《納米合金的形成與相變過程研究》是依託南京大學，由韓民擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：納米合金的形成與相變過程研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：韓民
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
多組元的金屬納米粒子通常稱為納米合金(nanoalloy)。納米合金體現出遠較單組元納米粒子複雜的結構與特性，不僅強烈地依賴於其尺寸，更與其組分及其排布次序密切相關，為詳細地解釋諸如尺寸、結構、組分、溫度和其他控制參數對納米粒子電、光、磁以及化學性質的影響提供了一個極為理想的模型系統，並為納米粒子結構與性質的調控與剪裁提供了極大的自由度，可望在廣泛的產業領域獲得重要的套用。本課題研究在高真空條件下通過在原子氣氛中成核生長或在襯底表面的納米粒子聚合粗化形成兩元或三元納米合金的生長條件與生長機制，探討生長過程對納米合金結構與相組成、相穩定性的關係，納米合金的相轉變機制及其尺寸、組分效應，闡明影響納米合金相組成及相平衡的因素，以及納米合金的光、電性質隨其相組成及相變過程的演變，建立納米合金的可控制備條件。為實現納米合金的可控制備與性質剪裁提供理論依據。
結題摘要
本項目圍繞合金納米粒子的高效可控氣相製備、均勻混溶合金納米粒子及核-殼結構納米粒子的形成及相變特性、合金納米粒子微結構的尺寸相關性、合金納米粒子光學特性隨組分及溫度的演變、合金納米粒子的微結構與結構相變隨合金組分的演變等方面開展了細緻的研究，主要在以下五個方面取得了進展：(1) 自主設計和建立了雙靶磁控電漿氣體聚集團簇束流源，首次在該類團簇源中實現了雙金屬團簇生長或交替沉積。通過對各濺射靶的濺射功率的獨立調節，以及對緩衝氣壓、冷凝距離等參數的控制，實現了納米合金組分和尺寸的精細調控。 (2) 通過氣體聚集過程製備出尺寸為5-10nm的Ag-Cu複合團簇，研究了其中原子均勻混溶的替代型金屬化合物及原子偏析形成的核殼結構兩種穩定相的形成條件，觀察到加熱引起的由均勻混溶到核-殼結構的轉變，以及合金成分對納米粒子尺寸與結構的影響。(3) 採用分子動力學，通過升溫生長—恆溫弛豫—模擬退火過程，模擬計算了多種初始結構的Cu、Ag團簇在不同溫度下的合併與合金化結構，發現在Ag-Cu二元合金體系中，Ag原子總是趨於偏析在納米粒子的表面，隨著Ag、Cu兩種原子的相對比例及納米粒子尺寸的變化，可出現銅核銀殼結構、Ag-Cu-Ag三層結構、Cu小團簇彌散於Ag納米粒子基體三種結構。各種結構Ag-Cu合金納米粒子的熔化均以Ag原子的擴散為主導，核殼結構有著最高的熔點，熱穩定性最好，三層結構團簇的熔點最低；相同尺寸、不同成分比例的納米粒子，Ag-Cu成分比為1:1時熔點最低。 (4) 以磁控電漿氣相聚集法氣相製備Pd系合金納米粒子，在通常為核殼結構的Pd-Ni二元納米合金體系中製備出均勻混溶的立方形PdNi合金納米單晶，重點考察了不同組分的PdNi合金納米粒子的微結構、吸氫動力學與吸氫過程的結構相變特徵，並將其用於構造基於納米粒子點陣量子輸運的氫氣感測器，獲得性能的顯著改善。（5）研究了Ag-Cu合金納米粒子表面等離激元共振性質隨其成分比例和熱處理溫度的變化。在Pd-Ag複合納米粒子點陣中觀察到光致量子電導效應，起源於其中Ag納米粒子的表面等離激元局域場對Pd納米粒子間電子隧穿的增強作用。本項目為合金納米粒子的高效可控精細製備提供了重要方法，為納米合金的結構設計與性能最佳化提供了理論參考。
