Au-Ag合金系納米顆粒合金化行為的原子模擬研究.pdf

1、合金納米顆粒以其獨(dú)特的物理和化學(xué)性能在現(xiàn)代材料中占據(jù)日益重要的地位。如何在制備過程中控制顆粒的尺寸、結(jié)構(gòu)和化學(xué)有序成為當(dāng)前合金納米顆粒研究的一個(gè)基礎(chǔ)課題。盡管合金納米顆粒的制備是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程，但究其本質(zhì)是一個(gè)納米尺度下的合金化過程。從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩個(gè)角度綜合研究納米尺寸下的合金化行為，有助于探討合金化機(jī)制、掌握合金納米顆粒的形成規(guī)律，對改善合金納米顆粒的制備工藝、開發(fā)新型合金體系具有重要的指導(dǎo)作用。
　　本文以Au/A

2、g合金系為研究對象，利用分子動(dòng)力學(xué)方法和改進(jìn)分析型嵌入原子勢函數(shù)模擬了金屬納米顆粒的合金化行為，分析了“顆粒-顆?！睙Y(jié)過程中的合金化、核-殼結(jié)構(gòu)合金化兩種情況下的原子擴(kuò)散特性和微觀結(jié)構(gòu)演變規(guī)律，揭示了顆粒結(jié)構(gòu)、尺寸以及外界溫度對合金化行為的影響。研究了單個(gè)Au、Ag納米顆粒的熱力學(xué)穩(wěn)定性。發(fā)現(xiàn)FCC結(jié)構(gòu)為最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，ICO結(jié)構(gòu)與IDEC結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性接近。研究了“顆粒-顆粒”燒結(jié)過程中的合金化行為，發(fā)現(xiàn)溫度越高，合金化現(xiàn)象越明顯。合金化

3、過程以Ag原子在Au納米顆粒表面的定向擴(kuò)散為主。對于同種結(jié)構(gòu)Au/Ag納米顆粒(AuFCC/AgFCC和AuICO/AgICO)，前者通過晶界生長方式合金化形成FCC結(jié)構(gòu)合金納米顆粒，而后者通過重結(jié)晶方式得到ICO結(jié)構(gòu)與IDEC結(jié)構(gòu)共存相，合金化程度較高。對于等大異種結(jié)構(gòu)Au/Ag納米顆粒(AuFCC/AgICO和AuICO/AgFCC)，體系均發(fā)生從ICO結(jié)構(gòu)到FCC結(jié)構(gòu)的固-固相變。前者是由于ICO結(jié)構(gòu)Ag納米顆粒自發(fā)解體，后者為A

4、g原子擴(kuò)散誘導(dǎo)下的Au原子重結(jié)晶過程。兩者合金化程度基本一致，得到殼層富集Ag原子的核-殼結(jié)構(gòu)二元金屬納米顆粒。對于ICO結(jié)構(gòu)占優(yōu)的Au/Ag納米顆粒(Au531/Ag2057和Au2057/Ag531)，體系不會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。前者通過晶粒形核生長方式來實(shí)現(xiàn)合金化，存在ICO結(jié)構(gòu)與IDEC結(jié)構(gòu)的競爭，后者通過重結(jié)晶方式達(dá)到熱力學(xué)亞穩(wěn)態(tài)IDEC結(jié)構(gòu)。研究了Ag-Au核-殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的合金化過程。發(fā)現(xiàn)Au殼層厚度對納米顆粒合金化行為具有顯