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

Структура четырехкомпонентных наносплавов Ni-Cu-Fe-Co при термоиндуцированном воздействии: атомистическое моделирование

А.Ю. Колосов, К.Г. Савина, Д.Н. Соколов, Н.И. Непша, Н.А. Шорохов, Д.А. Кравченко, Р.Е. Григорьев, Н.Ю. Сдобняков

ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.674

Оригинальная статья

Аннотация: Проведено комплексное исследование четырехкомпонентных наночастиц Ni-Cu-Fe-Co эквиатомного состава размером 5 нм. Моделирование производилось методом молекулярной динамики с применением потенциала сильной связи. Установлено, что данная наносистема обладает высокой стабильностью: кристаллизация происходила во всех случаях с образованием преимущественно локальной ГЦК-структуры, чередующейся с локальной ГПУ-структурой. При скорости охлаждения выше 0,5 К/пс доля локальной ГЦК-структуры снижалась на 5% за счет увеличения локальных ГПУ-областей и появления локальных включений ОЦК-окружения. При этом объемная доля ОЦК-решетки не превышала 2%. Показано, что рассматриваемые наносистемы склонны к формированию иерархических, лабиринтоподобных структур с выраженной сегрегацией меди на поверхность. Таким образом, установлено, что для четырехкомпонентных наночастиц Ni-Cu-Fe-Co эквиатомного состава характерно образование медной оболочки с включениями кобальта и железа.

Ключевые слова: метод молекулярной динамики, LAMMPS, MDSym, потенциал сильной связи, четырехкомпонентные наночастицы, сегрегация, никель, медь, кобальт, железо, локальная плотность

  • Колосов Андрей Юрьевич – к.ф.-м.н., научный сотрудник кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Савина Ксения Геннадьевна – аспирант 3 года обучения кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Соколов Денис Николаевич – к.ф.-м.н., научный сотрудник кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Непша Никита Игоревич – научный сотрудник кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Шорохов Никита Александрович – студент 4 года обучения кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Кравченко Дарья Алексеевна – аспирант 2 года обучения кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Григорьев Роман Евгеньевич – аспирант 4 года обучения кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Сдобняков Николай Юрьевич – д.ф.-м.н., доцент, профессор кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

Ссылка для цитирования:

Колосов, А.Ю. Структура четырехкомпонентных наносплавов Ni-Cu-Fe-Co при термоиндуцированном воздействии: атомистическое моделирование / А.Ю. Колосов, К.Г. Савина, Д.Н. Соколов, Н.И. Непша, Н.А. Шорохов, Д.А. Кравченко, Р.Е. Григорьев, Н.Ю. Сдобняков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2025. - Вып. 17. - С. 674-686. DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.674. ⎘

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Сдобняков, Н.Ю. Моделирование структурных превращений в однокомпонентных и многокомпонентных металлических наносистемах: учебник / Н.Ю. Сдобняков. – Тверь: Тверской государственный университет, 2025. – 408 с. DOI:10.26456/sny.2025.408.
2. Вересов, С.А. К вопросу изучения процессов структурообразования в четырехкомпонентных наночастицах / С.А. Вересов, К.Г. Савина, А.Д. Веселов и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2022. – Вып. 14. – С. 371-382. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.371.
3. Sdobnyakov, N.Yu. Atomistic simulation of thermoinduced structural transformations in four-component Cu–Au–Pt–Pd nanoalloys with different morphologies / N.Yu. Sdobnyakov, V.M. Samsonov, S.V. Serov et al. // Colloid Journal. 2025. – V. 87. – I. 4. – P. 560-571.DOI: 10.1134/S1061933X25600526.
4. Liao, H. Surface segregation in bimetallic nanoparticles: A critical issue in electrocatalyst engineering / H. Liao, A. Fisher, Z.J. Xu // Small. – 2015. – V. 11. – I. 27. – P. 3221-3246. DOI: 10.1002/smll.201403380.
5. Bohra, M. Surface segregation in chromium-doped NiCr alloy nanoparticles and its effect on their magnetic behavior / M. Bohra, P. Grammatikopoulos, R.E. Diaz et al. // Chemistry of Materials. – 2015. – V. 27. – I. 9. – P. 3216-3225. DOI: 10.1021/acs.chemmater.5b00837.
6. Ferrari, A. Surface segregation in Cr-Mn-Fe-Co-Ni high entropy alloys / A. Ferrari, F. Körmann // Applied Surface Science. – 2020. – V. 533. – Art. № 147471. – 7 p. DOI: 10.1016/j.apsusc.2020.147471.
7. Eom, N. General trends in core-shell preferences for bimetallic nanoparticles / N. Eom, M.E. Messing, J. Johansson, K. Deppert // ACS Nano. – 2021. – V. 15. – I. 5. – P. 8883-8895. DOI: 10.1021/acsnano.1c01500.
8. James, P. Calculated magnetic properties of binary alloys between Fe, Co, Ni, and Cu / P. James, O. Eriksson, B. Johansson, I.A. Abrikosov // Physical Review B. – 1999. – V. 59. – I. 1. – P. 419-430. DOI: 10.1103/physrevb.59.419.
9. Mondal, B.N. Magnetic properties of binary Cu50-(Ni, Fe and Co)50 alloys prepared by ball milling and isothermal annealing / B.N. Mondal, A. Basumallick, P.P. Chattopadhyay // Materials Chemistry and Physics. – 2008. – V. 110. – I. 2-3. – P. 490-493. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2008.03.005.
10. Biserova-Tahchieva, A. Synthesis and characterization of nanostructured mechanical Cu-Fe-Co alloy / A. Biserova-Tahchieva, I. López-Jiménez, N. Llorca-Isern // Materials Science Forum. – 2018. – V. 941. – P. 1232-1237. DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.941.1232.
11. Романовский, В.И. Особенности синтеза наночастиц Cu-Ni: эксперимент и компьютерное моделирование / В.И. Романовский, А.Ю. Колосов, А.А. Хорт и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2020. – Вып. 12. – С. 293-309. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.293.
12. Romanovski, V. Bimetallic CuNi nanoparticle formation: solution combustion synthesis and molecular dynamic approaches / V. Romanovski, N. Sdobnyakov, S. Roslyakov et al. // Inorganic Chemistry. – 2024. – V. 63. – I. 52. – P. 24844-24854. DOI: 10.1021/acs.inorgchem.4c04260.
13. 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.
14. Kolosov, A.Yu. Comparative atomistic simulation of structure and structural transformations in Ni-Ag and Ni-Cu nanoalloys / A.Yu. Kolosov, K.G. Savina, N.I. Nepsha et al. // Physics of the Solid State. – 2024. – V. 66. – I. 12. – P. 2027-2032. DOI: 10.61011/PSS.2024.12.60180.6394PA.
15. Malekan, M. Kinetics study and fragility of (Cu₅₀Zr₄₃Al₇)₉₈Y₂ bulk metallic glass / M. Malekan, A. Jalali // Thermochimica Acta. – 2024. – V. 740. – Art. № 179836. – 10 p. DOI: 10.1016/j.tca.2024.179836.
16. LAMMPS Molecular Dynamics Simulator. – Режим доступа: www.url: http://lammps.sandia.gov. – 02.05.2025.
17. Свидетельство № 2025683621 Российская Федерация. MDSym / Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов, Д.Н. Соколов, К.Г. Савина; заявитель и правообладатель Сдобняков Н.Ю. – № 2025681911; заявл. 20.08.2025; зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 5.09.2025. – 1 с.
18. Nosé, S. A unified formulation of the constant temperature molecular dynamics methods / S. Nosé // The Journal of Chemical Physics. – 1984. – V. 81. – I. 1. – P. 511-519. DOI: 10.1063/1.447334.
19. Leimkuhler, B. A gentle stochastic thermostat for molecular dynamics / B. Leimkuhler, E. Noorizadeh, F. Theil // Journal of Statistical Physics. – 2009. – V. 135. – I. 2. – P. 261-277. DOI: 10.1007/s10955-009-9734-0.
20. 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.
21. Karolewski, M.A. Tight-binding potentials for sputtering simulations with fcc and bcc metals / M.A. Karolewski // Radiation Effects and Defects in Solids. – 2001. – V. 153. – I. 3. – P. 239-255. DOI: 10.1080/10420150108211842.
22. 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.
23. 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.
24. Gao, P.-Y. The structure of small penta-twinned gold particles / P.-Y. Gao, W. Kunath, H. Gleiter, K. Weiss // Scripta Metallurgica. – 1988. – V. 22. – I. 5. – P. 683-686. DOI: 10.1016/S0036-9748(88)80182-0.
25. Jia, M. Fe-Co-Ni-Cu high entropy magnetic nanoparticles with high magnetothermal properties / M. Jia, D. Liang, Q. Du et al. // Scripta Materialia. – 2024. – V. 247. – Art. № 116119. – 6 p. DOI: /10.1016/j.scriptamat.2024.116119.
26. Mao, A. Plasma arc discharge synthesis of multicomponent Co-Cr-Cu-Fe-Ni nanoparticles / A. Mao, H. Xiang, X. Ran et al. // Journal of Alloys and Compounds. – 2019. – V. 775. – P. 1177-1183. DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.10.170

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒