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铝纳米颗粒的熔点降低现象及原因分析

时间:2023-06-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:当铝纳米颗粒的平均半径缩小至5~50 nm范围时,它们的熔融向较低温度方向移动,同时熔化焓明显降低[SUN 07],铝熔化温度降低的一个重要因素是纳米颗粒表面能的增加,一些研究已经在理论和实验上给予证明[ECK 93,WRO 67]。对于大颗粒,Tm=Tb,Tb为宏观尺度铝的熔点,Tb=660℃。

铝纳米颗粒的熔点降低现象及原因分析

当铝纳米颗粒的平均半径缩小至5~50 nm范围时,它们的熔融向较低温度方向移动,同时熔化焓明显降低[SUN 07],铝熔化温度降低的一个重要因素是纳米颗粒表面能的增加,一些研究已经在理论和实验上给予证明[ECK 93,WRO 67]。根据Eckert等的研究,铝粉熔点是铝颗粒直径的函数,该函数通过下述经验定律给出,定律适用的条件是颗粒直径范围在12~43 nm。

对于大颗粒,Tm=Tb,Tb宏观尺度铝的熔点,Tb=660℃。

几十年前[JON 00]、Reiss和Wilson提出一个模型来描述熔点变化,Tm是颗粒直径d和氧化层厚度toxide的函数,关系式如下所示:

(www.xing528.com)

图1.14 用颗粒直径(d)函数预测铝纳米颗粒熔点

式中,Tb为宏观尺度铝的熔点;Hb为宏观尺度铝的熔化焓;σSL为固体和液体界面处的表面张力

这个模型在近期发表的几篇涉及纳米铝粉燃烧的论文中常被引用作为参考文献[HUN 04,GRA 04]。依据金属铝的特性数据,可计算出铝颗粒的熔化温度随颗粒大小变化趋势,见图1.13。Sun和Simon曾经研究了氧化铝钝化层厚度的影响[SUN 07],结果表明,自然氧化层对铝的熔融温度没有明显影响。

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