Начальная стадия процесса коалесценции на примере наночастиц Ag
А.А. Череповская, Д.А. Рыжкова
ФГБОУ ВО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»
DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.506
Оригинальная статья
Аннотация: Понимание процессов формирования и эволюции массивов металлических наночастиц является очень важной задачей, поскольку они все чаще используются в различных технических устройствах. Размер и форма наночастиц, а также расстояние между ними имеют большое влияние на их свойства. Коалесценция является одним из основных процессов, которые отвечают за изменение данных геометрических параметров массива наночастиц. В случае металлических наночастиц было обнаружено, что их слияние зависит от взаимной кристаллической ориентации, в результате чего реализуются различные механизмы объединения. Влияние кристаллической ориентации наночастиц на механизм коалесценции было подтверждено результатами молекулярно-динамических экспериментов. Изучался процесс коалесценции наночастиц серебра различного диаметра, расстояние между частицами изменялось от 0,5 до 1,5 нм, время моделирования соответствовало 200 пс. Реальный внешний вид и структура изучаемых наночастиц определялись при помощи визуализаторов OVITO и XMakemol. Анализ результатов показывает, что в случае наночастиц серебра коалесценция в большинстве случаев протекает по механизму роста ориентированным прикреплением.
Ключевые слова: серебро, наночастицы, структура, коалесценция, компьютерное моделирование, сильная связь
- Череповская Арина Александровна – магистрант направления подготовки «Современные цифровые технологии в образовании», ФГБОУ ВО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»
- Рыжкова Дарья Антоновна – старший преподаватель кафедры математики, физики и информационных технологий, ФГБОУ ВО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»
Ссылка для цитирования:
Череповская, А.А. Начальная стадия процесса коалесценции на примере наночастиц Ag / А.А. Череповская, Д.А. Рыжкова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2025. - Вып. 17. - С. 506-513. DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.506. ⎘
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Samsonov, V.M. When mechanisms of coalescence and sintering at the nanoscale fundamentally differ: Molecular dynamics study / V.M. Samsonov, I.V. Talyzin, V.V. Puytov et. al. // Journal of Chemical Physics. – 2022. – V. 156. – I. 21. – Art. no. 214302. – 52 p. DOI: 10.1063/5.0075748.
2. Ingham, B. How nanoparticles coalesce: an in situ study of Au nanoparticle aggregation and grain growth / B. Ingham, T.H. Lim, C.J. Dotzler et.al.// Chemistry of Materials. – 2011. – V.23. – I.14. – P. 3312-3317. DOI: 10.1021/cm200354d.
3. Колосов, А.Ю. Моделирование процесса коалесценции наночастиц золота методом Монте-Карло / А.Ю. Колосов, Н.Ю. Сдобняков, П.В. Комаров и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. − 2012. − Вып. 4. − С. 129-142.
4. Колосов, А.Ю. Моделирование процесса коалесценции наночастиц золота методом Монте-Карло / А.Ю. Колосов, Н.Ю. Сдобняков, П.В. Комаров и др. // Нанотехника. – 2013. – № 2 (34). – С. 65-71.
5. Колосов, А.Ю. Об оценке двугранного угла между наночастицами металлов в процессе коалесценции / А.Ю. Колосов, Д.Н. Соколов, Н.Ю. Сдобняков и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2016. – Вып. 8. – С. 172-179. DOI: 10.26456/pcascnn/2016.8.172.
6. Колосов, А.Ю. О закономерностях формирования моно- и биметаллических наночастиц в процессе коалесценции / А.Ю. Колосов, В.С. Мясниченко, С.С. Богданов и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2018. – Вып. 10. – С. 359-367. DOI: 10.26456/pcascnn/2018.10.359.
7. Сдобняков, Н.Ю. Моделирование процессов коалесценции и спекания в моно- и биметаллических наносистемах / Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов, С.С. Богданов. – Тверь: Издательство Тверского государственного университета, 2021. – 168 с. DOI: 10.26456/skb.2021.168.
8. Kolosov, A.Yu. Investigation into the structure and features of the coalescence of differently shaped metal nanoclusters / A.Yu. Kolosov, N.Yu. Sdobnyakov, V.S. Myasnichenko, D.N. Sokolov // Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. – 2016. – V. 10. – № 6. – P. 1292–1299. DOI: 10.1134/S102745101605075X.
9. Wan, N. A 'jump-to-coalescence' mechanism during nanoparticle growth revealed by in situ aberration-corrected transmission electron microscopy observations / N. Wan, L. Shuang-ying, X. Jun, M. Martini // Nanotechnology. – 2016. – V 27. – № 20.–Art. no. 205605. – 8 p. DOI: 10.1088/0957-4484/27/20/205605.
10. Shengnan, Y. In situ TEM observation of the atomic transport process during the coalescence of Au nanoparticles / Y. Shengnan, Y. Wenjuan, D. Ziliang et. al. // Nano Letters. – 2023. – V. 22. – I. 20. – P. 8115- 8121. DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c02491.
11. Scholl, J.A. Observation of quantum tunneling between two plasmonic nanoparticles / J. A. Scholl, A. García-Etxarri, A. L. Koh, J. A. Dionne // Nano Letters. – 2013. – V. 13. –I. 2. – P. 564-569. DOI: 10.1021/nl304078v.
12. Rapallo, A. Global optimization of bimetallic cluster structures. I. Size-mismatched Ag-Cu, Ag-Ni, and Au- Cu systems / A. Rapallo, G. Rossi, R. Ferrando et al. // The Journal of Chemical Physics. – 2005. – V. 122. – I. 19. – P. 194308-1-194308-13. DOI: 10.1063/1.1898223.
13. XMakemol - A program for visualizing atomic and molecular systems. – Режим доступа: www.url: https://manpages.ubuntu.com/manpages/bionic/man1/xmakemol.1.html.– 10.05.2025.
14. 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. – № 1. – Art. № 015012. – 7 p. DOI: 10.1088/0965-0393/18/1/015012.
15. Farshad, M.Kinetics of nanoparticle nucleation, growth, coalescence and aggregation: A theoretical study of (Ag)n nanoparticle formation based on population balance modulated by ligand binding/ M. Farshad, J. Rasaiah // Chemical Physics. – 2023. – V. 573. – Art. no. 112002. – 8 p. DOI:10.1016/j.chemphys.2023.112002.
16. Esparza, R. Coalescence of Au nanoparticles: an in-situ Cs-corrected stem study at low voltage / R. Esparza, C. Gutiérrez-Wing, R. Pérez, M. José-Yacamán //ActaMicroscopica. – 2018. – V. 28. – № 2. – P. 48-57.
17. Gafner, Yu.Ya. Mechanisms of Au and Ag nanoparticle array evolution studied by in-situ TEM and molecular dynamics simulation / Yu.Ya. Gafner, D.G. Gromov, R.L. Volkov et. al.// Surface and Interface. – 2024. – V. 54 – Art. no. 105165. – 11 p. DOI: 10.1016/j.surfin.2024.105165.