Проблема получения кристаллических фаз в процессе охлаждения бинарных наночастиц Au-Co и Ti-V
К.Г. Савина, Р.Е. Григорьев, А.Д. Веселов, С.С. Богданов, П.М. Ершов, С.А. Вересов, Д.Р. Зорин, В.С. Мясниченко, Н.Ю. Сдобняков
ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.543
Оригинальная статья
Аннотация: Рассмотрены процессы структурообразования в бинарных наночастицах Co-Au и Ti-V, а также факторы, влияющие на процесс кристаллизации. В качестве объектов исследования выступали бинарные наночастицы Co-Au и Ti-V, содержащие N=400, 800, 1520 и 5000 атомов, эквиатомного состава. Компьютерный эксперимент проводился методом молекулярной динамики. Межатомное взаимодействие описывалось потенциалом сильной связи. По результатам серий компьютерных экспериментов было установлено, что основными факторами, влияющими на возможность получения кристаллических фаз являются: скорость охлаждения бинарных наночастиц, их размер и размерное несоответствие атомов, входящих в состав, а также характер взаимодействия атомов металлов. Проявление стабильности/нестабильности в бинарных наночастицах может быть связано с закономерностями образования кристаллических фаз. При этом склонность к сегрегации одного из компонентов в бинарной системе может быть не основным фактором определяющим стабильность/нестабильность такой системы.
Ключевые слова: метод молекулярной динамики, потенциал сильной связи, бинарные наночастицы, кобальт, золото, титан, ванадий, размерное несоответствие, кристаллизация
- Савина Ксения Геннадьевна – аспирант 1 года обучения кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Григорьев Роман Евгеньевич – аспирант 2 года обучения кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Веселов Алексей Димитриевич – научный сотрудник кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Богданов Сергей Сергеевич – к.ф.-м.н., научный сотрудник кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Ершов Павел Михайлович – научный сотрудник кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Вересов Сергей Александрович – аспирант 2 года обучения кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Зорин Данила Романович – студент 4 курса кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Мясниченко Владимир 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»
Ссылка на статью:
Савина, К.Г. Проблема получения кристаллических фаз в процессе охлаждения бинарных наночастиц Au-Co и Ti-V / К.Г. Савина, Р.Е. Григорьев, А.Д. Веселов, С.С. Богданов, П.М. Ершов, С.А. Вересов, Д.Р. Зорин, В.С. Мясниченко, Н.Ю. Сдобняков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2023. — Вып. 15. — С. 543-553. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.543.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Сдобняков, Н.Ю. К проблеме стабильности/нестабильности биметаллических структур Co (ядро)/ Au (оболочка) и Au (ядро)/ Co (оболочка): атомистическое моделирование / Н.Ю. Сдобняков, В.М. Самсонов, А.Ю. Колосов и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2019. – Вып. 11. – С. 520-534. DOI: 10.26456/pcascnn/2019.11.520.
2. Самсонов, В.М. О факторах стабильности/нестабильности биметаллических наноструктур ядро–оболочка / В.М. Самсонов, Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов и др. // Известия РАН. Серия физическая. – 2021. – Т. 85. – № 9. – C. 1239-1244. DOI: 10.31857/S0367676521090246.
3. Bertier, F. Ageing of out-of-equilibrium nanoalloys by a kinetic mean-field approach / F. Bertier, A. Tadjine, B. Legrand // Physical Chemistry Chemical Physics. – 2015. – V. 17. – I. 42. – P. 28193-28199. DOI: 10.1039/C5CP00600G.
4. Nelli, D. Core–shell vs. multi-shell formation in nanoalloy evolution from disordered configurations / D. Nelli, R. Ferrando // Nanoscale. – 2019. – V. 11. – I. 27. – P. 13040-13050. DOI: 10.1039/C9NR02963J.
5. Bhattarai, N. Structure and composition of Au/Co magneto-plasmonic nanoparticles / N. Bhattaral, G. Casillas, S. Khanal et al. // MRS Communications. – 2013. – V. 3. – I. 3. – P. 177-183. DOI: 10.1557/mrc.2013.30.
6. Мясниченко, В.С. Зависимость температуры стеклования биметаллических кластеров на основе титана от скорости охлаждения / В.С. Мясниченко, П.М. Ершов, Д.Н. Соколов и др. // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. – 2020. – T. 17. – № 3. – С. 355-362. DOI: 10.25712/ASTU.1811-1416.2020.03.012.
7. Myasnichenko, V.S. Simulation of crystalline phase formation in titanium-based bimetallic clusters / V.S. Myasnichenko, N.Yu. Sdobnyakov, P.M. Ershov et al. // Journal of Nano Research. – 2020. – V. 61. – P. 32-41. DOI: 10.4028/www.scientific.net/JNanoR.61.32.
8. Uesugi, T. Enthalpies of solution in Ti-X (X = Mo, Nb, V and W) alloys from first-principles calculations / T. Uesugi, S. Miyamae, K. Higashi // Materials Transactions. – 2013. – V. 54. – № 4. – P. 484-492. DOI: 10.2320/matertrans.MC201209.
9. Skripnyak, N.V. Mixing enthalpies of alloys with dynamical instability: bcc Ti-V system / N.V. Skripnyak, A.V. Ponomareva, M.P. Belov et al. // Acta Materialia. – 2000. – V. 188. – P. 145-154. DOI: 10.1016/j.actamat.2020.01.056.
10. Souvatzis, P. Entropy driven stabilization of energetically unstable crystal structures explained from first principles theory / P. Souvatzis, O. Eriksson, M.I. Katsnelson, S.P. Rudin // Physical Review Letters. – 2008. – V. 100. – I. 9. – Art. № 095901. – 4 p. DOI: 10.1103/PhysRevLett.100.095901.
11. Skripnyak, N.V. Ab initio calculations of elastic properties of alloys with mechanical instability: application to bcc Ti-V alloys / N.V. Skripnyak, A.V. Ponomareva, M.P. Belov, I.A. Abrikosov // Materials & Design. – 2018. – V. 140. – P. 357-365. DOI: 10.1016/j.matdes.2017.11.071.
12. 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.
13. 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.
14. 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.
15. 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.
16. Мясниченко, В.С. Закономерности структурообразования в биметаллических наночастицах с разной температурой кристаллизации / В.С. Мясниченко, П.М. Ершов, К.Г. Савина и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2021. – Вып. 13. – С. 568-579. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.568
17. Самсонов, В.М. О влиянии скоростей нагрева и охлаждения на плавление и кристаллизацию металлических нанокластеров / В.М Самсонов, И.В. Талызин, М.В. Самсонов // Журнал технической физики. – 2016. – Т. 86. – Вып.6. С. 149-152.
18. Sdobnyakov, N.Yu. Simulation of phase transformations in titanium nanoalloy at different cooling rates / N.Yu. Sdobnyakov, V.S. Myasnichenko, C.-H. San et al. // Materials Chemistry and Physics. – 2019. – V. 238. – Art. № 121895. – 9 p. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2019.121895.
19. Самсонов, В.М. Сравнительный анализ размерной зависимости температур плавления и кристаллизации наночастиц серебра: молекулярная динамика и метод Монте-Карло / В.М. Самсонов, Н.Ю. Сдобняков, В.С. Мясниченко и др. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2018. – № 12. – С. 65-69. DOI: 10.1134/S0207352818120168.
20. 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.