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合金纳米颗粒的结构和热力学特征

作　者: 魏岚
导　师: 孙得彦
学　校: 华东师范大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 合金团簇结构热力学特征熔点分子动力学模拟
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 28次
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内容摘要

尽管合金团簇受到了很多学者的关注,但是,多数研究集中在较小尺度范围,特别是对其熔化行为还了解甚少。本论文通过分子动力学模拟,研究了Al-Ga合金团簇的结构与熔化行为,分析了Al-Ga合金团簇结构和熔化随原子浓度的变化,以期找到不同成分的团簇在结构上的变化关系,它们在热力学性质上的共性,以及熔化行为上的不同。我们发现,由于Al原子与Ga原子的原子尺寸相差较大,并且Ga原子的表面能比Al原子的表面能小很多,因此Al-Ga合金团簇的稳定结构是以Ga原子为壳层的core-shell结构。同时,合金团簇内部的具体结构又与团簇中的原子密度有密切关系。当团簇中的Ga原子含量较少时,Al-Ga合金团簇更倾向于核层为纯Al原子。随着合金团簇中Ga原子含量的增加,团簇的壳层也逐渐从半包裹转变为全包裹,而核层中Ga原子的浓度也逐渐增加。当团簇中Ga原子的浓度不变而改变Al原子的数目时,我们能找到一个Al原子数目的临界尺寸。当Al原子的数目小于这个尺寸,团簇的核层为纯Al,而当Al原子数目大于这个尺寸时,团簇的核层为Al-Ga合金。同时,我们还发现,Al-Ga合金团簇的结构对其熔化行为也有一定的影响。Al-Ga合金团簇的熔化首先是从表面开始的。由于Al-Ga合金团簇具有特殊的core-shell结构,并且壳层全部是Ga原子,因此,表面熔化的实质就是壳层Ga原子的熔化。表面熔化温度一般随着合金团簇中Ga原子浓度的增加而增加。由于Ga原子的熔点较低,Al-Ga合金团簇的完全熔化与表面熔化之间有一定的温度差。若Al-Ga合金团簇的核层是Al原子,那么它们的完全熔化温度几乎相同。若核层是Al-Ga合金,那么它们的完全熔化温度会降低。当Al-Ga合金团簇完全熔化后,液态合金团簇的结构与其在零温时的结构相相似。具有纯Al核层的Al-Ga合金团簇,在完全熔化后,核层仍能保持纯A1的核。

全文目录

论文摘要  6-7
Abstract  7-10
第一章绪论  10-16
  1.1 引言  10-11
  1.2 合金团簇的研究背景  11-15
    1.2.1 合金团簇的结构  12-14
    1.2.2 合金团簇的熔化行为  14-15
  1.3 本课题的主要内容及研究意义  15-16
第二章分子动力学方法  16-25
  2.1 理论基础  16
  2.2 分子动力学的实现  16-20
    2.2.1 运动方程的数值积分  17-20
    2.2.2 热力学量的计算  20
  2.3 分子动力学中的系综  20-22
    2.3.1 系综的基本概念  20
    2.3.2 系综的分类  20-22
  2.4 分子动力学方法常用的技术  22
    2.4.1 周期性边界条件  22
    2.4.2 优化算法  22
  2.5 原子间相互作用势  22-25
    2.5.1 常用的原子势  23-25
第三章 Al-Ga合金团簇的结构  25-43
  3.1 引言  25-26
  3.2 动力学模拟细节  26-30
    3.2.1 二元合金势的选取  26-27
    3.2.2 合金团簇的尺寸  27-29
    3.2.3 模拟计算细节  29-30
  3.3 Al-Ga合金团簇的结构特征  30-42
    3.3.1 四种团簇结构  30-37
    3.3.2 Al-Ga合金团簇的结构相图  37-40
    3.3.3 Al-Ga合金团簇结构比较  40-42
  3.4 小结  42-43
第四章 Al-Ga纳米合金的熔化与固化  43-62
  4.1 动力学模拟细节  43-45
    4.1.1 二元合金势及团簇大小的选取  43-44
    4.1.2 模拟计算细节  44-45
  4.2 熔化与固化特征  45-61
    4.2.1 两种熔化类型  45-53
    4.2.2 熔化与固化  53-54
    4.2.3 熔点的确定  54-55
    4.2.4 各体系的熔点  55-58
    4.2.5 液态合金团簇的结构  58-61
  4.3 小结  61-62
第五章总结  62-63
参考文献  63-66
致谢  66

合金纳米颗粒的结构和热力学特征

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