Ni-Cu合金纳米线结构的热稳定性研究

一维Ni-Cu合金纳米线在磁记录、传感器和纳米导线等方面有着潜在的应用前景。纳米材料的特异性能与纳米颗粒的尺寸和内部结构等密切相关。温度是影响纳米材料结构与性能的重要因素，原位加热研究Ni-Cu合金纳米线的结构及热稳定性对于其应用具有重要意义。

图1. 氧化铝模板表面形貌（左图）以及Ni-Cu合金纳米线形貌（右图）的电镜照片

中国科学院高能物理研究所吴忠华课题组采用交流电模式将Ni-Cu合金纳米线沉积在热稳定性良好的氧化铝模板中（如图1所示），获得了高度有序的Ni-Cu合金纳米线阵列。Ni-Cu合金纳米线的直径约为40 nm，长度约6 mm。他们在北京同步辐射装置（BSRF）上分别测量了该样品体系的X射线衍射（XRD）花样（图2左）和X射线吸收精细结构（XAFS）谱（图2中与右）。通过研究获得Ni-Cu合金纳米线结构热稳定性的信息，相关研究结果发表在Mater. Chem. Phys., 121(2010) 390–394。

图2. Ni-Cu合金纳米线的X射线衍射花样（左图），以及Ni-K边（中图）和Cu-K边（右图）的X射线吸收谱。

结果表明：由于Ni2+和Cu2+具有较大的沉积电位差，周期变化的交流电压使所沉积的Ni-Cu合金纳米线沿轴向成分不均匀，形成富Ni和富Cu的亚稳相（图3左）。在200°C下保温30min，Ni-Cu合金纳米线成分趋于均匀，形成成分随机分布的无序固溶体。Ni-Cu合金纳米线的磁性主要得益于具有磁性的富Ni区和无磁性的富Cu区的周期性排列，而200°C以上的加热会使这种非均匀相消失。这一结果对Ni-Cu合金纳米线的应用具有指导意义。另外，由于材料的固有膨胀、纳米孔的限域效应、空位效应以及表面张力等因素的协同作用，所获得Ni-Cu合金纳米线的平均热膨胀系数为1.1×10-5 K-1。在受限二元合金中，半径较大的原子对键长的热膨胀系数相对较小（图3右），反之亦然。

图3. Ni-Cu合金纳米线中配位数（左图）与键长（右图）随温度的变化。

发表文章：

Guang Mo1, 2, Weidong Cheng1, 2, Quan Cai1, 2, Wei Wang1, 2, Kunhao Zhang1, 2, Xueqing Xing1, 2, Zhongjun Chen1, and Zhonghua Wu1,*, Structural change of Ni-Cu alloy nanowires with temperature studied by in-situ X-ray absorption fine structure technique, Mater. Chem. Phys., 121(2010) 390–394.

1 Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

2 Graduate University of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

* To whom correspondence should be addressed. E-mail: wuzh@ihep.ac.cn