几种纳米材料相变尺寸效应

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1、EffectofsizeonthephasetransitionofseveralnanomaterialsCandidateJiangRuSupervisorProfessorSunChangqingCollegeFacultyofMaterial,PhotoelectronicandPhysicsProgramPhysicsSpecializationFunctionalmaterialsandappliedphysicsDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateApril20th,2013湘潭大学硕

2、士学位论文湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印

3、、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日湘潭大学硕士学位论文摘要当块体材料尺寸进入纳米范围时，因小尺寸效应、量子限域效应、表面界面效应等效应的影响，纳米材料表现出于不同于块体材料的新颖性能，特别是在热力学、电学、磁学、光学和催化性能等方面更为突出。传统的宏观连续介质分析力学与分子动力学都可以对纳米材料各种性能的尺寸效应进行研究，但同样都面临了一些难以处理的问题和困难，如没有建立一个统一完整的物理机制。与块体材料和孤立原子最大的不同是，纳米材料表面有着大量的低配位原子，根据键弛豫理论，低配位原子使得

4、键变短变强，这是解释说明纳米材料新颖性能物理机制的重要角度之一。在本论文中，我们利用键弛豫理论和局域键平均近似理论，探讨了几种纳米材料相变温度和相变压强的尺寸效应，得到了如下的工作结果：1.从相变温度与原子结合能成正比切入，结合键弛豫理论分析讨论了两类纳米材料相变类型（半导体硫化物纳米材料固体-固体结构相变和二元金属合金纳米颗粒无序有序相变）相变温度的尺寸效应，推导了相变温度尺寸效应的理论表达式，与实验数据对比一致性得到了：(1)从本质上来讲，相变温度是正比于原子的结合能；(2)相变温度的降低是因为材料表面（缺陷）低配位原子使得原子结合能降低；(3)在核-壳结构中，只

5、有材料表面三层原子对相变的降低存在影响，三层以内原子因其保持块体材料原子性能而不会对相变温度的变化有影响；(4)材料尺寸对相变温度的影响趋势很大程度上取决于比表面积。2.利用局域键平均近似理论，建立了纳米材料可测物理量与原子键性质参数（键序、键长、键能、键性质参数）的关系式；接着借助键弛豫理论与局域键平均近似推导了尺寸、温度、压强对纳米材料相变的作用函数表达式；最后结合两种纳米材料CdSe和ZnS文献实验数据，我们对比了纳米材料相变压强尺寸效应的理论结果与实验，二者的一致性表明压强的增大使得原子键能增大进而原子结合能也随之增大，这导致纳米材料的结构稳定性增大，结构相变

6、所需压强也就增大。上述理论结果与实验数据的一致性表明了键弛豫理论在解释纳米材料尺寸效应方面的正确性，同时也为我们进一步探索纳米材料新颖性能提供了有力的工具。关键词：纳米材料；键弛豫理论与局域键平均近似方法；相变温度；相变压强；尺寸效应I湘潭大学硕士学位论文AbstractWiththesizereductiondowntonanometerscale,owingtothesmallsizeeffect,quantumconfinementeffectandsurfaceandinterfaceeffect,manyphysicalandchemicalproperti

7、esofasolid,suchasthermodynamic,electric,magnetic,optic,andcatalyticperformanceexposenovelpropertiesthataredifferentfrombulkmaterials.Althoughtheclassicalapproachessuchasthermodynamicsandmoleculardynamicstheorycanstudythesizeeffectonthepropertiesofvariousnanomaterials,bothencoun