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中国科学院固体物理研究所“百人计划”入选者费广涛研究员领导的课题组在金属纳米线热膨胀行为的研究方面取得进展。
材料的热膨胀是材料的一个基本特性，它直接关系到材料的应用。纳米线状材料有望在大规模集成电路，针尖探测等方面得到应用。在这些应用中，热膨胀是决定材料是否能够应用的因素之一。
博士生徐锡金、王学伟、硕士生周晔、周文飞在导师费广涛研究员的指导下，采用原位X射线衍射的方法系统研究了尺度、相结构和取向等对嵌在多孔氧化铝模板孔洞中的金属纳米线的热膨胀特性的影响。研究发现，金属纳米线的宏观热膨胀行为与三个因素有关，分别是(a)纳米线的固有热膨胀；(b)表面张力以及模板的限制作用；(c)电沉积金属纳米线时引入的过量空位。在相同测试条件下，通过4H-Ag和3C-Ag纳米线阵列热膨胀性质的比较，得出了较为普遍的规律：对于同一直径的纳米线而言，其热膨胀系数与相结构无关。通过对沿[111]、[100]、[110]择优取向生长的Cu纳米线热膨胀性质的研究发现，在加热过程中的空位形状的变化导致了退火前后不同择优取向Cu纳米线的热膨胀的差异。对于不同的晶面，始末状态的空位构形引起的晶面间距变化量是不同的，这就导致了不同择优取向Cu纳米线热膨胀性质的差异。
以上研究成果分别在Applied Physics Letters, 88 (2006) 211902、Applied Physics Letters, 89 (2006) 181914、Solid State Sciences, 10 (2008) 1185、Nanotechnology, 19 (2008) 285711和The Journal of Physical Chemistry C (接受)上发表了系列文章。
审稿人对最近被The Journal of Physical Chemistry C杂志接收的文章的评论认为“I think this is an interesting and important paper. The existing literature appears to present models or data to describe thermal expansion in nanowires. This paper presents carefully analysed data and models it successfully. This is a good piece of work.”(我认为这是一篇有趣且重要的文章。已有的文献似乎也提出了模型或数据描述纳米线的热膨胀。这篇文章对数据进行了仔细分析，成功地建立了模型。这是一项很好的工作。)
该工作得到国家科技部973计划(No.2005CB623603)、中国科学院“百人计划”、国家自然科学基金(No. 50671099)的支持。
Ag纳米线的扫描电镜照片 退火后直径为55纳米的Ag纳米线在不同温度下的
XRD谱，曲线箭头的方向为温度升高方向
长宽比为9:3的单空位片的分布示意图。(a) 三维分布，(b) 从[010]方向看进去的二维分布，
(c) 从[100]方向看进去的二维分布。
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