材料的熱膨脹性對材料的使用環(huán)境、多元匹配和服役壽命具有決定性作用。而納米尺寸效應(yīng)能夠在不改變化學(xué)組分的情況下實現(xiàn)熱膨脹性能的有效調(diào)控,因此逐漸受到人們的重視。在納米化的金屬材料中,長程平均單胞結(jié)構(gòu)已經(jīng)不足以描述其特殊的結(jié)構(gòu)特點以及空間分布特征。局域結(jié)構(gòu)和分布狀態(tài)的精確解析將為納米材料熱應(yīng)力優(yōu)化、功能器件的人工設(shè)計以及性能調(diào)控中的物理機(jī)制探索提供理論支撐。本論文以幾種典型的金屬/合金納米材料為研究對象,從研究平均單胞的本征熱膨脹行為出發(fā),綜合利用X射線吸收譜（XAFS）、原子對分布函數(shù)（PDF）以及反向蒙特卡洛（RMC）等手段逐步深入對金屬/合金納米材料中局域結(jié)構(gòu)及其空間分布規(guī)律進(jìn)行剖析。根據(jù)金屬納米材料中化學(xué)成鍵與局域結(jié)構(gòu)信息的關(guān)聯(lián)、局域化學(xué)分布狀態(tài)在納米顆粒中的存在形式對熱膨脹調(diào)控過程中局域結(jié)構(gòu)的作用進(jìn)行研究。首先,在半金屬Bi納米顆粒體系中,結(jié)合擴(kuò)展的X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)（EXAFS）和PDF對13nm時c軸出現(xiàn)的異常負(fù)熱膨脹行為進(jìn)行研究。從局域結(jié)構(gòu)畸變的角度來看,尺寸減小到13nm,最近鄰鍵角出現(xiàn)了顯著的減小,進(jìn)而造成褶皺型層狀結(jié)構(gòu)中c軸存在較大的尺寸誘導(dǎo)畸變。升溫過程中,熱振動對... 

【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

【文章頁數(shù)】：185 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖２－１雙原子模型勢能變化曲線，插圖為力指數(shù)發(fā)生變化后勢能曲線的變化??

接成鍵原子間鍵長的正膨脹行為，而晶體單胞最終表現(xiàn)出負(fù)膨脹特性則與晶??格的總體效應(yīng)相關(guān)。具體來說，以橋連原子的聲子振動模型為例，在二配位??的橋原子Ａ為主的熱振動中（圖２－２），沿成鍵方向縱向的熱振動使??間距增大。而當(dāng)Ｍ－Ａ之間形成較強(qiáng)的化學(xué)鍵時，熱振動對Ｍ－Ａ之間鍵長的??熱膨脹貢獻(xiàn)較小，Ｍ－Ａ的成鍵近似剛性。此時如果橋連原子Ａ存在著強(qiáng)烈的??橫向熱振動，比如在垂直于成鍵方向上的往復(fù)運動和橋連原子繞Ｍｉ－Ｍ２軸的??旋轉(zhuǎn)運動等，都將導(dǎo)致Ｍ�。停查g距隨著熱振動的加劇而出現(xiàn)收縮。此外，如??果的成鍵鍵角具有較高的剛性，則整個成鍵單元將繞橋連原子呈現(xiàn)??出明顯的旋轉(zhuǎn)振動，當(dāng)考慮Ｍｉ－Ｎｆｃ為表征標(biāo)志的單胞參數(shù)時也會存在較大的??負(fù)熱膨脹貢獻(xiàn)。如果將簡單的二配位橋連原子擴(kuò)展成為二維的狀態(tài)（圖２－２ｂ），??由于空間維度的擴(kuò)展

斥力將被迫選擇離心方向的橫向振動模式，從而實現(xiàn)在保證配位成鍵鍵長的??剛性基礎(chǔ)上以橋連多面體的反方向扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生非橋連原子的熱收縮。更進(jìn)一步??將情況擴(kuò)展到三維空間可以看到（圖２－２ｃ），在共頂角的多面體連接而成的骨??架結(jié)構(gòu)中，橋連原子占據(jù)多面體的頂角，而多面體中心大多為金屬高配位的??金屬陽離子（Ｍ），此時強(qiáng)化學(xué)鍵連接而成的多面體表現(xiàn)出剛性特征，隨溫度??變化不易變形。而多面體之間相比之下要更加柔軟，溫度升高時，Ｍ－０－Ｍ中??橋連原子的橫向振動使得剛性多面體發(fā)生旋轉(zhuǎn)耦合從而造成金屬陽離子之間??距離的減小，引起總體積的收縮。為了避免所有橫向振動原子之間排斥力的??劇烈上升，晶體三個維度上的多面體將采用交替扭轉(zhuǎn)的形式，當(dāng)這樣的橫向??振動引發(fā)的三維結(jié)構(gòu)畸變達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)，此時立方相的多面體對稱性將會??變成三方相。由于這一類負(fù)熱膨脹材料的物理機(jī)制都需要以近鄰配位原子的??剛性成鍵和橋連原子或原子團(tuán)的橫向振動為出發(fā)點，因此也被歸納為剛性多??面體模型（Ｒｉｇｉｄ?Ｕｎｉｔ?Ｍｏｄｅｓ

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]A brief review on μSR studies of unconventional Fe-and Cr-based superconductors[J]. A.Bhattacharyya,D.T.Adroja,M.Smidman,V.K.Anand.  Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2018(12)
[2]納米材料結(jié)構(gòu)特征[J]. 王大志.  功能材料. 1993(04)



本文編號：3623114