纳米材料的变形机制(简)解析
梯度纳米孪晶Cu的力学性能和变形机制
梯度纳米孪晶Cu在冲击韧性测试中表现优异，其冲击功比传统粗晶Cu 高出约20%。
03
结论
梯度纳米孪晶结构在提高Cu的韧性的同时，对其在冲击载荷下的抗断
裂能力也有所增强。
强度测试
1 2
实验方法
采用拉伸试验机进行强度测试，设定试样尺寸为 1mm×10mm×20mm，以0.5mm/min的速率 进行拉伸，记录屈服强度和抗拉强度。
研究不足与展望
目前对梯度纳米孪晶Cu的力学性能和 变形机制的研究仍停留在实验阶段，缺 乏分子动力学模拟和第一性原理计算等
理论研究的支持。
对于梯度纳米孪晶Cu的制备工艺、微 观结构和力学性能之间的相互影响关系
仍需进一步深入研究。
未来可以探索梯度纳米孪晶Cu在不同 温度、应变速率和应力状态下的力学性 能和变形机制，为实际工程应用提供更
弹性变形
在较低应变下，梯度纳米孪晶Cu 表现出弹性变形行为，其弹性模 量取决于孪晶界的分布和相互作 用。
孪晶演化
初始孪晶
在梯度纳米孪晶Cu中，初始孪晶主 要通过堆垛层错和肖克莱不全位错的 形成而产生。
孪晶扩展
在应变作用下，孪晶扩展主要通过肖 克莱不全位错的连续运动来实现，同 时伴随着孪晶界的迁移。
梯度纳米孪晶Cu的力 学性能和变形机制
汇报人： 2023-11-20
目 录
• 引言 • 梯度纳米孪晶Cu的制备与表征 • 力学性能测试与分析 • 变形机制研究 • 力学性能与变形机制的关系 • 研究结论与展望 • 参考文献
01
引言
研究背景和意义
梯度纳米材料是一种具有梯度结 构的论
梯度纳米孪晶Cu具有优异的力学性能，包括高强度、高韧性和良好的抗疲劳性能。
纳米材料的形貌调控与其性能关系研究
纳米材料的形貌调控与其性能关系研究随着纳米科技的快速发展，纳米材料越来越成为各个领域研究的热点之一。
纳米材料的独特性能对于提升现有技术和开发新技术有着巨大的潜力。
然而，由于纳米材料的尺寸效应和表面效应，其性能与其形貌之间存在着密切的关系。
因此，纳米材料的形貌调控对于实现其优良性能具有重要意义。
形貌调控是指通过合适的方法和手段改变纳米材料的形状和结构，从而对其性能进行调控的过程。
在过去的研究中，人们已经取得了一系列关于纳米材料形貌调控的重要进展。
针对不同材料的形貌调控研究主要包含两个层面：一是从宏观上改变纳米材料的整体形状，例如球形、棒状、片状等；二是在微观尺度上调控纳米材料的晶体结构和表面形貌。
在纳米材料的宏观形状调控方面，人们常用的方法包括模板法、界面共沉积法等。
这些方法能够通过调控外部条件，限制纳米材料的生长方向，从而实现对其形状的控制。
例如，使用正交胆碱为模板可以制备出球形纳米颗粒；利用硝基甲烷作为氧化剂可以合成出管状纳米线。
通过不同组合和改变外部条件的方式，研究人员已经成功获得了各种形态的纳米材料。
这些不同形状的纳米材料在光学、电学、磁学等方面都呈现出独特的性能，拓宽了纳米材料应用的范围。
而在纳米材料的微观结构和表面形貌调控方面，研究人员主要采用了溶液法、气相法和高压合成法等。
这些方法可以通过调控原料成分、反应时间和反应条件等参数，实现对纳米材料晶体结构和表面形貌的调控。
例如，通过控制锌离子、镁离子和氢氧根离子等的浓度和反应温度，可以调控氧化锌纳米颗粒的晶相和形貌。
此外，通过在生长过程中加入选择性添加剂，可以实现对氧化铜纳米线的形貌调控，例如变化其大小、密度和形状。
这些微观结构和表面形貌的调控对纳米材料的光学、电学、催化等性能有着重要影响，对于实现其优良性能具有重要意义。
纳米材料的形貌调控不仅对于基础研究有着重要作用，也对于应用开发具有重要意义。
不同形貌的纳米材料具有不同的性能和应用潜力。
纳米材料的变形机制(简)
除发生大晶粒破碎外, TEM 的观察结果还表 明, α-Ti、Co 和Mg 合金等材料在SMAT 中均 出现了晶界结构完整, “洁净”、无应变等轴状纳米 晶, 我们认为这是发生了动态再结晶的结果, 如图 3(a)、(b)所示(图3 中箭头所指为再结晶晶粒).
Froeth A 等对纳米晶Al的研究表明, 在孪晶和位错、位错和晶界 等的相互作用下形成了层错( stacking fault) 。同时, 用分子动力 学模拟展现了位错- 位错和位错- 孪晶反应导致复杂的孪晶网络 的形成, 以及孪晶间界通过梯状位错连接的结构。
2000 年, 中国科学院金属所卢柯研究小组在实验中发现, 将晶粒 为纳米尺度的铜在室温下反复冷轧, 延伸率达到了5100% 以上, 没有出现硬化现象。这一发现表明, 金属纳米晶体与普通金属材 料有完全不同的性能。卢及其合作者对纳米晶和传统粗晶进行 对比, 得出在Cu 纳米金属变形的过程中存在晶界滑移的结论。
晶粒尺寸越小晶界在晶体中所占份数就越大。例如纳米晶金属材料,当晶粒尺寸在 5 nm时,晶界占晶体体积的50%左右,单位晶体体积中晶界数目可达1019个/ cm3。
但是, 纳米材料的缺陷种类、缺陷行为和组态、缺陷运动规律是否与常规 晶态的一样? 对于常规晶体建立起来的缺陷理论对描述纳米材料是否还适 用? 纳米材料中是否存在常规晶体中从未观察到的新缺陷? 哪一种缺陷对 材料的力学性质起主导作用? 诸多此类问题至今尚未得出明确结论, 是亟 待进行理论研究与实验探索的重要课题。
纳米材料的变形机制(简)解析
堆垛层错四面体(stacking fault tetrahedra , SFT)与SFT 墙
Frenkel 位错圈,属于空位型位错圈
孔洞
单空位缺陷模型石墨纳米带的超原胞优化结构图������
双空位缺陷模型扶手椅型石墨纳米带的超原胞优化结构
研究纳米结构金属的空位形成能计算方法, 通 过引入形状因子, 并考虑晶粒尺寸效应, 计算了 面心立方( fcc) 、体心立方( bcc) 和密排六方 ( hcp) 结构纳米金属的空位形成能. 结果表明, 纳米结构金属的空位形成能随着晶 粒尺寸的减小而下降; 晶粒尺寸不变时, 空位形 成能随着晶粒形状因子的增大呈线性下降趋势.
������ Yamakov等人则证明了当晶粒小于一定尺寸时, 仅有部分位错能够在晶界上形成。这些位错能滑移通 过整个晶粒并产生堆垛层错, 直到它们并入对面的晶 界, 而堆垛层错则作为面缺陷保留在晶粒中。当晶粒 内部被一定数量的堆垛层错横切时, 就不会发生更多 的位错增殖。因此, 纳米晶体状态下晶界能促进滑移, 也可以作为延伸到整个晶粒的位错发射源和接受器, 使晶内留下一个堆垛层错。
此外, Manna 等人的研究结果表明, 在金属Zr和Ti 的高能 球磨过程中, 除晶粒发生细化形成纳米晶外, 还分别发生 hcp→fcc 同素异构转变.
对球磨粉末的差示扫描量热(DSC)测量进一步表明, 晶格 位错弹性能占储存焓的比例很小, 大部分储存焓来自于晶 界焓的释放. 为此有学者认为, 随着晶粒尺寸的减小, 晶界的体积分数 不断增加, 其塑性变形机制也由晶内的位错运动逐渐向晶 界处转变, 包括杂质堆积、晶界滑动以及晶界软化等机制. 目前对于晶界处的塑性变形机制尚不十分清楚.
研究也证明, 在纳米金属晶体的高速塑性变形中有一定数量的空位或者 空位团, 而没有位错运动的迹象。 传统粗晶材料的塑性变形是由起源于晶粒的位错引起的, 变形导致残余 位错积累。研究电积纳米镍变形过程中的x 衍射峰宽的变化,发现在变 形后卸载时衍射峰宽变化是可逆的, 但是变形的过程中没有建立残余位 错网络, 从而预示变形过程并未造成残余位错堆积以及加工硬化过程。
纳米钢材的韧性及其增强机理研究
纳米钢材的韧性及其增强机理研究纳米材料是指在纳米级别下制备或处理得到的材料，其特点是具有高比表面积、高表面能和特殊的物理、化学和力学性质。
纳米材料因具有独特的性能而吸引了广泛的研究兴趣。
纳米钢材作为一种新型的材料，在很多领域都具有广泛的应用前景。
其优越的韧性表现引起了人们的极大兴趣，然而其韧性增强机理却仍需要进一步研究。
为什么纳米钢材具有优越的韧性？传统的微米级晶粒结构材料的强度和韧性是有限的，因为当微米级晶粒达到一定尺寸时，其晶界数量迅速增加，晶界成为限制材料性能的主要因素。
晶界位错和其他晶界缺陷是造成材料韧性降低的主要原因。
而纳米钢材的晶粒尺寸只有几十到几百纳米，晶界数目大大减少，因此具有超强的韧性。
此外，因其表面积大，表面能量大，故氧化、氢脆都比普通钢严重，需特别注意。
纳米钢材的韧性增强机理纳米钢材因为材料本身特殊的纳米结构，使得其具有独特的力学性能，在研究过程中，人们提出了一系列的韧性增强机理，主要包括以下三个方面：1. 晶界滑移抵抗机制纳米晶在变形过程中，由于界面效应导致晶界处的原子占位发生变化，使晶界增加其滑移抵抗。
晶界处原子的重新排列和强化，显著提高纳米材料的强度和韧性，从而有效地增强了纳米钢材的韧性。
2. 变形诱导纤维剪切机制当材料受到外力作用时，其累积变形能将沿着疏松和薄弱的纤维层产生剪切失稳现象并发生塑性损伤，同时变形诱导纤维剪切机制也能够有效地增加纳米钢材的韧性，因为其具有晶体的面外滑移，能够增强材料的变形。
3. 奇异变形机制在纳米材料的变形过程中，会出现一些奇异现象，如超高效变形、超塑性和超塑性突变等。
这些奇异现象是由纳米材料的局部钢化和顺应量增加导致的。
局部钢化可以使局部产生更强的剪切应力，同时顺应量增加会使整体材料更容易变形，从而有效地增加纳米钢材的韧性。
总结纳米钢材因其固有的纳米级结构，具有重要的应用前景和极高的研究价值。
目前，人们对其韧性增强机理的研究仍在不断深入，同时人们越来越注重研究纳米材料的制备工艺，以满足实际应用的需要。
纳米陶瓷材料的断裂机制及其高温变形机理
用长矛来形容无极断口表面的河流花样
随着裂纹的扩展，台阶的高度也在增大。交叠的裂纹形成了连接于 裂纹之间的细丝和细条。由于弯曲，细丝渐渐断裂，在两个断口表 面上都留下了一部分，这就是长矛外观的由来。
用长矛来形容无极断口表面的河流花样
河体图 流材中 花料显 样断示 台口的 阶表是 面脆 上性 的非 单晶 个固 随着台阶高度的增加，细丝也变得愈来愈明显，其横截面也越来越大。精细的河流花样就产生精细的细丝， 粗糙的河流花样就产生粗糙的细丝。从上图中可以看到这些细丝在尺寸上由小变大的过程。这与河流花样 彼此合并有关的裂纹演化要复杂的多。可以用试验的方法从断口表面的条痕来确定。
陶瓷材料断裂力学
断裂韧性
断裂韧性KIC:是材料所承受的外加应力场强度的极限值（θmax）。 USA standard，ASTME-24：断裂韧性是平面应变条件 下裂纹导致的扩展阻力。
材料的断裂机制
Griffith 和Inglis
能量平衡理论 应力集中理论
Inglis的应力集中理论指出：在陶瓷材料中裂纹（材料的缺陷）是 引起断裂的主要祸根。 表面裂纹（表面压痕） 而陶瓷材料中的裂纹分为两大类： 内部裂纹 其中内部裂纹是引起断裂的主要因素。
与材料性质有关的因素 成分 晶体结构 显微结构 气孔尺寸、晶体尺寸、相的几何分布、 表面状态、内应力、相的稳定性……. 试样表面及内部缺陷的几何性质与力学 性质 与外界作用有关的因素 温度、气氛、湿度 加载速率 承载时间 承载方式：持续承载、交变载荷….. 应力状态 试样的几何形状
显微结构对断裂表面能的影响
1.热力学自由便面能：相当于材料内部新生单位面积原子吸收的能量 2.塑性变形：塑性功率在提高陶瓷材料断裂表面能方面作用有限 3.气孔：气孔率的增大将导致断裂面面积下降 4.内应力和微裂纹 5.相变：相变将在材料内部引起显著的残余应力。如果材料中存在亚稳相，当 裂纹穿过亚稳相是会提高材料的断裂表面能。 6.晶粒尺寸
纳米材料的力学行为与变形机制研究
纳米材料的力学行为与变形机制研究纳米材料因其尺寸小、表面积大以及独特的力学行为而受到广泛关注。
研究纳米材料的力学行为和变形机制对于深入理解其性能和应用具有重要意义。
本文将从纳米材料力学行为和变形机制两个方面进行探讨。
一、纳米材料的力学行为纳米材料通常具有优异的力学性能，如高强度、高韧性和高硬度。
这主要归因于尺寸效应和界面效应。
尺寸效应是指材料的力学性能随着尺寸减小而发生明显变化的现象。
当材料尺寸缩小到纳米尺度时，晶体的晶格结构可能发生畸变，晶界和位错数量增加，从而导致材料的力学性能提升。
界面效应是指纳米材料中晶界和纳米颗粒之间的相互作用对其力学行为的影响。
晶界能够阻碍位错的运动，从而提高材料的强度和韧性。
二、纳米材料的变形机制纳米材料的变形机制与普通材料有所不同，主要包括原子位移与位错运动。
在纳米材料中，原子位移起着重要作用。
由于表面和界面的原子排列不同于体相，纳米材料实际上可以看作是由许多表面和界面连接而成的薄片或体块。
在应力作用下，纳米材料的原子会产生位移，以寻找更稳定的结构。
这种原子位移的方式与材料的晶体结构、晶界和界面的性质密切相关。
此外，位错运动在纳米材料的变形中也起到关键作用。
位错是材料晶体结构中的一种缺陷，具有较大的应变能。
在纳米材料中，位错运动受到限制，形成了特殊的位错源和位错筋，这影响了纳米材料的塑性形变行为。
纳米材料通常具有较高的位错密度，位错之间的相互作用使材料出现强化效应，提高了材料的硬度和强度。
三、纳米材料力学行为与变形机制的研究方法研究纳米材料的力学行为和变形机制需要采用一系列先进的实验和模拟方法。
实验方法包括原位力学测试、纳米压痕、电子显微镜观察等。
原位力学测试技术可以直接观察和记录材料在力学加载下的变化过程，揭示纳米材料的力学特性。
纳米压痕是一种常用的实验方法，通过压头对纳米材料进行加载，然后根据压头下降的深度来计算材料的硬度和弹性模量。
电子显微镜可以对纳米材料进行高分辨率的观察，帮助揭示纳米材料内部的微观结构和变形机制。
纳米压痕作用下双相TiAl合金变形机制研究
纳米压痕作用下双相TiAl合金变形机制研究纳米压痕作用下双相TiAl合金变形机制研究引言：纳米材料在材料科学领域中展现出了广阔的应用前景。
纳米材料的尺寸效应和界面效应使其在力学性能方面具有独特的特性。
双相TiAl合金由于其优异的力学性能和高温抗氧化性能而在航空航天等领域得到广泛应用。
本文通过纳米压痕试验研究了纳米压痕作用下双相TiAl合金的变形机制。
实验方法：本研究选取了纳米压痕试验作为研究手段，用于研究双相TiAl合金在纳米尺度下的力学性能和变形机制。
实验中，使用纳米压痕仪对双相TiAl合金进行压痕试验，通过调节压痕深度和载荷速度等参数，获得了一系列压痕曲线。
结果与讨论：通过分析实验结果，可以得到以下几点结论。
首先，双相TiAl合金在纳米尺度下表现出了显著的硬度增加和模量减小。
这是由于纳米尺度下材料的尺寸效应引起的。
纳米压痕试验中，材料表面受到很高的应力和应变梯度，导致了硬度的显著增加。
同时，材料的弹性模量减小是由于纳米尺度下材料的晶格变形和界面应变的影响。
其次，纳米压痕试验中观察到了明显的塑性变形。
通过SEM观察，可以发现双相TiAl合金在纳米尺度下发生了位错滑移和析出相剪切的塑性变形机制。
位错滑移是材料塑性变形的主要机制，而析出相的剪切则可以缓解位错滑移带来的材料变形。
此外，纳米尺度下材料的变形机制还受到晶界等缺陷的影响。
最后，双相TiAl合金的纳米压痕试验结果与其宏观力学性能之间存在一定的相关性。
通过分析纳米压痕曲线，可以得到材料的硬度、弹性模量和塑性指数等力学参数。
这些参数可以用来评估材料的力学性能，并为进一步优化合金的组织和性能提供指导。
结论：本研究通过纳米压痕试验系统地研究了纳米压痕作用下双相TiAl合金的变形机制。
实验结果表明，双相TiAl合金在纳米尺度下具有显著的尺寸效应和界面效应。
塑性变形主要是通过位错滑移和析出相剪切的机制进行的。
进一步研究纳米压痕下的变形机制可以为双相TiAl合金的设计和应用提供理论基础。
材料的变形硬化行为与纳米级晶粒取向关系分析
材料的变形硬化行为与纳米级晶粒取向关系分析材料的变形硬化行为是指在外力作用下，材料发生塑性变形时所产生的硬化效应。
而晶粒取向则是指晶体中晶粒的方向性排列。
本文将分析材料的变形硬化行为与其晶粒取向之间的关系，并探讨纳米级晶粒对材料性能的影响。
一、材料的变形硬化行为分析在材料受力作用下，晶体的屈服开始于晶界滑移，随着变形的进行，晶界的滑移转化为晶内滑移。
晶界滑移的阻力来自晶界的能量和状况，而晶内滑移的阻力则来自晶体内部的晶粒取向关系。
晶粒取向对材料的变形硬化行为有重要影响。
当晶粒取向均匀一致时，晶粒间的相互阻碍力较小，材料更容易塑性变形，变形硬化效应较小。
然而，当晶粒取向不均匀时，晶粒间的阻碍力增大，材料塑性变形受到限制，变形硬化效应明显增强。
二、纳米级晶粒对变形硬化行为的影响分析纳米级晶粒是指晶粒尺寸在纳米级别的晶体结构。
与微米级晶粒相比，纳米级晶粒具有更高的位错密度和界面密度，表面能和界面应变对材料性能的影响更加显著。
在纳米级晶粒材料中，晶界面的能量和运动受限制，阻碍了位错的移动和滑移。
因此，在受力作用下，纳米级晶粒材料表现出更高的硬度和强度，以及更好的耐磨性和抗腐蚀性。
这是由于纳米级晶粒的高位错密度导致了更多的位错发生，从而增强了材料的变形硬化效果。
此外，纳米级晶粒材料的晶粒尺寸较小，晶粒间的界面能量更高，进一步限制了晶粒的成长和滑移。
因此，纳米级晶粒材料具有更优异的塑性变形能力和更高的极限变形程度。
三、结论综上所述，材料的变形硬化行为与纳米级晶粒取向关系密切相关。
晶粒取向不均匀会增加晶界间的阻碍力，从而增强材料的变形硬化效应。
而纳米级晶粒材料由于其高位错密度和界面能量的特点，展现出更高的硬度、强度和抗腐蚀性等优良性能。
因此，为了提高材料的机械性能和耐用性，我们应关注材料的晶粒取向情况，并通过控制晶界的取向或制备纳米级晶粒材料来优化材料的变形硬化行为。
通过以上对材料的变形硬化行为与纳米级晶粒取向关系的分析，可以帮助我们更好地理解和利用材料的力学性能，并为材料设计和制备提供参考和指导。
纳米材料力学性能讲解
纳米Ni-1.7%Co合金在应变速率1.04×10-2 s-1下变形 后的断口形貌。
普通结构材料中，，双相材料具有许多优异的性能， 高塑性，高强度，高加工硬化率等
由于制备的原因，纳米材料的研究还主要局限于单 一相的材料
我们用电沉积的方法，通过添加第二类元素，如 （Ni＋ Co， Ni＋Fe） 制备纳米合金，当第二类元 素超过固溶度，变成为双相纳米合金。
1200
800
400
0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Nominal engineering strain (%)
ln [
]
1% plastic strain
(b)
7.4
7.2
m =0.012
avg
7.0
6.8
6.6
-10 -8
Байду номын сангаас
-6
-4
-2
0
2
ln [strain rate]
XRD分析表明电沉积纳米结构材料Ni具有典型的(200) 织构。TEM观察显示这种材料由尺寸分布较宽的纳米晶 粒构成，晶粒尺寸变化从5到80 nm，且形成大小约 150-250 nm的晶粒团簇。统计得出这种材料的平均晶 粒尺寸约为43 nm。
连建设在1993年采用单根位错线弯曲模型，提出了修正 的H-P关系式，解释了纳米Cu和Pd的硬度与晶粒尺寸的 关系。该模型首先假定纳米晶粒中只有单根的位错存在， 纳米材料的屈服应力直接与Frank-Read位错源的临界半 圆的构型相关联。根据经典的位错理论[101]和一些合理
的假设，得到屈服剪切应力 和硬度H 与晶粒尺寸 d 的关
2.4 力学性能实验
拉伸试验在拉伸试验机美国MTS-810系统上完成，应变速率范围选 定从1.04×10-6到1.04 s-1之间变化。拉伸试样夹持采用自制夹具， 自制夹具与试验机的十字头夹具串联。延伸率通过试验机的十字头夹 具位移计算求得。板状拉伸试样尺寸如图2.2所示，标长8 mm，宽2 mm，厚度在0.3-2 mm之间。
纳米材料中的量变质变探析
纳米材料中的量变质变探析摘要：纳米材料作为联系宏观物体与微观粒子的桥梁，它具有独特的性质和新的规律，本文试图从哲学角度分析纳米材料与块状材料在性质上的巨大差异，利用质量互变规律解释说明纳米材料不同于一般块状材料的具体原因。
关键词：量变、质变、纳米材料材料被看作是人类社会进化的里程碑。
一部人类文明史，也可以称之为世界材料发展史。
二十世纪八十年代末，纳米（nanometre，10-9米）体系一跃成为科学家们十分关注的研究对象，成为跨世纪材料科学研究的“热点”。
纳米材料一般是指1～100nm之间的粒子组成的材料。
纳米粒子是肉眼和一般显微镜看不见的微小粒子，它处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，即非典型的微观系统，亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统。
介观效应使纳米材料表现出独特的物理化学性质，具有不同于常规固体的性能特点。
为了更好研究和利用纳米材料，从哲学角度探讨引起纳米材料与块状材料在性质上巨大差异的原因很a有必要。
一、质与量的对立统一纳米材料以其特有的性质引起人们的关注，而纳米材料为什么在性能上会与块状材料产生如此之大的区别？量变质变规律可以很好地回答这一问题。
客观存在的一切事物都是质和量的统一体。
质总是具有一定量的质，量也总是具有一定质的量，质和量是对立的统一。
度就是一定事物保持自己的质的数量界限，体现了事物的质与量的统一。
自然界和社会发展中的各种关节点、转折点，都是事物的数量变化引起质变的界限。
在这个界限以内，量变不会引起质变，超出这个界限就会发生质变。
将物质逐步微细化就得到所谓的微细颗粒，这些颗粒单位质量的表面积比原来的块状固体要大得多，它与原块状固体的根本区别就在于此。
当这一单纯的差别超过一定程度时，这种颗粒在性能上就出现与原固体完全不同的行为，成为“物质的新状态”，处于这种状态的颗粒叫做“纳米粒子”，它与通常的颗粒是有差别的。
在团簇与亚微米体系之间的新的微小体系，即纳米体系的典型代表是纳米微粒，由于其尺度减小至纳米级，比表面很大，产生量子尺寸效应，使它具有不同于常规固体的新特性。
纳米材料形成机理
3．种核形成作为胶体合成的一般情况，成核过程界定为获取成型的金属纳米粒子。
形成或加入的小晶种粒子—那些作为金属还原成核位置的粒子—不仅能决定结晶的所产生纳米粒子的生长，也能显著影响到纳米晶体生长的动力学改变。
金属纳米的形状控制可以通过均相或异相成核过程来实现。
在均相成核中，晶种粒子在原位形成，有代表性的，成核过程和生长过程在同一个化学过程中。
这是一种非常普遍的合成策略。
由于粒子解除并实现单点反应。
异相成核过程是通过像反应混合物中加入预制成的晶种粒子，有效地阻隔纳米晶体成核及生长为分开的合成步骤来进行。
这样一种策略具有显著优势，因为它允许通过选择晶种粒子得到想要的纳米晶体形状。
3.1均相成核在均相成核中，晶种的形成过程遵循LaMer模型，其中金属离子的还原剂被想到是生成一个溶液中原子的临界组成。
以上，这些临界浓度，成核结果导致反应物快速的消耗，如此以至于所有最后的生长发生在预先存在的核子上。
只要反应物浓度保持在临界水平以下进一步的成核过程会停止。
这对于形状控制尤其重要：为得到一个纳米晶体的高度单分散形状产物，成核过程必须迅速而及时的发生。
如果将成核过程拓展到更广的领域，反应物在溶液中不均衡的减少导致在不同反应时间形成的晶种粒子的产生速率的变化。
快速成核过程可以通过前驱材料的连续注射减缓加入减缓溶液中金属离子的浓度增加直到成核发生来实现。
但是，要防止金属离子的的快速还原—尤其在回流温度下胶体合成中-有必要积攒足够的反应物以达到临界成核浓度。
这种积累可以由改变反应前驱物的活性辅助实现。
一种可能的方法是通过反应溶液中金属表面活性剂或金属聚合物复合体的形成来实现。
均相成核的另一个条件要求，必须产生单晶或控制单晶的表面的晶种粒子。
为了控制形状，控制纳米晶体的随后生长是必需的。
这对于诸如Ag,Au,Pt和Pd等金属是十分困难的，它们表现出一种倾向，粒子形成双晶的可能性很高。
含有很多晶体缺陷的的晶种倾向于产生纳米粒子的无定型聚合晶体，为阻止此类粒子的形成，均相成核要产生定型的纳米晶体经常采用溶液中粒子形成和粒子溶解反应竞争。
金属纳米材料塑性变形机制张永钦
分子动力学模拟和大量的实验观察表明，纳米结构金属中有位错。与粗 晶金属截然不同的是，纳米结构金属中的晶界可以作为延伸到整个晶粒 的位错发射源和接受器：不全位错从一个晶界发射，穿过整个晶粒后， 最终被邻近或相对的晶界吸收。 理论分析认为，当晶粒尺寸小于某一临界值时，全位错形核比不全位错 形核所需的应力大。另外，根据位错理论，由于晶粒尺寸的减小，全位 错的形成和运动变得困难甚至不可能，晶界处将由发射全位错变为发射
纳米材料塑性变形机制
张永钦 15120982
1.1 纳米材料物理特性
纳米粒子特性：纳米材料由纳米粒子组成，纳米粒子一般指 尺寸在1-100nm间的粒子，它具有以下四方面特性，从而派 生出传统固体不具有的特殊性质： 表面效应 小尺寸效应 量子尺寸效应 宏观量子隧道效应
1.2 纳米结构塑性变形机制
不全位错，因而纳米结构金属更容易生成不全位错
1.3 纳米结构金属位错
1.3.2 位错的形核与增殖
研究表明，晶粒尺寸达到一个临界尺寸时，位错才能被激活，晶界才开 始发射位错。 Yamakov等把已有全位错的滑移距离作为判定临界晶粒尺寸的关键参数， 当晶粒小于一定尺寸时，仅有不全位错能在晶界形核 Swygenhoven等对纳米铝中晶界发射位错的形核与增殖进行了深入分析， 并提出了几个重要的新观点： 领先与后续不全位错分别从同一晶界的不同区域、甚至不同的晶界发 射。 位错的形核和增殖是两个独立的过程，位错形核后并不一定增殖 晶界台阶在某种程度上可以阻止位错增殖，这取决于台阶的几何条件 和柏氏矢量。位错可以钉扎在这些晶界台阶，从而导致位错扭折的堆积 位错经过一个钉扎点后会产生新的应力集中 位错的脱钉与温度紧密相关，在钉扎区，位错增殖相对容易，对温度 不太敏感。
纳米材料的形貌与性质
纳米磁性材料的磁记录密度可比普通
的磁性材料提高10倍。
（4） 特殊的力学性质 因为纳米材料具有大的界面，界面的原子 排列是相当混乱的，原子在外力变形的条 件下很容易迁移，因此表现出甚佳的韧性 与一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的 力学性质。
应用
纳米陶瓷粉制成的
陶瓷有一定的塑性， 高硬度和耐高温。Байду номын сангаас纳米陶瓷刚柔并济！
四，宏观量子隧道效应
微观粒子具有穿越势垒的能力称为隧道效 应。近年来，人们发现一些宏观量，例如 微粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通 量等亦具有隧道效应，它们可以穿越宏观 系统的势垒而产生变化，故称为宏观量子 隧道效应。
电子既具有粒子性又具有波动性，因此存 在隧道效应。
应用
• 量子尺寸效应、宏观量子隧道效应将会是未来微 电子、光电子器件的基础，或者说它确立了现存 微电子器件进一步微型化的极限，当微电子器件 进一步微型化时必须要考虑上述的量子效应。 • 例如，在制造半导体集成电路时，当电路的尺寸 接近电子波长时，电子就通过隧道效应而溢出器 件，使器件无法正常工作，经典电路的极限尺寸 大概在0.25微米。目前研制的量子共振隧穿晶体 管就是利用量子效应制成的新一代器件。
（3） 特殊的磁学性质 小尺寸的超微颗粒磁性与大块材料显著的 不同，大块的纯铁矫顽力约为 80安／米， 而当颗粒尺寸减小到 2×10-2微米以下时， 其矫顽力可增加1千倍，若进一步减小其尺 寸，大约小于 6×10-3微米时，其矫顽力反 而降低到零，呈现出超顺磁性。
应用
利用磁性超微颗粒具有高矫顽力的特性， 已作成高贮存密度的磁记录磁粉，大量应 用于磁带、磁盘、磁卡以及磁性钥匙等。
应用
美国贝尔实验室发现当半导体硒化镉颗粒 随尺寸的减小能带间隙加宽，发光颜色由 红色向蓝色转移。美国伯克利实验室控制 硒化镉纳米颗粒尺寸，所制备的发光二极 管可在红、绿和蓝光之间变化。
纳米材料的奇异特性
纳米材料的奇异特性① 表面效应球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面积／体积）与直径成反比。
随着颗粒直径变小，比表面积将会显著增大，说明表面原子所占的百分数将会显著地增加。
直径大于 0.1微米的颗粒表面效应可忽略不计，当颗粒尺寸小于0.1微米时，其表面原子百分数激剧增长，甚至1克超微颗粒表面积的总和可高达100平方米，这时的表面效应将不容忽略。
超微颗粒的表面与大块物体的表面是十分不同的，利用表面活性，金属超微颗粒可望成为新一代的高效催化剂和贮气材料以及低熔点材料。
②小尺寸效应随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。
因为颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。
对超微颗粒来说，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产生如下一系列新奇的性质。
（1）特殊的光学性质当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，即失去了原有的富贵光泽而呈黑色。
事实上，所有的金属在超微颗粒状态都表现为黑色。
尺寸越小，颜色愈黑，银白色的铂（白金）变成铂黑，金属铬变成铬黑。
由此可见，金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于l %，大约几微米的厚度就能完全消光。
利用这个特性能够作为高效率的光热、光电等转换材料，能够高效率地将太阳能转变为热能、电能。
此外又有可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等。
（2）特殊的热学性质固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，超细微化后却发现其熔点将显著降低，当颗粒小于10纳米量级时尤为显著。
例如，银的常规熔点为670℃，而超微银颗粒的熔点可低于100℃。
超微颗粒熔点下降的性质对粉末冶金工业具有一定的吸引力。
例如，在钨颗粒中附加0.1 %～0.5 %重量比的超微镍颗粒后，可使烧结温度从3000℃降低到1200～1300℃，以致可在较低的温度下烧制成大功率半导体管的基片。
（3）特殊的磁学性质人们发现鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中存有超微的磁性颗粒，使这类生物在地磁场导航下能辨别方向，具有回归的本领。
纳米材料的变形机制(简)解析共30页
纳米材料的变形机制(简)解析
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克