一维cuznal合金纳米结构与固体类流态的研究

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1、中文摘要固体“类流态”是固体表面及其内部存在的一种类似于流体的状态，是一种除气、液、固、液晶之外的一种新的物质存在形式。本文利用金相显微镜、原子力显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜等观测仪器对纯金属、合金和非金属材料糜棱状石英岩、辉长岩等进行观察，验证了在常温常压下，这些材料中存在着一种未被人们认知的，具有类似流体特征的非线性振荡现象—-‘‘类流态”现象，这是一种非极端条件下新的物质存在状态。其普遍存在于各类固体物质中，当外界条件达到类流态胞区出现的临界值时，固体中就会出现这种状态。“类流态”的宏观表现为材料表面观察到动态的运动并可测量到某些性能的变化，

2、微观表现为用高倍数的仪器进行测量时可以发现点阵结构的变化和x射线衍射谱线的细微波动。将小尺度和大尺度范围内的测量结果进行比较，发现“类流态”现象呈现出典型的分形特征，即局部上显示出无规律性、随机性，而在整体上呈现自相似性。固体“类流态”的振荡过程是一种典型的非线性动力学过程。准一维纳米结构材料，包括纳米管、纳米线(棒)、以及复合纳米线(纳米同轴电缆、异质结等)，在未来纳米器件中的连接、场发射平板显示、能量存储以及高强度复合材料上，均具有潜在的应用前景。目前有关准一维纳米材料的研究已经成为物理、化学及材料学等学科开展工作的重点。其中，准一维纳米材料的制各则是开展

3、准一维纳米材料研究的前提和基础。本文工作的重点是研究新型准一维纳米结构材料的合成、生长的控制和机理的探索。本文首次报道以Cu-Zn．A1合金为基体，在常温常压非真空条件下制得了一系列全新的一维合金纳米结构包括合金纳米管、合金纳米线、合金纳米棒以及分散的零维合金纳米颗粒。随后，通过大量的条件实验摸索合金纳米结构的制备工艺，发现在常温常压下通过HN03、HCl、H3PO。、HAC按不同比例构成的混合酸处理退火态Cu．z11．Al合金可以制得合金纳米结构，同时通过大量对比实验排除了双喷电解抛光和离子减薄过程可能对合金纳米结构的生成起作用的怀疑。采用透射电镜、扫描形貌

4、分析、选区衍射、能量分散X射线分析等对制得的纳米结构进行了表征。所得合金纳米管外径为40nm左右，内径从几纳米到十几纳米不等，有顶端被纳米颗粒封闭的形貌，也有顶端开口的形貌；合金纳米线及纳米棒直径在10nm-40nm范围内变化，最大长度可达数微米；合金纳米颗粒的粒径天津大学博士学位论文为10nm-40nm，分散性较好。确定了纳米结构的组成与基体基本一致，均为Cu、zn、A1元素，且合金纳米结构为多晶体。在对合金纳米结构的生长机理进行研究时，发现合金中存在的“类流态”胞区是常温常压下一维合金纳米结构得以生长的关键。通过金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜

5、、x射线衍射仪等对“类流态”胞区合金原子的运动做深入的研究，并通过对振荡胞区时间序列Lyapunm，指数的计算、对时间序列进行相空间重构以及对其Poineare截面的分析，证明了胞区中原子所作的运动具有混沌特征的非线性振荡。由于“类流态”胞区的类液性、混沌运动特征、自组织特性为常温常压下一维合金纳米结构和纳米颗粒的形核、原料原子的来源、能量来源、定向生长提供了合理的解释。结合传统的碳纳米管底端、顶端生长模式，依据固体“类流态”运动的特点，提出了一维合金纳米结构可能的生长模型，并对一维Cu—Zn—A1合金纳米结构的生长给予了合理的解释。硅基准一维纳米结构材料的研

6、究，如碳化硅、硅、氧化硅等，日益受到人们的重视，然而如何实现硅基准一维纳米结构材料的大量制备一直是人们追求的目标。本文研究一种基于金属催化剂基体的介孔限域法合成硅纳米线。在实验结果的基础上，具体分析了准一维纳米材料的生长机理，拓展了传统的气一液一固晶体生长机制。这种方法可以加以推广，合成其它准一维纳米结构材料，预计这些功能准一维纳米结构材料将在光电器件，气敏元件中具有潜在的应用前景。通过以上工作的开展，将促使人们对准一维纳米结构材料的合成以及生长机理有了更加深入的认识和理解。关键词：准一维纳米材料、一维Cu—Zn-A1合金纳米结构、类流态、合金纳米颗粒、硅基准

7、一维纳米材料、生长模型ABSTRACTSolidquasi—fluidstate．whichiSsimilartoliquidandexistsinsurfaceandinteriorofsolid，isonenewkindofstatebesidesgas，liquid，solidandliquidcrystal．InthisPaper'也ephenomenonwhichiSsimilartoliquidiSvalidatedundernormaltemperatureandpressureonthesurfaceofpuremetal，alloy,rnyl

8、onificquartzite，gab