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

Идентификация сложных наноструктур ядро-оболочка по радиальным распределениям локальной плотности компонентов

И.В. Талызин1, В.М. Самсонов1, С.С. Богданов1, Н.Ю. Сдобняков1, Р.Е. Григорьев1, А.В. Первиков2, И.В. Мишаков3

1 ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
2 ФГБУН «Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук»
3 «Федеральный исследовательский центр «Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук»

DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.307

Оригинальная статья

Аннотация: Работа посвящена обоснованию и дальнейшему развитию подхода к анализу мезоскопической и интегральной структуры бинарных металлических наночастиц по радиальным распределениям локальной плотности компонентов. В качестве примера рассмотрены распределения локальной плотности Ni и Al, полученные с использованием результатов молекулярно-динамического моделирования бинарных наночастиц Ni-Al с исходным однородным распределением компонентов и икосаэдрических наноструктур ядро-оболочка Ni@Al. Оба паттерна демонстрируют сегрегацию атомов Al в ходе релаксации и последующей закалки исходных конфигураций, содержащих 5000 атомов в соотношении 1:1 (радиус наночастиц 3 нм). В процессе закалки температура наночастиц уменьшалась от 1000 К до 0,01 К с низкой для атомистического моделирования скоростью охлаждения. Экспериментально бинарные наночастицы Ni-Al радиуса порядка 100 нм (76Ni:24Al ат.%) были синтезированы методом электровзрыва проволок. Представлены и проанализированы экспериментальные распределения интенсивностей, полученных по данным энергодисперсионного анализа при воздействии электронного пучка. Эти распределения в большей степени соответствуют начальным конфигурациям в молекулярно-динамических экспериментах, т.е., очевидно, являются неравновесными. Вместе с тем, сделан вывод, что и конечные молекулярно-динамические конфигурации также не являются в полной степени равновесными.

Ключевые слова: наноструктуры ядро-оболочка, наночастицы Ni-Al, функция радиального распределения плотности, метод погруженного атома, потенциал сильной связи, молекулярная динамика, метод электровзрыва проволок, энергодисперсионный анализ

  • Талызин Игорь Владимирович – к.ф.-м.н., научный сотрудник Управления научных исследований, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Самсонов Владимир Михайлович – д.ф.-м.н., профессор кафедры общей физики , ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Богданов Сергей Сергеевич – научный сотрудник кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Сдобняков Николай Юрьевич – к.ф.-м.н., доцент кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Григорьев Роман Евгеньевич – аспирант 1 года обучения кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Первиков Александр Васильевич – к.т.н., научный сотрудник лаборатории физикохимии высокодисперсных материалов, ФГБУН «Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук»
  • Мишаков Илья Владимирович – к.х.н., главный научный сотрудник отдела материаловедения и функциональных материалов, «Федеральный исследовательский центр «Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук»

Ссылка на статью:

Талызин, И.В. Идентификация сложных наноструктур ядро-оболочка по радиальным распределениям локальной плотности компонентов / И.В. Талызин, В.М. Самсонов, С.С. Богданов, Н.Ю. Сдобняков, Р.Е. Григорьев, А.В. Первиков, И.В. Мишаков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2022. — Вып. 14. — С. 307-320. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.307.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Chaudhurim, R.G. Core/shell nanoparticles: classes, properties, synthesis mechanisms, characterization, and applications / R.G. Chaudhurim, S. Paria // Chemical Reviews. – 2012. – V. 112. – I. 4. – P. 2373-2433. DOI: 10.1021/cr100449n.
2. Suliz, K.V. Control of cluster coalescence during formation of bimetallic nanoparticles and nanoalloys obtained via electric explosion of two wires / K.V. Suliz, A.Yu. Kolosov, V.S. Myasnichenko et al. // Advanced Powder Technology. – 2022. – V. 33. – I. 3. – Art. № 103518. – 15 p. DOI: 10.1016/j.apt.2022.103518.
3. Pervikov, A. Synthesis of core-shell and Janus-like nanoparticles by non-synchronous electrical explosion of two interwined wires form immiscible metals / A. Pervikov, A. Lozhkomoev, O. Bakina, M. Lerner // Solid State Sciences. – 2019. – V. 87. – P. 146-149. DOI: 10.1016/j.solidstatesciences.2018.11.016.
4. Sdobnyakov, N. Solution combustion synthesis and Monte Carlo simulation of the formation of CuNi integrated nanoparticles / N. Sdobnyakov, A. Khort, V. Myasnichenko et al. // Computational Materials Science. – 2020. – V. 184. – Art. № 109936. – 12 p. DOI: 10.1016/j.commatsci.2020.109936.
5. Gawande, M.B. Core-shell nanoparticles: synthesis and applications in catalysis and electrocatalysis / M.B. Gawande, A. Goswami, T. Asefa et al. // Chemical Society Reviews. – 2015. – V. 44. – I. 21. – P. 7540-7590. DOI: 10.1039/C5CS00343A.
6. Yin, H.-J. Shaping well-defined noble-metal-based nanostructures for fabricating high-performance electrocatalysts: advances and perspectives / H.-J. Yin, J.-H. Zhou, Y.-W. Zhang // Inorganic Chemistry Frontiers. – 2019. – V. 6. – I. 10. – P.2582-2618. DOI: 10.1039/C9QI00689C.
7. Liao, T.-W. Composition-tuned Pt-skinned PtNi bimetallic clusters as highly efficient methanol dehydrogenation catalysts / T.-W. Liao, A. Yadav, P. Ferrari // Chemistry Material. – 2019. – V. 31. – I. 24. – P. 10040-10048. DOI: 10.1021/acs.chemmater.9b02824.
8. Samsonov, V.M. Embedding functions for Pt and Pd: recalculation and verification on properties of bulk phases, Pt, Pd, and Pt–Pd nanoparticles / V.M. Samsonov, A.A. Romanov, A.Yu. Kartoshkin, I.V. Talyzin, V.V. Puytov // Applied Physics A. – 2022. – V. 128. – I. 9. – Art. № 826. – 14 p. DOI: 10.1007/s00339-022-05922-1.
9. Song, P. Molecular dynamics simulation of a core-shell structured metallic nanoparticle / P. Song, D. Wen // The Journal of Physical Chemistry C. – 2010. – V. 114. – I. 19. – P. 8688-8696. DOI: 10.1021/jp908788b.
10. Bogdanov, S. Molecular dynamics simulation of the formation of bimetallic core-shell nanostructures with binary Ni–Al nanoparticle quenching / S. Bogdanov, V. Samsonov, N. Sdobnyakov et al. // Journal of Materials Science. – 2022. – V. 57. – I. 28. – P. 13467-13480. DOI: 10.1007/s10853-022-07476-2.
11. Sato, K. Surface-segregation-induced phase separation in epitaxial / Au Co nanoparticles: formation and stability of core–shell structures / K. Sato, Y. Matsushima, T.J. Konno // AIP Advances. – 2017. – V. 7. – I. 6. – P. 065309-1-065309-6. DOI: 10.1063/1.4986905.
12. Samsonov, V.M. Surface segregation in binary Cu–Ni and Au–Co nanoalloys and the core–shell structure stability/instability: thermodynamic and atomistic simulations / V.M. Samsonov, I.V. Talyzin, A.Yu. Kartoshkin, S.A. Vasiliyev // Applied Nanoscience. – 2019. – V. 9. – I. 1. – P. 119-133. DOI: 10.1007/s13204-018-0895-5.
13. Eom, N. General trends in core-shell preferences for bimetallic nanoparticles / N. Eom, M.E. Messing, J. Johnson, K. Deppert // ACS Nano. – 2021. – V. 15. – I. 5. – P. 8883-8855. DOI: 10.1021/acsnano.1c01500.
14. Akbarzadeh, H. Melting behavior of bimetallic and trimetallic nanoparticles: a review of MD simulation studies / H. Akbarzadeh, E. Mehrjouci, M. Abbaspour, A.N. Shamkhali // Topics in Current Chemistry. – 2021. – V. 379. – I. 3. – Art. № 22. 40 p. DOI: 10.1007/s41061-021-00332-y.
15. Kart, S.O. Atomic-scale insights into structural and thermodynamic stability of spherical Al@Ni and Ni@Al core–shell nanoparticles / S.O. Kart, H.H. Kart, T. Cagin // Journal of Nanoparticle Research. – 2020. – V. 22. – I. 6. Art. № 140. – 19 p. DOI: 10.1007/s11051-020-04862-2.
16. Cleri, F. Tight-binding potentials for transition metals and alloys / F. Cleri, V. Rosato // Physical Review B. – 1993. – V. 48. – I. 1. – Р. 22-33. DOI: 10.1103/PhysRevB.48.22.
17. Zhoe, X.W. Misfit-energy dislocations in vapor-deposited CoFe/NiFe multilayers / X.W. Zhoe, R.A. Johson, N.G. Wadley // Physical Review B. – 2004. – V. 69. – I. 14. – P. 144113-1-144113-10. DOI: 10.1103/PhysRevB.69.144113.
18. Физические величины. Справочник / под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. – М.: Энергия. 1991. – 1232 c.
19. Кузьмин, В.И. Строение кластеров серебра с магическими числами атомов по данным молекулярной динамики / В.И. Кузьмин, Д.Л. Тытик, Д.К. Белашенко, А.Н. Сиренко // Коллоидный журнал. – 2008. – Т. 70. – № 3. – С. 316-329.
20. Кузьмин, В.И. Методы разделения быстрых и медленных движений атомов как основа анализа динамической структуры наночастиц / В.И. Кузьмин, А.Ф. Годзаов, Д.Л. Тытик и др. // Российские нанотехнологии. 2010. Т. 5. № 11-12. С. 92-97.
21. Чистяков, Ю.Д. Физико-химические основы технологии микроэлектроники / Ю.Д. Чистяков, Ю.П. Райнова. – М.: Металлургия, 1979, 408 с.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒