纳米热力学理论

本书介绍了纳米尺度下材料生长与相变及纳米材料表界面能的热力学理论，统称为“纳米热力学理论”。它主要包括三部分内容：（1）纳米材料表（界）面能的热力学理论，它根据纳米材料结构特点将其表界面构成分为两部分：源于表界面化学键的化学项(热力学项)和源于表界面应力和缺陷的结构项，分别采用纳米热力学和连续介质力学来，得到一个普适性的纳米材料体系表界面能的解析表达，进而揭示了由表界面所诱导的系列纳米尺度效应；（2）亚稳纳米相成核与相变的热力学理论，它通过诸如拉普拉斯方程等将纳米相相关尺度如临界核尺度和生长面曲率等作为热力学参数引入纳米相成核与相变的热力学中，发展了普适性的基于GIBBS自由能的纳米尺度下亚稳相生长的热力学理论，并应用于不同环境下典型亚稳相如金刚石及相关材料的实验合成，澄清了一些亚稳材料制备中长期有争议的基本科学问题；（3）纳米材料（量子点（环）、纳米线、纳米带等等）生长的热力学理论，它将上述两部分热力学理论内容拓展到更为宽泛的各种维数的纳米材料生长，并应用于纳米材料生长的理论设计，为材料科学家跨过“炒菜”方式的制备研究，有目的地去探索新型纳米材料提供了理论工具。

目 录序第一篇 纳米材料表（界）面能的热力学理论第1章 引言第2章 具有正曲率纳米结构的表（界）面能2.1 纳米多层膜界面能2.2 二元互不相溶金属多层膜的界面异常扩散2.3 纳米晶的表面能2.4 纳米晶的异常表面硬化2.5 纳米线的表面能与熔化参考文献第3章 具有负曲率纳米结构材料的表（界）面能3.1 负曲率纳米结构的概念3.2 负曲率纳米结构材料3.3 表（界）面能的基本物理描述：经典理论3.4 表（界）面能的基本物理描述：纳米热力学参考文献第4章 纳米空洞的表面能4.1 纳米空洞的定义4.2 纳米空洞表面能的热力学理论4.3 表面能诱导的尺寸效应4.4 纳米空洞的非线性收缩4.5 纳米空洞的相变：过热现象4.6 纳米空洞的Sink效应参考文献第5章 纳米管的表面能5.1 纳米管的定义5.2 纳米管内外表面能的热力学理论5.3 表面能导致的新力学效应5.4 纳米多孔结构材料的力学特性参考文献第6章 壳-核纳米结构的表面能6.1 壳-核纳米结构的定义6.2 壳-核纳米结构表面能的热力学理论6.3 自发界面合金化：热力学6.4 自发界面合金化：动力学6.5 金/银二元金属系统参考文献第7章 结论第二篇 亚稳纳米相成核与相变的热力学理论第1章 引言1.1 亚稳相与成核热力学参考文献第2章 纳米热力学理论2.1 基本概念2.2 Hill纳米热力学理论2.3 Tsallis纳米热力学理论参考文献第3章 亚稳纳米相成核的热力学理论3.1 经典成核热力学3.2. 拉普拉斯-杨方程在纳米相稳定性中的应用3.3 不稳定相区中亚稳相成核的热力学平衡相图参考文献第4章 金刚石在不稳定相区成核的热力学描述4.1 化学气相沉积金刚石薄膜4.2 化学气相沉积中金刚石成核的纳米热力学分析4.3 碳化物水热合成和还原过程中的金刚石生长4.4 金刚石纳米线在纳米管内的生长参考文献第5章 立方氮化硼在不稳定相区成核5.1 化学气相沉积中立方氮化硼的成核5.2 高温高压超临界流体中的立方氮化硼成核参考文献第6章 结论第三篇 纳米材料生长的热力学理论第1章 引言1.1 量子结构组装和纳米结构生长参考文献第2章 气相外延生长量子点2.1 量子点的形成和稳定性2.2 量子点的相貌演化2.3 图案化衬底上量子点的生长2.4 多层系统中量子点的生长2.5 量子点的组份分布2.6 量子点自组装的动力学模型参考文献第3章 液滴外延生长量子环3.1 量子环形成的成核热力学3.2 量子环形成的生长动力学3.3 量子环形成的动力学模拟3.4 参考文献第4章 纳米线的成核和生长热力学4.1 纳米线成核的热力学和动力学理论4.2 纳米线生长的热力学和动力学模型4.3 尺寸依赖的纳米线形貌演变4.4 核-壳结构纳米线异质结构生长的热力学参考文献第5章 统计和量子力学框架内的热力学理论5.1 量子点外延生长中浸润层的热稳定性5.2 纳米线生长方向的温度依赖性参考文献第6章 结论附录 杨国伟研究组发表纳米热力学理论论文目录