本文關(guān)鍵詞：鋁納米晶的低溫電阻率特性研究　出處：《西南科技大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：鋁因有良好的導(dǎo)熱導(dǎo)電性、抗腐蝕性能、加工成型等特性而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、軍事、航空航天等領(lǐng)域。隨著科技發(fā)展,許多領(lǐng)域?qū)Σ牧闲阅艿囊笤絹碓礁摺６{米級結(jié)構(gòu)材料的相關(guān)性能得到顯著提高,如塊體鋁納米晶的硬度和強度相比于粗晶鋁增大3~11倍。激光慣性約束聚變(ICF)物理實驗要求選用的材料在低溫環(huán)境中不僅要有良好的蓄冷能力,還需具備一定的抗輻照性。研究表明鋁納米晶的蓄冷能力和抗輻照性能都高于粗晶鋁,從而使鋁納米晶有望成為ICF物理實驗的一種主選材料。研究鋁納米晶低溫電阻率特性,不僅可以完善納米晶材料的物性特性,更有望發(fā)掘鋁納米晶的潛在應(yīng)用價值。如:具有良好的抗輻射性、靈敏度以及選擇性的鋁納米晶制成傳感器能適應(yīng)更加惡劣的工業(yè)環(huán)境;納米級厚度的鋁納米晶薄膜能節(jié)省更多的空間,有望制成微型加熱器等。為此,本文就鋁納米晶塊體/薄膜電阻率隨溫度(8 K~300 K)變化的相關(guān)規(guī)律展開初步研究,主要研究成果有:(1)溫度在8 K~30 K范圍內(nèi),粗晶鋁電阻率隨溫度變化呈現(xiàn)出T4規(guī)律。由于電子的平均自由程遠大于晶粒尺寸,形成晶界/表面電子-聲子散射,從而使鋁納米晶低溫電阻率隨溫度變化不僅呈現(xiàn)出T4變化,還呈現(xiàn)出顯著的T3變化。(2)當溫度高于120 K時,由于電子平均自由程小于晶粒尺寸,晶界/表面效應(yīng)對電子輸運過程沒有影響,鋁納米晶和粗晶鋁一樣,其電阻率隨溫度呈線性增加趨勢。(3)鋁納米晶塊體顆粒之間存在大量孔洞等缺陷,增大電子散射概率;而且鋁納米顆粒表面包裹著非晶氧化鋁層,降低電子平均濃度,從而使鋁納米晶塊體殘余電阻率(5.24×10-4Ω·m)比粗晶鋁(2.01×10-10Ω·m)高5~6個數(shù)量級。(4)隨著鋁納米晶薄膜厚度的增加,平均晶粒尺寸增加,則電子與晶內(nèi)聲子散射幾率增大,被晶界散射的概率降低。鋁納米晶薄膜晶界電子-聲子散射形成的T3項的系數(shù)隨著厚度的增加而降低,晶內(nèi)電子-聲子散射產(chǎn)生的T4項的系數(shù)隨著厚度的增加而增加,即晶內(nèi)電子-聲子散射強度隨著厚度的增加而增強,晶界電子-聲子散射強度逐漸變?nèi)酢?5)由于表面散射、晶界散射、晶內(nèi)缺陷散射和雜質(zhì)散射,使鋁納米晶薄膜殘余電阻率比粗晶鋁的殘余電阻率大2~3個數(shù)量級,并且殘余電阻率隨著薄膜厚度的增加而降低。當薄膜厚度低于電子平均自由程及晶粒尺寸時,影響薄膜殘余電阻率的主要散射機制為電子-表面散射。當薄膜厚度大于晶粒尺寸時,殘余電阻率隨厚度變化不明顯,表明電子-表面散射對薄膜殘余電阻率影響很弱。由于鋁納米晶薄膜中納米顆粒緊密相連,薄膜致密度高,孔洞等宏觀缺陷含量低,則鋁納米晶薄膜殘余電阻率(8.69×10-8Ω·m)小于鋁納米晶塊體殘余電阻率(5.24×10-4Ω·m)。
[Abstract]:Aluminum has been widely used in industrial, military, aerospace and other fields due to its good thermal conductivity, corrosion resistance, processing and molding properties. With the development of science and technology. In many fields, the requirement of material properties is higher and higher, and the correlation of nanostructured materials can be improved significantly. For example, the hardness and strength of bulk aluminum nanocrystalline is 3 ~ 11 times higher than that of coarse aluminum. The material selected for ICFF physics experiment should not only have good cold storage ability in low temperature environment. The results show that the cold storage ability and radiation resistance of aluminum nanocrystalline are higher than that of coarse aluminum. So that aluminum nanocrystalline is expected to become a main material in ICF physical experiment. The study of low temperature resistivity properties of aluminum nanocrystals can not only improve the physical properties of nanocrystalline materials. It is expected to explore the potential application value of aluminum nanocrystals, such as: good radiation resistance, sensitivity and selectivity of aluminum nanocrystalline sensors can adapt to the worse industrial environment; Nano-thickness aluminum nanocrystalline film can save more space, it is expected to be made into micro heater. In this paper, the correlation law of resistivity of aluminum nanocrystalline bulk / film with temperature of 8Kg ~ (300K) is studied. The main research results are as follows: (1) the temperature of Al nanocrystalline bulk / thin film is in the range of 8K ~ (-1) K ~ (30 K). The resistivity of coarse-grained aluminum exhibits T _ 4 law with the change of temperature. Because the average free path of electrons is far larger than the grain size, the grain boundary / surface electron-phonon scattering is formed. Therefore, the low temperature resistivity of aluminum nanocrystalline changes not only T4, but also T3. 2) when the temperature is higher than 120K, the average free path of electrons is smaller than grain size. The grain boundary / surface effect has no effect on the electron transport process. The resistivity of aluminum nanocrystals increases linearly with temperature. Increasing the probability of electron scattering; Moreover, the surface of aluminum nanoparticles is covered with amorphous alumina layer, which reduces the average electron concentration. The residual resistivity of aluminum nanocrystalline bulk is 5.24 脳 10 ~ (-4) 惟 路m), which is 5 ~ 6 orders of magnitude higher than that of coarse grain aluminum (2.01 脳 10 ~ (-10) 惟 路m). With the increase of the thickness of aluminum nanocrystalline films. With the increase of average grain size, the probability of electron and phonon scattering increases and the probability of scattering by grain boundary decreases. The coefficient of T3 term formed by electron-phonon scattering at grain boundary decreases with the increase of thickness. The coefficient of T4 produced by electron-phonon scattering in crystal increases with the increase of thickness, that is, the intensity of electron-phonon scattering in crystal increases with the increase of thickness. The grain boundary electron-phonon scattering intensity gradually weakens. 5) due to surface scattering, grain boundary scattering, intragranular defect scattering and impurity scattering. The residual resistivity of aluminum nanocrystalline film is 2 ~ 3 orders of magnitude higher than that of coarse aluminum. And the residual resistivity decreases with the increase of the film thickness, when the thickness of the film is lower than the electron mean free path and grain size. The main scattering mechanism affecting the residual resistivity of the film is electron-surface scattering. When the thickness of the film is larger than the grain size, the residual resistivity does not change significantly with the thickness. The results show that the electron-surface scattering has a weak effect on the residual resistivity of the films. Because the nanocrystalline aluminum films are closely connected, the films have high density and low content of macroscopical defects such as pores. The residual resistivity of aluminum nanocrystalline films is 8.69 脳 10 ~ (-8) 惟 路m ~ (-1), which is less than 5.24 脳 10 ~ (-4) 惟 路m ~ (-1) of aluminum nanocrystalline bulk.
【學位授予單位】：西南科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O614.31;TB383.1

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本文編號：1409561