“核殼”式雙金屬納米簇和納米線結構的性能研究.pdf

1、近些年來，金屬納米簇和納米線已經引起了人們廣泛的關注。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。由于其具有獨特的物理、化學性質，被廣泛地應用在化工、能源、機械、電學、光學和磁學等多個領域。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，會出現特定的結構，比如“核殼”式結構。這種特定的結構引起了人們的廣泛關注。因此對金屬納米簇和納米線的研究具有非常重要的理論和實際意義。<

2、br>　　 對雙金屬納米簇和納米線的研究主要集中在實驗和理論計算兩個方面。實驗主要是對雙金屬納米簇和納米線新的合成方法與工藝的研究，還有如何對合成后的納米簇和納米線進行表征，確定其結構性質等方面。但是要獲得其內部的機理情況，還需要進行理論計算研究。目前理論計算主要包括三個方面：量子計算(DFT)、分子動力學模擬(Molecular Dynamics，MD)和蒙特卡羅模擬(Monte Carlo，MC)。DFT方法具有非常高的準確度，但

3、是其最大的缺點就是計算量巨大，消耗時間也非常多，只能用于小的體系。而基于經驗勢能的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方法分別用于產生雙金屬納米簇和納米線的幾何結構以及模擬納米線的拉伸過程。在選定了納米簇和納米線的初始構型以后，通過設定MC模擬方法的多個參數，可以獲得不同溫度、不同組成和不同結構下的雙金屬納米簇和納米線。在獲得了不同化學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程。此外，本文通過自主研發(fā)的原子對分布函數，深入地研究了雙金屬納米簇原子尺度的結構性質。本文獲得的主要結論如下：
　　 1．系統(tǒng)研究了Co—Pt雙金屬納米簇的結構。MC模擬分別獲得了561、561和711個原子的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)現這些納米簇均呈現出“核殼”式的結構。并且隨著Co原子含量的增加，Co原子

5、優(yōu)先占據中心的位置，其次為對角線或鄰近頂點的位置，最后為頂點和棱的位置。
　　 2．基于德拜方程等基本公式，本文自主研發(fā)了的原子對分布函數“APDFBC”程序包(Atomic Pair Distribution Function for BimetallicClusters，APDFBC)。該程序包沒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構因子和原子對分布函數，并且可以進一步獲得原子間距離等結構性質。本文

6、采用該程序包獲得的Co—Pt雙金屬納米簇的結構因子，與實驗獲得的數據相當吻合。此外模擬獲得的原子間距離也與實驗結果一致。
　　 3．前人主要研究單一金屬納米線的拉伸機理，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方法進一步的研究了其拉伸斷裂機理。在300K溫度和1．0％ps—1的拉伸速率下，CU2002Ni1598納米線出現了結構相變的現象，該結構相變是從標準的FCC晶體變化為中間含有一個原子的六圓環(huán)結構。并

7、且發(fā)現納米線的組成和不同的拉伸速率都對Cu—Ni雙金屬納米線的機械性能產生重要的影響。
　　 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)現納米線的表面能可以非常好的解釋這一現象，比如表面能的迅速減小會導致彈性模量的迅速增加。本文的研究也進一步論證了表面效應是納米材料的一