面心立方鐵納米粒子熔化與相變行為的分子動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、鐵納米粒子在磁存儲(chǔ)、生物醫(yī)學(xué)、催化劑等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。眾所周知，塊體鐵在自然環(huán)境下呈現(xiàn)為體心立方結(jié)構(gòu)(bcc)，當(dāng)溫度高于1185K時(shí)，塊體鐵會(huì)相轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎浇Y(jié)構(gòu)(fcc)。Bcc結(jié)構(gòu)的鐵納米粒子可以利用熱分解或者電化學(xué)等方法得到。目前已有許多研究者從理論和實(shí)驗(yàn)上開展了bcc結(jié)構(gòu)鐵納米粒子的研究。近年來，實(shí)驗(yàn)上人工合成了具有孿晶結(jié)構(gòu)的fcc鐵納米粒子，但是理論上有關(guān)fcc結(jié)構(gòu)鐵納米粒子的熱穩(wěn)定性的研究還十分少見。因此本文采用分

2、子動(dòng)力學(xué)方法對(duì)fcc鐵納米粒子的性質(zhì)進(jìn)行了計(jì)算模擬，研究了升溫和降溫過程中fcc鐵納米粒子的能量和結(jié)構(gòu)演變，及它們的熔化、凝固、并合等熱力學(xué)行為。
　　 對(duì)fcc鐵納米粒子在常溫(300K)和升溫過程能量特征的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究表明，常溫下fcc結(jié)構(gòu)的鐵納米粒子能穩(wěn)定存在，表面原子的能量要明顯高于粒子內(nèi)部原子的能量。在升溫過程中，鐵納米粒子的fcc相會(huì)相變?yōu)閎cc相，相變的溫度與粒子直徑的倒數(shù)成線性關(guān)系。結(jié)構(gòu)相變導(dǎo)致粒子形狀由球

3、形轉(zhuǎn)變?yōu)闄E球形。相變后直到粒子開始熔化前，不再有其它相變的發(fā)生。熔化開始于粒子表面再向內(nèi)部傳播，完全熔化的溫度與粒子直徑的倒數(shù)成線性關(guān)系。對(duì)完全熔化的鐵納米粒子的降溫模擬表明，納米粒子最終會(huì)凝固成bcc結(jié)構(gòu)。
　　 對(duì)兩個(gè)大小不同的fcc結(jié)構(gòu)的鐵納米粒子的并合過程的分子動(dòng)力學(xué)模擬表明：納米粒子并合體系在接觸區(qū)出現(xiàn)頸部的生長(zhǎng)，隨后頸部原子從無序化變?yōu)橛行蚧?。兩個(gè)納米粒子之間會(huì)發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)使接觸區(qū)原子的晶向趨于一致。并合過程中，原子