究。在这种网络结构的形成过程中,我们发现了其特殊的组装模式,即沿特定晶面的对称生长和取向附生。此方法不需要高温,也不需要任何模板,因此这种方法对其他硫族化合物的可控合成具有一定的借鉴意义。这种网络结构由于具有长程有序的结构,因此可以用来构建新颖的纳米器件,特别是场发射器件、光电器件等。(4)具有分支结构的m-BiVO_4可以通过水热法在较低温度的条件下合成。合成过程中不需要添加任何表活剂、配体等成分,通过此法法合成的分支结构的m-BiVO_4具有较的高产率、规则的形貌和良好的结晶性。通过观察其生成过程,分支结构的形成可以认为是m-BiVO_4沿a,b,c轴方向生长速度不一致造成的。分支结构的m-BiVO_4具有比传统方法制备的m-BiVO_4块材更大的比表面,从而电子-空穴分散效率得到提高,因此表现出优异的光降解效率。分支结构的m-BiVO_4还在乙醇和甲醛气体等有毒有害气体的检测上有潜在的应用,并且稳定性和可逆性都比较好。在做为锂离子电池阳极材料时,分支结构的m-BiVO_4具有相对高的放电压和稳定的循环性能保持能力。(5)在碳酸盐的矿化过程中利用光解有机小分子合成了BaCO_3分级结构。这种合成方法与以往研究碳酸盐仿生矿化所使用的方法不同,整个过程中不需要利用机添加剂来调节晶体的生长,而是利用光辐射分解有机小分子,一方面提供CO_3~(2-)的来源,另一方面通过分解之后所产生的分子、离子的吸附吸附作用和中间产物的自组装,生成了具有分级结构的BaCO_3。这种方法还具有普适性,其他具有分级结构的碳酸盐也可以通过这种途径来获得。此方法合成出来的BaCO_3一般都具有多孔的结构,因此我们在其中填充了有机相变材料来测量其热学性能。结果表明,这种由有机相变材料填充的BaCO_3多级结构表现出比较优秀的蓄热保温性能,可以作为将来“智能墙”有机相变材料的支撑体。
参考文献：
[1]. 纳米晶体材料的振动特性及热学性质研究[D]. 李新梅. 中南大学. 2003
[2]. V、Zr纳米晶体热稳定性与相变的分子动力学模拟[D]. 魏明志. 湖南大学. 2006
[3]. 纳米结构金属及合金热力学性能的原子模拟[D]. 肖时芳. 湖南大学. 2007
[4]. MEMS晶体薄膜构件热学性质的晶格动力学研究[D]. 黄建平. 国防科学技术大学. 2008
[5]. 铋系化合物微纳米材料的控制合成及性能研究[D]. 赵天宇. 上海交通大学. 2011
[6]. 有机/CuCl_2杂化层状钙钛矿结构材料的稳定性研究[D]. 程思园. 浙江大学. 2008
[7]. 基于笼状团簇组装的新材料设计及物性研究[D]. 刘志锋. 重庆大学. 2014
[8]. 纳米球的量子尺寸效应和热学性质的研究[D]. 尹学爱. 华中科技大学. 2006
[9]. 贵金属纳米材料的水热合成及其光学性质研究[D]. 瞿金为. 河南师范大学. 2011
[10]. 分级纳米结构的形貌合成及性质研究[D]. 赵宇. 中国科学技术大学. 2008
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