结构特征分布模型 基本观点是：纳米材料的界面不是单一的、同样的结构，界面结构是多种 多样的。 在庞大体积的界面中，由于在能量、缺陷、相邻晶粒取向以及杂质偏聚上 的差别，使得纳米材料的界面结构存在一个分布，它们都处于无序到有序 的中间状态。有的是无序，有的是短程有序，有的是扩展有序，有的甚至 是长程有序。这个结构特征分布受制备方法、温度、压力等因素的影响很 大。随着退火温度的升高或压力的增大，有序或扩展有序界面的数量增加。 该模型可以把目前用各种方法观察到的界面结构上的差异都统一起来。 高分辨电镜观察了纳米Pd块体的界面结构，在同一个试样中既看到了有序的 界面，也观察到了原子排列十分混乱的无序界面。 米小 11
纳米材料基础与应用 11 ✓ 基本观点是：纳米材料的界面不是单一的、同样的结构，界面结构是多种 多样的。 ✓ 在庞大体积的界面中，由于在能量、缺陷、相邻晶粒取向以及杂质偏聚上 的差别，使得纳米材料的界面结构存在一个分布，它们都处于无序到有序 的中间状态。有的是无序，有的是短程有序，有的是扩展有序，有的甚至 是长程有序。这个结构特征分布受制备方法、温度、压力等因素的影响很 大。随着退火温度的升高或压力的增大，有序或扩展有序界面的数量增加。 该模型可以把目前用各种方法观察到的界面结构上的差异都统一起来。 高分辨电镜观察了纳米Pd块体的界面结构，在同一个试样中既看到了有序的 界面，也观察到了原子排列十分混乱的无序界面。 ⚫ 结构特征分布模型
8.1.3纳米固体材料的结构缺陷 ●缺陷是指实际晶体结构中偏离了理想晶体结构的区域。纳米材料结构中的 平移周期遭到了很大的破坏，偏离理想晶格的区域很大。 √这是因为纳米材料界面原子排列比较混乱，界面中原子配位不全使得缺陷 增加。 √另外，纳米粉体压成块体后，由于颗粒尺寸很小，大的表面张力使晶格常 数减小（特别是颗粒的表面层），晶格常数的变化也会使缺陷增加。 √这就是说，纳米材料实际上是缺陷密度十分高的一种材料。但是，对于纳 米材料中的缺陷至今尚未搞清，是亟待从实验上和理论上加以解决的重要 课题。 小用 12
纳米材料基础与应用 12 8.1.3 纳米固体材料的结构缺陷 ⚫ 缺陷是指实际晶体结构中偏离了理想晶体结构的区域。纳米材料结构中的 平移周期遭到了很大的破坏，偏离理想晶格的区域很大。 ✓ 这是因为纳米材料界面原子排列比较混乱，界面中原子配位不全使得缺陷 增加。 ✓ 另外，纳米粉体压成块体后，由于颗粒尺寸很小，大的表面张力使晶格常 数减小(特别是颗粒的表面层），晶格常数的变化也会使缺陷增加。 ✓ 这就是说，纳米材料实际上是缺陷密度十分高的一种材料。但是，对于纳 米材料中的缺陷至今尚未搞清，是亟待从实验上和理论上加以解决的重要 课题
缺陷分类： ·根据缺陷在空间分布的情况，纳米材料的结构缺陷可分为以 下三类： √点缺陷（空位、空位对、空位团、溶质原子、杂质原子等）、 √线缺陷（位错、刃型位错、螺型位错、混合型位错等）、 √面缺陷（层错、相界、晶界、三叉晶界、孪晶界等）。 ●下面重点介绍对纳米材料性能影响较大的几种缺陷：位错、 三叉晶界、空位、空位团和孔洞。 小 13
纳米材料基础与应用 13 缺陷分类： ⚫ 根据缺陷在空间分布的情况，纳米材料的结构缺陷可分为以 下三类： ✓点缺陷（空位、 空位对、空位团、溶质原子、杂质原子等）、 ✓线缺陷(位错、刃型位错、螺型位错、混合型 位错等）、 ✓面缺陷(层错、相界、晶界、三叉晶界、孪晶界等）。 ⚫ 下面重点介绍对纳米材料 性能影响较大的几种缺陷：位错、 三叉晶界、空位、空位团和孔洞
纳米固体材料中的位错 孪晶面 1! b含有刃型位错的晶体 c含有螺型位错的晶体 图2晶体中位错的原子组态 题化 4 (b)晶界内位错像（如⊥”所示 (C)晶界内的五重李晶 用 14
纳米材料基础与应用 14 图8.1 纳米晶Pd 中的位错和孪晶 的高分辨图像。 纳米固体材料中的位错
纳米材料位错 晶界 ·纳米材料诞生不 位错塞积 而无位错，理由是位错增 殖的临界切应力1 A B 般来说，Frank-Read 源的尺度远小于 小小，如果在纳米微粒中存 在Frank-Read 滑移面 k-Read源的临界切应力 将非常大，粗略 滑移面 大的临界切应力一般很难 达到。因此，位 米晶体内很可能无位错。即 使有位错，位错 ●另一种观点认为：除了存在点缺陷外，纳米材料晶粒组元甚至在靠近界面的晶粒内 存在位错，但位错的组态、位错运动行为都与常规晶体不同。例如，没有位错塞积， 由于位错密度低而没有位错胞和位错团，位错运动自由程很短。 ·目前，许多人用高分辨透射电镜分别在纳米晶Pd中观察到位错、孪晶、位错网络等。 这就在实验上以无可争辩的事实揭示了在纳米晶内存在位错、孪晶等缺陷。 15
纳米材料基础与应用 15 纳米材料位错的两种理论 ⚫ 纳米材料诞生不久，有人认为纳米材料中存在大量点缺陷而无位错，理由是位错增 殖的临界切应力τ与Frank - Read源的尺度成反比。一般来说，Frank - Read 源的尺度远小于晶粒尺寸，而纳米材料中的晶粒尺寸十分小，如果在纳米微粒中存 在Frank-Read源的话，其尺寸就更小，这样开动Frank-Read源的临界切应力 将非常大，粗略估计它比常晶体的τ 大几个数量级，这样大的临界切应力一般很难 达到。因此，位错增殖在纳米晶内 不会发生，所以在纳米晶体内很可能无位错。即 使有位错，位错密度也很低。 ⚫ 另一种观点认为：除了存在点缺陷外，纳米材料晶粒组元甚至在靠近界面的晶粒内 存在位错，但位错的组态、位错运动行为都与常规晶体不同。例如，没有位错塞积， 由于位错密度低而没有位错胞和位错团，位错运动自由程很短。 ⚫ 目前，许多人用高分辨透射电镜分别在纳米晶Pd中观察到位错、孪晶、位错网络等。 这就在实验上以无可争辩的事实揭示了在纳米晶内存在位错、孪晶等缺陷