本文采用界面膨胀模型和普适状态方程,引入德拜理论,发展了描述金属纳米晶材料热力学特性的理论模型。以纯 Co 纳米晶为例,模拟计算了纯金属纳米晶界过剩自由能以及相邻晶粒间界面自由能差值随过剩体积和温度的变化特征,并以此为基础深...
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本文采用界面膨胀模型和普适状态方程,引入德拜理论,发展了描述金属纳米晶材料热力学特性的理论模型。以纯 Co 纳米晶为例,模拟计算了纯金属纳米晶界过剩自由能以及相邻晶粒间界面自由能差值随过剩体积和温度的变化特征,并以此为基础深入分析了本组实验中发现的纯金属纳米晶不同于传统材料晶粒长大特征的内在机制。得出如下结论：纳米晶的界面过剩自由能作为纳米晶粒长大的驱动力,初始晶粒尺寸、晶粒尺寸分布等因素对纳米晶粒长大动力学产生重要影响;晶粒尺寸分布在纳米晶粒长大准稳态过程中并非“自相似”的,而是伴随着晶粒长大的进行,其最大相对晶粒尺寸左移, 晶粒尺寸分布逐渐变窄。
反钙钛矿结构材料 MnXN（x=Ga,Cu,Zn）在某一温度点区存在反铁磁-铁磁（或其它自旋结构相） 相转变,并随温度升高在相变点伴随有体积的突然收缩,即具有“负膨胀”性质,这种伴随有体积突变的相变被证实属于一级相变,热分析显示在相变点存在吸热峰。进一步的实验发现,Ge 替代 X 位置元素可以使这种相变点向高温移动,并导致体积变化从不连续变为连续,即相变温区展宽,使显示负膨胀性质的温度范围变大并处在室温以上,使这类材料成为一种潜在的可实际应用的、优良的负热膨胀材料。另外,热分析发现 Ge 替代 X 导致吸热峰消失,表明磁相变导致的体积变化的相变性质从一级变为二级。本文利用氮化物的固相烧结法成功合成了掺杂的 MnGaN 系列样品,并利用变温 XRD 精确测量了晶胞常数随温度的变化。当温度接近80℃时,MnGaN 体积急剧收缩。而掺 Ge 的样品体积收缩过程明显变缓,负膨胀效应明显。其中 MnGaGeSiN 的热膨胀系数在相变温区80～150 ℃约为α=-2．8×10/K。
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