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银在纳米镍-硼中扩散的背散射研究

李向阳  何文权  承焕生  杨福家  
【摘要】:纳米材料是一种具有广泛应用前景的新型材料,它因颗粒半径小而具有很高的界面能,而且大量界面原子本身以及界面原子与颗粒内部均处于非平衡态或亚稳态,所以该类材料的扩散过程研究,不仅可深入了解纳米材料的界面结构,而且对材料的稳定性以及与扩散有关的诸如陶瓷的烧结、塑性陶瓷等的研究起重要的意义.然而测量纳米材料的扩散系数却很困难, 一方面杂质的扩散量本身很小,另一方面因受材料的结晶温度的限制(纳米镍-硼为~120℃),扩散温度不能过高,因此常规的测量方法已不能胜任。当然可以采用离子注入的方法人为造成过饱和浓度的杂质原子以增加扩散量,但材料却因注入而发生了变化,特别对纳米材料,这种变化不能忽略。本文采用杂质原子通过表面扩散的方法,用卢瑟福背散射技术测量杂质原子银的深度分布,扩散系数则借助于 type-C 扩散模型拟合实验数据获得,实验发现,在极低的扩散温度下(<120℃),表面的银已发生了显著的扩散,而且扩散系数满足 Arrhenius 关系, 并得到扩散激活能0.58eV。显著的快扩散以及小的扩散激活能正是纳米材料界面具有多余能量的体现,而且预示银在镍- 硼纳米材料界面处具有不同于一般多晶晶界处的空穴扩散机制;文中同时探讨了可能的扩散机制。

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