基体对铋和铟纳米颗粒熔化的影响

作     者：尧创业 

作者单位：兰州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王连文

授予年度：2017年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：熔化 尺寸效应 金属纳米颗粒 基体 机械合金化 

摘      要：纳米尺度下金属颗粒的熔点会低于体相的熔点,并随着颗粒尺寸减小而降低。由于微电子、光电子器件追求小型化和高集成度,金属连接线的直径已经进入纳米尺度,金属纳米材料的熔点变化对器件的稳定工作和寿命产生重要影响。因此,根据金属纳米材料的尺寸准确预测其熔点对材料的选择和工艺设计至关重要。目前,对于金属纳米颗粒熔化的尺寸效应的研究,一方面,金属纳米颗粒的熔化机理仍不清楚;另一方面,基体对金属纳米颗粒熔化的影响还没有确切的结论,也没有系统的实验数据,主要是因为实验中很难找到既与金属不发生反应又能够有效包覆金属纳米颗粒的基体材料。为了突破上述实验困境,本工作利用高能球磨法制备不同基体包覆的Bi和In纳米颗粒,利用XRD,TEM,DSC技术表征金属纳米颗粒的熔点与尺寸,进而得出金属纳米颗粒熔点与尺寸之间的变化关系。对比已有文献的报道,探索基体对金属纳米颗粒熔化的影响。此外,对寻找有效包覆Pb,Sb,Al的基体进行了初步探索。主要研究结果如下:(1)XRD分析结果表明,直接球磨法制备样品时,适当提高混合物中金属粉末的体积分数有助于延缓金属纳米颗粒的氧化。相比于直接球磨法,机械化学合成法更容易制备热稳定性良好的样品。(2)TEM表征结果显示,通过高能球磨法制备不同基体包覆的Bi和In纳米颗粒,颗粒尺寸分布比较集中,颗粒弥散分布于基体材料上。进一步,对比直接球磨的Bi-Li F体系和In-LiF体系,在Al-Li F体系中Al与Li F的晶格匹配关系较好,Al纳米颗粒的熔点降低更明显。(3)通过分析不同基体包覆的Bi和In纳米颗粒的熔点与尺寸之间的关系,实验结果符合近期我们课题组的理论预测公式。最后,本工作将不同基体包覆的Bi和In纳米颗粒熔化的实验数据与文献数据进行对比,结果表明不同基体对金属(Bi和In)纳米颗粒熔化的影响不明显。