纳米晶体的热力学稳定性及结构相变

论文摘要

本论文主要研究纳米晶体材料的热力学稳定性和结构相变,在经典热力学基础上引入尺寸D这个新变量,考虑表面能γ,表面应力f和外压力Pex对总的吉布斯自由能G的贡献,总结并建立了纳米晶体结构相变的热力学模型,表面能与表面应力的定量计算是该模型成立的前提,利用计算机模拟或断键理论模型可以定量的计算表面能,通过一级近似表面应力约等于固液界面应力计算表面应力。此模型可以用来描述尺寸依赖的相变温度,尺寸依赖的相变压力。本论文应用此模型分别讨论了:纳米半导体CdSe和ZnO随尺寸的减小相变压力的变化规律; ZrO2, Al2O3,TiO2,Fe2O3四种氧化物在纳米时的结构稳定性和它们尺寸依赖的相变温度函数;尺寸、维数和各项异性对s-ZnS和w-ZnS相变温度和相变压力的影响;金属Fe的稳定性和结构相变,表面、界面和晶界对纳米Fe的fcc结构在室温的临界尺寸的影响;得到了纳米金刚石和纳米石墨,纳米金刚石和富勒烯之间的相变温度与尺寸的函数,建立了纳米碳尺寸依赖的温度压力相图;实验结果和我们的模型预测结果具有很好的一致性,这也验证了我们模型的正确性。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 纳米材料的尺寸效应
• 1.2.1 纳米材料的定义及分类
• 1.2.2 纳米材料的尺寸效应
• 1.3 纳米热力学及固态结构相变
• 1.3.1 热力学模型
• 1.3.2 表面应力对相变的影响
• 1.4 本论文研究内容及研究意义
• 第二章 纳米结构相变热力学模型
• 2.1 引言
• 2.1.1 纳米热力学—Hill’s 理论
• 2.1.2 纳米固态结构相变热力学研究的现状
• 2.2 建立纳米固态相变的热力学模型
• 2.2.1 表面能与表面应力的区别
• 2.2.2 表面能与表面应力对纳米材料的影响
• 2.2.3 表面应力的计算
• 2.2.4 纳米材料的结构相变模型
• 2.3 小结
• 第三章 压力诱发的CdSe和ZnO纳米晶体的相变
• 3.1 引言
• 3.2 尺寸依赖的相变压力模型的建立
• 3.3 结果与讨论
• 3.4 小结
• 第四章 四种氧化物的热力学稳定性
• 4.1 引言
• 4.2 尺寸依赖的相变温度Tc（D）
• 2相变温度'>4.2.1 尺寸和压力依赖的ZrO₂相变温度
• 2O₃的相变温度'>4.2.2 尺寸依赖的Al₂O₃的相变温度
• 4.3 纳米晶体大块的稳定相与亚稳相之间的临界尺寸
• 2相变顺序的影响'>4.3.1 尺寸对纳米TiO₂相变顺序的影响
• 2O₃相变温度的影响'>4.3.2 尺寸对纳米Fe₂O₃相变温度的影响
• 4.4 小结
• 第五章 尺寸和形状对ZnS相变的影响
• 5.1 引言
• 5.2 尺寸和形状依赖的ZnS相变温度模型
• 5.3 结果与讨论
• 5.4 小结
• 第六章 纳米Fe的热力学稳定性
• 6.1 引言
• 6.2 表面界面与表面应力的作用
• 6.3 晶界负压力的影响
• 6.4 相变的临界尺寸
• 6.4.1 表面能的计算
• 6.4.2 表面应力及相关参数
• 6.5 Fe纳米粒子的临界尺寸
• 6.6 小结
• 第七章 纳米碳的热力学稳定性及纳米相图
• 7.1 引言
• 7.2 纳米碳的尺寸温度相图
• 7.3 尺寸依赖的碳的温度压力相图
• 7.3.1 尺寸依赖的G-D相变
• 7.3.2 尺寸依赖的G-L相变
• 7.3.3 尺寸依赖的D-L相变
• 7.4 本章小结
• 第八章 主要结论
• 参考文献
• 已发表及待发表的论文
• 摘要
• Abstract
• 致谢