1、 物 理 學 報 Acta Phys. Sin. Vol. 64, No. 8 (2015 083601 率仍呈現遞減趨勢, 并且隨溫度變化趨于緩和, 這 對基于鋁納米顆粒的高溫金屬相變材料的設計具 有指導意義. 0.60 /Wm-1K-1 0.55 0.50 0.45 0.40 0.35 0.30 300 400 500 600 /K 700 800 1.6 nm 2.0 nm 1 鋁納米顆粒的密度低于普通鋁塊的密度, 相 同粒徑的鋁納米顆粒的密度隨著溫度的升高而降 低, 并且隨著納米顆粒粒徑的增大, 其密度是單調 遞減的. 2 由能量 -溫度曲線、比熱容 -溫度曲線分析 得 到, 粒 徑

2、為 0.83.2 nm 的 鋁 納 米 顆 粒, 隨 著 粒徑的增大, 其熔點呈現單調遞增, 但在粒徑為 2.23.2 nm 時, 鋁納米顆粒的熔點增幅減緩. 這表 明鋁納米顆粒由于受尺寸效應的影響, 熔點普遍低 于塊材 (933 K, 隨著粒徑的不斷增大, 鋁納米顆粒 的熔點逐漸升高, 但在此過程中并不是單調升高, 最終將趨于 933 K. 3 鋁納米顆粒的聲子熱導率隨著溫度的升高 呈單調遞減, 與金屬熱導率隨溫度變化的普遍規律 一致. 不同粒徑的鋁納米顆粒的熱導率, 由于其傳 熱方式不再是傳統的擴散方式, 而是受尺寸效應影 響的彈道方式, 伴隨著其粒徑的增大, 聲子熱導率 呈線性單調遞增.

3、 本研究是對宏觀實驗方面鋁納米顆粒在相變 及熱物性探索的微觀解釋, 更進一步地說明了鋁納 米顆粒良好的納米材料特性, 對今后以鋁納米顆粒 為相變材料的工作提供了參數設置與理論依據. 圖8 熱導率隨溫度的變化 Fig. 8. Thermal conductivity variations with temperature. 圖 9 所示為鋁納米顆粒的聲子熱導率隨粒徑 的變化. 從圖 9 不難看出, 隨著鋁納米顆粒粒徑的 增大, 其聲子熱導率呈線性單調遞增, 這與 Yuan 和 Jiang 27 所得到的結果是一致的. 這是由于當材料 的尺度下降到納米量級時, 其傳熱的機理不再是傳 統的擴散方式,

4、 而是基于受尺寸效應影響的彈道運 輸方式 28 . 鋁納米顆粒的部分聲子將不再經歷散 射的過程, 而是直接從一個邊界運輸到另一個邊 界, 其熱導率具有明顯的尺寸依賴性. 并且本模擬 的鋁納米顆粒均為小尺度, 其聲子平均自由程遠遠 大于其粒徑, 使得聲子為完全彈道運輸 29 , 其熱導 率隨粒徑的增大呈線性遞增. 1.0 /Wm-1K-1 參考文獻 1 Ge H, Li H, Mei S, Liu J 2013 Renew Sust. Energy Rev. 21 331 2 Farid M M, Khudhair A M, Razack S A K, Al-Hallaj S 2004 Ener

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8、ze 4 結 論 本文利用分子動力學方法, 采用 EAM 對鋁納 米顆粒的熱物性及其相變行為進行了分子模擬, 主 要結論如下. 083601-6 物 理 學 報 Acta Phys. Sin. 15 Levchenko E V, Evteev A V, Löwisch G G, Belova I V, Murch G E 2012 Intermetallics 22 193 16 Puri P, Yang V 2007 J. Phys. Chem. C 111 11776 17 Daw M S, Baskes M I 1984 Phys. Rev. B 29 6443 18 Mend

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