nature柯肯达尔效应导致的纳米笼部分合金化
基于柯肯达尔效应的空心球制备(哈工大传输原理课程论文)汇编
基于柯肯达尔效应的空心球制备摘要：介孔空心结构纳米材料与实心纳米颗粒相比具有更低的密度、更大的比表面积、更多元的功能调节维度(光、电、热、磁等)和更灵活的应用方式。
故有非常广泛的使用空间，而空心球制备方法有很多，本文结合传输原理传质部分内容以及柯肯达尔效应进行原理分析，应用举例以及改进方法等方面阐述。
关键词：空心球柯肯达尔效应扩散1空心材料优点介孔空心结构纳米材料与实心纳米颗粒相比具有更低的密度、更大的比表面积、更多元的功能调节维度(光、电、热、磁等)和更灵活的应用方式。
如：中空结构的微/纳米催化剂可以有效增加其在催化反应中的活性位点数；通过改变微/纳米介孔空心结构的组分、形貌、尺寸、壳壁厚度、孔隙率、孔的位置和孔内壁的特性等因素可以实现对其光、热、电、磁和催化等物化性能的调节；将难溶的功能活性成分担载在介孔空心的微/纳米结构的孔隙中，可以提高难溶物质的溶解度；将特异性药物担载在介孔空心微/纳米结构的孔隙中，为药物的缓释和可控释放提供了可能；将介孔空心微/纳米结构作为“纳米反应器”利用其量子限域效应和特殊的反应微环境，能得到特殊的反应结果。
因此，具有介孔空心结构的纳米粒子为纳米材料的功能化提供了广阔的空间。
2扩散及柯肯达尔效应简介空位机制适用于置换式固溶体的扩散"在置换式固溶体(或纯金属)中，由于原子的尺寸相差不大，因此很难进行间隙扩散"晶体中结点并非完全被原子所占据，存在一定的空位"而且空位的数量随温度的升高而增加，在一定的温度下对应着一定的空位浓度"也就是说在一定的温度下存在一定浓度空位的晶体才是稳定的"依靠空位的移动而进行的扩散机制称为空位扩散机制"其扩散过程是这样进行的，与空位相邻原子，由于热振动而可能脱离原来位置而到空位中去，占据了点阵中的空位，而原来原子所处位置就成为空位"这种过程不断进行，就发生了扩散"在空位扩散时，扩散原子跳入空位，此时所需的能量不大，但每次跳动必须有空位移动与之配合，即原子进入相邻空位实现一次跳动之后，必须等到一个新的空位移动到它的邻位，才能实现第二次跳动"因此实现空位扩散，必须同时具备两个条件：(l)扩散原子近旁存在空位；(2)近邻空位的扩散原子具有可以超过能垒的自由能石可见，空位扩散机制的扩散主要是通过空位的迁移来实现扩散，它的扩散激活能由原子跳动激活能与空位形成能两部分组成"柯肯达尔效应最初是金属学中的概念。
纳米材料习题答案
纳米材料习题答案1、简单论述纳米材料的定义与分类。
答：最初纳米材料是指纳米颗粒和由它们构成的纳米薄膜和固体。
现在广义: 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围，或由他们作为基本单元构成的材料。
如果按维数，纳米材料可分为三大类：零维：指在空间三维尺度均在纳米尺度，如：纳米颗粒，原子团簇等。
一维：指在空间有两处处于纳米尺度，如：纳米丝，纳米棒，纳米管等。
二维：指在三维空间中有一维处在纳米尺度，如：超薄膜，多层膜等。
因为这些单元最具有量子的性质，所以对零维，一维，二维的基本单元，分别又具有量子点，量子线和量子阱之称。
2、什么是原子团簇? 谈谈它的分类。
3、通过Raman 光谱中任何鉴别单壁和多臂碳纳米管? 如何计算单壁碳纳米管直径? 答：利用微束拉曼光谱仪能有效地观察到单臂纳米管特有的谱线，这是鉴定单臂纳米管非常灵敏的方法。
100-400cm-1范围内出现单臂纳米管的特征峰，单臂纳米管特有的环呼吸振动模式；1609cm-1，这是定向多壁纳米管的拉曼特征峰。
单臂管的直径d与特征拉曼峰的波数成反比，即d=224/wd：单壁管的直径，nm；w：为特征拉曼峰的波数cm-14、论述碳纳米管的生长机理（图）。
答：碳纳米管的生长机理包括V-L-S机理、表面（六元环）生长机理。
（1）V-L-S机理：金属和碳原子形成液滴合金，当碳原子在液滴中达到饱和后开始析出来形成纳米碳管。
根据催化剂在反应过程中的位置将其分为顶端生长机理、根部生长机理。
①顶端生长机理：在碳纳米管顶部，催化剂微粒没有被碳覆盖的的部分，吸附并催化裂解碳氢分子而产生碳原子，碳原子在催化剂表面扩散或穿过催化剂进入碳纳米管与催化剂接触的开口处，实现碳纳米管的生长，在碳纳米管的生长过程中，催化剂始终在碳纳米管的顶端，随着碳纳米管的生长而迁移；②根部生长机理：碳原子从碳管的底部扩散进入石墨层网络，挤压而形成碳纳米管，底部生长机理最主要的特征是：碳管一末端与催化剂微粒相连，另一端是不含有金属微粒的封闭端；（2）表面（六元环）生长机理：碳原子直接在催化剂的表面生长形成碳管，不形成合金。
第9章 材料的亚稳态 笔记及课后习题 (已整理 袁圆 2014.8.7)
第9章材料的亚稳态9.1 复习笔记一、概述1﹒稳态：体系自由能最低的平衡状态。
2﹒亚稳态：体系自由能高于平衡态时的一种非平衡状态。
3﹒非平衡的亚稳态类型：（1）细晶组织；（2）高密度晶体缺陷的存在；（3）形成过饱和固溶体；（4）发生非平衡转变，生成具有与原先不同结构的亚稳新相；（5）由晶态转变为非晶态，由结构有序转变为结构无序，自由能升高。
二、纳米晶材料1．纳米晶材料的结构（1）纳米晶材料（纳米结构材料）是由尺寸为几个（至少在一个以上）纳米的结构单元（主要是晶体）所构成。
纳米晶材料是一种非平衡态结构，其中存在大量的晶体缺陷。
纳米材料也可由非晶物质组成；（2）由不同化学成分物相所组成的纳米晶体材料，通常称为纳米复合材料；（3）在纳米晶里，晶界将占0.5体积分数，晶界原子处于低配位数与低密度的条件下。
2．纳米晶材料的性能（1）力学性能：具有高的强度和硬度，其塑性韧性也大大改善。
（2）物理性能：纳米晶导电金属的电阻高于多晶材料，纳米半导体材料却具有高的电导率，比铁磁材料具有更低的饱和磁化强度、高的磁化率和低的矫顽力。
3．纳米晶材料的形成纳米晶材料可由多种途径形成，主要归纳于以下四方面：（1）以非晶态（金属玻璃或溶胶）为起始相，使之在晶化过程中形成大量的晶核，生长成为纳米晶材料；（2）对起始为通常的粗晶的材料，通过强烈塑性形变（如高能球磨、高速应变、爆炸成形等手段）或造成局域原子迁移（如高能粒子辐照、火花刻蚀等）使之产生高密度缺陷，以致自由能升高，转变形成亚稳态纳米晶；（3）通过蒸发、溅射等沉积途径，如物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、电化学方法等，生成纳米微粒然后固化，或在基底材料上形成纳米晶薄膜材料；（4）沉淀反应方法，如利用溶胶-凝胶（sol-gel），热处理时效沉淀法等，析出纳米微粒。
4．纳米碳管简介石墨有层状结构，可以看作是由原子纸一层一层堆叠而成。
若将一层或几层这样的原子纸卷成圆筒形状，就是纳米碳管。
Fe-Al微叠层复合材料的制备及界面表征
固 － 液合金化后得到的 Ｆｅ － Ａｌ ＭＩＬ 力学性能较差ꎬ均易发生分层断裂现象ꎬ而固 － 半固态合金化热处理后
其力学性能最佳.
关 键 词: 微叠层复合材料ꎻ热轧复合ꎻ冷轧减薄ꎻ合金化ꎻ界面
ａｕｔｈｏｒ: ＺＵ Ｇｕｏ￣ｙｉｎꎬ Ｅ￣ｍａｉｌ: ｚｕｇｙ＠ ｓｍｍ. ｎｅｕ. ｅｄｕ. ｃｎ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｌａｙｅｒｓ ｏｆ ｐｕｒｅ ｉｒｏｎ ａｎｄ ｐｕｒｅ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｓｈｅｅｔｓ ｗｅｒｅ ａｌｔｅｒｎａｔｅｌｙ ｓｔａｃｋｅｄꎬ ａｎｄ ｔｈｅ Ｆｅ￣Ａｌ
ｍｅｔａｌ￣ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃ￣ｌａｍｉｎａｔｅ ( ＭＩＬ ) ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｗｅｒｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｈｏｔ￣ｒｏｌｌｉｎｇ
ｅｘｏｔｈｅｒｍｉｃ ｐｅａｋｓ ｏｆ ~ ５５９ꎬ ~ ５７１ ａｎｄ ~ ６６７ ℃ ꎬ ｗｈｉｃｈ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔ ｔｈｅ ｐｈａｓｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ＦｅＡｌ３ ꎬ
Ｆｅ２ Ａｌ５ ꎬ ａｎｄ ＦｅＡｌꎬ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ. Ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｆｅ￣Ａｌ ＭＩＬ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ
制技 术 及 合 金 化 热 处 理 工 艺 所 制 备 的 Ｆｅ － Ａｌ
ＭＩＬ 界面情况研究较少. 此外ꎬＦｅ － Ａｌ 系金属间
化合物相的类型较多ꎬ脆性也随着铝含量的增加而
素已被证明是改善其室温脆性及提高力学性能的
增大ꎬ进而影响 Ｆｅ － Ａｌ ＭＩＬ 的使用性能[３] . 目前ꎬ对
粉末冶金(PM)专业英语
压制裂纹pressing crack
孔隙pore
分层lamination
开孔open pore
弹性后效spring back
闭孔closed pore
模具和接合器
空隙度porosity
模具mould
开孔空隙度open porosity
模架tool set
粉末锻造powder forging
吸气剂getter
烧结锻造sinter forging
造孔剂pore－forming material
热复压hot re-pressing
粘结相binder phase
浸渍impregnation
粘结金属binder metal
水蒸气处理steam treatment
掺杂剂dopant
临近表面adjacent surface
润滑剂lubricant
缺口nick
增塑剂plasticizer
刻痕，槽口notch
增溶剂solubilizer
裂纹，瑕疵flaws
防锈剂rust preventive
刮痕scatch
清洗剂cleaning agent
气泡blow hole
光亮剂lustre-coating agent
活化烧结activated sintering
弥散强化材料dispersion－strengthened material
加压烧结pressure sintering
金属陶瓷cermet
气压烧结gas pressuresintering
烧结金属基复合材料sintered metal－matrix composite MMC
材科基考点精讲(第5讲 扩散)
扩散方程：
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真题
1．简述柯肯达尔效应及物理本质。 答：柯肯达尔效应：在置换式固溶体的扩散过程中，放置在 原始界面上的标志物的位置发生了移动，移动速率与时间成 抛物线关系，这是由于两种组元不等量的原子交换造成的。 物理本质：对于置换型溶质原子的扩散，由于溶剂与溶质原 子的半径相差不会很大，原子扩散时必须与相邻原子间作置 换，两者的可动性大致趋于同一数量级，因此，必须考虑溶 质和溶剂原子不同的扩散速率。因此最终导致的结果就是， 原始界面的标志物会向扩散速率大的一侧移动。
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（1）菲克第二定律 引出 如图所示设为单位面积A上取dx的单 元体，体积为Adx，在dt的时间内通 过截面1流入的物质量为j(x)·A·dt。
而通过截面2流出的物质量为：
在dt时间内，单元体中的积有量为：
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《材料科学基础》考点精讲系列
扩散
主讲人：王 准
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主要内容 一、菲克定律 二、代位扩散 三、扩散中的热力学 四、扩散的微观机制 五、影响扩散系数的因素 六、反应扩散
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扩散：由构成物质的微粒(离子、原子、分子)的热运动而产 生的物质迁移现象称为扩散。扩散的宏观表现是物质的定向 输送。 在固体材料中也存在扩散，并且它是固体中物质传输的唯一 方式。因为固体不能象气体或液体那样通过流动来进行物质 传输。即使在纯金属中也同样发生扩散，用参入放射性同位 素可以证明。 扩散在材料的生产和使用中的物理过程有密切关系，例如： 凝固、偏析、均匀化退火、冷变形后的回复和再结晶、固态 相变、化学热处理、烧结、氧化、蠕变等。
由高斯解求扩散7×107s后，表面（x＝0）硼浓度为：
空心纳米晶合成策略——柯肯达尔效应
空心纳米晶合成策略——柯肯达尔效应对于纳米晶形貌的控制一直是研究者们孜孜追求的目标，虽然很多时候并不知道它们有什么用（可能是对美的追求）。
空心结构或者York - Shell 结构纳米晶的合成也得到了长足的发展。
常见的合成方式有两种：1.模板+刻蚀；2.柯肯达尔效应（Kirkendall Effect）。
本期内容分享几篇利用Kirkendall Effect来合成空心纳米结构的文献。
何为柯肯达尔效应：Kirkendall Effect概念最早来源于冶金学，指两种扩散速率不同的金属在扩散过程中会形成缺陷。
如图1所示，金属A扩散到金属B的扩散速度大于金属B扩散到金属A的速度，所以在合金形成的过程中会形成空隙。
这些空隙逐渐积累形成大空穴。
在冶金工程中，工程师们非常讨厌这个效应，并努力消除它。
图 1柯肯达尔效应在中空纳米晶合成中的应用在被嫌弃了几十年之后，柯肯达尔效应在纳米材料中焕发新春，被用来合成中空纳米颗粒。
这种中空纳米晶的合成一般分为三步：1.首先合成核（比如金属Co，Fe，Ag）；2.在核表面生长一层壳（如Co纳米颗粒表面氧化成CoO）; 3.利用柯肯达尔效应形成中空结构、或者York-shell结构纳米晶。
示意图如图2所示。
图2第一篇文献是Alivisatos课题组于2004年发表在Science上一篇Report，一作是殷亚东老师。
这篇文章首次报道利用Kirkendall Effect合成空心结构Cobalt Sulfide和Cobalt Oxide纳米晶。
文中首先合成高分散性Co纳米颗粒，然后进行表面硫化或者氧化，形成Co/CoSx或者Co/CoO核壳机构，最后生成中空结构CoSx或者CoO，如图3所示。
图3如果以贵金属Pt作为核，表面生长一层Co，然后氧化，利用Kirkendall Effect效应就可以形成以Pt为核的York-Shell结构，并应用于催化，如图4所示。
图4自此篇文章后，很多课题组开始利用Kirkendall Effect合成空心结构纳米晶。
专业英语词汇の粉末冶金英语
毛坯blank
团粒agglomerate
复合压坯compound compact
粉浆slurry
预成形坯perform
粉块cake
骨架skeleton
坯料feedstock
粉末颗粒形状
粉末类型
颗粒形状particle shape
雾化粉atomized powder
针状acicular
孔径分布pore size distribution
上模冲upper punch
起泡压力bubble－point pressure
模冲固定板punch plate
含油量oil content
底板base plate，lower coupler plate
流体透过性fluid permeability
粉末添加剂
机器machine仪器instrument设备equipment
粘结剂binder
加工面/作业面functional surface
掺杂剂dopant
临近表面adjacent surface
润滑剂lubricant
缺口nick
增塑剂plasticizer
刻痕，槽口notch
增溶剂solubilizer
氢化－脱氢粉dehydride powder
其它
快速冷凝粉rapidly solidfied powder
磨削grinding
捣碎粉chopped powder
铣削milling
超声震荡气化雾化粉ultrasonically gas－atomized powder
裂变fission
摩擦friction
压坯性能
烧结零件性能
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nature柯肯达尔效应导致的纳米笼部分合金化
柯肯达尔效应是一种纳米笼中原子富集的现象，它可以导致纳米笼部分合金化。
柯肯达尔效应是指在高温下，当两种不同原子组成的纳米笼（比如金属纳米颗粒）共存时，其中一种原子会富集在纳米笼的外壁，形成一个稳定的合金化层。
这种现象可以通过热力学原理解释。
在高温下，原子具有更高的动能，从而使得原子在纳米笼内具有较高的扩散能力。
当两种不同原子组成的纳米笼共存时，其中一种原子由于扩散速度较快，会在纳米笼的外壁上富集。
这是因为纳米笼外壁的表面积较大，原子在表面附近更容易扩散。
通过柯肯达尔效应产生的纳米笼部分合金化可以改变材料的物理和化学性质。
合金化层的存在可以增强材料的机械性能、耐热性和耐腐蚀性等方面的特性。
在一些应用中，纳米笼部分合金化可以通过控制合金元素的选择和调控合金化层的厚度，实现对材料性能的调控和优化。
总体而言，柯肯达尔效应导致的纳米笼部分合金化是一种重要的材料工程现象，对于开发新型材料和改善材料性能具有潜在的应用价值。