О процессах сегрегации и стабильности биметаллических наночастиц Ni@Ag и Ag@Ni
К.Г. Савина, И.Р. Галузин, А.Ю. Колосов, С.С. Богданов, А.Д. Веселов, Н.Ю. Сдобняков
ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.499
Оригинальная статья
Аннотация: В данной работе методом молекулярной динамики с использованием потенциала сильной связи исследовались биметаллические наночастицы Ni@Ag и Ag@Ni с общим количеством атомов 4000. Установлены закономерности сегрегации и структурообразования, описаны их характерные особенности. На основе анализа поведения калорических зависимостей потенциальной части удельной внутренней энергии определялась температура плавления и кристаллизации. Полученные данные позволяют говорить о том, что процессы сегрегации, в частности степень ее выраженности в наночастицах Ni@Ag и Ag@Ni, связаны со стабильностью этих наночастиц. Выше 900 K оболочка из серебра теряет свою стабильность, тогда как ядро никеля остается твердым и сохраняет свою структуру. При этом в наночастице Ni675@Ag3325 процессы поверхностной сегрегации атомов ядра были менее выражены, тогда как в наночастице Ag675@Ni3325 атомы серебра активно сегрегировали на поверхность наночастицы. Проанализированы особенности и принципиальные различия в процессах плавления и кристаллизации данных наносистем, а так же температурные диапазоны их стабильности. Показана связь между степенью интенсивности сегрегационных процессов наносплавов в ходе моделирования и стабильностью этих систем.
Ключевые слова: метод молекулярной динамики, биметаллические наночастицы, никель, серебро, сегрегация, структурообразование, стабильность, ядро-оболочка
- Савина Ксения Геннадьевна – студент 2 курса магистратуры кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Галузин Иван Русланович – студент 1 курса магистратуры кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Колосов Андрей Юрьевич – к.ф.-м.н., научный сотрудник кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Богданов Сергей Сергеевич – научный сотрудник кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Веселов Алексей Дмитриевич – аспирант 4 года обучения кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Сдобняков Николай Юрьевич – к.ф.-м.н., доцент кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
Ссылка на статью:
Савина, К.Г. О процессах сегрегации и стабильности биметаллических наночастиц Ni@Ag и Ag@Ni / К.Г. Савина, И.Р. Галузин, А.Ю. Колосов, С.С. Богданов, А.Д. Веселов, Н.Ю. Сдобняков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2022. — Вып. 14. — С. 499-511. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.499.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Мясниченко, В.С. Закономерности структурообразования в биметаллических наночастицах с разной температурой кристаллизации / В.С. Мясниченко, П.М. Ершов, К.Г. Савина, А.Д. Веселов, С.С. Богданов, Н.Ю. Сдобняков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2021. – Вып. 13. – С. 568-579. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.568.
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. 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.
4. Tsuji, M. Crystal structures and growth mechanisms of Au@Ag core-shell nanoparticles prepared by the microwavepolyol method / M. Tsuji, N. Miyamae, N. Lim, et al. // Crystal Growth & Design. – 2006. – V. 6. – I. 8. – P. 1801-1807. DOI: 10.1021/cg060103e.
5. 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.
6. Lee, C.-C. Large-scale synthesis of Ni–Ag core–shell nanoparticles with magnetic, optical and anti-oxidation properties / C.-C. Lee, D.-H. Chen // Nanotechnology. – 2006. – V. 17. – I. 13. – P. 3094-3099. DOI:10.1088/0957-4484/17/13/002.
7. Zhang, Z. Room-temperature synthesis of Ag−Ni and Pd−Ni alloy nanoparticles / Z. Zhang, T. M. Nenoff, K. Leung et al. // The Journal of Physical Chemistry C. – 2010. – V. 114. – I. 34. – P. 14309-14318. DOI: 10.1021/jp911947v.
8. Vykoukal, V. Solvothermal hot injection synthesis of core-shell AgNi nanoparticles / V. Vykoukal, J. Bursik, P. Roupcova et al. // Journal of Alloys and Compounds. – 2019. – V. 770. – P. 377-385. DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.08.082.
9. Guo, H. Facile synthesis of near-monodisperse Ag@Ni core-shell nanoparticles and their application for catalytic generation of hydrogen / H. Guo, Y. Chen, X. Chen et al. // Nanotechnology. – 2011. – V. 22. – I. 19. – Art. № 195604. – 8 p. DOI: 10.1088/0957-4484/22/19/195604.
10. Ger, T.-R. Comparing the magnetic property of shell thickness controlled of Ag-Ni core-shell nanoparticles / T.-R. Ger, H.-T. Huang, C.-Y. Huang et al. // Journal of Applied Physics. – 2014. – V. 115. – I. 17. – P. 17B528-1-17B528-3. DOI: 10.1063/1.4867606.
11. Свидетельство № 2011615692 Российская Федерация. Молекулярнодинамическое моделирование и биоинспирированная оптимизация бинарных и тройных металлических наноструктур (КластерЭволюшн) / В.С. Мясниченко; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова». – № 2011613732; заявл. 23.05.2011; зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 20.06.2011. – 1 с.
12. 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.
13. Paz Borbón, L.O. Computational studies of transition metal nanoalloys / L.O. Paz Borbón // Doctoral Thesis accepted by University of Birmingham, United Kingdom. – Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2011. – 155 p. DOI: 10.1007/978-3-642-18012-5.
14. Свидетельство № 2019661915 Российская Федерация. Metropolis / Д.Н. Соколов, Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов, П.М. Ершов, С.С. Богданов; заявитель и правообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тверской государственный университет». – № 2019660847; заявл. 30.08.2019; зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 11.09.2019. – 1 с.
15. 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.
16. Соколов, Д.Н. Новые возможности высокопроизводительных расчетов наносистем с использованием программного обеспечения Metropolis / Д.Н. Соколов, Н.Ю. Сдобняков, К.Г. Савина, А.Ю. Колосов, В.С. Мясниченко // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. –2021. – Вып. 13. – С. 624-638. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.624.
17. Сдобняков, Н.Ю. Моделирование процессов коалесценции и спекания в моно- и биметаллических наносистемах. Монография / Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов, С.С. Богданов. – Тверь: Издательство Тверского государственного университета, 2021. – 168 с. DOI: 10.26456/skb.2021.168.
18. Колосов, А.Ю. Моделирование процессов коалесценции и спекания в моно- и биметаллических наносистемах: дис. … канд. физ.-мат. наук: 01.04.07: защищена 25.12.2020; утв. 04.06.2021 / Колосов Андрей Юрьевич. – Тверь: Тверской государственный университет, 2020. – 200 с.
19. 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.
20. Самсонов, В.М. О факторах стабильности/нестабильности биметаллических наноструктур ядро–оболочка / В.М. Самсонов, Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов и др. // Известия РАН. Ceрия физическая. – 2021. – Т. 85. – № 9. – C. 1239-1244. DOI: 10.31857/S0367676521090246.
21. Богданов, С.С. Особенности процесса кристаллизации в биметаллических наноструктурах под внешним давлением / С.С. Богданов, В.С. Мясниченко, А.Ю. Колосов и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2019. – Вып. 11. – С. 422-430. DOI: 10.26456/pcascnn/2019.11.422.