納米材料彈性及熱穩(wěn)定性的尺寸效應(yīng).pdf

1、在納米尺度范圍內(nèi),微觀的第一性原理和分子動(dòng)力學(xué)以及宏觀的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)在分析納米材料彈性和熱穩(wěn)定性尺寸效應(yīng)時(shí)均遇到了不同程度的困難和挑戰(zhàn)。因此,人們迫切需要尋找新的理論模型預(yù)測(cè)和分析納米材料楊氏模量升高而熔點(diǎn)降低的新穎現(xiàn)象,并揭示其內(nèi)在物理機(jī)制。由于大量低配位表面原子間的相互作用,使得納米材料的性能完全不同于孤立原子和塊體材料。
　　本論文探討了幾種典型納米材料如ZnO、TiO2、Ag、Au等彈性和熱穩(wěn)定性的尺寸效應(yīng)。具體工作和結(jié)論

2、概括如下:
　　1.從局域鍵平均近似的角度出發(fā)探討了半導(dǎo)體ZnO納米結(jié)構(gòu)彈性性能與尺寸的依賴關(guān)系,發(fā)現(xiàn):(i)楊氏模量正比于能量密度;(ii)楊氏模量隨尺寸的變化只存在一種趨勢(shì),即隨尺寸的減小,楊氏模量增加;(iii)比表面積主導(dǎo)著尺寸效應(yīng)的變化趨勢(shì);(iv)納米材料只有最外三層原子對(duì)楊氏模量的尺寸效應(yīng)起主導(dǎo)作用,而中心原子的鍵保持塊體值,對(duì)楊氏模量的尺寸效應(yīng)沒有影響;(v)納米材料低配位原子的鍵變短變強(qiáng),從而導(dǎo)致能量密度升高是楊

3、氏模量增加的主要原因。同時(shí),斷鍵理論也很好的預(yù)測(cè)和分析了TiO2、Ag、Au納米材料彈性性能的尺寸效應(yīng)。
　　2.從表面原子間結(jié)合能的角度出發(fā)探討了Ag、Au等金屬納米材料的低熔點(diǎn)現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn):納米材料低配位表面原子的鍵長(zhǎng)變短;鍵能增強(qiáng);但原子間的結(jié)合能降低,這是導(dǎo)致納米材料熔點(diǎn)降低的主要原因。同時(shí),斷鍵理論也很好的預(yù)測(cè)和分析了Pb、In、Bi金屬納米材料的低熔點(diǎn)現(xiàn)象。
　　理論與實(shí)驗(yàn)的一致性證明了低配位原子的鍵變短變強(qiáng),進(jìn)而