О проблеме применимости концепции температуры Таммана к наноразмерным объектам: к 160-летию Густава Таммана
В.М. Самсонов, И.В. Талызин, В.В. Пуйтов, С.А. Васильев
ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.503
Оригинальная статья
Аннотация: Во введении представлен краткий критический обзор имеющихся интерпретаций температуры Таммана, обычно определяемой как TT(∞)=0,5Tm(∞), и температуры Хюттига TH(∞)=0,3Tm(∞), где m– макроскопическое значение температуры плавления материала. Для наночастиц предложено в указанных выше определяющих соотношениях заменить Tm(∞) на температуру плавления малого объекта Tm, т.е. определить TT как 0,5 Tm, а TH как 0,3Tm. В молекулярно-динамических экспериментах на наночастицах Au , осуществленных с помощью LAMMPS, было установлено, что при температуре T=TT как в центральной части ГЦК-наночастицы, так и в её поверхностном слое возникают локальные очаги квазикристаллической структуры, которые попеременно идентифицируются программой OVITO то как имеющие кристаллическую структуру, то как не имеющие кристаллической упорядоченности. Однако, вопреки мнению Э. Рукенштейна (1984), при T=TT жидкий слой на поверхности кристаллической наночастицы еще не образуется. Вместе с тем в наших молекулярно-динамических экспериментах не обнаружено какое-либо проявление температуры Хюттига TH в структуре кристаллических наночастиц Au .
Ключевые слова: температура Таммана, температура Хюттига, металлические наночастицы, поверхностное плавление, спекание, молекулярная динамика
- Самсонов Владимир Михайлович – д.ф.-м.н., профессор кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Талызин Игорь Владимирович – к.ф.-м.н., научный сотрудник Управления научных исследований, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Пуйтов Владимир Владимирович – лаборант Управления научных исследований, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Васильев Сергей Александрович – старший преподаватель кафедры прикладной физики, научный сотрудник Управления научных исследований, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
Ссылка на статью:
Самсонов, В.М. О проблеме применимости концепции температуры Таммана к наноразмерным объектам: к 160-летию Густава Таммана / В.М. Самсонов, И.В. Талызин, В.В. Пуйтов, С.А. Васильев // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2021. — Вып. 13. — С. 503-512. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.503.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Самсонов, В.М. О механизмах коалесценции нанокапель и спекания твердых наночастиц / В.М. Самсонов, И.В. Талызин, С.А. Васильев, М.И. Алымов // Коллоидный журнал. – 2020. – Т. 82. – № 5. – С. 618-629. DOI: 10.31857/S0023291220050158.
2. Ткаченко, С.В. Густав Тамман: вклад в металловедение / С.В. Ткаченко, А.П. Жуков // Успехи в химии и химической технологии. – 2009. – Т. 23. – № 5 (98). – С. 114-117.
3. Dai, Yu. The physical chemistry and material science behind sinter-resistant catalysts / Yu. Dai, P. Lu, Zh. Cao, C.T. Campbell, Y. Xia // Chemical Society Reviews. – 2018. – V. 47. – I. 12. – P .4314-4331. DOI: 10.1039/C7CS00650K.
4. Tammann, G. Die temperatur des beginns innerer diffusion in kristallen / G. Tammann // Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. – 1926. – V. 157. – I. 1. – P. 321-325. DOI: 10.1002/zaac.19261570123.
5. Tammann, G. Metallographische mitteilungen aus dem institut für physikalische chemie der universität göttingen cxiii. zur rekristallisation von metallen und salzen / G. Tammann, Q.A. Mansuri // Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. – 1923. – V. 126. – I. 1. – P. 119–128. DOI:10.1002/zaac.19231260109.
6. Hüttig, G.F. Über reaktionen fester stoffe: 126. Mitteilung. Über die entgasung fester stoffe / G.F. Hüttig, H. Theimer, W. Breuer // Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. – 1942. – V. 249. – I. 2. – P. 134-145. DOI: 10.1002/zaac.19422490202.
7. Finch, G.I. On Reaction in the solid state / G.I. Finch, K.P. Sinha // Proceedings of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences. – 1957. – V. 239. – I. 1217. – P. 145-153. DOI: 10.1098/rspa.1957.0028.
8. Рощин, А.В. Механизм твердофазного карботермического восстановления вкрапленных хромовых руд: автореферат дис. … канд. техн. наук: 02.00.04 / А.В. Рощин. – Челябинск: Юж.-Ур. гос. ун-т, 2002. – 24 c.
9. Рощин, В.Е. Физика пирометаллургических процессов / В.Е. Рощин, А.В. Рощин. – Москва-Вологда: Инфра-Инженерия, 2021. – 304 с.
10. Ruckenstein, E. The effect of interactions among metal, support and atmosphere on the behaviour of supported metal catalysts / E. Ruckenstein // In: Materials Science Research; ed. by G.C. Kuczynski, A.E. Miller, G.A. Sargent. – Boston, MA: Springer, 1984. – P. 199-221. DOI: 10.1007/978-1-4613-2761-5_15.
11. Sun, J. Toward monodispersed silver nanoparticles with unusual thermal stability / J. Sun, D. Ma, H. Zhang et al. // Journal of the American Chemical Society. – 2006. – V. 128. – I. 49. – P. 15756-15764. DOI: 10.1021/ja064884j.
12. Castro, T. Size-dependent melting temperature of individual nanometer-sized metallic clusters / T. Castro, R. Reifenberger, E. Choi, R.P. Andres // Physical Review B. – 1990. – V. 42. – I. 13. – P. 8548-8556. DOI: 10.1103/PhysRevB.42.8548.
13. Kofman, R. Melting of clusters approaching 0D / R. Kofman, P. Cheyssac, Y. Lereach, A. Stella // The European Physical Journal D. Atomic, molecular and optical physics. – 1999. – V. 9. – P. 441-444. DOI: 10.1007/978-3-642-88188-6_88.
14. Dick, K. Size-dependent melting of silica-encapsulated gold nanoparticles / K. Dick, T. Dhanasekaran, Zh. Zhang, D. Meisel // Journal of the American Chemical Society. – 2002. – V. 124. – I. 10. – P. 2312-2317. DOI: 10.1021/ja017281a.
15. Самсонов, В.М. Молекулярно-динамическое исследование плавления и кристаллизации наночастиц / В.М. Самсонов, С.С. Харечкин, С.Л. Гафнер, Л.В. Редель, Ю.Я. Гафнер // Кристаллография. – 2009. – Т. 54. – № 3. – С. 563-569.
16. 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.
17. Сдобняков, Н.Ю. О взаимосвязи между размерными зависимостями температур плавления и кристаллизации для металлических наночастиц / Н.Ю. Сдобняков, Д.Н. Соколов, А.Н. Базулев и др.// Расплавы. – 2012. – №5. – С. 88-94.
18. Самсонов, В.М. Комплексный подход к компьютерному моделированию плавления и кристаллизации нанокластеров золота / В.М. Самсонов, Н.Ю. Сдобняков, А.Г. Бембель и др. // Вестник национального исследовательского ядерного университета «МИФИ». – 2013. – Т. 2. – № 4. – С. 448-451.
19. Сдобняков, Н.Ю. О взаимосвязи размерных зависимостей температур плавления и кристаллизации наночастиц металлов / Н.Ю. Сдобняков, С.В. Репчак, В.М. Самсонов и др. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2011. – № 5. – С. 109-112.
20. Samsonov, V.M. Melting temperature and binding energy of metal nanoparticles: size dependences, interrelation between them, and some correlations with structural stability of nanoclusters / V.M. Samsonov, S.A. Vasilyev, K.K. Nebyvalova et al. // Journal of Nanoparticle Research. – 2020. – V. 22. – I. 8. – Art. № 247. – 15 p. DOI: 10.1007/s11051-020-04923-6.
21. Adams, J.B. Self-diffusion and impurity diffusion of fcc metals using the five-frequency modeland the embedded atom method / J.B. Adams, S.M. Foiles, W.G. Wolfer // Journal of Materials Research. – 1989. – V. 4. – I. 1. – P. 102-112. DOI: 10.1557/JMR.1989.0102.
22. Nosé, S. A unified formulation of the constant temperature molecular dynamics methods / S. Nosé // The Journal of Chemical Physics. – 1984. – V. 81. – I. 1. – P. 511-519. DOI: 10.1063/1.447334.
23. 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.