CoPt和FePt微粒有序無序轉變的熱力學和動力學研究

《CoPt和FePt微粒有序無序轉變的熱力學和動力學研究》是依託中南大學，由齊衛宏擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：CoPt和FePt微粒有序無序轉變的熱力學和動力學研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：齊衛宏
• 依託單位：中南大學

項目摘要

CoPt和FePt納米微粒具有L10 有序結構，可作為下一代高密度磁存儲材料，是功能材料研究的熱點。然而，低維固體有序無序相變動力學研究進展緩慢，不同基體對於微粒相變影響機理也不清楚。如果能夠綜合熱力學和動力學理論闡明磁性合金顆粒的有序無序相變機理，則可大大促進該類材料的理解和套用。本項目擬研究CoPt和FePt微粒相變熱力學和動力學。一方面，利用蒙特卡羅模擬和分子動力學模擬方法研究不同成分、不同尺寸CoPt和FePt微粒轉變動力學以及影響轉變的因素；另一方面，利用脈衝雷射沉積法製備出非晶碳基體、非晶氧化鎂基體上不同尺寸有序的CoPt和FePt微粒，研究基體對於微粒有序無序轉變的影響；基於模擬和實驗研究結果，建立起能夠有效預測合金微粒有序無序轉變的熱力學和動力學模型。本項目的完成可望將相變理論拓展到低維體系，並將為CoPt和FePt磁性微粒的設計、製備和套用提供重要幫助。

結題摘要

有序的FePt和CoPt納米微粒可以作為下一代高密度磁存儲材料，該類合金在製備和套用過程中時常會發生有序無序轉變，然而其有序無序轉變的熱力學和動力學機理並不清楚。本項目建立起預測二元納米微粒有序無序轉變的轉變溫度與微粒尺寸、形狀、有序度以及成分的關係式，能定量預測有序化參量，能夠根據理論模型確定實驗上合金有序化的退火溫度。項目組將鍵能模型與Johnson-Mehl-Avrami方程相結合，建立了預測納米合金有序無序轉變中形核、長大等動力學問題的新模型。通過計算與實驗相結合，確認了基體對納米微粒有序化溫度影響的原因是基體改變微粒表面原子的成鍵，而不是基體對微粒產生的壓強或者微粒表面原子的氧化。項目組製備出Marks結構微粒，證實了美國西北大學Marks 教授三十年前的理論預測。項目組通過分子動力學模擬了納米空洞材料的熔化，統一了學術界關於納米空洞熔化的兩種機制。這些研究成果大大加深了人們對納米尺度材料結構與相變的理解，有助於開發具有高穩定性的磁存儲納米材料。 本項目共發表學術論文21篇，其中SCI收錄20篇，其中影響因子大於3的論文8篇。申請國家發明專利1項（已授權）。特別是項目負責人在權威刊物《Accounts of Chemical Research》上發表了“Nanoscopic Thermodynamics”特邀專題報告, 全面綜述了負責人在兩個基金支持下在納米材料熱力學方面的創新性研究成果，提高了我國在納米材料基礎研究領域的影響力。本項目執行期間培養研究生8名，其中博士2名，碩士6名，其中2名碩士的畢業論文獲中南大學優秀碩士畢業論文，2人次獲國家獎學金, 6人次獲得校級獎學金。