本文關鍵詞：納米多孔金中空位濃度的演化及尺寸效應　出處：《北京科技大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：納米多孔金屬具有三維多孔結構、納米尺度結構尺寸、高比表面積、可控的孔壁尺寸,去合金化腐蝕制備得到的納米多孔金屬在催化、傳感、驅動、過濾以及電催化領域具有廣泛的應用價值。去合金化腐蝕是一種常見的腐蝕過程,已有幾十年的研究歷史,研究納米多孔金屬的去合金化腐蝕過程以及高溫粗化過程對于調控納米多孔金屬的微觀結構尺寸具有重要意義。本文通過探索納米多孔金屬的腐蝕行為、粗化過程中空位濃度的演化和作用,以及納米薄膜材料和納米顆粒材料中空位濃度的尺寸依賴的熱力學模型,獲得以下結論：(1)用正電子湮沒的手段研究了納米多孔金(鉑)中空位和微孔洞的演化。通過用去合金化腐蝕金銀(鉑)合金制備得到孔徑尺寸為5-8nm左右的納米多孔金(鉑)。在母合金中添加少量鉑原子導致納米多孔金屬結構的粗化得到了抑制,并極大的改善了納米多孔金屬材料的熱力學穩(wěn)定性；正電子湮沒的實驗結果表明在去合金形成的納米多孔金屬韌帶結構中存在大量空位,空位濃度隨著銀的進一步脫除而增加,去合金過程中保留下來的空位對于多孔結構的形成起到了重要的促進作用。大量的過飽和空位濃度支持了多孔結構的形成機制為空位協(xié)調晶格擴散機制。(2)通過掃描電鏡和正電子湮沒的手段研究了空位和微孔洞在納米多孔AuAg(Pt)中熱力學粗化過程中的演化。去合金過程形成的本征納米多孔AuAg(Pt)中殘余銀的含量高達45 at.%,實驗結果結果表明在350℃之前納米韌帶結構穩(wěn)定,不發(fā)生粗化；掃描電鏡結果表明在350℃左右韌帶結構開始發(fā)生不均勻粗化,伴隨著空位的增加、遷移和擴散,并且在韌帶結構中產生了大量的微孔洞。而在350℃之后,空位濃度逐漸降低。實驗結果表明伴隨著韌帶結構的斷裂,空位在納米多孔金的粗化過程中起到了重要的作用。(3)通過將廣義的楊-拉普拉斯方程和空位的化學勢相結合,建立了薄膜內部空位濃度的熱力學模型,包含本征物理參數,如表面本征應力、表面楊氏模量、核內楊氏模量和空位形成體積等來研究表面能和表面應力對空位濃度尺寸效應的影響。結果表明尺寸依賴的表面應力導致了尺寸依賴的熱力學空位化學勢,從而導致了尺寸依賴的空位濃度。熱力學模型表明隨著薄膜厚度的減少,薄膜內空位濃度降低。Au和Pt薄膜的分子動力學仿真結果與理論模型結果吻合良好。理論結果對于納米材料中尺寸依賴的熱力學空位濃度提供了參考意義。(4)通過分析核殼型納米顆粒中表面應力和空位濃度及其耦合關系,建立了納米顆粒中空位濃度的熱力學模型。通過計算表面應力對表面和核心內的空位濃度的影響來研究球形納米顆粒中的表觀空位濃度大小隨著顆粒半徑的變化。對于鎳、銅、金和鉑金屬顆粒,核內和表面殼層中的空位濃度均隨著顆粒半徑的減少而減少。但是整體納米顆粒內的空位濃度隨著納米顆粒半徑的減少,先增加到一個極大值,然后逐漸減少,這是由于表面應力和表面體積分數競爭影響的結果。
[Abstract]:In this paper , the formation mechanism of nano porous metal ( Pt ) is studied by means of scanning electron microscope and positron annihilation . ( 4 ) The thermodynamic model of vacancy concentration in nanoparticles was established by analyzing the surface stress and vacancy concentration in core - shell nanoparticles .

【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O614.123;TB383.1

【參考文獻】

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1 ;SURFACE STRESS EFFECT IN MECHANICS OF NANOSTRUCTURED MATERIALS[J];Acta Mechanica Solida Sinica;2011年01期

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本文編號：1392370