[发明专利]不同尺寸的纳米Ag-Cu合金体系的共晶温度的预测方法

说明书

本发明涉及一种不同尺寸的纳米Ag‑Cu合金体系的共晶温度的预测方法，采用湿化学法制备Ag‑Cu纳米合金颗粒，并用SiO₂对其进行包覆.通过TEM对纳米合金颗粒进行表征，通过DSC获得纳米合金尺寸与熔化信息。考虑相关纳米粒子的表面效应，利用CALPHAD方法在块体合金的吉布斯自由能上外推相应纳米粒子吉布斯自由能随温度、粒径变化的关系，同时根据实验结果调整校正因子，获得自洽的描述相关纳米颗粒吉布斯自由能表达式，并用于预测Ag‑Cu纳米合金共晶温度，计算预测结果与实验结果很好的一致。

技术领域

本发明涉及一种不同尺寸的纳米Ag-Cu合金体系的共晶温度的预测方法。

背景技术

因为纳米材料热力学性质随着颗粒大小和形状的改变而发生改变，所以描述纳米材料的热力学参数将是除了温度、成分和压强的函数外，还是颗粒大小和形状的函数。为了扩展热力学计算CALPHAD方法至纳米材料体系，准确用于纳米材料体系相图及热力学性质的计算预测研究。基于纳米颗粒表面(界面)效应对纳米颗粒化学势的影响分析，CALPHAD方法被外推用于纳米体系相图及热力学性质的计算，并被称为纳米相图热力学计算(Nano-CALPHAD)方法。同时，虽然纳米颗粒相变温度随颗粒大小变化的关系可以通过实验来进行测定，但是要获得纳米颗粒熔化温度随颗粒大小、形状变化的规律需要较多的实验，费时费力。如果在关键实验的基础上，考虑纳米颗粒表面(界面)效应对纳米材料各相化学势的影响，优化获得自洽的纳米体系各相的热力学参数，可据此进行纳米合金相图及热力学性质计算。Kapaty综述了纳米相图热力学计算的相关研究进展，指出Nano-CALPHAD方法的主要任务是在Gibbs能量公式中正确引入表面能项，但总体上有关纳米合金相图自洽的理论和实验研究较少。刘兴军教授用相图计算CALPHAD方法计算不同结构金属的表面张力和界面能，与纳米纯铁的实验数据吻合，并基于Gibbs-Thomson方程所导致的附加Gibbs能量，计算了纯金属(Fe)的相稳定性和(Cu-Ti)纳米合金颗粒相图。最近，除Sopousek等和Dahan等分别用实验和热力学模拟的方法研究Cu-Ni及Bi-Sn纳米相图外，Park和Lee以及Garzel等分别用Nano-CALPHAD方法优化了Ag-Au、Ag-Cu体系，计算得到两体系的纳米相图，但其优化主要根据相应纳米单质颗粒热力学性质外推，没有纳米合金相关实验数据；Guisbiers等和Zhao等则分别选用纳米热力学模型理论计算了4nm和10nm不同形状的多面体Au-Cu体系纳米相图和2-10nm不同尺度不同形状的Ag-Co体系纳米相图，但都没有相关纳米合金实验数据支撑。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种Ag-Cu纳米合金共晶熔点的理论预测与实验数据自洽的研究方法，考虑相关纳米粒子的表面效应，利用CALPHAD方法在块体合金的吉布斯自由能上外推相应纳米粒子吉布斯自由能随温度、粒径变化的关系，同时根据实验结果调整校正因子，获得自洽的描述相关纳米颗粒吉布斯自由能表达式，并用于纳米颗粒共晶熔化温度预测。

本发明不同尺寸的纳米Ag-Cu合金体系的共晶温度的预测方法，通过部分Ag-Cu纳米合金实验数据结合CALPHAD方法，预测任意直径大于5nm的Ag-Cu合金纳米粒子的共晶熔化温度。

进一步地，Ag-Cu纳米合金制备方法包括以下步骤：

步骤(1)，配置0.01mol/L的AgNO₃溶液和0.01mol/L的CuSO₄溶液，对已配制的溶液分别按照Ag8Cu2、Ag7Cu3、Ag6Cu4和Ag5Cu5四种原子比例进行混合，使得到4种不同离子配比的溶液；

步骤(2)，按照步骤(1)所配溶液与去离子水体积比50:47的比例将上述溶液加去离子水进行稀释；

步骤(3)，按照步骤(2)所配溶液与分别与质量分数为1％柠檬酸钠混合，所配溶液与柠檬酸钠的溶液体积比为97：3；