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

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【摘要】：納米多孔金屬具有三維多孔結(jié)構(gòu)、納米尺度結(jié)構(gòu)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(qū)動(dòng)、過(guò)濾以及電催化領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。去合金化腐蝕是一種常見(jiàn)的腐蝕過(guò)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(guò)程以及高溫粗化過(guò)程對(duì)于調(diào)控納米多孔金屬的微觀結(jié)構(gòu)尺寸具有重要意義。本文通過(guò)探索納米多孔金屬的腐蝕行為、粗化過(guò)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(xué)模型,獲得以下結(jié)論：(1)用正電子湮沒(méi)的手段研究了納米多孔金(鉑)中空位和微孔洞的演化。通過(guò)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(dǎo)致納米多孔金屬結(jié)構(gòu)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(xué)穩(wěn)定性；正電子湮沒(méi)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在去合金形成的納米多孔金屬韌帶結(jié)構(gòu)中存在大量空位,空位濃度隨著銀的進(jìn)一步脫除而增加,去合金過(guò)程中保留下來(lái)的空位對(duì)于多孔結(jié)構(gòu)的形成起到了重要的促進(jìn)作用。大量的過(guò)飽和空位濃度支持了多孔結(jié)構(gòu)的形成機(jī)制為空位協(xié)調(diào)晶格擴(kuò)散機(jī)制。(2)通過(guò)掃描電鏡和正電子湮沒(méi)的手段研究了空位和微孔洞在納米多孔AuAg(Pt)中熱力學(xué)粗化過(guò)程中的演化。去合金過(guò)程形成的本征納米多孔AuAg(Pt)中殘余銀的含量高達(dá)45 at.%,實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)果表明在350℃之前納米韌帶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,不發(fā)生粗化；掃描電鏡結(jié)果表明在350℃左右韌帶結(jié)構(gòu)開(kāi)始發(fā)生不均勻粗化,伴隨著空位的增加、遷移和擴(kuò)散,并且在韌帶結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生了大量的微孔洞。而在350℃之后,空位濃度逐漸降低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明伴隨著韌帶結(jié)構(gòu)的斷裂,空位在納米多孔金的粗化過(guò)程中起到了重要的作用。(3)通過(guò)將廣義的楊-拉普拉斯方程和空位的化學(xué)勢(shì)相結(jié)合,建立了薄膜內(nèi)部空位濃度的熱力學(xué)模型,包含本征物理參數(shù),如表面本征應(yīng)力、表面楊氏模量、核內(nèi)楊氏模量和空位形成體積等來(lái)研究表面能和表面應(yīng)力對(duì)空位濃度尺寸效應(yīng)的影響。結(jié)果表明尺寸依賴的表面應(yīng)力導(dǎo)致了尺寸依賴的熱力學(xué)空位化學(xué)勢(shì),從而導(dǎo)致了尺寸依賴的空位濃度。熱力學(xué)模型表明隨著薄膜厚度的減少,薄膜內(nèi)空位濃度降低。Au和Pt薄膜的分子動(dòng)力學(xué)仿真結(jié)果與理論模型結(jié)果吻合良好。理論結(jié)果對(duì)于納米材料中尺寸依賴的熱力學(xué)空位濃度提供了參考意義。(4)通過(guò)分析核殼型納米顆粒中表面應(yīng)力和空位濃度及其耦合關(guān)系,建立了納米顆粒中空位濃度的熱力學(xué)模型。通過(guò)計(jì)算表面應(yīng)力對(duì)表面和核心內(nèi)的空位濃度的影響來(lái)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(duì)于鎳、銅、金和鉑金屬顆粒,核內(nèi)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(nèi)的空位濃度隨著納米顆粒半徑的減少,先增加到一個(gè)極大值,然后逐漸減少,這是由于表面應(yīng)力和表面體積分?jǐn)?shù)競(jìng)爭(zhēng)影響的結(jié)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(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O614.123;TB383.1

【參考文獻(xiàn)】

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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(hào)：1392370