纳米晶Cu-Ag双峰合金材料热导率的分子动力学模拟研究

发布时间：2020-02-12 10:18

【摘要】：描述了一种制备纳米晶合金的方法,获得纳米晶Cu-Ag双峰材料。采用分子动力学方法研究了温度在100~300K范围内纳晶Cu-Ag双峰材料的热导率随尺寸和温度的变化关系。在对初始截断半径和时间步长进行设置和优化的条件下,计算并分析了平均晶粒尺寸热导率的影响规律。同时,对模拟结果和实验测试结果进行对照,结果表明:模拟结果与实验数据基本一致,纳晶Cu-Ag双峰材料热导率明显低于单晶Cu/Ag块体,存在明显的尺寸效应。其原因主要与细晶组织中热输运载流子浓度的降低以及载流子在Cu/Ag纳晶晶粒界面上的强烈散射有关。
【图文】：

，混合粉末在温度设置为４００℃高真空炉进行氢气还原３０ｍｉｎ；将铜粉预压成圆柱体（Φ＝１１ｍｍ，ｈ＝４ｍｍ），，程控均匀升压至５ＧＰａ；再通过加热系统，以大约４０℃／ｍｉｎ的速率升温至７００℃，并保温３０ｍｉｎ对样品进行烧结；随后以５０℃／ｍｉｎ缓慢均匀冷却至室温；最后经１８ｈ缓慢均匀卸至常压。取出样品，编号为样品１。重复上述步骤，依次在７５０，８００，８５０，９００，９５０和１０００℃的烧结温度下制备得到样品２～７。如图２所示，对样品进行了ＸＲＤ衍射和ＳＥＭ扫描分析，样品由Ｃｕ和Ａｇ２种元素组成；高温高压制备纳晶双峰材料样品过程中几乎没有产生气孔和结块，样品展现出了双峰显微组织，纳米级铜粉（灰色区域）和微米级银粉（白色区域）已经均匀的混合。图中可以明显看出纳晶铜晶粒与纳晶银晶粒形成的异质晶界。图１粉体实验原料颗粒尺寸分布与显微形貌Ｆｉｇ１Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅａｎｄｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ表１银粉的ＸＲＦ分析结果Ｔａｂｌｅ１ＴｈｅＸＲＦｒｅｓｕｌｔｓｏｆＡｇｐｏｗｄｅｒ元素含量／ｗｔ％标准偏差Ａｇ９９．８０２０．０２０６７Ｎｉ０．００２０．００５６Ｃｕ０．０９６０．００３７Ｆｅ０．０５１０．００１９Ｏ０．００１０．００６２其它０．０４８／表２铜粉的ＸＲＦ分析结果Ｔａｂｌｅ２ＴｈｅＸＲＦｒｅｓｕｌｔｓｏｆＣｕｐｏｗｄｅｒ元素含量／ｗｔ％标准偏差Ｃｕ９９．９０１０．０２１Ｎｉ０．０５２０．００６６Ａｇ０．０２５０．００２６Ｆｅ０．０３００．

ｇ纳晶双峰材料异质界面模型。模型基于以下假设建立：（１）根据实验测试结果，认为纳晶Ｃｕ－Ａｇ双峰材料由纯物质Ｃｕ晶粒和纯物质Ａｇ晶粒组合而成；（２）铜银的晶胞形式相同，同为面心立方最密堆积（Ｆ４／Ｍ－３２／Ｍ空间群），且纳晶Ｃｕ／Ａｇ界面无孪晶等缺陷。因此Ｃｕ／Ａｇ异质界面模型如图３所示。图２纳晶双峰材料样品ＸＲＤ衍射图谱和电镜扫描（ＳＥＭ）Ｆｉｇ２ＳＥＭｍｉｃｒｏｇｒａｐｈｓａｎｄＸ－ｒａｙｐａｔｔｅｒｎｏｆｓａｍｐｌｅｓ图３Ｃｕ／Ａｇ晶粒异质界面模型Ｆｉｇ３ＴｈｅｈｅｔｅｒｏｇｅｎｏｕｓｂｏｕｎｄａｒｙｍｏｄｅｌｏｆＣｕ／Ａｇ１００１８２０１７年第１０期（４８）卷

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本文编号：2578792