Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов
Основан в 2009 году


Кристаллизация биметаллических наночастиц: влияние размерного несоответствия атомов и внешнего давления

В.С. Мясниченко1, П.М. Ершов1, С.С. Богданов1, К.Г. Савина1, П.В. Матренин2, Н.Ю. Сдобняков1

1 ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
2 ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет»

DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.274

Оригинальная статья

Аннотация: В данной работе проведено молекулярно-динамическое моделирование процесса кристаллизации из расплава биметаллических наночастиц Co - Au различного состава. Исследовалось влияние размерного несоответствия радиусов атомов, входящих в биметаллическую систему, а также внешнего давления на конечные конфигурации, охлажденные до температуры 100 К. Установлено, что удельная потенциальная энергия для биметаллической наночастицы Co - Au увеличивается с увеличением внешнего давления. Кроме того, при увеличении внешнего давления происходят структурные изменения, а именно нелинейным образом меняется среднее число икосаэдрических атомов внутри кластера. Зависимость удельной потенциальной энергии биметаллических наночастиц Co - Au различного состава от коэффициента размерного несоответствия ξ носит более сложный характер. Минимум для обогащенного золотом состава и эквиатомного состава наблюдается при значении ξ = 1,09 и ξ = 1,15 соответственно.

Ключевые слова: биметаллические наночастицы, метод молекулярной динамики, структурное превращение, икосаэдр, внешнее давление, размерное несоответствие

  • Мясниченко Владимир Сергеевич – научный сотрудник кафедры общей физики ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Ершов Павел Михайлович – аспирант кафедры общей физики ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Богданов Сергей Сергеевич – аспирант кафедры общей физики ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Савина Ксения Геннадьевна – студентка 4 курса кафедры общей физики ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Матренин Павел Викторович – к.т.н., старший преподаватель кафедры «Системы электроснабжения предприятий» ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет»
  • Сдобняков Николай Юрьевич – к.ф.-м.н., доцент кафедры общей физики ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

Ссылка на статью:

Мясниченко, В.С. Кристаллизация биметаллических наночастиц: влияние размерного несоответствия атомов и внешнего давления / В.С. Мясниченко, П.М. Ершов, С.С. Богданов, К.Г. Савина, П.В. Матренин, Н.Ю. Сдобняков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — Тверь: Твер. гос. ун-т, 2020. — Вып. 12. — С. 274-283. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.274.

Полный текст: download PDF file

Библиографический список:

1. Сдобняков, Н.Ю. Изучение термодинамических и структурных характеристик наночастиц металлов в процессах плавления и кристаллизации: теория и компьютерное моделирование: монография / Н.Ю. Сдобняков, Д.Н. Соколов. – Тверь: Тверcкой государственный университет, 2018. – 176 с.
2. Мясниченко, В.С. Влияние внешнего давления на температуру фазовых переходов в биметаллических серебросодержащих наночастицах / В.С. Мясниченко, В.В. Кулагин, Д.Н. Соколов, Н.Ю. Сдобняков, Л. Кирилов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2016. – Вып. 8. – С. 259-265.
3. Богданов, С.С. Особенности процесса кристаллизации в биметаллических наноструктурах под внешним давлением / С.С. Богданов, В.С. Мясниченко, А.Ю. Колосов, Д.Н. Соколов, Ю.Н. Акимова, А.С. Антонов, Н.Ю. Сдобняков // Физикохимические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2019. – Вып. 11. – С. 422-430. DOI: 10.26456/pcascnn/2019.11.422.
4. Sdobnyakov, N.Yu. On the mechanical stability conditions for nanoparticles in vacuum and under an external pressure / N.Yu. Sdobnyakov, V.M. Samsonov, A.N. Bazulev // Journal of Physics: Conference Series. ‒ 2019. ‒ V. 1352. ‒ № 1. ‒ P. 012045-1-012045-4. DOI: 10.1088/1742-6596/1352/1/012045.
5. Samsonov, V.M. A thermodynamic approach to mechanical stability of nanosized particles / V.M. Samsonov, N.Yu. Sdobnyakov // Central European Journal of Physics. – 2003. – V. 1. – I. 2. – P. 344-354. DOI: 10.2478/BF02476301.
6. Estrin, E. Extreme grain refinement by severeplastic deformation: A wealth of challenging science / E. Estrin, A. Vinogradov // Acta Materialia. – 2013. – V. 61. – I. 3. – P. 782-817. DOI: 10.1016/j.actamat.2012.10.038.
7. Васильев, Л.С. Неравновесные кооперативные явления и процессы при интенсивном пластическом деформировании металлов и сплавов. I. Деформационно-индуцированные структурные превращения / Л.С. Васильев, А.В. Корзников // Деформация и разрушение материалов. – 2014. – № 3. – С. 2-11.
8. Васильев, Л.С. Влияние давления на процессы формирования и эволюции наноструктуры в пластически деформируемых металлах и сплавах / Л.С. Васильев, Л.С. Ломаев // Физика металлов и металловедение. – 2019. – Т. 120. – № 6. – C. 654-660. DOI: 10.1134/S0015323019060147.
9. Васильев, Л.С. К теории предельных состояний наноструктур деформированных твердых тел / Л.С. Васильев // Журнал экспериментальной и теоретической физики. – 2009. – Т. 136. – Вып. 2 (8). – С. 254-264.
10. Li, G.G. Overcoming the interfacial lattice mismatch: geometry control of gold–nickel bimetallic heteronanostructures / G.G. Li, D.A. Blom, S. Pandey, et al. // Particle & Particle Systems Characterization. – 2017. – V. 35. – I. 5. – Art. № 1700361. – 7 p. DOI: 10.1002/ppsc.201700361.
11. Huang, J. Highly catalytic Pd–Ag bimetallic dendrites / J. Huang, S. Vongehr, S. Tang, H. Lu, X. Meng // The Journal of Physical Chemistry C. – 2010. – V. 114. – I. 35. – P. 15005-15010. DOI: 10.1021/jp104675d.
12. Guo, S. Tuning nanoparticle catalysis for the oxygen reduction reaction / S. Guo, S. Zhang, S. Sun // Angewandte Chemie International Edition. – 2013. – V. 52. – I. 33. – P. 8526-8544. DOI: 10.1002/anie.201207186.
13. Ferrando, R. Quantum effects on the structure of pure and binary metallic nanoclusters / R. Ferrando, A. Fortunelli, G. Rossi // Physical Review B. – 2005. – V. 72. – I. 8. – P. 085449-1-085449-9. DOI: 10.1103/PhysRevB.72.085449.
14. Myasnichenko, V.S. Research of the Cu–Au nanocluster form and structure dependence on cooling rate with various concentrations of components / V.S. Myasnichenko, M.D. Starostenkov // IEEE 2nd Russia school and seminar on fundamental problems of micro/nanosystems technologis (MNST), Novosibirsk, 09-11 December 2010: papers. – Novosibirsk, 2010. – P. 23-25. DOI: 10.1109/MNST.2010.5687129.
15. Myasnichenko, V.S. Formation of fivefold axes in the FCC-metal nanoclusters / V.S. Myasnichenko, M.D. Starostenkov // Applied Surface Science. – 2012. – V. 260. – P. 51-53. DOI: 10.1016/j.apsusc.2012.03.039.
16. Cleri, F. Tight binding potentials for transition metals and alloys / F. Cleri, V. Rosato // Physical Reveiw B. – 1993. – V. 48. – I. 1. – Р. 22-33. DOI: 10.1103/PhysRevB.48.22.
17. Paz Borbón, L.O. Computational studies of transition metal nanoalloys / L.O. Paz Borbón // Doctoral Thesis accepted by University of Birmingham, United Kingdom. – Springer-Verlag: Berlin, Heidelberg, 2011. – 155 p.
18. Stukowski, A. Visualization and analysis of atomistic simulation data with OVITO – the open visualization tool / A. Stukowski // Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering. – 2010. – V. 18. – I. 1. – P. 015012-1-015012-7. DOI: 10.1088/0965-0393/18/1/015012.
19. Васильев, Л.С. Методы исследования структурно-фазовых превращений в наноматериалах, деформируемых под давлением / Л.С. Васильев, Л.С. Ломаев // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2019. – № 2. – С. 63-85. DOI: 10.15593/perm.mech/2019.2.06.