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基本信息
- 項目名稱：
- 不同降溫速率對貴金屬納米團(tuán)簇熔凝點(diǎn)及其相關(guān)性質(zhì)的影響
- 小類：
- 數(shù)理
- 簡介：
- 通過對貴金屬納米團(tuán)簇（Au,Ag,Cu,Pt）熱力學(xué)性質(zhì)的動力學(xué)模擬研究,由得出的數(shù)據(jù)作出的勢能溫度曲線，熱容曲線以及相應(yīng)團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)圖，并對圖像觀察、分析，討論，對相應(yīng)團(tuán)簇的熔凝點(diǎn)，結(jié)構(gòu)隨速率的變化情況等進(jìn)行分析。結(jié)合已有的理論結(jié)果撰寫本論文。
- 詳細(xì)介紹：
- 本項目的預(yù)期研究目標(biāo)是： 通過計算機(jī)模擬，從理論上弄清貴金屬納米團(tuán)簇在熔點(diǎn)附近出現(xiàn)的熔點(diǎn)隨尺寸出現(xiàn)的不規(guī)則變化、負(fù)熱容以及熔凝點(diǎn)反而比塊體材料高等大尺寸（2000——4000個原子）效應(yīng)的微觀機(jī)制、與尺寸的依賴關(guān)系及其產(chǎn)生的條件等, 基本弄清這些效應(yīng)是否具有普遍性, 為實驗制備出具有新的特殊熱力學(xué)性質(zhì)的金屬納米材料提供可靠的理論依據(jù)和指導(dǎo)。 本項目擬進(jìn)行的主要研究內(nèi)容有： (1) 通過模擬確定出Aun、Agn、Cun和Ptn（2000≦n≦4000）貴金屬團(tuán)簇熔點(diǎn)隨尺寸(原子數(shù))出現(xiàn)不規(guī)則變化的情況,并與已知的實驗結(jié)果比較, 以掌握模擬的可靠性和準(zhǔn)確性；確定出團(tuán)簇結(jié)構(gòu)隨原子數(shù)的變化及其與熔凝點(diǎn)的關(guān)系，找出熔凝點(diǎn)出現(xiàn)不規(guī)則變化的團(tuán)簇的最大尺寸(原子數(shù))。 (2) 模擬探索Aun、Agn、Cun和Ptn團(tuán)簇可能出現(xiàn)的其它新穎尺寸效應(yīng)。 (3) 模擬研究Aun、Agn、Cun和Ptn團(tuán)簇在熔點(diǎn)附近的結(jié)構(gòu)重組與團(tuán)簇尺寸及其熔凝點(diǎn)反常升高的關(guān)系, 探索通過改變較大尺寸的Aun、Agn、Cun和Ptn團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)從而使其熔點(diǎn)高于Au、Ag、 Cu和Pt晶體材料的熔點(diǎn)的可能性。 本項目擬解決的關(guān)鍵問題是： (1) 為所研究的三類不同的金屬納米團(tuán)簇各找到一個能完成本項目研究內(nèi)容的合理可靠的原子間的相互作用模型勢； (2) 找到一個高效的確定團(tuán)簇出現(xiàn)新穎尺寸效應(yīng)的臨界尺寸（原子數(shù)）的方法，提高模擬計算的效率；建立一個合理的在熔點(diǎn)附近的升降溫方案，以確保能模擬出團(tuán)簇可能存在的主要的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 通過對貴金屬納米團(tuán)簇（Au,Ag,Cu,Pt）熱力學(xué)性質(zhì)的動力學(xué)模擬研究,由得出的數(shù)據(jù)作出的勢能溫度曲線，熱容曲線以及相應(yīng)團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)圖，并對圖像觀察、分析，討論，結(jié)合已有的理論結(jié)果撰寫本論文。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 在不同金屬納米團(tuán)簇上發(fā)現(xiàn)新的尺寸效應(yīng)，和以前的研究聯(lián)系起來,作為一個整體進(jìn)行系統(tǒng)研究,更有利于全面正確認(rèn)識這些新穎尺寸效應(yīng)產(chǎn)生的微觀機(jī)制; 模擬過程中采用能量控制溫度的方法，使得模擬的結(jié)果更加接近真實，得到的結(jié)果更加的準(zhǔn)確，這是本文的一個新思路。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 從理論上弄清貴金屬納米團(tuán)簇在熔，凝點(diǎn)附近出現(xiàn)的勢能隨溫度的不規(guī)則變化原因、產(chǎn)生負(fù)熱容的微觀機(jī)制、不同降溫速率下團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的變化方式，基本弄清這些效應(yīng)是否具有普遍性,為實驗制備出具有新的特殊熱力學(xué)性質(zhì)的金屬納米材料提供可靠的理論依據(jù)和指導(dǎo)。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 采用分子動力學(xué)方法和原子嵌入模型勢模擬了AuN、AgN、CuN、PtN(N=2340，2448，2616，2760，2916)的熔化和凝固過程，研究各原子納米團(tuán)簇熔凝點(diǎn)與其團(tuán)簇尺寸的關(guān)系。模擬結(jié)果表明具有較多原子數(shù)的團(tuán)簇的熔點(diǎn)隨團(tuán)簇尺寸增大而升高，并逐漸向大塊晶體靠攏。四種金屬納米團(tuán)簇在熔化過程中在熔點(diǎn)附近均出現(xiàn)負(fù)熱容現(xiàn)象。通過對團(tuán)簇熔化前后結(jié)構(gòu)的比較研究，分析了這種現(xiàn)象產(chǎn)生機(jī)制。
獲獎情況
- 無
鑒定結(jié)果
- 真實。
參考文獻(xiàn)
- [1] 張妍寧，王麗，邊秀房.中介尺度Au納米團(tuán)簇熔化的分子動力學(xué)模擬[J].物理與化學(xué)學(xué)報，2003.19（1）：35-39. [2]楊全文、朱如曾、文玉華. 納米銅團(tuán)簇凝結(jié)規(guī)律的分子動力學(xué)研究[J].物理學(xué)報.2005.53(09):4245-4250. [3]毛華平、王紅艷、倪羽、徐國亮、馬美仲、朱正和、唐永建.Aun(n=2-9)團(tuán)簇的幾何結(jié)構(gòu)和電子特性[J].物理學(xué)報.2004.53(06):1766-1770. [4]丁長庚、楊金龍、李群祥. 釩團(tuán)簇的幾何和電子結(jié)構(gòu)—從分子到體相性質(zhì)的演化[J].物理學(xué)報.2001.50(10):1907-1912. [5]羅成林、周延懷、張益.鎳原子團(tuán)簇幾何結(jié)構(gòu)的緊束縛方法模擬[J].物理學(xué)報. 2000.49(01)：54-55. [6]張文獻(xiàn)、劉磊、李郁芬.鈹小團(tuán)簇能量、結(jié)構(gòu)及其拓?fù)湫再|(zhì)[J]. 物理學(xué)報.1999.48(04):642-648. [7]邊秀房，王偉民.金屬熔體結(jié)構(gòu)[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2003. [8]Pawlow P.Uber die Abhangigkeit Schmelzpinktes von der Oberflaaeines Festen Korpers[J].Z. Phys. Chem ,1909,65:1-35.
同類課題研究水平概述
- 納米材料科學(xué)是當(dāng)今世界科學(xué)技術(shù)的前沿和研究熱點(diǎn)，納米材料如量子點(diǎn)/線、納米團(tuán)簇和納米管等具有奇異的物理和化學(xué)性質(zhì)，它們在信息的記錄、處理、顯示和傳輸有重要的應(yīng)用前景。這些材料在信息技術(shù)的發(fā)展中真正有所作為并走向應(yīng)用的重要途徑之一是能嚴(yán)格控制其大小/形狀及其均勻性，并能把它們組裝成排列有序的周期性結(jié)構(gòu)。我們著眼于不同降溫速率對貴金屬納米團(tuán)簇的熔凝點(diǎn)及其相關(guān)性質(zhì)的影響，更深一步研究納米材料的性質(zhì)。 近年來 ，采用分子動力學(xué)方法對金屬納米團(tuán)簇?zé)崃W(xué)性質(zhì)的模擬研究，已經(jīng)取得了許多重要的進(jìn)展．他們采用EAM 勢、FS勢、TB勢等模型勢 ，從不同的側(cè)面對金屬納米團(tuán)簇?zé)崃W(xué)性質(zhì)模擬研究，其結(jié)果有很多是互補(bǔ)的． 前面已經(jīng)有人研究了不同降溫速率以及原子尺寸對貴金屬納米團(tuán)簇結(jié)構(gòu)等性質(zhì)的影響進(jìn)行了研究，得出了： 1、在較慢降溫速率下容易得到Ih結(jié)構(gòu)，而在較快降溫速率下易獲得fcc結(jié)構(gòu)；并且團(tuán)簇原子數(shù)越少，容易得到生成二十面體結(jié)構(gòu)，反之則得到面心立方結(jié)構(gòu)。 2、貴金屬納米團(tuán)簇普遍具有負(fù)熱容性。 3、對于小尺寸的納米團(tuán)簇熔點(diǎn)隨尺寸非單調(diào)變化。 4、一些原子（例如：Cu、Ag、Pt）納米團(tuán)簇熔點(diǎn)隨尺寸呈非單調(diào)變化。 5、凝固點(diǎn)相對于熔點(diǎn)的滯后現(xiàn)象等。 6、團(tuán)簇原子從有序到無序較容易，而從無序到有序較困難。 從前人所模擬的團(tuán)簇來看，團(tuán)簇的最大尺寸為N=2340，如金屬鉑，其熔點(diǎn)為1614.5K，但還遠(yuǎn)小于塊狀晶體的熔點(diǎn)；所模擬的納米團(tuán)簇的熔點(diǎn)呈現(xiàn)非線性的變化，這還不能說明N>2340的團(tuán)簇的熔點(diǎn)也呈現(xiàn)非線性變化，還不能說明N>2340的團(tuán)簇是否具有負(fù)熱容現(xiàn)象，也不能說明降溫速率對納米團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的影響是否具有同樣的規(guī)律。因此有必要進(jìn)行N>2340的團(tuán)簇的模擬研究。 另外在對團(tuán)簇升溫及降溫過程中發(fā)現(xiàn)，其余原子數(shù)的團(tuán)簇熔點(diǎn)隨原子數(shù)的增加而增大，但是發(fā)現(xiàn) 熔點(diǎn)高于 ，原子數(shù)為2112的Pt納米團(tuán)簇的熔點(diǎn)也高于原子數(shù)為2208的Pt。同時發(fā)現(xiàn)原子數(shù)為1956、2112和2208的Pt納米團(tuán)簇的凝固點(diǎn)相對于熔點(diǎn)出現(xiàn)了滯后現(xiàn)象，而原子數(shù)為2340的Pt納米團(tuán)簇的凝固點(diǎn)高于其熔點(diǎn)。
