Толщина поверхностного слоя и анизотропия поверхностной энергии кубических кристаллов рутения

В.М. Юров¹, В.И. Гончаренко², В.С. Олешко², С.А. Гученко¹

¹ Научно-исследовательский центр Карагандинского университета имени Е.А. Букетова
² Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)

DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.522

Оригинальная статья

Аннотация: В работе рассмотрены вопросы анизотропии поверхностного слоя и анизотропии поверхностной энергии кубических кристаллов рутения. В основе этого рассмотрения лежит эмпирическая модель атомарно-гладких кристаллов, толщина поверхностного слоя которых зависит от одного фундаментального параметра – атомного объема элемента. Расчеты кристаллов рутения показали, что толщина поверхностного слоя кристаллов рутения во всех направлениях не превышает d(I)<10 нм и они представляют собой наноструктуру. Кристаллы рутенийалюминий, рутенийгафний, рутенийтитан, рутенийцирконий имеют σ >3 Дж/м2 в направлении (100). Нами рассмотрена задача о диффузии газа в нанометровой пластине рутения. В отличие от классической задачи в полученном уравнении появляется логарифмический член. Это приводит к расходимости в начале координат. Поэтому граничные условия нужно задавать не при x=0, а при x=d(0) – длине де Бройлевской волны электронов. Только в этом случае имеют смысл классические уравнения диффузии. Существенно также, что, согласно полученному уравнению, диффузии нанопластины зависит как от материала пластины через коэффициент диффузии массивного образца, так и от размерного фактора. В классическом случае такой зависимости нет. Для описания фазовых переходов в наноструктурах предложены различные модели, среди которых можно отметить метод среднего поля Ландау, в котором используется параметр порядка. Мы воспользуемся теорией Ландау, заменяя температуру T на координату h .

Ключевые слова: поверхностный слой, наноструктура, поверхностная энергия, атомный объем, размерный эффект, рутений

• Юров Виктор Михайлович – к.ф.-м.н., доцент, директор научно-исследовательского центра «Ионно- плазменных технологий и современного приборостроения», Карагандинский университет имени Е.А. Букетова
• Гончаренко Владимир Иванович – доктор технических наук, профессор, директор Военного института, Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)
• Олешко Владимир Станиславович – к.т.н., профессор кафедры летательных аппаратов, Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)
• Гученко Сергей Алексеевич – аспирант 3 года обучения, Научно-исследовательский центр Карагандинского университета имени Е.А. Букетова

Ссылка на статью:

Юров, В.М. Толщина поверхностного слоя и анизотропия поверхностной энергии кубических кристаллов рутения / В.М. Юров, В.И. Гончаренко, В.С. Олешко, С.А. Гученко // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2021. — Вып. 13. — С. 522-533. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.522.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Юров, В.М. Толщина поверхностного слоя, поверхностная энергия и атомный объем элемента / В.М. Юров, С.А. Гученко, В.Ч. Лауринас // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2018. – Вып. 10. – С. 691-699. DOI: 10.26456/pcascnn/2018.10.691.
2. Юров, В.М. Толщина поверхностного слоя атомарно-гладких кристаллов / В.М. Юров // Физико- химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2019. – Вып. 11. – С. 389- 397. DOI: 10.26456/pcascnn/2019.11.389.
3. Беляев, А.В. Химико-технологические проблемы платиновых металлов при переработке отработанного ядерного топлива / А.В. Беляев // Журнал структурной химии. – 2003. – Т. 44. – №. 1. – С. 39-47.
4. Marinkovic, N.S. Some recent studies in ruthenium electrochemistry and electrocatalysis / N.S. Marinkovic, M.B. Vukmirovic, R.R. Adzic // In: Modern Aspects of Electrochemistry. Modern Aspects of Electrochemistry. – V. 42; ed. by C.G. Vayenas, R.E. White, M.E. Gamboa-Aldeco. – New York: Springer, 2008. – P. 1-52. DOI: 10.1007/978-0-387-49489-0_1.
5. Шебзухова, И.Г. Оценка поляризационной и дисперсионной поправок к поверхностной энергии граней металлических кристаллов / И.Г Шебзухова, Л.П. Арефьева // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2020. – Вып. 12. – С. 319-325. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.319.
6. Бокарев, В.П. Анизотропия физико-химических свойств монокристаллических поверхностей / В.П. Бокарев, Г.Я. Красников // Электронная техника. Серия 3. Микроэлектроника. – 2016. – № 4 (164). – С. 25-30.
7. Бокарев, В.П. Развитие физико-химических принципов оценки влияния поверхностной энергии на свойства материалов и процессы для технологии микроэлектроники: дис. … докт. техн. наук : 05.27.06: защищена 18.06.2020 / Бокарев Валерий Павлович. – М.: АО «Научно-исследовательский институт молекулярной электроники», 2020. – 299 с.
8. Арутюнов, К.Ю. Квантовые размерные эффекты в металлических наноструктурах / К.Ю. Арутюнов // Доклады Академии наук высшей школы Российской Федерации. – 2015. – № 3 (28). – С. 7-16. DOI: 10.17212/1727-2769-2015-3-7-16.
9. Мамонова, М.В. Физика поверхности / М.В. Мамонова, В.В. Прудников, Н.А. Прудникова. – М.: Физматлит. – 2011. – 400 с.
10. Оура, К. Введение в физику поверхности / К. Оура, В.Г. Лифшиц, А.А. Саранин и др. – М.: Наука, 2006. – 490 с.
11. Уваров, Н.Ф. Размерные эффекты в химии гетерогенных систем / Н.Ф. Уваров, В.В. Болдырев // Успехи химии. – 2001. – Т. 70. – № 4. – С. 307-329.
12. Гусев, А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии / А.И. Гусев. – М.: Изд-во «Физматлит», 2009. – 416 с.
13. Андриевский, Р.А. Наноструктурные материалы / Р.А. Андриевский, А.В. Рагуля. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 192 с.
14. Суздалев, И.П. Нанотехнология: физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов / И.П. Суздалев. – М.: КомКнига, – 2006. – 592 с.
15. Киселев, В.Ф. Основы физики поверхности твердого тела / В.Ф. Киселев, С.Н. Козлов, А.В. Зотеев. – М.: изд-во Московского университета, 1999. – 284 с.
16. Красников, Г.Я. Поверхностная энергия и огранка кристаллов элементарных полупроводников и некоторых других веществ / Г.Я. Красников, В.П. Бокарев // Доклады академии наук. – 2002. – Т. 382. – № 2. – С. 225-229.
17. Gleiter, H. Nanostructured materials: basic concepts and microstructure / H. Gleiter // Acta Materialia. – 2000. – V. 48. – I. 1. – P. 1-29. DOI: 10.1016/S1359-6454(99)00285-2.
18. Desiraju, G.R. Designing organic crystals / G.R. Desiraju // Progress in Solid State Chemistry. – 1987. – V. 17. – I. 4. – P. 295-353. DOI: 10.1016/0079-6786(87)90005-7.
19. Taniguchi, N. On the basic concept of «nano-technology» / N. Taniguchi // Proceedings of the International Conference on Production Engineering, 26-29 August 1974, Tokyo. – Part II. – Tokyo: Japan Society of Precision Engineering, 1974. – P. 18-23.
20. Pokropivny, V.V. New dimensionality classifications of nanostructures / V.V. Pokropivny, V.V. Skorokhod // Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures. – 2008. – V. 40. – I. 7. – P. 2521-2525. DOI: 10.1016/j.physe.2007.11.023.
21. Короткевич, С.В. Структурно-масштабные уровни деформации поверхностного слоя никеля / С.В. Короткевич, В.В. Свиридова // Проблемы физики, математики и техники. – 2020. – № 2 (43). – С. 17-
22. Сдобняков, Н.Ю. Исследование гистерезиса плавления и кристаллизации нанокластеров золота с использованием многочастичного потенциала Гупта / Н.Ю. Сдобняков, Д.Н. Соколов, В.М. Самсонов, П.В. Комаров // Металлы. – 2012. – № 2. – С. 48-54.
23. Скрипов, В.П. Гомогенное зарождение кристаллов в жидкостях и аморфных слоях / В.П. Скрипов, В.П. Коверда // В кн.: Проблемы кристаллографии: К столетию со дня рождения академика А.В. Шубникова. – М.: Наука, – 1987. – С. 232-246.
24. Мухин, В.С. Инженерия поверхности деталей машин / В.С. Мухин, А.М. Смыслов // Вестник УГАТУ. – 2009. – Т. 12. – № 4 (33). – С. 106-112.
25. Сергеев, Г.Б. Нанохимия / Г.Б. Сергеев. – М.: Изд-во МГУ. – 2003. – 288 с.
26. Юров, В.М. Механическая прочность металлических наноструктур / В.М. Юров // Вестник КарГУ. Физика. – 2013. – № 3 (71). – С. 56-61.
27. Maritan, A. Derivation of Landau theories and lattice mean-field theories for surface and wetting phenomena, from semi infinite Ising models / A. Maritan, G. Langie, J.O. Indekeu // Physica A: Statistical Mechanics and its Applications. – 1991. – V. 170. – I. 2. – P. 326-354. DOI: 10.1016/0378-4371(91)90049-I.
28. Гафнер, Ю.Я. Анализ теплоемкости нанокластеров ГЦК-металлов на примере Al, Ni, Cu, Pd, Au / Ю.Я. Гафнер, С.Л. Гафнер, И.С Замулин., Л.В. Редель, В.С. Байдышев // Физика металлов и металловедение. – 2015. – Т. 116. – № 6. – С. 602-609. DOI: 10.7868/S0015323015040051.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒