與塊體材料相比,納米材料具有獨特的納米效應(yīng),在微電子、生物醫(yī)學(xué)、能源環(huán)境、催化電池、腐蝕防護等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景和重要價值。隨著尺寸的減小,納米材料的物理化學(xué)性能表現(xiàn)出明顯的尺寸效應(yīng)。納米材料的電化學(xué)過程隨著材料尺寸的變化而變化,經(jīng)典的Butler-Volmer方程不再適用。為了更好的理解、描述、預(yù)測金屬納米材料表面的電化學(xué)行為,本文根據(jù)熱力學(xué)平衡理論,結(jié)合Young-Laplace方程、capillary方程和Gibbs-Duhem方程,分析了金屬納米薄膜、金屬納米顆粒以及二元合金固溶體納米顆粒和納米多晶材料中應(yīng)力分布和溶質(zhì)原子分布的尺寸效應(yīng),及其對納米結(jié)構(gòu)材料表面電化學(xué)性能的影響,將經(jīng)典的Butler-Volmer方程拓展到了納米材料尺度,得到了金屬納米材料電化學(xué)性能尺寸效應(yīng)的熱力學(xué)模型。并結(jié)合分子動力學(xué)模擬對Au、Pt、Ni、Cu和Fe純金屬納米薄膜和納米顆粒,以及CuZn二元固溶體納米顆粒和納米多晶材料的尺寸效應(yīng)進行了數(shù)值計算。主要結(jié)果有:（1）根據(jù)熱力學(xué)平衡理論,結(jié)合Young-Laplace方程、capillary方程和Gibbs-Duhem方程得到了平衡態(tài)下純金屬納米材... 

【文章來源】：北京科技大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖２－１納米材料的制備方法??納米材料的制備方法可以按照是否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)分為［７＿９］：?（１）物理方??法，通常又叫做自上而下的制備方法，該方法主要包括傳統(tǒng)的機械粉碎、高??

?金屬納米材料電化學(xué)性能尺寸效應(yīng)的理論研究???Ｊ?２?０?；?＇?厶■?Ｅｂ／Ｅｂ（ｆｉ］ｍ）??Ｉ?Ｖｖ???＾＜１００＞／＾＜１００＞（ｗｉｌｅ）??Ｉ１５??Ｉ?１〇?：?！Ｌ丄”」Ｌ＿Ｌ”??！?：?－??ｚ?〇?５?；?／??（ａ）??０．０——＇——■——■——．——■——■——＇——＞——■——■——■——??０?４?８?１２??Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ?２ａ?（ｎｎｉ）??￣Ｔ?■■＿■▲—心＝ｂ３（ｆｉｌｍ）￣??一?＼?—乙?Ｃｊ?ｉ?（ｆｉｌｍ）??°－?４?Ｖ?參一Ｃ３３?（ｗｉｌｅ）??｜?—。—?￡Ｕ＝?（ｗｉｒｅ）??／?（ｂ）??－〇?１?―１?１?１?Ｉ?＇?＇?１?Ｉ?１?＇?１??０?４?８?１２??Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ?２口（ｎｍ）??圖２－２銅薄膜和銅納米線的尺寸效應(yīng)：（ａ）楊氏模置（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ?Ｙｏｕｎｇ’ｓ?Ｍｏｄｕｌｕｓ｝；??（ｂ）自平衡應(yīng)變（Ｓｅｌｆ－Ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ?Ｓｔｒａｉｎ）＂８】??１．５?ｎ???＊５?１．０?－—Ｈ?ａ?＾?Ａ?Ａ?Ａ—Ａ—＾ｉ??Ｉ??？ｓ??，??Ａ—?ｋ／ｋ??１?０．５?－?．?一，??２?丨＿?＾??（ａ）??０．０?－Ｉ——■——■——■——，——■——，——■——，——．——．——，——??０?４?８?１２??Ｄｉａｍｅｔｅｒ?２ａ?（ｍｎ）??－６?－??

?北京科技大學(xué)博士學(xué)位論文???１??Ｉ??Ｓ?－２?－?／??Ｉ?：／??（ｂ）??－３?－Ｉ——■——■——■——．——■——■——＞——．——■——■——■——??０?４?８?１２??Ｄｉａｍｅｔｅｒ?２ａ?（ｍｉｌ）??圖２－３銅球形納米顆粒的尺寸效應(yīng)：（ａ）體楊氏模量和剪切模置（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ??Ｍｏｄｕｌｕｓ）；?（ｂ）自平衡應(yīng)變（Ｓｅｌｆ＿Ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ?Ｓｔｒａｉｎ）＂８１??Ｚｈａｎｇ等人［２（）］基于對納米薄膜的研宄提出了本征應(yīng)力模型，認為材料表??面的彈性常數(shù)為本征值，通過分子動力學(xué)模擬和熱力學(xué)推導(dǎo)證明初始應(yīng)變、??表面能密度和表面應(yīng)力均隨著納米膜厚度的變化而變化。如圖２－４所示，通??過分子動力學(xué)模擬和模型計算發(fā)現(xiàn)納米薄膜的初始應(yīng)變隨著薄膜厚度的減小??而增大；并且基于彈性理論和初始應(yīng)變可以擬合出納米薄膜表面的本征應(yīng)力??和本征楊氏模量。雖然這種尺寸效應(yīng)對于傳統(tǒng)宏觀結(jié)構(gòu)可以忽略，但是當材??料至少有一個方向的尺寸縮小到納米尺度時，它將變得異常顯著。??｜?＂°＇５＇?ｆ?Ａｕ（ＥＡＭ）??：?＇／?ｆ?〇?Ａｕ?（ＭＥＡＭ）??Ｉ?－１．０－?＃?ｆ?Ａ?Ｃｕ?（ＥＡＭ）??３?ｆ?ｖ?Ｃｕ?（ＭＥＡＭ）??｜?＿１－５．?／／／?＜?Ｓｉ（Ｔｅｒｓｏｆｆ）??＾?－?Ｉ?＞?Ｄｉａｍｏｎｄ?（Ｔｅｒｓｏｆｉ）??．??Ｍｏｄｅｌ?（ａ）??－２．０?Ｉ１?＊?＊?ｉ???１?＇?ｉ?？?ｉ????０?５?１０?１５?２０?２５??Ｆｉｌｍ?ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ?（ｎｍ）

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Generalized Butler-Volmer relation on a curved electrode surface under the action of stress[J]. FuQian Yang.  Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2016(11)

博士論文
[1]Cu團簇沉積到Fe（001）表面的分子動力學(xué)模擬[D]. 張世旭.蘭州大學(xué) 2014



本文編號：3055965