基本信息
- 项目名称：
- 不同降温速率对贵金属纳米团簇熔凝点及其相关性质的影响
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 通过对贵金属纳米团簇（Au,Ag,Cu,Pt）热力学性质的动力学模拟研究,由得出的数据作出的势能温度曲线，热容曲线以及相应团簇的结构图，并对图像观察、分析，讨论，对相应团簇的熔凝点，结构随速率的变化情况等进行分析。结合已有的理论结果撰写本论文。
- 详细介绍：
- 本项目的预期研究目标是： 通过计算机模拟，从理论上弄清贵金属纳米团簇在熔点附近出现的熔点随尺寸出现的不规则变化、负热容以及熔凝点反而比块体材料高等大尺寸（2000——4000个原子）效应的微观机制、与尺寸的依赖关系及其产生的条件等, 基本弄清这些效应是否具有普遍性, 为实验制备出具有新的特殊热力学性质的金属纳米材料提供可靠的理论依据和指导。 本项目拟进行的主要研究内容有： (1) 通过模拟确定出Aun、Agn、Cun和Ptn（2000≦n≦4000）贵金属团簇熔点随尺寸(原子数)出现不规则变化的情况,并与已知的实验结果比较, 以掌握模拟的可靠性和准确性；确定出团簇结构随原子数的变化及其与熔凝点的关系，找出熔凝点出现不规则变化的团簇的最大尺寸(原子数)。 (2) 模拟探索Aun、Agn、Cun和Ptn团簇可能出现的其它新颖尺寸效应。 (3) 模拟研究Aun、Agn、Cun和Ptn团簇在熔点附近的结构重组与团簇尺寸及其熔凝点反常升高的关系, 探索通过改变较大尺寸的Aun、Agn、Cun和Ptn团簇的结构从而使其熔点高于Au、Ag、 Cu和Pt晶体材料的熔点的可能性。 本项目拟解决的关键问题是： (1) 为所研究的三类不同的金属纳米团簇各找到一个能完成本项目研究内容的合理可靠的原子间的相互作用模型势； (2) 找到一个高效的确定团簇出现新颖尺寸效应的临界尺寸（原子数）的方法，提高模拟计算的效率；建立一个合理的在熔点附近的升降温方案，以确保能模拟出团簇可能存在的主要的稳定结构。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 通过对贵金属纳米团簇（Au,Ag,Cu,Pt）热力学性质的动力学模拟研究,由得出的数据作出的势能温度曲线，热容曲线以及相应团簇的结构图，并对图像观察、分析，讨论，结合已有的理论结果撰写本论文。
科学性、先进性及独特之处
- 在不同金属纳米团簇上发现新的尺寸效应，和以前的研究联系起来,作为一个整体进行系统研究,更有利于全面正确认识这些新颖尺寸效应产生的微观机制; 模拟过程中采用能量控制温度的方法，使得模拟的结果更加接近真实，得到的结果更加的准确，这是本文的一个新思路。
应用价值和现实意义
- 从理论上弄清贵金属纳米团簇在熔，凝点附近出现的势能随温度的不规则变化原因、产生负热容的微观机制、不同降温速率下团簇结构的变化方式，基本弄清这些效应是否具有普遍性,为实验制备出具有新的特殊热力学性质的金属纳米材料提供可靠的理论依据和指导。
学术论文摘要
- 采用分子动力学方法和原子嵌入模型势模拟了AuN、AgN、CuN、PtN(N=2340，2448，2616，2760，2916)的熔化和凝固过程，研究各原子纳米团簇熔凝点与其团簇尺寸的关系。模拟结果表明具有较多原子数的团簇的熔点随团簇尺寸增大而升高，并逐渐向大块晶体靠拢。四种金属纳米团簇在熔化过程中在熔点附近均出现负热容现象。通过对团簇熔化前后结构的比较研究，分析了这种现象产生机制。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 真实。
参考文献
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同类课题研究水平概述
- 纳米材料科学是当今世界科学技术的前沿和研究热点，纳米材料如量子点/线、纳米团簇和纳米管等具有奇异的物理和化学性质，它们在信息的记录、处理、显示和传输有重要的应用前景。这些材料在信息技术的发展中真正有所作为并走向应用的重要途径之一是能严格控制其大小/形状及其均匀性，并能把它们组装成排列有序的周期性结构。我们着眼于不同降温速率对贵金属纳米团簇的熔凝点及其相关性质的影响，更深一步研究纳米材料的性质。 近年来 ，采用分子动力学方法对金属纳米团簇热力学性质的模拟研究，已经取得了许多重要的进展．他们采用EAM 势、FS势、TB势等模型势 ，从不同的侧面对金属纳米团簇热力学性质模拟研究，其结果有很多是互补的． 前面已经有人研究了不同降温速率以及原子尺寸对贵金属纳米团簇结构等性质的影响进行了研究，得出了： 1、在较慢降温速率下容易得到Ih结构，而在较快降温速率下易获得fcc结构；并且团簇原子数越少，容易得到生成二十面体结构，反之则得到面心立方结构。 2、贵金属纳米团簇普遍具有负热容性。 3、对于小尺寸的纳米团簇熔点随尺寸非单调变化。 4、一些原子（例如：Cu、Ag、Pt）纳米团簇熔点随尺寸呈非单调变化。 5、凝固点相对于熔点的滞后现象等。 6、团簇原子从有序到无序较容易，而从无序到有序较困难。 从前人所模拟的团簇来看，团簇的最大尺寸为N=2340，如金属铂，其熔点为1614.5K，但还远小于块状晶体的熔点；所模拟的纳米团簇的熔点呈现非线性的变化，这还不能说明N>2340的团簇的熔点也呈现非线性变化，还不能说明N>2340的团簇是否具有负热容现象，也不能说明降温速率对纳米团簇结构的影响是否具有同样的规律。因此有必要进行N>2340的团簇的模拟研究。 另外在对团簇升温及降温过程中发现，其余原子数的团簇熔点随原子数的增加而增大，但是发现 熔点高于 ，原子数为2112的Pt纳米团簇的熔点也高于原子数为2208的Pt。同时发现原子数为1956、2112和2208的Pt纳米团簇的凝固点相对于熔点出现了滞后现象，而原子数为2340的Pt纳米团簇的凝固点高于其熔点。
