【摘 要】
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随着科学与技术的迅猛发展,纳米材料以其优越的物理化学性能受到了人们密切的关注,其在航空航天和微电子制造等诸多领域都有广泛的应用。不同于宏观尺度的材料,纳米材料的比表面积极大,导致其具有奇异的物理化学性质。从热力学和动力学两个方面特别是从温度特性上探讨这个问题,对于纳米成核机制的理解和材料性能的提高有深远的意义。同时,通过微观结构和材料性质之间关系的研究,有助于材料热力学行为的多尺度和跨尺度研究。本
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随着科学与技术的迅猛发展,纳米材料以其优越的物理化学性能受到了人们密切的关注,其在航空航天和微电子制造等诸多领域都有广泛的应用。不同于宏观尺度的材料,纳米材料的比表面积极大,导致其具有奇异的物理化学性质。从热力学和动力学两个方面特别是从温度特性上探讨这个问题,对于纳米成核机制的理解和材料性能的提高有深远的意义。同时,通过微观结构和材料性质之间关系的研究,有助于材料热力学行为的多尺度和跨尺度研究。本文以Cu/Au纳米颗粒为主要研究对象,利用分子动力学方法研究其合金化行为,通过对弛豫稳定的“双球模型”结构施以一定的升温速率,分析了其纳米烧结过程中的各种热力学参数和物理特性的变化趋势,探究了材料相变过程和组织形貌变化,揭示了纳米材料合金化过程的微观相变机理和原子扩散机理。首先,分析了单质Cu的纳米烧结过程,比较了单晶/多晶Cu烧结过程当中各种物理特性的异同点,发现多晶Cu烧结体系中的熔化温度和开始烧结温度均明显小于单晶Cu烧结体系。然后,探析了Cu/Au的纳米烧结合金化过程,研究了整个体系RDF曲线随温度变化的趋势,还有收缩率和烧结颈部尺寸随温度变化的趋势。着重探讨了三种不同体系(单质Cu、单质Au、Cu/Au合金)的开始烧结温度及其背后的微观机理。同时,发现了由于纳米金和纳米铜熔点的差异所导致的金包裹铜的现象和纳米合金化有利于合金粒子相互扩散的机理。最后,发现了Cu/Au纳米烧结的开始烧结温度随着升温速率的降低而减小的规律。
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