粒度對納米體系相變熱力學量影響規律的探討

《粒度對納米體系相變熱力學量影響規律的探討》是依託太原理工大學，由薛永強擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：粒度對納米體系相變熱力學量影響規律的探討
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：薛永強
• 依託單位：太原理工大學

項目摘要

在納米材料的研究、製備和套用過程中均涉及到大量納米相變的熱力學問題，而構成納米材料微粒的粒度決定著納米材料相變的熱力學性質。目前由於缺乏粒度對納米材料相變熱力學量的影響規律，結果嚴重製約著納米科學和技術的研究、發展與套用。因此，本項目將通過嚴密的理論推導並輔以精確的實驗驗證相結合的方法來研究這一影響規律。在理論方面，本項目將研究納米體系（包括各種納米材料）的化學勢及其熱力學表達式，推導納米體系相變的熱力學基本方程和各類納米相變的具體熱力學方程；在實驗方面，通過測定幾個典型納米體系相變的熱力學量，得到粒度對相變熱力學量影響的實驗規律；然後通過理論預測結果與實驗結果的關聯和比較，修正相變模型，初步建立納米體系相變的熱力學理論。本項研究對於豐富和發展物理化學的相變理論具有重要的科學意義，對於解決納米材料領域以及其它相關領域中所涉及到的納米相變問題具有重要的指導作用。

結題摘要

針對目前納米材料在製備、研究和套用過程中所涉及到的相變熱力學問題，本項目從理論和實驗兩個方面展開了系統的研究。在理論方面，定義了納米分散相的表面化學勢，建立了合理的相變模型，根據相平衡準則，推導出納米體系相變的熱力學基本方程以及各類納米相變的具體熱力學方程，得到了納米顆粒的相變溫度和相變熱力學性質分別與納米顆粒粒度和形貌的熱力學關係式，建立了納米體系的相變熱力學理論。在實驗方面，採用不同製備方法和改變製備條件，製備出不同粒度和不同形貌的多種納米顆粒；採用差示掃描量熱法，測定了不同粒度和不同形貌納米銅、納米金和納米銀的熔化熱力學性質以及不同粒度和不同形貌納米鈦酸鉛、納米鈦酸鋇、納米鐵酸銅、納米氧化鐵的晶型轉變熱力學性質，採用克努森隙透法，測定了不同粒度和不同形貌納米硒和納米鉍升華相變的熱力學性質；得到了粒度和形貌對各類相變溫度、相變焓和相變熵的影響規律，這些影響規律與納米相變熱力學理論的對應關係式一致。 理論與實驗研究結果表明，納米顆粒的粒度和形貌對其相變熱力學性質有顯著影響，粒度越小，形貌的影響就越大；對於相同形貌的納米顆粒，粒度減小，相變溫度降低，相變焓和相變熵減小；粒度和形貌對其相變熱力學性質的影響可歸因於相變過程中的兩個界面張力和比表面積的影響；當等效半徑大於10nm時，主要是比表面積的影響，這時，相變溫度、相變焓和相變熵均與其等效粒徑的倒數呈線性關係；對於相同粒度不同形貌的納米顆粒，相變溫度降低以及相變焓和相變熵減小的大小順序為：四面體＞立方體＞八面體＞十二面體＞二十面體＞球形＞線形。 本項目建立的納米體系的相變熱力學豐富和發展了相變熱力學理論，能夠定量地描述粒度和形貌對納米顆粒相變熱力學性質的影響規律，能夠解釋和預測不同粒度和不同形貌納米顆粒的相變行為；這一理論對於解決納米材料領域以及其它領域中所涉及到的相關納米相變問題具有重要的指導作用。