《二維液態薄膜的結構演變及相變特徵》是依託中國礦業大學，由何業增擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：二維液態薄膜的結構演變及相變特徵
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：何業增
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
二維薄膜材料具有獨特的物理化學性質，從而使其在諸多領域呈現出廣闊的套用前景。二維薄膜的生長過程直接影響到材料表面及界面結構，從而進一步影響薄膜材料的電學、磁學、光學以及熱力學性質。本課題致力於研究金屬鍺液態薄膜的結構演變及凝固行為，探索二維熔體的相變機制及動力學特性，揭示二維尺度下的“尺寸效應”和“表面效應”對熔體結構的影響機理；找出二維液態薄膜中有序結構單元在熔體凝固過程中的作用機制及其與最終凝固組織結構及性能之間的內在聯繫，歸納分析得到二維液態薄膜相變的規律性認識；對比二維液態薄膜與三維體系在熔體結構、相變行為、凝固組織結構及性質上的異同點，為二維薄膜材料的製備和套用提供必要的理論依據。
結題摘要
本項目利用分子動力學模擬和實驗方法，深入研究了受限空間內液態薄膜的結構演變及凝固行為，探索低維熔體的結構演化規律及相變機制。主要研究內容有：1、二維受限空間內矽、鍺熔體結構、凝固行為及凝固組織性能研究；2、銅熔體在石墨烯受限空間內的凝固行為以及石墨烯/銅複合結構的性能；3、過渡金屬硫化物在二硫化鉬表面的形核結晶及其在能源存儲中的套用。針對第一部分的研究成果為：矽、鍺熔體在受限空間內出現明顯的分層現象，隨狹縫寬度的增加其層數而增大，但分層現象逐漸減弱；隨著溫度的降低，矽、鍺原子島首先隨機出現在液體中，然後長大到晶粒，隨後矽、鍺熔體在短時間內轉變為多層六邊形薄膜；冷卻速度和狹縫尺寸對矽、鍺的熔體結構和凝固行為都有非常重要的影響。針對第二部分的研究成果為：對石墨烯/銅複合結構的熔化、凝固、拉伸過程進行了分子動力學模擬，探索了石墨烯的層數對於複合結構力學性能的影響。研究結果表明， 凝固過程中銅熔體轉變為具有FCC結構的有序薄膜，並與石墨烯組成三明治結構；相比於純銅，複合結構的楊氏模量、抗拉強度、斷裂強度以及斷裂應變均顯著提升； 改變石墨烯和銅的層數也會對複合結構的拉伸性能產生明顯影響。 在實驗方面，採用真空熱壓燒結法製備了石墨烯增強銅基複合材料，研究結果表明，RGO-0.6vol.%/Cu 試樣的屈服強度和抗拉強度與純銅相比提高了 52%和 60%，石墨烯經過 Ag 納米顆粒修飾後能夠進一步增強複合材料的力學性能；通過對不同燒結溫度和壓力下製備複合材料試樣的緻密度、維氏硬度和導電導熱性能研究發現，在燒結溫度為800 ℃，壓力50 MPa時各種性能均達到最大值，複合材料力學性能在含量為2.4vol.%時達到最優。第三部分研究結果為，利用溶劑熱法製備不同形貌的MoS2，並以此為襯底，研究CoS2、Ni3S4在其表面的形核結晶，製備複合材料，研究結果表明層狀MoS2的作為基礎形貌可有效提高複合材料的反應活點數目與比面積使電荷在複合材料中的轉移速率變快，導電性更好的CoS2和Ni3S4能有效地降低內阻，促進電荷傳輸，提高複合材料的電化學性能充分發揮其組分的協同效應。本課題為二維薄膜材料的製備和套用提供必要的理論依據，對改進傳統材料加工工藝、發展先進的低維材料的製備與加工技術具有重要的科學意義。
