基于相场模型下控制Ag2Ga纳米针长径比的研究方法技术

本发明专利技术公开了基于相场模型下控制Ag2Ga纳米针长径比的研究方法，按如下步骤进行：一、建立Ag2Ga纳米针的三维计算模型；二、改变实验反应条件以及模拟时间来揭示纳米针长径比变化规律；在室温下，Ag微粒和液态Ga微粒之间会发生扩散形成Ag2Ga微粒，此时对其一端施加一个力拔出，形成Ag2Ga纳米针；在此过程中，实验反应的条件以及模拟时间都是影响Ag2Ga纳米针长径比的关键因素；进行如下操作：操作一：探究不同微粒浓度对Ag2Ga纳米针长径比变化的影响；操作二：探究不同模拟时间对Ag2Ga纳米针长径比变化的影响；操作三：探究不同拔出速度对Ag2Ga纳米针长径比变化的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米材料研究
，具体涉及一种基于相场模型下控制Ag2Ga纳米针长径比的研究方法。
技术介绍
纳米针作为一维的纳米材料，具有独特的机械性、热稳定性、电子传输和光子传输性、光学性质、光导性和场发射效应等特点，因此，具有巨大的应用前景。例如，纳米针在力和质量传感器上的应用以及在纳米刻蚀上的应用。再如，纳米针在医学上也具有巨大得应用前景，如纳米针在医疗美容方面、利用穿刺功能向细胞注射药物等方面发挥作用。近十年来，国内外报道了大量的纳米针制备方法的研究。但是这些报道采用的都是一些传统的纳米针制备方法，这些方法具有加工成形难以控制，实验材料浪费的缺点。另外，利用传统的加工方法制备出的纳米针长径比较小，纳米针形态难以控制，应用价值较低，无法批量生产。因此，开发品质更优、直径更细长径比更高、制备更简单的纳米针具有更大的产业价值和商业价值。在近几十年中，由于计算材料科学领域在各项计算方法上的改进使其计算成效已经获得了普遍的认可。在各种建模方法中，phase-field model(相场模型)已成为一个强大的并且被普遍认可的有效计算模型来模拟和预测材料微观结构的演化过程。Phase-field model的建立是基于diffuse-interface模型，这一模型概念的提出是在40年前由Cahn和Hilliard提出的。“phase-field”一词来源于diffuse-interface模型中用来定义空间和时间秩序的参数。换句话说,phase-field model是使用一组守恒和/或非守恒的变量在连续的界面区域里来描述材料的微观结构变化及其空间分布状况。与此同时，phase-field model能够直接链接到数据库使它可以预测任意形态复杂的微观结构的演化过程。这里指出的微观结构的长度尺度通常是在微米到纳米范围内，其大小、形状和空间排列结构特性在决定材料的物理和力学性能上起着至关重要的角色。微/纳米材料的各种运动演化过程在本质上是非线性的，因此，如何用数值方法表达出这种变化过程往往是急需解决的难题。其中，传统方法sharp-interface model是将二种或者多种成分或结构域之间的边界作为一个单一无过渡的界面。这种方法需要显式跟踪界面的位置，在一维系统中，此方法是可行的，但是发展到两维甚至于三维空间的状态下就会变得不切实际，此方法产生的计算难题将无法克服。
技术实现思路
基于上述现状，本专利技术公开一种基于相场模型下控制Ag2Ga纳米针长径比的研究方法。本专利技术基于相场模型下控制Ag2Ga纳米针长径比的研究将基于相场模型建立Ag2Ga纳米针的三维计算模型；利用微观粒子Ag与Ga之间的化学反应并结合仿真模型，提出一种Ag2Ga纳米针成形机理研究的新方法；通过改变实验反应条件以及模拟时间来揭示纳米针长径比变化规律，提出一种控制纳米针长径比的新思路。为实现上述目的，本专利技术采取如下技术方案：基于相场模型下控制Ag2Ga纳米针长径比的研究方法，按如下步骤进行：一、建立Ag2Ga纳米针的三维计算模型；二、改变实验反应条件以及模拟时间来揭示纳米针长径比变化规律；在室温下，Ag微粒和液态Ga微粒之间会发生扩散形成Ag2Ga微粒，此时对其一端施加一个力拔出，形成Ag2Ga纳米针；在此过程中，实验反应的条件以及模拟时间都是影响Ag2Ga纳米针长径比的关键因素；进行如下操作：操作一：探究不同微粒浓度对Ag2Ga纳米针长径比变化的影响；操作二：探究不同模拟时间对Ag2Ga纳米针长径比变化的影响；操作三：探究不同拔出速度对Ag2Ga纳米针长径比变化的影响。所述基于相场模型下控制Ag2Ga纳米针长径比的研究方法，步骤一：Ag和Ga微粒的三维计算模型中包含四种成分相，定义Ag微粒为c1(x,y,z,t),Ag2Ga纳米针为c2(x,y,z,t)，Ga微粒为c3(x,y,z,t)，c1为Ag微粒的浓度占总的微粒浓度的百分比，c2为Ag2Ga微粒的浓度占总的微粒浓度的百分比，c3为Ga微粒的浓度占总的微粒浓度的百分比；模型的多种动力学包括Ag微粒、Ga微粒和Ag2Ga相互之间的扩散过程，Ag微粒、Ga微粒之间的化学反应过程，纳米针的形成过程和成形过程；模型的多种能量学包括自由能、化学能、梯度能；定义在Ag微粒和Ga微粒之间发生的反应化学方程为：2Ag+Ga＝Ag2Ga (1)对于上述的三维计算模型，根据Cahn-Hilliard模型，自由能采用如下方程式： G = ∫ v { F c h + F g r a d本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于相场模型下控制Ag2Ga纳米针长径比的研究方法，其特征是按如下步骤进行：一、建立Ag2Ga纳米针的三维计算模型；二、改变实验反应条件以及模拟时间来揭示纳米针长径比变化规律；在室温下，Ag微粒和液态Ga微粒之间会发生扩散形成Ag2Ga微粒，此时对其一端施加一个力拔出，形成Ag2Ga纳米针；在此过程中，实验反应的条件以及模拟时间都是影响Ag2Ga纳米针长径比的关键因素；进行如下操作：操作一：探究不同微粒浓度对Ag2Ga纳米针长径比变化的影响；操作二：探究不同模拟时间对Ag2Ga纳米针长径比变化的影响；操作三：探究不同拔出速度对Ag2Ga纳米针长径比变化的影响。

【技术特征摘要】
1.基于相场模型下控制Ag2Ga纳米针长径比的研究方法，其特征是按如下步骤进行：一、建立Ag2Ga纳米针的三维计算模型；二、改变实验反应条件以及模拟时间来揭示纳米针长径比变化规律；在室温下，Ag微粒和液态Ga微粒之间会发生扩散形成Ag2Ga微粒，此时对其一端施加一个力拔出，形成Ag2Ga纳米针；在此过程中，实验反应的条件以及模拟时间都是影响Ag2Ga纳米针长径比的关键因素；进行如下操作：操作一：探究不同微粒浓度对Ag2Ga纳米针长径比变化的影响；操作二：探究不同模拟时间对Ag2Ga纳米针长径比变化的影响；操作三：探究不同拔出速度对Ag2Ga纳米针长径比变化的影响。2.如权利要求1所述基于相场模型下控制Ag2Ga纳米针长径比的研究方法，其特征是：步骤一：Ag和Ga微粒的三维计算模型中包含四种成分相，定义Ag微粒为c1(x,y,z,t),Ag2Ga纳米针为c2(x,y,z,t)，Ga微粒为c3(x,y,...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俐楠，郑伟，陈超，吴立群，王洪成，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33