Анализ распределения по размеру бинарных наночастиц Cu-Au при синтезе из газовой среды

Ю.Я. Гафнер, С.Л. Гафнер, Ж.В. Головенько показать трудоустройства и электронную почту
Получена: 18 июня 2019; Исправлена: 14 сентября 2019; Принята: 17 сентября 2019
Цитирование: Ю.Я. Гафнер, С.Л. Гафнер, Ж.В. Головенько. Анализ распределения по размеру бинарных наночастиц Cu-Au при синтезе из газовой среды. Письма о материалах. 2020. Т.10. №1. С.33-37
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2020-1-33-37

Аннотация

В работе представлены результаты компьютерного моделирования синтеза бинарных нанокластеров Cu-Au при конденсации из высокотемпературной газовой среды. Для анализа процессов синтеза были выбраны разные химические композиции Cu3Au, Cu-Au, Cu90Au10 и Cu60Au40. По результатам моделирования была найдена зависимость между числом образующихся на первом этапе синтеза кластеров и процентным содержанием атомов золота в первичной газовой среде.В работе представлены результаты компьютерного моделирования методом молекулярной динамики синтеза бинарных нанокластеров Cu-Au при конденсации из высокотемпературной газовой среды. Для вычисления сил межатомного взаимодействия использовался модифицированный потенциал TB-SMA с фиксированным радиусом обрезания. В качестве исходной структуры была взята конфигурация, содержащая 91 124 атомов Cu и Au, распределенных в кубической решетке с параметром 30 · аВ, где аВ — радиус Бора, с использованием периодических граничных условий. Для анализа процессов синтеза были выбраны химические композиции Cu3Au, Cu-Au, Cu90Au10 и Cu60Au40, которые в процессе конденсации охлаждались до температуры 77 К. При проведении численных экспериментов наблюдалось образование жидких капель из горячего газа высокой плотности, которые затем кристаллизировались в первичные частицы нанометрового размера и далее объединялись между собой в более крупные образования. По результатам моделирования была найдена зависимость между числом образующихся на первом этапе синтеза кластеров и процентным содержанием атомов золота в исходной газовой среде. Сделан вывод, что данный факт является следствием разной энергии связи между атомами меди и золота, приводящей к различной температуре плавления данных кластеров. Несмотря на случайный характер дальнейших процессов агломерации, замеченная тенденция сохранилась и при более низких температурах. Следовательно, использованием различной концентрации атомов меди и золота можно, в принципе, контролировать процессы образования бинарных кластеров Cu-Au из газовой фазы с некоторым, заданным заранее химическим составом и размером.

Ссылки (23)

1. R. Ferrando, J. Jellinek, R. L. Johnston. Chem. Rev. 108, 845 (2008). Crossref
2. D. Cheng, S. Huang, W. Wang. Phys. Rev. B. 74, 064117 (2006). Crossref
3. M. Okada, Y. Tsuda, K. Oka, K. Kojima, W. A. Diño, A. Yoshigoe, H. Kasai. Scientific Reports. 6, 31101 (2016). Crossref
4. D. T. Tran, I. P. Jones, J. A. Preece, R. L. Johnston, C. R. van den Brom. J Nanopart Research. 13, 4229 (2011). Crossref
5. G.-Sh. Wang, E. K. Delczeg-Czirjak, Q.-M. Hu, K. Kokko, B. Johansson, L. Vitos. J Physics: Condensed Matter. 25, 085401 (2013). Crossref
6. F. U. Renner, A. Stierle, H. Dosch, D. M. Kolb, T. L. Lee, J. Zegenhagen. Phys. Rev. B. 77, 235433 (2008). Crossref
7. L. R. Owen, H. Y. Playford, H. J. Stone, M. G. Tucker. Acta Materialia. 125, 15 (2017). Crossref
8. N. Artrith, A. M. Kolpak. Nano Lett. 14, 2670 (2014). Crossref
9. R. He, Y.-C. Wang, X. Wang, Z. Wang, G. Liu, W. Zhou, L. Wen, Q. Li, X. Wang, X. Chen, J. Zeng, J. G. Hou. Nature Communications. 5, 4327 (2014). Crossref
10. H. Prunier, J. Nelayah, Ch. Ricolleau, G. Wang, S. Nowak, A.-F. Lamic-Humblot, D. Alloyeau. Phys. Chem. Chem. Phys. 17, 28339 (2015). Crossref
11. A. Wilson, R. Bernard, A. Vlad, Y. Borensztein, A. Coati, B. Croset, Y. Garreau, G. Prévot. Phys. Rev. B. 90, 075416 (2014). Crossref
12. B. Pauwels, G. Van Tendeloo, E. Zhurkin, M. Hou, G. Verschoren, L. Theil Kuhn, W. Bouwen, P. Lievens. Phys. Rev. B. 63, 165406 (2001). Crossref
13. S. L. Gafner, Yu. Ya. Gafner. Journal of Experimental and Theoretical Physics. 134, 831 (2008). (in Russian) [С. Л. Гафнер, Ю. Я. Гафнер. ЖЭТФ. 134, 831 (2008).].
14. I. V. Chepkasov, Yu. Ya. Gafner. Fundamental'nye Problemy Sovremennogo Materialovedenia. 9, 353 (2012). (in Russian) [И. В. Чепкасов, Ю. Я. Гафнер. Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 9, 353 (2012).].
15. H. C. Andersеn. J. Phys. Chem. 72, 2384 (1980). Crossref
16. T. Pang. An introduction to computational physics. University Press, Cambridge (2006) 385 р. Crossref
17. F. Cleri, V. Rosato. Phys. Rev. B. 48, 22 (1993). Crossref
18. I. V. Chepkasov, Yu. Ya. Gafner, S. L. Gafner. Journal of Aerosol Science. 91, 33 (2016). Crossref
19. I. V. Chepkasov, Yu. Ya. Gafner, S. L. Gafner. Phase Transitions. 90, 590 (2017). Crossref
20. S. L. Gafner, L. V. Redel, Yu. Ya. Gafner. Journal of Experimental and Theoretical Physics. 135, 899 (2009). (in Russian) [С. Л. Гафнер, Л. В. Редель, Ю. Я. Гафнер. ЖЭТФ. 135, 899 (2009).].
21. Yu. Ya. Gafner, Zh. V. Golovenko, S. L. Gafner. Journal of Experimental and Theoretical Physics. 143, 288 (2013). (in Russian) [Ю. Я. Гафнер, Ж. В. Головенько, С. Л. Гафнер. ЖЭТФ. 143, 288 (2013).]. Crossref
22. Y. Gafner, S. Gafner, L. Redel, I. Zamulin. Journal of Nanoparticle Research. 20, 51 (2018). Crossref
23. O. Bauer, C. H. Schmitz, J. Ikonomov, M. Willenbockel, S. Soubatch, F. S. Tautz, M. Sokolowski. Phys. Rev. B. 93, 235429 (2016). Crossref

Другие статьи на эту тему

Финансирование

1. Российский фонд фундаментальных исследований - грант номер 18-42-190001
2. Российский фонд фундаментальных исследований - грант номер 19-48-190002