我院在纳米合金相图构建方面取得进展

      纳米合金由于具有较大的表面体积比,在催化、磁性及光学器件等领域有着重要应用。纳米合金相图是纳米材料设计的重要依据,但目前构建纳米合金相图缺乏有效方法。我院基于纳米热力学,在纳米合金相图构建及其相关效应研究方面取得重要进展。

我院以结合能尺寸效应模型为基础,通过建立可适应不同参数的纳米热力学模型,成功构建了二元合金纳米相图并预示了合金成分偏析的尺寸和形貌效应。以Cu-NiAu-Cu二元合金体系为例,不同尺寸和形貌的二元纳米合金相图(如图1所示)中,随着尺寸的减小和形貌因子的增大,固、液相线下降,两相区逐渐减小,表面偏析减弱。对于Au-Cu体系,共同熔点随着尺寸的减小或形貌因子的增大呈线性变化。此外,该工作还建立了以表面能和原子尺寸为依据的偏析规则:1)当二元体系两元素表面能之差大于10%时,表面能小的元素将会发生表面偏析;2)二元体系两元素表面能之差小于10%时,具有较大原子尺寸的元素会发生表面偏析。更为重要的是,通过该工作构建的合金相图,可用来预测合金结合能和有序-无序转变温度等物理化学性质(如图2所示)。这对于纳米合金材料的性能设计具有重要的参考价值。

1 Ni-CuCu-Au体系尺寸和形貌依赖的合金相图(实线)和偏析后的相图(虚线);箭头表示Cu-Au体系共同熔点随尺寸的变化。

2 aCu0.7Au0.3纳米合金结合能Ec(D)随尺寸D的变化曲线;(bCu0.75Au0.25纳米合金归一化的有序/无序转变温度To(D)/To随尺寸D的变化曲线。

该项成果于20161227日发表在美国化学会纳米杂志上(ACS Nano 20161010618),我院崔铭锦硕士研究生为第一作者,陆海鸣副教授和孟祥康教授为通讯作者。该项研究得到了霍英东教育基金会高等院校青年教师基金、国家自然科学基金和国家973基础研究发展计划青年科学家专题的支持。

(孙超)