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纳米晶体材料的形貌控制和性能优化技术纳米晶体材料具有与传统材料相比独特的性质和应用潜力，它们在材料科学和工程领域中引起了广泛的关注。
纳米晶体材料的形貌控制和性能优化技术是实现其各种应用的关键，本文将详细探讨这些技术的原理、方法和应用。
形貌控制是指在纳米晶体材料制备过程中调控其形态和结构。
通过合理的形貌控制，可以调节纳米晶体的表面积、孔隙结构、晶体形状等特征，从而调整其物理、化学和力学性能。
常用的形貌控制方法包括溶胶-凝胶法、水热法、电化学沉积法、热分解法等。
这些方法通过调节反应条件、添加表面活性剂、改变溶剂热力学性质等手段，可以实现对纳米晶体形貌的精确控制。
一种常用的形貌控制技术是溶胶-凝胶法。
该方法通过溶胶中的原子或分子自聚合形成胶体粒子，然后通过凝胶反应固化成纳米晶体。
这种方法可以通过调节反应溶液的浓度、pH值、温度等参数，实现纳米晶体形貌的控制。
此外，利用表面活性剂可以在溶液中形成胶体粒子的核心-壳结构，通过调节表面活性剂的类型和浓度，可以调控纳米晶体的形貌。
水热法也是一种常用的形貌控制技术。
该方法利用高温高压水介质中的热力学性质，促使溶液中的原子或分子形成纳米晶体。
水热法具有反应温度低、反应时间短、成本低等优点，适用于制备各种形貌的纳米晶体材料。
通过调节反应温度、压力、溶液成分等参数，可以实现纳米晶体形貌的精确控制。
电化学沉积法是一种利用电化学反应控制纳米晶体形貌的技术。
该方法利用电极电位和电流密度的调节，使溶液中的离子在电极表面沉积形成纳米晶体。
电化学沉积法具有操作简单、形貌可调性强、制备成本低等优点。
通过调节电极材料、电解液成分和电流密度等参数，可以实现对纳米晶体形貌的准确控制。
除了形貌控制，性能优化也是纳米晶体材料研究的关键问题。
纳米晶体材料的性能受其晶格结构、晶界特征和表面性质的影响，因此通过调控纳米晶体的结构和表面特征，可以实现其性能的优化。
一种常用的性能优化技术是控制纳米晶体的尺寸和晶格结构。
工程热力学（2015 秋）课程论文姓名：班级：学号：日期：纳米晶材料的热力学函数研究一、摘要 (1)二、纳米晶材料的几何假设 (1)三、界面热力学函数分析 (2)四、内部热力学函数分析 (6)五、整体热力学函数分析 (6)六、总结 (6)七、纳米晶材料热力学应用展望 (6)一、摘要纳米晶材料（nanophase material )是具有纳米级超细晶组织的材料。
由于超细晶粒(小于100nm)、高的界面体积分数(高达50%)和界面区的原子间距分布较宽，其性能特别是和近邻原子相关联的性能，如力学性能、热学性能、磁学性能，与一般多晶材料或同成分的非晶态材料有很大的差别[1]。
本文应用界面膨胀模型[2]并以普适状态[3]为基础对纳米材料的整体的热力学函数计算模型进行了阐述分析，进而对其应用进行了展望。
二、纳米晶材料的几何假设纳米晶材料中的原子可分为两部分，一部分是位于晶粒内部点阵位置上有序排列的原子，另一部分是位于晶界面上无序或部分有序的原子。
假设纳米晶粒子为球形，直径为d ，界面厚度为δ，如图1所示。
原子在晶界面区域和晶粒内部的排布密度（原子的空间占据百分数）分别为b ρ和i ρ。
位于晶界面上和晶粒内部的原子个数b N 和i N 可由下式计算：bb b V d δρδπ2)2(4-=N (1) 03)22(34V d ii ρδπ-=N (2) 其中：V b 为纳米晶体界面上一个原子所占的体积， V 0为平衡状态的原子体积。
所以，晶体面处的原子分数x b 为bi b bi b ib bb r r d d V V d d N N N x ρρδδδρρδδδ3023023)()(6)2(11)(6)2(11--+=--+=+=(3)其中，r b 和r 0分别为纳米晶界面处原子的半径和平衡状态时原子的半径。
图1 球形纳米晶粒及表征几何尺寸示意图[4]为方便表达，设定纯物质纳米晶体的热力学函数为以纳米晶界面处和晶粒内部两部分热力学函数的求和。
纳米材料的名词解释纳米材料是指至少在一维上具有至少一项尺寸小于 100 纳米的材料。
这些材料具有特殊的物理、化学和生物学性质，因此被广泛应用于许多领域，如电子学、医学、环境科学等。
本文将介绍纳米材料的定义、性质、制备方法和应用。
1. 定义纳米材料是指至少在一维上具有至少一项尺寸小于 100 纳米的材料。
这些材料的特殊尺寸和表面效应使其具有许多与传统材料不同的性质，如高比表面积、量子效应、热力学性质的改变、电子输运特性的改变等。
2. 性质纳米材料具有许多与传统材料不同的性质。
以下是一些常见的性质:(1) 高比表面积：纳米材料的表面积比传统材料要大得多，因此其化学反应速度更快、力学强度更高，并且具有更好的光、电、磁特性。
(2) 量子效应：纳米材料中的电子受到限制，只能沿着特定的方向运动，因此其能量谱会发生变化，导致特殊的光电特性。
(3) 热力学性质的改变：纳米材料的热力学性质与传统材料不同，因为它们的晶格结构和粒径不同。
这导致纳米材料在高温下的稳定性更好，并且在低温下更容易结晶。
(4) 电子输运特性的改变：纳米材料的电子输运特性与传统材料不同。
在一定条件下，电子在纳米材料中的输运可以是量子化的，并且可以表现出特殊的导电特性。
3. 制备方法纳米材料的制备方法有很多种，以下是一些常见的方法:(1) 物理法：这种方法通常涉及将大颗粒物质通过物理手段 (如磨碎、热蒸发、溅射) 将其分解为纳米颗粒。
(2) 化学合成法：这种方法通常涉及将原材料分子通过化学反应合成为纳米颗粒。
(3) 生物合成法：这种方法通常涉及使用生物体或其代谢产物作为催化剂，通过生物反应合成纳米材料。
4. 应用纳米材料被广泛应用于许多领域，如电子学、医学、环境科学等。
以下是一些常见的应用:(1) 电子学：纳米材料可以用于制造更小、更快、更高效的电子设备，如纳米晶体管、纳米传感器等。
(2) 医学：纳米材料可以用于制造药物载体，以便更有效地传递药物到病变部位，也可以用于制造诊断设备，如纳米探针、纳米传感器等。
无机纳米材料的结构和性质及其应用无机纳米材料是指粒径在1~100纳米之间的无机物质，具有与宏观材料不同的结构和性质。
它们的小尺寸和高特异表面积使它们具有良好的化学、物理、光学、热学、电学和磁学性质。
这些性质使得无机纳米材料在催化、电池、传感、生物医学、纳米电子学、纳米机械学等领域有着广泛的应用。
本文将介绍无机纳米材料的结构和性质，以及它们的应用前景。
一、无机纳米材料的结构无机纳米材料的结构可以分为两大类：一是晶格结构，即晶体结构的缩小版；二是非晶态结构，即没有规则有序排列的结构。
其中，晶体结构的纳米材料包括单晶纳米粒子和多晶纳米颗粒，它们是由原子或分子按照一定的空间排列方式组织起来的。
而非晶态结构的纳米材料具有类似于液体或气体状态的无序排列，如玻璃、纤维等。
晶格结构的无机纳米材料主要有四种类型：1）球形纳米粒子，2）棒状纳米颗粒，3）二维或三维纳米结构，常见的有纳米线、纳米管和多孔纳米结构，4）纳米晶体。
这些结构通过物理或化学方法可以制备出来，例如化学合成法、物理气相沉积法、熔融法、溶胶凝胶法等等。
非晶态结构的无机纳米材料主要有以下几种形态：1）无定形纳米材料（如非晶态SiO2）；2）非晶态金属玻璃；3）纳米多晶体结构（如纳米金和镍等）；4）非晶态或化学弱有序状态的铁磁材料。
这些结构通常采用熔融法、溶胶凝胶法和物理气相沉积法等制备。
二、无机纳米材料的性质无机纳米材料由于其小尺寸和高表面积/体积比，具有许多特殊的性质，其性质与普通材料有很大差异，主要有以下几点：1）量子效应。
纳米材料的电子与原子核之间的距离与纳米尺寸和粒径有关。
粒径小到一定程度，纳米材料的这些特性与量子力学联系紧密，表现出典型的量子效应，如发光效应、电子隧穿效应等。
2）表面效应。
由于其高表面积/体积比，纳米材料表面原子向外露出，而且表面结构与内部结构不同，导致表面具有很高的能量和活性。
这些表面效应使得纳米材料具有较强的催化、吸附和反应活性。
纳米材料与团簇物理结课论文纳米材料的热学性质纳米材料是一种既不同于晶态，又不同于非晶态的第三类固体材料，通常指三维空间尺寸至少有一维处于纳米量级( 1 n m～1 0 0 n m)的固体材料。
由于纳米材料粒径小，比表面积大，处于粒子表面无序排列的原子百分比高达l5～5 0％。
纳米粒子的这种特殊结构导致其具有不同于传统材料的物理化学特性。
纳米材料的高浓度界面及原子能级的特殊结构使其具有不同于常规块体材料和单个分子的性质，纳米材料具有表面效应，体积效应，量子尺寸效应宏观量子隧道效应等，从而使得纳米材料热力学性质具有特殊性，纳米材料的各种热力学性质如晶格参数，结合能，熔点，熔解焓，熔解熵，热容等均显示出尺寸效应和形状效应。
可见，纳米材料热力学性质在各方面均显现出与块体材料的差异性，研究纳米材料的热力学性质具有极其重要的科学意义和应用价值。
纳米材料的热学性质概述一、纳米材料的熔点及内能材料热性能与材料中分子、原子运动行为有着不可分割的联系。
当热载子(电子、声子及光子)的各种特征尺寸与材料的特征尺寸(晶粒尺寸、颗粒尺寸或薄膜厚度)相当时，反应物质热性能的物性参数如熔化温度、热容等会体现出鲜明的尺寸依赖性。
特别是，低温下热载子的平均自由程将变长，使材料热学性质的尺寸效应更为明显。
图1 几种纳米金属粒子的熔点降低现象上图（图1）为几种纳米金属粒子的熔点降低现象。
随粒子尺寸的减小，熔点降低。
当金属粒子尺寸小于10nm后熔点急剧下降，其中3nm左右的金微粒子的熔点只有其块体材料熔点的一半，用高倍率电子显微镜观察尺寸2nm的纳米金粒子结构可以发现，纳米金颗粒形态可以在单晶、多晶与孪晶间连续转变。
这种行为与传统材料在固定熔点熔化的行为完全不同，伴随着纳米材料的熔点降低，单位质量粒子熔化时的潜热吸收(焓变)也随尺寸的减小而减少。
人们在具有自由表面的共价半导体的纳米晶体、惰性气体和分子晶体也发现了熔化的尺寸效应现象。
根据固体物理的基本原理，可以说明材料热学性质出现尺寸效应的根本原因，一般情况下，晶体材料的内能U可依据其晶格振动的波特性在德拜假设下估计出，即：(1) 式中，Θ为德拜温度；k为波矢；T为热力学温度；h为普朗克常数；k B为玻尔兹曼常数。
第四章纳米材料的物理化学性能纳米微粒的物理性能第一节热学性能※1.1. 纳米颗粒的熔点下降由于颗粒小，纳米颗粒的表面能高、比表面原子多，这些表面原子近邻配位不全，活性大以及体积远小于大块材料的纳米粒子熔化时所需要增加的内能小得多，这就使纳米微粒熔点急剧下降。
金的熔点：1064o C；2nm的金粒子的熔点为327o C。
银的熔点：960.5o C；银纳米粒子在低于100o C开始熔化。
铅的熔点：327.4o C；20nm球形铅粒子的熔点降低至39o C。
铜的熔点：1053o C；平均粒径为40nm的铜粒子，750o C。
※1.2. 开始烧结温度下降所谓烧结温度是指把粉末先用高压压制成形，然后在低于熔点的温度下使这些粉末结合成块，密度接近常规材料的最低加热温度。
纳米颗粒尺寸小，表面能高，压制成块材后的界面具有高能量，在烧结中高的界面能成为原子运动的驱动力，有利于界面中的孔洞收缩，空位团的湮灭，因此，在较低的温度下烧结就能达到致密化的目的，即烧结温度降低。
※1.3. NPs 晶化温度降低非晶纳米颗粒的晶化温度低于常规粉末，且纳米颗粒开始长大温度随粒径的减小而降低。
※熔点降低、烧结温度降低、晶化温度降低等热学性质的显著变化来源于纳米材料的表（界）面效应。
第二节电学性能2.1 纳米金属与合金的电阻特性1. 与常规材料相比，Pd纳米相固体的比电阻增大；2. 比电阻随粒径的减小而逐渐增加；3. 比电阻随温度的升高而上升4. 随粒子尺寸的减小，电阻温度系数逐渐下降。
电阻的温度变化规律与常规粗晶基本相似，差别在于温度系数强烈依赖于晶粒尺寸。
随着尺寸的不断减小，温度依赖关系发生根本性变化。
当粒径为11nm时，电阻随温度的升高而下降。
5. 当颗粒小于某一临界尺寸时（电子平均自由程），电阻的温度系数可能会由正变负，即随着温度的升高，电阻反而下降（与半导体性质类似）.电子在晶体中传播由于散射使其运动受阻，而产生电阻。
※纳米材料的电阻来源可以分为两部分：颗粒组元（晶内）：当晶粒大于电子平均自由程时主要来自晶内散射界面组元（晶界）：晶粒尺寸与电子平均自由程相当时，主要来自界面电子散射•纳米材料中大量的晶界存在，几乎使大量电子运动局限在小颗粒范围。
《材料科学前沿》学号：S1*******流水号：S2*******姓名：张东杰指导老师：郝耀武纳米晶材料的物理性能摘要：纳米材料由于其独特的微观结构和奇异的物理化学性质，目前已成为材料领域研究的热点之一。
纳米晶材料具有优异的物理特性，这是由所组成的微粒的尺寸、相组成和界面这三个方面的相互作用来决定的。
本文简要介绍了纳米晶材料的定义，综述了纳米晶材料的各种物理特性。
关键词：纳米材料，纳米晶材料，物理性能1、引言纳米材料是指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级（1~100nm）的材料，它是由尺寸介于原子、分子和宏观体系之间的纳米粒子所组成的新一代材料。
由于其组成单元的尺度小，界面占用相当大的成分。
因此，纳米材料具有多种特点，这就导致由纳米微粒构成的体系出现了不同于通常的大块宏观材料体系的许多特殊性质。
纳米体系使人们认识自然又进入一个新的层次，它是联系原子、分子和宏观体系的中间环节，是人们过去从未探索过的新领域。
实际上由纳米粒子组成的材料向宏观体系演变过程中存在结构上有序度的变化和在状态上的非平衡性质，使体系的性质产生很大的差别。
对纳米材料的研究将使人们从微观到宏观的过渡有更深入的认识。
纳米材料按其结构可分为四类：晶粒尺寸至少在一个方向上在几个纳米范围内的称为三维纳米材料；具有层状结构的称为二维纳米材料；具有纤维结构的称为一维纳米材料；具有原子簇和原子束结构的称为零维纳米材料。
纳米晶材料（纳米结构材料）的概念最早是由H.Gleiter出的，这类固体是由（至少在一个方向上）尺寸为几个纳米的结构单元（主要是晶体）所构成。
纳米晶材料是一种非平衡态的结构，其中存在大量的晶体缺陷。
当然，纳米材料也可由非晶物质组成，例如：半晶态高分子聚合物是由厚度为纳米级的晶态层和非晶态层相间地构成的故是二维层状纳米结构材料。
又如纳米玻璃的组成相均为非晶态，它是由纳米尺度的玻璃珠和界面层所组成。
我们这里主要讨论纳米晶材料的物理性能。
纳米材料与团簇物理结课论文纳米材料的热学性质纳米材料是一种既不同于晶态，又不同于非晶态的第三类固体材料，通常指三维空间尺寸至少有一维处于纳米量级( 1 n m～1 0 0 n m)的固体材料。
由于纳米材料粒径小，比表面积大，处于粒子表面无序排列的原子百分比高达l5～5 0％。
纳米粒子的这种特殊结构导致其具有不同于传统材料的物理化学特性。
纳米材料的高浓度界面及原子能级的特殊结构使其具有不同于常规块体材料和单个分子的性质，纳米材料具有表面效应，体积效应，量子尺寸效应宏观量子隧道效应等，从而使得纳米材料热力学性质具有特殊性，纳米材料的各种热力学性质如晶格参数，结合能，熔点，熔解焓，熔解熵，热容等均显示出尺寸效应和形状效应。
可见，纳米材料热力学性质在各方面均显现出与块体材料的差异性，研究纳米材料的热力学性质具有极其重要的科学意义和应用价值。
纳米材料的热学性质概述一、纳米材料的熔点及内能材料热性能与材料中分子、原子运动行为有着不可分割的联系。
当热载子(电子、声子及光子)的各种特征尺寸与材料的特征尺寸(晶粒尺寸、颗粒尺寸或薄膜厚度)相当时，反应物质热性能的物性参数如熔化温度、热容等会体现出鲜明的尺寸依赖性。
特别是，低温下热载子的平均自由程将变长，使材料热学性质的尺寸效应更为明显。
图1 几种纳米金属粒子的熔点降低现象上图（图1）为几种纳米金属粒子的熔点降低现象。
随粒子尺寸的减小，熔点降低。
当金属粒子尺寸小于10nm后熔点急剧下降，其中3nm左右的金微粒子的熔点只有其块体材料熔点的一半，用高倍率电子显微镜观察尺寸2nm的纳米金粒子结构可以发现，纳米金颗粒形态可以在单晶、多晶与孪晶间连续转变。
这种行为与传统材料在固定熔点熔化的行为完全不同，伴随着纳米材料的熔点降低，单位质量粒子熔化时的潜热吸收(焓变)也随尺寸的减小而减少。
人们在具有自由表面的共价半导体的纳米晶体、惰性气体和分子晶体也发现了熔化的尺寸效应现象。
根据固体物理的基本原理，可以说明材料热学性质出现尺寸效应的根本原因，一般情况下，晶体材料的内能U可依据其晶格振动的波特性在德拜假设下估计出，即：(1) 式中，Θ为德拜温度；k为波矢；T为热力学温度；h为普朗克常数；k B为玻尔兹曼常数。
纳米材料有哪四个特性纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围（1nm~100nm）或由他们作为基本单元构成的材料。
这是指纳米晶体粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。
例如粒子直径为10纳米时，微粒包含4000个原子，表面原子占40%；粒子直径为1纳米时，微粒包含有30个原子，表面原子占99%。
纳米材料的基本特性由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。
纳米微粒尺寸小，表面能高，位于表面原子占相当大的比例。
随着粒径减小，表面原子数迅速增加。
这是由于粒径小，表面积急剧变大所致。
由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能，使这些表面原子具有高的活性，极不稳定，很容易与其它原子结合。
例如：金属的纳米粒子在空气中会燃烧，无机的纳米粒空子暴露在空气中会吸附并与气体进行反应。
纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。
随着粒径变小，表面原子所占百分数将会显著增加。
当粒径降到1nm时，表面原子数比例达到约90%以上，原子几乎全部集中到纳米粒子表面。
由于纳米粒子表面原子数增多，表面原子配位数不足和高的表面能，使这些原子易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很高的化学活性。
2、小尺寸效应当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏；非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，导致声、光、电磁、热力学等待性呈现新的小尺寸效应。
例如：光吸收显著增加并产生吸收峰的等离子共振频移；磁有序态向磁无序态的转变；超导相向正常相的转变；声子谱发生改变等由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。
纳米晶体的热力学性质长期以来，人们把纳米材料的独特性能归功为晶界的贡献，而忽视了对晶粒部分的研究，直到近期，晶粒结构才成为人们关注的对象。
实验结果表明，纳米晶粒的微观结构与完整晶格有很大差异。
Gleiter 曾指出，纳米晶体材料晶粒间的不匹配会产生从晶界到晶粒内部的应力场，使晶内原子结构发生变化。
但早期的研究报导中人们往往假定晶粒具有理想的晶体结构，只有在近期人们才在实验中发现纳米晶体材料的晶粒存在着明显的结构缺陷，如点阵参数的变化、点阵畸变、点阵静畸变等。
1.纳米晶体的热力学性质1.1点参变化卢柯等首先在非晶晶化法制备的Ni-P 系、Fe-Mo-Si-B 系纳米合金中发现纳米相Ni3P 和Fe2B 的点阵参数同各自粗晶体的点参相比 -轴变大，沿 -轴变小，且变化量随晶粒减小而增大；晶胞体积的变化 与晶粒尺寸的倒数成正比，a c 、c c 为标准值。
如图1所示，图中图1. Ni-P 、Fe-Cu-Si-B 纳米合金中Ni3P 和Fe2B 纳米相的点参变化。
Δa 、Δc 与平均晶粒尺寸d 的变化关系。
(b)晶胞体积变化ΔV 和1/d 的变化关系 下面为不同方法制备的纳米晶体材料点阵参数的变化表1. 不同方法制备的纳米晶体材料点阵参数的变化cc nc nc a a a a /)(-=∆cc nc nc c c c c /)(-=∆cc nc V V V V /)(-=∆从表1.可以看到，(1)纳米半导体(Se、Ge、Si)和金属间化合物(Ni3P、Fe2B、Ti3Al 等)的点参变化比纳米金属元素(Ag、Cu等)的变化大一个量级，(2)非晶晶化法、快速凝固法及磁控溅射法制备的纳米晶体材料通常有较明显的点参变化，而惰性气体冷凝技术、SPD等方法制备的纳米晶体的点参变化很小，(3)六角、四方结构的纳米晶体材料的点阵参数沿不同晶轴的变化量不同。
由此可见，纳米晶体材料的点阵参数变化与制备方法、化学成分、晶轴方向以及晶粒尺寸等因素有关。
1.2热力学分析纳米晶体材料点参变化的本质原因目前尚不清楚。
但它证实了Gleiter 早期预言的晶界会对晶粒产生应力作用，因纳米晶体材料的晶界具有很大的过剩能、过剩体积，故晶界会对晶粒产生作用，以减小自身能量。
卢柯等利用经典热力学理论对纳米晶体材料的点参变化进行计算。
由尺寸为D 的球形晶粒组成的纳米晶体材料同无限大晶体相比，其自由能增量为：其中Ω为晶粒的原子体积，γ为界面能，T 为温度。
由此导致固溶度的增加为：C B O 为粗晶的平衡固溶度，k B 为玻尔兹曼常数。
由上式可知，纳米晶粒具有溶质的过饱和固溶。
对于纳米单质和金属间化合物，空位或其它点缺陷可看做其特殊的“溶质原子”，且缺陷浓度随晶粒减小而增加，导致点参变化。
对PVD 沉积纳米Si 膜的点阵参数研究发现当晶粒尺寸由100nm 减至3nm 时，点阵参数变化由0增至1.0％，且3nm 为纳米Si 膜的最小晶粒尺寸。
热力学计算表明，当Si 的点参膨胀至1.0％时，其自由能与非晶态Si 的相等，这说明纳米晶体材料的点参变化具有上限，且由点参变化引起的结构不稳定是晶粒尺寸存在下限的一个因素。
2.纳米晶体的界面热力学2.1非晶晶化热力学非晶晶化指的是非晶态合金的晶化产生晶粒为纳米尺寸的超细多晶体材料。
由于晶粒及内界面是在相变过程中从非晶态相基体中自然形成的，不存在任何外加压力使晶体复合形成界面，因此这种方法可以方便地控制纳米晶体的晶粒度，样品中不含有微孔隙和杂质污染。
由于非晶晶化是一个由非晶态向纳米晶体的相转变过程，为研究纳米晶体中界面的形成过程、界面热力学特征、晶粒形核及长大、亚稳相转变动力学及热力学提供了极好的条件。
非晶态合金的晶化是一个固态相变过程，如果晶化产物是一般多晶体（即普通晶化过程），其中形成的内界面极少，由热力学基本关系式可以计算出相应的热力学参量：其中ΔH m 、ΔS m 分别为材料在熔点T m 时的熔化焓变和熵变，C ap 和C cp 分别为非晶态合金及晶体的摩尔热容。
对于非晶态合金向纳米晶体的相变，可以得到类似表达式：非晶态向纳米晶体相变过程的三个基本热力学参量变化可用DSC 法精确测定式中某些参量。
绝对零度时的纳米晶体的熵值可以近似为晶界部分的构型熵（忽略晶粒部分及热振动熵），晶界部分的结构属无序态，与非晶态合金类似，其构型熵可以通过下式进行近似估算：D D T G γΩ∆4),(=TDk C D T C B BOBγΩ∆4),(=⎰-+∆-=∆-mT Tcp a p m ac dTC C H T H)()()(ln )()(⎰-+∆-=∆-mT T cp a p m a c T d C C S T S )()()(T S T T H T G a c a c a c ---∆-∆-=∆⎰-+∆-=∆--xT T cnp a p X anc anc dTC C T HT H)()()(⎰-+∆-=∆--Tap nc p a nc O a nc T d C C S T S 0)(ln )()(anc a nc a ac S T T H T G ---∆-∆=∆)()(其中x i 是i 类组元（原子、原子团、空位或自由体积等）的浓度。
非晶态及纳米晶体界面部分的自由体积（空位）可以通过密度测量得到。
据纳米晶体的密度测量结果，计算出:利用三个基本热力学参量变化人们计算出了Ni-P 非晶向晶体及非晶向纳米晶体这两种相变过程的热力学参量，如图2和3所示。
图2. 图3.两种转变的焓变及自由能变化两种相变的热力学参量变化规律有很大差别。
非晶态向晶体转变中，ΔS 为负值，且随温度上升,ΔS 值减小,ΔG 值增大。
非晶态向纳米晶体的相变，ΔS 为正值，随温度升高，ΔS 和ΔH 值均增大，ΔG 值减小。
这两种相变热力学参量的明显差别说明纳米晶体的界面在非晶晶化相变中起着重要的作用。
2.2纳米晶体的界面热力学纳米材料的晶界结构可以从其界面热力学性质得到直接反映，如过剩焓、过剩熵、过剩自由能。
目前，人们主要采用DSC 方法测量纳米材料晶粒长大时释放的热焓得到晶界过剩焓。
然而，正如前面所述，DSC 测量晶粒长大时在很多情况下不能精确得到晶界焓，测量结果还很容易受到微应变、织构和晶粒尺寸分布的影响。
将纳米材料的内界面看作一个独立“相”，那么非晶态合金向纳米晶体的相转变可以理解为一个分解反应：非晶态固相→纳米尺寸晶粒+内界面如果内界面所占的原子百分数为x in ，则相转变的总焓变为： 可以认为非晶相向晶粒的转变与非晶向一般晶体的相转变相同，则非晶相转变为内界面的焓变，其中 右边两项分别是相对于完整晶体的内界面和非晶态固相的过剩焓。
其中，从固体晶化过程热力学可知非晶态固体的过剩焓为：∑-=ii i B x x k S )ln (Ba nc c k S 04.0-=∆-)()()1()(T H x T H x T H in a inc a innc a →→→∆+∆-=∆)()()(T H T H T H ain in a ∆-∆=∆→ΔH f 是是在熔T m 时的熔化焓，那么有：ΔE in 为内界面相对完整晶体的摩尔过剩能。
由于非晶态向纳米晶态的焓变和和向晶态的焓变可以测量，因此可以利用不同晶粒尺寸下的x in ，测量不同晶粒样品的界面过剩能ΔE in (T)。
图4是不同退火温度下测量非晶Se 晶化得到的非晶态Se 不同晶化温度时晶化和纳米晶化放热焓。
其中T g 为玻璃转变温度；T m 为图4. 非晶态Se 不同晶化温度时晶化和纳米晶化放热焓Se 的熔点。
可见，随退火温度降低，两者差值增大，在373K 时达到最大值，约1.80kJ/mol 。
利用式上面可以求出不同退火温度（即不同晶粒尺寸）时的ΔE in 。
同样，人们在非晶态Ni-P 合金晶化成纳米晶的热分析试验中发现纳米晶Ni-P 合金的界面过剩焓随晶粒尺寸下降而减少。
同时密度测量结果显示纳米晶Ni-P 合金的界面过剩体积亦随晶粒尺寸下降而减少，正电子湮没实验证实了这一结果。
类似地，通过测量不同晶粒尺寸TiO 2纳米晶的晶粒长大热效应，人们亦发现TiO 2纳米晶中界面过剩焓亦随晶粒尺寸下降而减少。
表2列出了几种不同晶粒尺寸的纳米晶合金的晶粒尺寸及对应的界面焓。
它们都表现出晶界或相界焓随晶粒尺寸的降低而降低。
⎰--∆=∆TT cp l p f amdTC C H H )()()(T H T H E x c a nc a inin→→∆-∆=∆利用热力学计算可以分别得出界面熵、界面焓、界面自由能与界面过剩体积的关系。
图5、6和7分别为纳米晶纯Ni 的计算结果。
图5.不同温度下界面过剩能和过剩焓与界面过剩体积变化关系: a 、b 、c 分别为T =300K 、800K 、1300K图6(左)和图7(右)不同温度下界面过剩熵与界面过剩体积变化关系和不同温度下界面过剩吉布斯自由能与界面过剩体积变化关系a 、b 、c 分别为T =300K 、800K 、1300K一般认为，界面的过剩体积（相对完整晶格）为：其中V 0和V 分别为完整单晶体和晶界的体积。
界面的过剩体积是描述晶界能态最合理的一个参量，它决定着界面的热力学性质，如界面熵、界面焓、界面自由能。
由图可知：界面焓、熵及自由能均随着界面的过剩体积下降而下降。
因此可以得出，随着纳米材料晶粒尺寸的减小，纳米材料晶界或相界单位面积内的过剩体积、界面焓、界面熵和界面自由能随之减小。
1/0-=∆V V V。
