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文檔簡(jiǎn)介
1、近些年來(lái),金屬納米簇和納米線已經(jīng)引起了人們廣泛的關(guān)注。而由兩種不同的金屬組成的雙金屬納米簇和納米線,與單一金屬納米簇和納米線相比,則具有更加優(yōu)良的性能。由于其具有獨(dú)特的物理、化學(xué)性質(zhì),被廣泛地應(yīng)用在化工、能源、機(jī)械、電學(xué)、光學(xué)和磁學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。與單一金屬不同,雙金屬納米簇和納米線受組成和原子排列的影響,會(huì)出現(xiàn)特定的結(jié)構(gòu),比如“核殼”式結(jié)構(gòu)。這種特定的結(jié)構(gòu)引起了人們的廣泛關(guān)注。因此對(duì)金屬納米簇和納米線的研究具有非常重要的理論和實(shí)際意義。<
2、br> 對(duì)雙金屬納米簇和納米線的研究主要集中在實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算兩個(gè)方面。實(shí)驗(yàn)主要是對(duì)雙金屬納米簇和納米線新的合成方法與工藝的研究,還有如何對(duì)合成后的納米簇和納米線進(jìn)行表征,確定其結(jié)構(gòu)性質(zhì)等方面。但是要獲得其內(nèi)部的機(jī)理情況,還需要進(jìn)行理論計(jì)算研究。目前理論計(jì)算主要包括三個(gè)方面:量子計(jì)算(DFT)、分子動(dòng)力學(xué)模擬(Molecular Dynamics,MD)和蒙特卡羅模擬(Monte Carlo,MC)。DFT方法具有非常高的準(zhǔn)確度,但
3、是其最大的缺點(diǎn)就是計(jì)算量巨大,消耗時(shí)間也非常多,只能用于小的體系。而基于經(jīng)驗(yàn)勢(shì)能的MC和MD分子模擬方法可以用于稍大的雙金屬納米簇和納米線體系。
本論文便是采用MC和MD方法分別用于產(chǎn)生雙金屬納米簇和納米線的幾何結(jié)構(gòu)以及模擬納米線的拉伸過(guò)程。在選定了納米簇和納米線的初始構(gòu)型以后,通過(guò)設(shè)定MC模擬方法的多個(gè)參數(shù),可以獲得不同溫度、不同組成和不同結(jié)構(gòu)下的雙金屬納米簇和納米線。在獲得了不同化學(xué)組成的雙金屬納米線以后,本文使用了M
4、D方法模擬納米線的拉伸過(guò)程。此外,本文通過(guò)自主研發(fā)的原子對(duì)分布函數(shù),深入地研究了雙金屬納米簇原子尺度的結(jié)構(gòu)性質(zhì)。本文獲得的主要結(jié)論如下:
1.系統(tǒng)研究了Co—Pt雙金屬納米簇的結(jié)構(gòu)。MC模擬分別獲得了561、561和711個(gè)原子的Macky二十面體(Ico—type)、十面體(Dec—type)和八面體(TOh—type)的Co—Pt雙金屬納米簇,發(fā)現(xiàn)這些納米簇均呈現(xiàn)出“核殼”式的結(jié)構(gòu)。并且隨著Co原子含量的增加,Co原子
5、優(yōu)先占據(jù)中心的位置,其次為對(duì)角線或鄰近頂點(diǎn)的位置,最后為頂點(diǎn)和棱的位置。
2.基于德拜方程等基本公式,本文自主研發(fā)了的原子對(duì)分布函數(shù)“APDFBC”程序包(Atomic Pair Distribution Function for BimetallicClusters,APDFBC)。該程序包沒(méi)有受到周期性邊界條件的約束,可以得到單一金屬和雙金屬納米簇的結(jié)構(gòu)因子和原子對(duì)分布函數(shù),并且可以進(jìn)一步獲得原子間距離等結(jié)構(gòu)性質(zhì)。本文
6、采用該程序包獲得的Co—Pt雙金屬納米簇的結(jié)構(gòu)因子,與實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)相當(dāng)吻合。此外模擬獲得的原子間距離也與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。
3.前人主要研究單一金屬納米線的拉伸機(jī)理,本文在獲得了不同組成的Cu—Ni雙金屬納米線的前提下,使用MD方法進(jìn)一步的研究了其拉伸斷裂機(jī)理。在300K溫度和1.0%ps—1的拉伸速率下,CU2002Ni1598納米線出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)相變的現(xiàn)象,該結(jié)構(gòu)相變是從標(biāo)準(zhǔn)的FCC晶體變化為中間含有一個(gè)原子的六圓環(huán)結(jié)構(gòu)。并
7、且發(fā)現(xiàn)納米線的組成和不同的拉伸速率都對(duì)Cu—Ni雙金屬納米線的機(jī)械性能產(chǎn)生重要的影響。
4.在Cu—Ni雙金屬納米線的兩組分彈性模量圖(Two—componentElastic Modulus Diagram,TEMD)中,發(fā)現(xiàn)Cu—Ni雙金屬納米線的彈性模量受Cu含量的影響顯著。最后研究發(fā)現(xiàn)納米線的表面能可以非常好的解釋這一現(xiàn)象,比如表面能的迅速減小會(huì)導(dǎo)致彈性模量的迅速增加。本文的研究也進(jìn)一步論證了表面效應(yīng)是納米材料的一
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