納米材料與技術-納米固體材料的微結構

《納米材料與技術-納米固體材料的微結構》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、第七章納米固體材料的微結構微結構=>納米材料的特性主要考慮：①顆粒的尺寸、形態(tài)及其分布，②界面的形態(tài)、原子紐?態(tài)或鍵紐?態(tài)，③顆粒內(nèi)部和界面的缺陷種類、數(shù)雖:及組態(tài)，④顆粒內(nèi)部和界面的化學組分、雜質元素的分布，等等。一、納米固體的結構特點二、納米固體界而的結構模型三、納米固體界面的X光研究四、納米固體界面的電鏡觀察五、納米固體界面的Mdssbauer譜研究六、納米固體界面的內(nèi)耗研究七、納米材料結構小的缺陷一、納米固體的結構特點1.結構組成顆粒組元+界面組元>非晶界面：界面組元的原子排列，比非品態(tài)的顆粒組元內(nèi)的原子排列更混亂，無序程度更高。>微晶界面：原子結構取決

2、于相鄰晶體的相對取向以及邊界的傾角。?若微品粒隨機取向，則所冇的界面將具冇不同的原子結構（原子間距也各不相同），則它們的組合（界面組元）具有連續(xù)分布的原子間距值=>界面組元的微結構既與長程序的晶態(tài)不同，也區(qū)別于短程序的非晶態(tài)！2.結構紐?成的比例d：顆粒組元的平均直徑，設為5nm8:界面的平均厚度（含3-4個原子層），設為InmD：d+8,為顆粒的平均直徑，即為6nm則：界面組元與顆粒組元的體積Z比R=35/d=60%界而原子所山總的體積Z比為：Ci=35/（d+8）=35/D=50%單位體積（lcn?）內(nèi)的界面面積：S（=Cj/8=0.5cm3/1nm=500

3、m2單位體積（lcn?）內(nèi)包含的界面數(shù)（粒子為立方形）：Nf=Sj/D2=500m2/36xW,8m2=1.4xl0,9（個/cm3）二、納米固體界面的結構模型t過剩體積的界面（大比表面積）對納米材料的許多特性產(chǎn)空重要影響，界面的微結構在某種意義I：是影響納米材料性質的最重要的因素。（顆粒內(nèi)部結構無明顯特殊性）&納米材料界血結構現(xiàn)仍處于爭論階段，尚未形成統(tǒng)一的結構模型。1.類氣態(tài)模型（1987年Gleiter提出，1990年以后不再用了）納米微晶界面的結構：界面內(nèi)原子排列既無長程序，乂無短程序，是一種類氣態(tài)的、無序程度很高的結構。2.有序模型許多人認為納米材料的

4、界面原子排列是有序的：>冇人據(jù)HRTEM,認為納米材料的界面結構和粗晶材料的界而結構本質上差別不很大。>有人據(jù)XRD和EXAFS,提出納米結構材料界而原子排列是有序的或是局域有序的。>有人據(jù)HRTEM,觀察納米Pd的界面中彳j李晶、層錯和位錯亞結構（這些缺陷只能在冇序晶體屮出現(xiàn)），認為界而是擴展冇序的。>Lupo的理論計算：300K時納米Si的徑向分布兩數(shù)p：在界面原子間距rad/2時，P與非晶態(tài)相同，界面結構無序。&納米材料的界面冇序是冇條件的，主要決定于界面的原子間距和顆粒人小。3.結構特征分布模型?界面結構

5、并不同樣、單一，而是多種多樣，存在一個結構上的分布，每個界血組成單元都處于無序和冇序的中間狀態(tài)。這是由于界而的數(shù)目龐大（1.4xl（）i9個/cn?）,能量、缺陷、相鄰晶粒間的取向以及雜質偏聚上有差別,等等。&此結構特征分布受制備方法、溫度和壓力等因素的影響很人。退火溫度升高，壓力坍人，都使冇序或擴展冇序的界而的數(shù)雖增加。三、納米固體界面的X光研究1.類氣態(tài)模型的誕生及爭論①1987年,Gleiter小組的XRD實驗和理論計算均衣明：界而組元的衍射強度類似丁具有氣態(tài)結構的Fe樣品的散射；須采用短程無序的界面模塑才能擬合實驗譜。納米微晶界面既非長程有序，也非短程有

6、序。①1992年，美國人的數(shù)據(jù)處理和實驗均表明納米微晶和粗品的衍射背景和差不多n納米界而的原子是趨于有序的排列，而非混亂地運動=>有序結構模型1.有序結構模塑的實驗依據(jù)①納米Pd的氫化行為：a—Pd可完金轉變?yōu)?—PdH*表明納米Pd的界面不是擴展的無序界面（可阻止氫化），而是冇序的（不能隨意改變結構）。②EXAFS研究納米Pd粉體峰<納米晶Pd塊體峰vPd粗晶峰（界面占的比重極?。ń缑姹戎卮螅┕蔈XAFS幅度的降低不是由于界面原子雜亂排列引起的，界面原子可以冇序。2.納米非晶網(wǎng)體界面的RDF研究對納米非晶SisN塊體:①Si-N配位數(shù)小于傳統(tǒng)晶態(tài)和菲晶態(tài)Sb

7、叫中的最近鄰配位數(shù)；②在不同熱處理溫度下，Si-N或Si-Si鍵長兒乎相同（是穩(wěn)定的因此，不能認為界面中鍵長是變化的、原子是混亂排列的。用短程冇序來描述納米非晶Si3N4的界面結構是合理的。不過，界面和顆粒組元的短程結構還是冇偏離的（N/Si原子比例不同）。四、納米固體界面的電鏡觀察1.特點HRTEM可玄接觀察納米微晶、尤其是界而的原子結構，可給出界而結構直觀、牛?動的圖彖。2.結果①納米晶Pd的界面原子排列很有序，和常規(guī)粗晶材料的界面無明顯區(qū)別②納米品Pd的界面基本上是冇序的，稱為擴展的冇序結構③納米晶Pd同一試樣中既有原子有序排列的界面，也有原子混亂排列的無

8、序界面。3?兩點疑問①試