《單晶及孿晶鐵納米粒子的固-固相變與固-液相變研究》是依託廈門大學，由文玉華擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：單晶及孿晶鐵納米粒子的固-固相變與固-液相變研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：文玉華
- 依託單位：廈門大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鐵納米粒子因其超順磁性、高反應性和低廉的價格而在信息存儲、能源化工和生物醫學等領域中具有廣泛套用前景。與其他金屬納米粒子相比，鐵納米粒子具有更為豐富的晶體結構,而且這些不同的結構在一定的條件下可以相互轉變，因而展現出豐富的物理與化學性質。然而，由於相變的動力學過程實驗難以捕獲，有關鐵納米粒子的相變行為和機制目前仍不清楚。本項目擬採用分子動力學方法與第一性原理計算並結合實驗表征，對多面體單晶和孿晶鐵納米粒子在升溫過程中的固-固相變和固-液相變展開系統的研究，以獲得對相變行為與機制的深入理解；在此基礎上，通過研究液態鐵納米粒子在冷卻過程中的凝固行為，進一步探討單晶和孿晶鐵納米粒子形成的原因，重點分析鐵納米粒子中新相的成核和生長機制；期望通過以上互逆過程中的相變動力學對比研究，從原子和電子層次上揭示鐵納米粒子的晶體結構與相變機制的內在關聯，為鐵納米粒子的設計、合成和套用提供科學依據和指導。
結題摘要
鐵納米粒子在催化、存儲和生物醫學等領域具有廣泛的套用前景。本項目採用第一性原理計算，分子動力學模擬以及多種結構最佳化技術，對鐵及其合金納米粒子的結構與性質進行了系統的研究。第一性原理計算用來研究鐵的馬氏體相變的路徑選擇、相變勢壘與磁性轉變；分子動力學模擬用來研究鐵及其合金納米粒子升溫過程中固態相變和固液相變的動力學行為；多種智慧型算法用來對鐵及其合金納米粒子進行結構最佳化與預測。研究結果表明：鐵的馬氏體相變路徑具有不可逆性，其相變路徑與磁性有關；由數十個原子組成的鐵團簇的結構明顯不同於體相，隨著原子數增加，它們的結構展現出一定的生長規律；鐵納米粒子的熔化行為與其表面結構密切相關，低能的表面在較高的溫度下才出現表面預熔；鐵合金納米粒子的固態相變與固液相變的溫度由其合金的形態，分布和組分比例所決定。本項目的研究從原子層次上揭示了鐵及其合金納米粒子的結構與其穩定性之間的內在聯繫，為製備高性能、低成本金屬納米粒子提供了理論指導和參考意義。
