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Pb、In纳米颗粒表面熔化的内耗研究

费广涛

  材料熔化是凝聚态物理和材料科学中的一个十分重要的问题。大多数研究表明材料的熔化往往从材料表面开始,即表面熔化。然而,关于熔化的本质至今尚无定论。本文采用高能球磨法分别制备了分散在A1基体中的Pb、In纳米颗粒,用动态力学分析仪(DMA)研究了Pb、In纳米颗粒的表面熔化性质。结果表明,分别在Pb、In熔点附近出现内耗峰,且内耗峰具有以下特点:随频率增大,峰位不变,但峰高降低;随升温速率增大,峰位向高温移动,且峰高增大;内耗峰与颗粒熔化后的液滴属性无关;内耗峰与Pb、In纳米颗粒尺寸密切相关:颗粒尺寸越小,总表面积越大,则峰高越大。另外,块体Pb、In试样的DMA测量结果表明没有出现相应的内耗峰。我们认为,在DMA升温测量过程中纳米颗粒表面首先熔化,有一液态层包覆未熔化的固态 芯核 。DMA测量内耗时给样品施加一周期性交变应力,这一外加交变应力能改变颗粒的熔化温度,从而使颗粒表面熔融层处产生周期性的熔化-固化过程,该周期性熔化-固化过程引起振动能量的耗散,从而产生内耗峰。纳米颗粒尺寸越小,总表面积越大,则表面熔化在更大的表面积上发生,从而能量耗散就越大,峰高越大。本研究证明内耗技术是研究表面熔化的有效手段。……