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yi1999

木虫 (正式写手)

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[交流] 关于纳米材料降低物质熔点的问题

有报道纳米尺寸的材料的熔点会降低，现在想知道，对于某些材料，如陶瓷，陶瓷烧结温度较高，如果烧结陶瓷的原料为纳米级颗粒，是否能降低陶瓷的烧结温度呢？或者，烧结陶瓷的原料中，有部分的原材料为纳米颗粒，是否也能降低陶瓷的烧结温度呢？
有没有关于“纳米材料对材料烧结温度或熔融温度的影响”方面的报道呢？若能提供相关的资料，另重金酬谢！

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1楼 2012-10-15 08:54:57

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offillness

银虫 (初入文坛)

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★ ★ ★ ★ ★ ★
yi1999(金币+1): 谢谢参与
yi1999: 金币+5, 非常感谢，有没有这方面的文章呢、？纳米材料对陶瓷烧结温度的影响，或者是，纳米材料改变材料的融解温度。 2012-10-16 08:32:44

材料降至纳米尺寸，其Tm会降低， evaparation 温度也会降低，蒸汽压会升高，而晶格常数会变小。这些，都是由表面体积比巨升引起的。

其本质原因，部分学者认为，是材料的表面能在纳米尺寸范围内比相应的块体要大。定性的来看，这个似乎很容易理解：表面能是缺失的coheisive energy。设想一个fcc lattice的（１１１）surface, 此处的原子coordinatiionnumber为９，　surface energy可近似为切开３个bond所需的能量（fcc lattice, coordination number 12) 。而(100)面上的原子coordination number 为８，表面能对应切开４个bond的能量。high indexed其他平面（如（２４５）平面），表面能更高。考虑一个纳米颗粒的表面，为降低能量，理想化的假定通常是由一些low index的ｆａｃｅｔｓ组成，例如（１１１）（１００）（１１０）等。然而即使如此，ｆａｃｅｔｓ两两相交处的棱，说三面交点处的原子，coordination number比这些面上的原子低，从而提高了系统的表面能。持这一观点的文献，可从这个思路解释。概而化之，可以考虑一个planary的平面(bulk)，一个曲率很高的曲面（纳米颗粒），制造出这两类曲面单位面积所需拿掉的原子后者要多，从而表面能要高。很多文献于是从kelvin equation入手结合试验推导出材料在纳米尺寸下的表面能。

几年前的ＰＲＬ上有两篇文章讨论表面能在纳米尺寸下可能的变化，记得是用Ａｇ颗粒讨论的。正方提出的观点便是表面能在纳米尺寸下上升的，然后有人撰文质疑，正方再解释。再后来ＰＲＬ上又有文章从理论上进行模拟，认为表面能在ｎａｎｏｓｃａｌｅ下并未增加，而与块体的持平。

事实上在表面能未变的假定下，开始提出的所有现象也可以得到合理的解释。考虑一个极端的情况：一个四原子的ｃｌｕｓｔｅｒ。这里的四个原子都是对等的，而且每个原子的ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ　ｎｕｍｂｅｒ都只有３，因而拿出一个原子（任何一个）只需要破坏３个ｂｏｎｄ，而不是９，更不是１２。

无论如何，与块体内部的原子相比，表面的原子因为对称性的缺失，是一种高能的状态，系统所不喜欢的。因而，任何晶体都会试图缩减表面的大小，或者表面的”程度“。前者，对应着纳米颗粒的团簇聚集现象，后者对应着表面的reconstruction, relaxation, and adsorbate formation，即使是块体。所以主贴提出的问题我觉得答案应该是肯定的。

坐等板砖……
　