金属纳米微粒晶体结构的稳定性及其结合能

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第二章晶体的结合

范德瓦尔斯力的分类： 1）葛生互作用力：取向力，固有电偶
极矩间的作用力（极性分子晶体中） 2)德拜互作用力：感应力，感应电偶极
矩间的作用力（极性分子晶体中） 3)伦敦互作用力：弥散力，瞬时电偶极
矩间的作用力（非极性分子晶体中）
一、极性分子结合因为两极性分子同性相斥，异性相吸，有使偶极矩排成一个方向的趋势。

r
12

A6

r12
j
1 a1j2
,
A6

j
1 a6j
2.2.4 离子晶体的结合能
若两个离子间的互作用势为

r

e2
40r

b rn
I族元素：Li、Na、K、Ru、Cs具有最低的负电性，它们的晶体是最典型的金属。负电性较低的元素对电子束缚较弱，容易失去电子，因此形成晶体时便采取金属性结合。 IV族至VI族元素：具有较强的电负性，它们束缚电子比较牢固，获取电子的能力较强，这种情况适于形成共价结合。 IV族元素：最典型的结构是金刚石结构，金刚石结构直接反映了共价结合的特点。
2.2.3 分子晶体的结合能
惰性气体分子间的相互作用是瞬时偶极矩与
瞬时感应偶极矩间的作用，类同于极性分子
与非极性分子的吸引势，所以一对分子间的
互作用势能为
r
A r6

B r12
引入两个参量

A2 4B
,

1
B 6 A

r

4

r
12

原子间吸引力和排斥力的来源：吸引力：异种电荷的库仑引力。排斥力： 1.同种电荷的静电排斥。

纳米晶体正交结构-概述说明以及解释

纳米晶体正交结构-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容：纳米晶体正交结构是指纳米晶体在三维空间中呈现出正交晶系的结构特征。

纳米晶体是一种具有晶体特征但尺寸在纳米级别的材料，其晶体尺寸通常为1-100纳米，具有较高的比表面积和特殊的物理、化学性质。

正交结构是晶体学中的一种晶系，具有平行于坐标轴的三个相互垂直的晶系参数，其晶胞形状为长方体。

根据这种结构的特性，纳米晶体正交结构在材料科学领域中具有重要的应用前景。

纳米晶体正交结构的研究对于理解和掌握纳米级材料的物理和化学性质非常重要。

由于其比表面积的增大和晶格尺寸效应的存在，纳米晶体正交结构在光、电、磁等领域显示出与宏观材料截然不同的特性。

例如，纳米晶体正交结构的比表面积较大，可以增加材料的反应活性，使其在催化、光催化等领域具有潜在的应用。

此外，由于纳米晶体正交结构的晶格尺寸接近光的波长，纳米晶体正交结构也表现出材料各向异性和色散效应，使其在光学器件、传感器等领域有着广泛的应用前景。

因此，本文旨在从纳米晶体的定义和特征出发，介绍纳米晶体正交结构的基本概念和特点。

通过对正交结构的解析和讨论，揭示纳米晶体正交结构在材料科学领域中的重要性和应用前景。

最后，总结本文内容，给出对纳米晶体正交结构未来研究的展望。

通过本文的研究，我们可以更好地理解和应用纳米晶体正交结构，推动纳米科学与技术的发展。

文章结构部分是用来介绍整篇文章的组织结构和各个部分的内容。

以下是文章结构部分的内容：1.2 文章结构为了系统地介绍纳米晶体正交结构，本文将分为以下几个部分：1. 引言1.1 概述1.2 文章结构1.3 目的在引言部分，我们将对纳米晶体正交结构的研究进行概述，明确本文的研究方向和重要性。

同时，我们将对整篇文章的结构进行介绍，以帮助读者更好地理解和阅读本文。

最后，我们将阐明本文的研究目的，明确要解决的问题和达到的目标。

2. 正文2.1 纳米晶体的定义和特征2.2 正交结构的介绍在正文部分，我们将首先介绍纳米晶体的定义和其独特的特征，包括纳米尺寸效应、巨大比表面积等方面的特点。

金属间化合物

目录摘要 (1)1金属间化合物的定义 (1)2金属间化合物晶体结构 (1)2.1 金属间化合物晶体结构分类 (1)2.2金属间化合物晶体结构特点 (2)2.2.1几何密排相 (2)2.2.2拓扑密排相 (5)2.3 金属间化合物晶体结构的稳定性 (6)2.3.1几何密排相 (8)2.3.2拓扑密排相 (10)3金属间化合物的电子理论 (11)3.1金属间化合物的结合键形式 (11)3.2合金的基态性质 (12)3.3金属间化合物的电子结构方法 (13)4 总结 (16)5 参考文献 (16)金属间化合物晶体结构、结构稳定性和电子理论摘要为了促进金属间化合物在结构材料方面的应用，首先必须理解金属间化合物的晶体结构、结构稳定性及电子理论。

本文从金属间化合物的定义出发，详细介绍了金属间化合物晶体结构的分类、特点和稳定性，并且为了弄清金属间化合物的结合键形式，从合金的基态性质出发介绍了两种研究金属间化合物电子结构的方法，即第一性原理和固体与分子经验电子理论。

作者认为，金属间化合物的电子结构决定了结合键形式，而结合键形式又决定了结构类型。

根据能量最低最稳定的原则，表征晶体结构的参数应以原子结合能为主，其它参数如原子尺寸、负电性和电子浓度均不够全面，金属间化合物的电子结构计算方法也应着重计算不同结构下的原子结合能。

关键词：金属间化合物，晶体结构，结合键，基态性质，第一性原理1金属间化合物的定义金属间化合物是指由两个或更多的金属组元或类金属组元按比例组成的具有金属基本特性和不同于其组元的长程有序晶体结构的化合物。

金属间化合物具有金属的基本特性，如金属光泽、金属导电性及导热性等。

金属间化合物的晶体结构不同于其组元，为有序的超点阵结构。

组元原子各占据点阵的固定阵点，最大程度地形成异类原子之间的结合。

2金属间化合物晶体结构2.1 金属间化合物晶体结构分类图1为金属间化合物晶体结构的分类，粗略分为两类，即几何密排相（Geometrically Close-packed Phase）和拓扑密排相（Topologically Close-packed Phase）。

纳米晶体和等轴晶体-概述说明以及解释

纳米晶体和等轴晶体-概述说明以及解释1.引言1.1 概述纳米晶体和等轴晶体作为材料科学领域中重要的两个概念，对材料的性能和应用有着重要的影响。

纳米晶体是指晶粒尺寸在纳米级别的结晶材料，具有独特的物理和化学性质；而等轴晶体则是晶粒呈等轴形状的晶体结构，具有一定的结构特点和应用价值。

本文将从宏观和微观两个层面探讨纳米晶体和等轴晶体的定义、特点、制备方法、结构特征以及应用领域，通过比较两者的物理性质和工业应用，揭示它们之间的异同和互补关系。

同时，对纳米晶体和等轴晶体在材料科学领域的未来发展趋势进行展望，强调它们在材料应用中的重要性和研究方向。

愿本文能对读者对纳米晶体和等轴晶体有更深入的了解和认识。

文章结构部分应该包括以下内容：文章结构部分主要介绍本文的结构和内容安排。

首先，将简要概述各个章节的主要内容，以及各章节之间的逻辑关系和联系。

然后，说明各章节的目的和意义，以及读者在阅读完全文后能够获得的启示和收获。

最后，指引读者如何在整篇文章中找到所需信息，以提高阅读效率和理解深度。

文章结构部分应具备明晰的逻辑脉络，清晰地呈现出整篇文章的架构和走向，引导读者更好地理解和掌握文章内容。

写文章1.2 文章结构部分的内容1.3 目的本文旨在深入探讨纳米晶体和等轴晶体这两种材料的特性、制备方法、应用领域以及发展趋势。

通过对这两种晶体结构的比较分析，我们可以更好地了解它们在物理性质、工业应用以及未来发展方面的异同之处。

同时，本文还旨在为研究人员和工程师提供关于纳米晶体和等轴晶体的全面知识，以便他们在材料设计和工程实践中能够更准确地选择合适的材料，拓展应用领域，并提高材料的性能和应用效率。

最终，我们希望通过这篇文章的撰写，能够为相关领域的学术研究和工程实践提供有益的参考和指导，促进纳米晶体和等轴晶体等新材料的进一步发展与应用。

2.正文2.1 纳米晶体2.1.1 定义和特点纳米晶体是一种晶粒尺寸在纳米级范围内的晶体结构。

通常情况下，纳米晶体的晶粒尺寸在1到100纳米之间，具有相比于传统晶体更高的比表面积和较大的表面能量。

结构矿物学 2011-04 晶体结构稳定性

电价规则：稳定离子结构的离子电价等于与其相邻异号离子的各静电键强度的总和
鲍林(Pauling)规则
• 2nd Rule：电价规则如NaCl
6 ( + 1/6 ) = +1 (sum from Na’s) charge of Cl = -1
+ 1/6
Na + 1 /6 Na
+ 1 /6
Cl
Na
结构矿物学(4/10)
北京大学秦善
2011.11
晶体结构的稳定性
晶体结构的稳定性

晶体结构稳定性规则
吉布斯自由能戈尔德施密特定律鲍林规则

温度的影响压力的影响化学组成的影响
固溶体类质同像型变

吉布斯自由能
The Gibbs Free Energy dG = VdP – SdT
-
Na
+ 1 /6
鲍林(Pauling)规则
• 2nd Rule：电价规则
如 [CO3]-2 • C+4的CN = 3，静电键强=4/3 • 每一个O2-贡献4/3即平衡 • 每一个O2-剩下2/3电荷，所以[CO3]-2
鲍林(Pauling)规则
3rd Rule: 多面体规则
The sharing of edges, and particularly of faces, of adjacent polyhedra tend to decrease the stability of an ionic structure
600 1000 1400 1800 2200 2600
Liquid
After Swamy and Saxena (1994) J. Geophys. Res., 99, 11,787-11,794.

纳米晶结构特征及其材料性能研究进展

纳米晶结构特征及其材料性能研究进展纳米技术是近年来备受关注的新型科技，纳米材料一般是由1～100nm之间的粒子组成的。

纳米晶是一类特殊的纳米粒子，由大量的随机取向的超微粒组成的具有规整原子排列的纳米粒子，是单个粒子特征维度尺寸在1～100nm级的晶体材料，每个粒子都是结构完整的小晶粒，相邻晶粒的取向关系是两个晶粒相对旋转加上平移而成的。

纳米晶是介于分子和凝聚态物质之间的一座桥梁。

一、纳米晶的结构特征纳米晶内部结构的高度均一，使纳米晶成为构筑纳米有序结构材料极具潜力的结构单元，并且由于纳米晶的粒径处于纳米级别的尺度，使之具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等一些特殊的物理效应。

1.小尺寸效应。

纳米颗粒的尺寸与光波波长、传导电子的德布罗意波长及超导态的相干波长或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒表面层附近原子密度减小，纳米颗粒表现出新的光、电、声、磁等体积效应，其他性质都是此效应的延伸。

2.表面效应。

纳米微粒表面原子与总原子数之比随纳米粒子尺寸的减小而急剧增大，随着粒径减小，表面原子数迅速增加，微粒的比表面积、表面能及表面结合能都迅速增大。

由于表面原子数的增多，原子配位不足，导致纳米微粒表面存在许多悬键，表面活性很高，极不稳定，同时也引起表面原子电子自旋构象和电子能谱的变化。

3.量子尺寸效应。

当粒子尺寸下降到某一值时，金属材料的费米能级附近的电子能级由准连续变为离散，而半导体材料则能隙变宽，以及由此导致的不同于宏观物体的光、电和超导等性质。

具体到不同的半导体材料，其量子尺寸是不同的，只有半导体材料的粒子尺寸小于量子尺寸，才能明显地观察到量子尺寸效应。

4.宏观量子隧道效应。

宏观量子隧道效应是基本的量子现象之一，即当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。

量子尺寸效应、隧道效应将会是未来电子器件的基础，或者它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限。

纳米材料的物理性能.

《材料科学前沿》学号：S1*******流水号：S2*******姓名：张东杰指导老师：郝耀武纳米晶材料的物理性能摘要：纳米材料由于其独特的微观结构和奇异的物理化学性质，目前已成为材料领域研究的热点之一。

纳米晶材料具有优异的物理特性，这是由所组成的微粒的尺寸、相组成和界面这三个方面的相互作用来决定的。

本文简要介绍了纳米晶材料的定义，综述了纳米晶材料的各种物理特性。

关键词：纳米材料，纳米晶材料，物理性能1、引言纳米材料是指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级（1~100nm）的材料，它是由尺寸介于原子、分子和宏观体系之间的纳米粒子所组成的新一代材料。

由于其组成单元的尺度小，界面占用相当大的成分。

因此，纳米材料具有多种特点，这就导致由纳米微粒构成的体系出现了不同于通常的大块宏观材料体系的许多特殊性质。

纳米体系使人们认识自然又进入一个新的层次，它是联系原子、分子和宏观体系的中间环节，是人们过去从未探索过的新领域。

实际上由纳米粒子组成的材料向宏观体系演变过程中存在结构上有序度的变化和在状态上的非平衡性质，使体系的性质产生很大的差别。

对纳米材料的研究将使人们从微观到宏观的过渡有更深入的认识。

纳米材料按其结构可分为四类：晶粒尺寸至少在一个方向上在几个纳米范围内的称为三维纳米材料；具有层状结构的称为二维纳米材料；具有纤维结构的称为一维纳米材料；具有原子簇和原子束结构的称为零维纳米材料。

纳米晶材料（纳米结构材料）的概念最早是由H.Gleiter出的，这类固体是由（至少在一个方向上）尺寸为几个纳米的结构单元（主要是晶体）所构成。

纳米晶材料是一种非平衡态的结构，其中存在大量的晶体缺陷。

当然，纳米材料也可由非晶物质组成，例如：半晶态高分子聚合物是由厚度为纳米级的晶态层和非晶态层相间地构成的故是二维层状纳米结构材料。

又如纳米玻璃的组成相均为非晶态，它是由纳米尺度的玻璃珠和界面层所组成。

我们这里主要讨论纳米晶材料的物理性能。

第二章晶体结构结合力和结合能

较强无方向性键、结构密堆、配位数高、塑性较好、有光泽、良好的导热导电性
较弱无方向性键、结构密堆、低熔点、绝缘
氢键氢原子核与极性分子弱有方向性和饱和性间的库仑引力School of materials Science and engineering Prof. Y.X. Li 第五页，编辑于星期五：十七点四十九分。
2.3 晶体中质点的堆积
2.3.1 原子半径和离子半径原子半径或离子半径
有效半径
离子半径共价半径金属半径
一种原子在不同的晶体中，与不同的元素相结合时，其半径有可能发生变化。晶体极化、共价键的增强和配位数的降低都可使原子或离子之间距离缩短，而使其半径减小。
School of materials Science and engineering Prof. Y.X. Li 第十三页，编辑于星期五：十七点四十九分。
对于1molAX型晶体，原子总数N＝2N0，于是晶格
能计算如下：
EL
N0 Az1z2e2 1 1
4 0r0
n
取决于晶体结构类型
式中：A－马德龙常数见表2.4（P24）
n-Born Index.(与离子的电子层结构有关)。
ε0－真空的介电常数，
取决于电子 ≈8.85×10－12C2.N－1m-2 层结构
School of materials Science and engineering Prof. Y.X. Li 第二十一页，编辑于星期五：十七点四十九分。
2.3.3 内在因素对晶体结构的影响－化学组成（1）原子或离子半径
•原子半径或离子半径是定值吗?
•原子半径或离子半径的大小与哪些因素有关？
氢键：指氢原子同时与两个电负性很大而原子半径较

【标题】(CdS)n团簇结合能随尺寸变化关系的研究

【标题】(CdS)n团簇结合能随尺寸变化关系的研究【作者】刘朝辉【关键词】(CdS)n团簇基态结构结合能【指导老师】张可言李春霞【专业】物理学【正文】1.绪论1.1 纳米材料简介纳米材料是由很多原子或分子构成（含原子或分子数在102~105之间），结晶粒度为纳米级（1~100nm）的一种具有全新结构的材料，即三维空间至少有一维处于纳米量级，包括纳米微粒（零维材料），直径为纳米量级纤维、管、线（一维材料），厚度为纳米量级的薄膜与多层膜（二维材料），以及基于上述低维材料所构成的致密或非致密固体。

从狭义说，纳米材料就是有关原子团簇、纳米颗粒、纳米线、纳米薄膜、纳米碳管和纳米固体材料的总称。

1.2 团簇的基本概念及分类原子和分子团簇，简称团簇[1]（clusters）或微团簇（microclusters），定义为有限数目的原子和分子通过一定的键合方式构成相对稳定的非刚性聚集体，尺寸介于单个原子、分子与足够大到可称为块体材料的凝聚态物质之间。

团簇的空间尺度是几个?到几百个?的范围，其物理和化学性质随所含的原子数而变化。

许多性质既不同于单个原子、分子，又不同于宏观固体和液体，也不能用两者性质简单线性外延和内插得到。

因此，人们把团簇看成是介于原子、分子与宏观固体之间的物质结构的新层次，是各种物质由原子、分子向大块物质转变的过渡状态。

团簇可以分为一元原子团簇、二元原子团簇、多元原子团簇和原子簇和原子簇化物。

一元原子团簇包括金属团簇和非金属团簇，非金属团簇可以分为碳簇和非碳簇；原子簇化合物是原子团簇与其他分子以配位化学键结合形成的化合物。

绝大多数团簇的结构不清楚，但已经知道的有线状、层状、管状、洋葱状、骨架状、球状、笼状、环状[2]等等。

团簇还可以按化学键的种类予以分类。

惰性气体团簇中原子间的相互作用力是微弱的范德瓦耳斯力，决定了团簇的结构是最致密的结构。

金属团簇中原子间的结合力比较复杂，往往含有多体相互作用，这使金属团簇的理论研究相对较困难。

纳米微粒的基本性质

一、电子能级的不连续性
Kubo理论
1 ．简介： Kubo 理论是关于金属粒子电子性质的理论。提出：该理论最初 (1962 年 ) 由 Kubo 及其合作者提出，后经他们发展。发展：1986年，Halperin对这一理论又进行了比较全面的归纳，并对金属超微颗粒的量子尺寸效应进行了深入的分析。
波数K只能取分立值→动量空间中，电子的状态只能取一系列分立的点→ N个电子将按能量的大小依次从K小的状态向K大的状态逐一填充（如此分布的状态，其整体能量最低，称为体系的基态。） → N个电子填完后最大动量是PF，其对应的最大波数为KF；费米动量： N个电子填完后最大动量PF；费米能EF：根据PF可以求出电子的最大能量对二维体系和三维体系作类似的处理也可以得到类似的结果。
设一维体系的长度为L，其中有N个可以自由运动的电子，当电子运动时，设其动量为P，波数K与P之间的关系：用K=P/h表示电子波函数：也可以转化为用波数表达的形式。当电子在长度为L的直链中运动时：其波函数要满足周期性的边界条件，即要求在链的两端波函数要相等。根据这一条件得到波数K只能取分立值。 K空间：固体物理中常用K作为坐标轴来表示电子的运动状态，以K为坐标轴的空间称为K空间，也可称为动量空间，对于一维空间，动量空间也是一维的。
3、意义宏观量子隧道效应的研究对基础研究及实用都有着重要意义。它限定了磁带、磁盘进行信息贮存的时间极限。量子尺寸效应、隧道效应将会是未来微电子器件的基础，或者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细微化时，必须要考虑上述的量子效应。总结：上述的小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应是纳米微粒与纳米固体的基本特性。它使纳米微粒和纳米固体呈现许多奇异的物理、化学性质，出现一些“反常现象”。

纳米材料的结构及其性能

纳米材料的结构及其性能摘要：介绍了纳米材料的基本概念，纳米材料基本组成单位，四个效应及相关纳米材料的性能。

关键词：纳米材料结构性能20世纪90年代，以前人们从未探索过的纳米物质（Nanostructured materials）一跃成为科学家十分关注的研究对象。

新奇的纳米材料刚刚诞生才几年，以其所具有的独特性和新的规律，如材料尺度上的超细微化而产生的表面效应、体积效应、量子尺寸效应、量子隧道效应等及由这些效应所引起的诸多奇特性能，已引起世界各国科技界及各国政要的高度重视，使这一领域成为跨世界材料科学研究领域的"热点"。

1999年12月14日，美国总统科学和技术顾问委员会（PCAST）致函克林顿，极力推荐美国国家科学和技术委员会（NSTC）的提议，即从2001年度财政预算中开始实施"国家纳米技术推进计划"（National Nanotechnology Initiative--NNI）,引起克林顿的高度重视。

2000年1月2日，克林顿签发执行令，决定将NNI 列为美国科技领域最优先发展的计划，并在2000年度财政预案中专为此项计划追加2.25亿美元，与2000年度相比增加了84%。

美国政府这一举措引起了世界范围的广泛关注，新一轮科技竞争已经在或明或暗的气氛中形成，纳米或纳米技术背后隐藏着的巨大商机开始显现，有资料表明，1999年全球纳米技术的生产值达500亿美元，预计到2010年将达到14400亿美元。

1、纳米和纳米材料纳米是一种长度的量度单位，1纳米（nm）等于10-9米，1nm的长度大约为4到5个原子排列起来的长度，或者说1nm相当于头发丝直径的10万分之一。

在英语里纳米用nano 表示，NANO一词源自拉丁前缀，矮小之意。

纳米结构（nanostructure）通常是指尺寸在100nm以下的微小结构。

纳米材料（nanostructure materials或nanomaterials）是纳米级结构材料的简称。

纳米材料学(二)——纳米微粒的特性

表面效应
表面效应是指纳米颗粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后引起的性质上的变化。纳米粒子尺寸小，表面能高，表面原子占相当大的比例。例如粒径为10nm时，比表面积为90m2/g；粒径为5nm 时，比表面积为180m2/g；粒径下降到2nm时，比表面积猛增到450m2/g。粒子直径减小到纳米级，不仅引起表面原子数的迅速增加，而且纳米粒子的表面积、表面能都会迅速增加。这主要是因为处于表面的原子数较多，表面原子的晶场环境和结合能与内部原子不同所引起的。表面原子周围缺少相邻的原子，有许多悬空键，具有不饱和性质，易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很大的化学活性，晶体微粒化伴有这种活性表面原子的增多，其表面能大大增加。
蓝移和红移现象：与大块材料相比，纳米微粒的吸收带普遍存在“蓝移”现象，即吸收带移向短波长方向。对纳米微粒吸收带“蓝移”的一种解释是基于纳米微粒的量子尺寸效应。由于颗粒的尺寸减小、能隙变宽，即已被电子占据分子轨道能级与未被占据分子轨道能级之间的宽度（能隙）随颗粒直径减小而增大，这是产生蓝移的根本原因。
纳米微粒的化学特性
吸附分散与团聚催化作用
吸附
吸附是相接触的不同相之间产生的结合现象。吸附可分为两类，物理吸附和化学吸附。物理吸附是吸附剂与吸附相之间以范德华力之类较弱的物理力相结合；化学吸附是吸附剂与吸附相之间以化学键强结合。
纳米微粒由于有大的比表面和表面原子配位不足，与相同材质的大块材料相比，有较强的吸附性。纳米粒子的吸附性与被子吸附物质的性质、溶剂的性质以及溶液的性质有关。电解质和非电解质溶液以及溶液的pH值等都对纳米微粒的吸附产生强烈的影响。不同种类的纳米微粒吸附性质也有很大差别。
加入反絮凝剂形成双电层；加入表面活性剂包裹微粒。

纳米材料的热稳定性研究

纳米材料的热稳定性研究纳米材料作为一种新兴的材料形态，具有许多优异的性质和潜在的应用前景。

然而，随着其尺寸的减小，纳米材料的热稳定性成为一个重要的问题。

本文将就纳米材料的热稳定性进行探讨。

在纳米材料中，尺寸效应对热稳定性的影响是显著的。

以金属纳米颗粒为例，尺寸减小到纳米尺度后，其表面积相对于体积的比例增大。

这导致了纳米材料表面原子与周围环境之间的相互作用增强。

当纳米颗粒受到高温环境的作用时，其表面原子容易发生迁移和聚集，导致颗粒的形态和结构的改变。

为了研究纳米材料的热稳定性，研究者们采用了多种实验手段和理论模型。

例如，透过高分辨透射电子显微镜(HRTEM)观察纳米颗粒的形态变化，可以揭示纳米材料在高温下的结构演变。

通过X射线衍射(XRD)分析颗粒晶格的畸变和尺寸的变化，可以获得颗粒的相变温度和相变机制。

此外，还可以借助分子动力学模拟(MD)等方法，通过计算模拟纳米颗粒受热后的原子迁移、聚合动力学以及熔化点等性质。

这些研究发现，随着纳米颗粒尺寸的减小，其热稳定性呈现出明显的下降趋势。

华德曼等人通过实验发现，金属纳米颗粒的熔点与颗粒直径呈反比关系。

这是由于尺寸效应导致的颗粒表面能量增加，从而使得颗粒在高温下更容易熔化。

此外，纳米颗粒的晶格缺陷也会进一步加速颗粒的热破坏。

研究人员发现，纳米颗粒中晶格缺陷的密度随着温度的升高而迅速增加，这会削弱颗粒结构的稳定性，最终导致热失稳。

针对纳米材料的热稳定性问题，研究人员提出了一些策略来提高其热稳定性。

一种方法是通过合适的添加剂来提高纳米材料的热稳定性。

例如，金属纳米颗粒的热稳定性可以通过添加包覆剂来改善，这可以减少表面原子迁移和聚集的发生。

另一种方法是结合热处理技术，通过精确控制温度和时间，使纳米材料在高温下发生有序的相变，从而改善其结构的稳定性。

此外，纳米结构材料的热稳定性研究还涉及到纳米材料在应用中的耐热性。

例如，在电子器件领域中，纳米材料的热稳定性对器件的长期稳定性和性能至关重要。

双金属纳米粒子的表面晶格构建及其催化性能

双金属纳米粒子的表面晶格构建及其催化性能Jianbo Wu, Panpan Li, Yung-Tin (Frank) Pan, Steven Warren, Xi Yin and Hong Yang当纳米粒子变小（约<5纳米）时，表面应力变得显著并产生应变，从而导致表面结构发生变化。

从这个角度来说，可以通过控制性的改变纳米颗粒的表面晶格来产生应变，或者由原子位置偏离正常晶格点带来其他结构变化。

这些变化影响了纳米粒子的电子和催化性能。

最近，一些研究小组报道了双金属纳米粒子的电催化性能的变化。

在本篇综述中，我们讨论了双金属纳米结构的晶格应变和其它扭曲结构，以及催化性能相关的原理。

1.引言在表面或界面处的晶格应变可能会影响纳米材料的很多性能。

1-4纳米粒子的光学、电子和力学性能都会随着不同程度的晶格畸变而改变。

5-9压缩或拉伸应力会改变各种结构参数，包括固有键长，进而改变该成键电子的能级。

在纳米结构的表面上或界面的晶格应力也影响表面或界面自由能和其他相关性能。

7-9催化设计的目的是使得合成控制得到的产物具有最佳的活性和选择性。

10-11由两种金属（双金属）组成的催化剂在纳米结构的设计中具有较大反应协调性和更多的灵活性。

12-15经过多年的双金属催化剂的研究，使得生长出多功能纳米结构成为可能。

16如果两个金属层的晶格错位很大，就会造成应力的重叠层发生收缩或拉伸。

实验已经显示，与正常的金属结构相比，这种应力的重叠层具有显著不同的化学性能。

17-19通过改进方法来控制纳米结构的应力，就可以利用双金属催化剂的丰富信息来调整表面的持续活性。

然而，表面的应力不仅可以通过在一种金属上生长出另一种金属来引进，还可以在相关的金属中发生局部形变或相变来引进。

10这种畸变在改善纳米结构的化学吸附作用上已有显示。

当应力诱导在表面和吸附的原子或分子之间的成键结构发生变化时，它就可能改变纳米结构的催化性能。

在本文中，我们回顾了单金属和双金属纳米粒子的基础知识和近年来对其中应力的形成、分析以及表征的发展。

纳米材料结构与性能

纳米材料结构与性能摘要纳米材料具有的独特的物理和化学性质，使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。

纳米材料的应用前景十分广阔。

本文简要介绍了纳米材料在结构与性能方面的一些独特的性质，包括其物理效应以及物理化学性质。

关键字：纳米材料，效应，特性1.纳米材料纳米材料是指特征尺寸在纳米数量级(通常指1~100 nm)的极细颗粒组成的固体材料。

从广义上讲，纳米材料是指三维空间尺寸中至少有一维处于纳米量级的材料。

通常分为零维材料（纳米微粒），一维材料（直径为纳米量级的纤维），二维材料（厚度为纳米量级的薄膜与多层膜），以及基于上述低维材料所构成的固体。

从狭义上讲，则主要包括纳米微粒及由它构成的纳米固体（体材料与微粒膜）。

一般零维纳米材料有纳米颗粒、量子点等，一维纳米材料有纳米线、纳米棒、纳米管、纳米带等，二维纳米材料主要是纳米薄膜。

实际研究当中还有一些材料比如象介孔材料、多孔材料、以及具有特殊结构的材料，它们整体在三维方向都超过了纳米范围，但是它们都是有纳米材料构成，并且具有纳米材料的性质，因此由纳米材料组成的块体材料也属于纳米材料的范围[1]。

2.纳米材料的微观结构纳米级的颗粒是由数目极少的原子或分子组成的原子群或分子群，是一种典型的介观系统。

纳米晶粒内部的微观结构与粗晶材料基本相同，从结构上看，它是由两种组元构成的，即材料的体相组元晶体原子和界面组元晶界。

纳米材料突出的结构特征是晶界原子的比例很大，当晶粒尺寸为10 nm 时，一个金属纳米晶内的界面可达6×1025 m2，晶界原子达15% ~50%[2]。

目前很难用一个统一的模型来描述纳米晶界的微观结构，其原因在于纳米材料中的晶界结构相当复杂，若是常规材料，截面应该是一个完整的晶体结构，但对于纳米晶来说，由于晶粒尺寸小，界面组元在整个材料中所占的比例极大，晶界缺陷所占的体积比也相当大，尽管每个单独的分界面可能具有一个二维局部或局域的有序结构，但从一个局部界面到另一个局部界面的周期不同，由所有这样的界面原子组成的界面，其原子排列方式均不同。

自然科学奖稳定纳米结构金属及其优异性能pdf

项目名称:稳定纳米结构金属及其优异性能一、提名意见二、项目简介金属材料以其优异的综合力学性能而广泛应用于几乎所有工业领域，其性能的少许提高都将对经济社会发展起到巨大作用。

提高金属材料的强度一直是材料领域中最经典、最核心的科学技术问题之一。

添加适当的合金元素或者细化晶粒可以使金属强化，但其塑性、韧性和导电性等将显著下降，使得材料的强度与塑性（或韧性、导电性）形成倒置关系。

自上世纪八十年代纳米材料的出现，晶粒细化强化受到了广泛深入的研究，大量实验表明，当晶粒尺寸细化至纳米尺度时，金属的强度可以提高数倍至数十倍。

然而，由于高能态界面密度高导致结构稳定性降低，高强度纳米金属还丧失了良好的塑性、韧性及导电性，限制了纳米金属的发展和工业应用。

能否提高金属的强度而不损失其它良好性能，克服强度与塑性（或导电性等）―鱼与熊掌不可兼得‖的矛盾？这是国际材料研究领域近几十年以来亟待解决的重大科学难题。

该项目开创性地提出稳定纳米结构的两个途径：1）通过调控界面结构降低界面能和2）通过调控界面空间分布提高变形稳定性，以此提升纳米金属综合性能，先后在金属中发现了两类新型稳定纳米结构，即低能界面纳米结构和梯度纳米结构，在材料结构稳定化和金属综合强韧化机理研究方面取得了一系列重要突破。

主要原创性研究成果包括：1）发现纯铜中纳米孪晶的独特强化效应，获得超高强度高导电性纳米孪晶铜，突破了强度与导电性的倒置关系，进而提出材料的新强化机制—纳米孪晶强化；发现金属中的小角晶界纳米层片结构，突破了塑性变形细化金属晶粒尺寸的极限，获得超高硬度高稳定性纳米层片镍。

2）提出金属材料表面纳米化和梯度纳米结构新概念，发展了多种表面塑性变形制备技术，揭示了变形诱导的梯度纳米结构形成机制；发现梯度纳米结构独特的变形机制和力学响应，获得了兼具高强度和高塑性的梯度纳米金属；利用梯度纳米结构表层大幅度降低了铁的渗氮温度并推动了金属材料表面化学热处理技术的发展；发现表面梯度纳米结构可大幅度提高金属材料的力学、摩擦磨损和疲劳等性能，推动了纳米金属材料的发展和工业应用。