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,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:
对于上述方程(2),Fch表示化学反应的能量变化,即在Ag和Ga发生化学反应生成Ag2Ga的过程中的化学能量变化,用如下方程式定义:
其中,f0表示反应过程的化学能量系数;
对于上述方程(2),Fgrad表示系统梯度能的能量变化,使用如下方程:
上式中,表示梯度计算,h11表示相c1内部梯度能量变化系数,h22表示相c2内部梯度能量变化系数,h33表示相c3内部梯度能量变化系数,h12表示相c1和相c2之间梯度能量变化系数,h13表示相c1和相c3之间梯度能量变化系数,h23表示相c2和相c3之间梯度能量变化系数;
对于上述模型,c1、c2、c3的密度场变量通过Cahn-Hilliard非线性扩散方程决定,并结合量守恒关系,得到如下控制方程:
其中,v1是c1的反应速率,v2是c3的反应速率,β是灵敏度系数;θ是关于Ag生成Ag2Ga的速率的系数;是关于Ga生成Ag2Ga的速率的系数;μ1、μ2、μ3分别表示Ag、Ag2Ga、Ga的化学势,分别用如下方程定义:
对于上述方程(5)、(6)、(7),M1、M2、M3分别表示是微观粒子Ag、Ag2Ga、Ga的扩散率,分别用如下三个方程定义:
M0为材料的扩散系数。
3.如权利要求2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:步骤二:操作一:通过探究不同的微粒浓度对纳米针长径比变化的影响,揭示纳米针长径比变化的规律,从而控制纳米针长径比变化;Ga的熔点为29.8摄氏度,因此实验温度控制在常温即可;Ag微粒与Ga微粒的反应用如下方程式表示
2Ag+Ga=Ag2Ga
取四组不同浓度比Ag:Ga分别为1.8:1、2:1、2.2:1、2.4:1,其它反应条件相同,其它反应条件包括温度、模拟时间、驱动力大小。
4.如权利要求2或3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:步骤二:操作二:在常温下,取四组反应来模拟,模拟时间分别为t1、t2、t3、t4,t1<t2<t3<t4;在四组模拟时间下,分别对Ag2Ga纳米针一端施加相同大小的驱动力,并且将其缓慢的拔出;模拟时间t1时,时间较短,微粒之间的扩散和反应未充分完成,生成纳米针长径比小,直径较粗;模拟时间t2时,微粒之间的扩散和反应都较为完全,生成纳米针长径比较大,直径较细;模拟时间t3时,微粒之间的扩散和反应完全,生成纳米针长径比大,直径细;模拟时间t4时,微粒之间的扩散和反应过长,一些微粒吸附在纳米针表面,因此生成的纳米针较长,但直径较粗。
5.如权利要求2或3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:步骤二:操作三:在常温下,通过不同的拔出速度V1、V2和V3,V1<V2<V3来探究,揭示拔出速度对纳米针的长径比变化影响;当拔出速度为V1且保持匀速,生成的纳米针的长径比较大,且纳米针的直径较细;当拔出速度为V2且保持匀速,生成的纳米针的长径比变小,纳米针直径变大;当拔出速度为V3且保持匀速,由于速度较大,纳米针一端很快脱离,生成的纳米针长度较短,直径较大,长径比小。