【摘 要】
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铁（Fe）是地球上储存量最丰富的金属之一。随着尺寸减小到纳米量级,Fe纳米粒子展现出许多优异的性质,在工业生产和日常生活中具有广阔的应用前景。Fe纳米粒子具有还原性,长期暴露在自然环境中会被氧化腐蚀。为防止Fe纳米粒子被氧化腐蚀,常把镍（Ni）加入Fe纳米粒子中形成核-壳结构或随机混合相（固溶相）形式的Fe-Ni纳米粒子。Fe-Ni纳米粒子的性能与它的热力学稳定性密切相关,因此,本论文采用分子动力
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铁（Fe）是地球上储存量最丰富的金属之一。随着尺寸减小到纳米量级,Fe纳米粒子展现出许多优异的性质,在工业生产和日常生活中具有广阔的应用前景。Fe纳米粒子具有还原性,长期暴露在自然环境中会被氧化腐蚀。为防止Fe纳米粒子被氧化腐蚀,常把镍（Ni）加入Fe纳米粒子中形成核-壳结构或随机混合相（固溶相）形式的Fe-Ni纳米粒子。Fe-Ni纳米粒子的性能与它的热力学稳定性密切相关,因此,本论文采用分子动力学模拟对核-壳结构和随机混合相的Fe-Ni纳米粒子在升温过程中的热力学稳定性进行了较为系统的研究。在对初始构型为核-壳结构的Fe-Ni（Fe@Ni）纳米粒子的加热过程中发现:bcc结构的Fe核发生了从bcc到fcc的固-固结构相变,相变路径不是Bain路径,而是近似于Nishiyama-Wassermann路径,相变温度随着Ni层厚度的增加而升高,单质Fe和Ni纳米粒子中未被观察到固-固结构相变。在Fe@Ni纳米粒子熔化之前,它的表面和核-壳界面处都出现了预熔现象,随着温度升高,熔化区域逐步扩大,直至整体熔化。对不同尺寸的Fe@Ni纳米粒子的加热过程研究发现,当Fe@Ni纳米粒子半径小于3.6 nm时,它的熔点随粒子半径的增大显著升高;当Fe@Ni纳米粒子的半径大于3.6 nm时,只有粒子半径的尺寸大幅增加,Fe@Ni纳米粒子的熔点才能明显的提高。对初始结构分别为bcc和fcc结构、不同组分比例的Fe-Ni混合相纳米粒子的加热过程模拟发现温度在10 K至1350 K的范围内:当Ni含量低于40%时,bcc结构的Fe-Ni混合相纳米粒子更稳定;当Ni含量在40%至60%范围内时,Fe-Ni混合相纳米粒子中会出现局部bcc结构和局部fcc结构共存现象;当Ni含量高于60%时,fcc结构的Fe-Ni混合相纳米粒子更加稳定。Fe-Ni混合相纳米粒子的熔点和熔化后的平均原子势能与Ni的占比有关,与初始结构是fcc结构还是bcc结构无关。
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