Оценка вероятности образования долгоживущего димера меди в двухчастичном столкновении на основе молекулярно-динамического моделирования

Бесплатный доступ

Знание механизмов зарождения, роста и дальнейшего развития наночастиц важно для оптимизации методов их производства. Большинство методов производства наночастиц подразумевает самосборку из жидкой или газообразной фазы. Начальный этап гомогенной нуклеации из атомарного пара в значительной степени определяет конечное распределение частиц по размерам, что обусловливает актуальность его исследования. В данной работе проведен статистический анализ результатов молекулярно-динамического моделирования нуклеации паров металла (Cu) в атмосфере инертного газа (Ar). Рассмотрены особенности начальной стадии нуклеации с целью оценки вероятности роста двухатомных молекул (Cu2) в пересыщенной неравновесной среде. Показано, что в результате столкновения двух атомов металла может образоваться неустойчивый димер, время существования которого сравнимо со временем между соударениями атомов металла. По результатам статистического анализа оценена дифференциальная вероятность образования долгоживущего неустойчивого димера в двухчастичных взаимодействиях в зависимости от значения энергии сталкивающихся частиц в системе их центра масс. Интегрирование дифференциальной вероятности по всем энергиям с учетом теоретического распределения атомов меди по энергии при заданной температуре позволило получить интегральную оценку вероятности образования долгоживущего димера в столкновении Cu-Cu. Обнаружилось, что при увеличении температуры в диапазоне 300-1500 К вероятность образования уменьшается от 0,86 % до 0,16 %.

Еще

Металлические наночастицы, газофазный синтез, гомогенная нуклеация

Короткий адрес: https://sciup.org/147158942

IDR: 147158942   |   DOI: 10.14529/mmph170209

Список литературы Оценка вероятности образования долгоживущего димера меди в двухчастичном столкновении на основе молекулярно-динамического моделирования

  • Synthesis of ferrofluid based nanoarchitectured polypyrrole composites and its application for electromagnetic shielding/S. Varshney, A. Ohlan, V. K. Jain et al.//Materials Chemistry and Physics. -2014. -Vol. 143, no. 2. -P. 806-813.
  • Copper-Zinc Alloy Nanopowder: A Robust Precious-Metal-Free Catalyst for the Conversion of 5-Hydroxymethylfurfural/G. Bottari, A.J. Kumalaputri, K.K. Krawczyk et al.//ChemSusChem. -2015. -Vol. 8, Issue 8. -P. 1323-1327.
  • Hydrogen generation from water using Mg nanopowder produced by arc plasma method/M. Uda, H. Okuyama, T. S. Suzuki, Y. Sakka//Science and Technology of Advanced Materials. -2012. -Vol. 13, Issue 2. -Article: 025009.
  • Air-stable, surface-oxide free Cu nanoparticles for highly conductive Cu ink and their application to printed graphene transistors/S. Jeong, S.H. Lee, Y. Jo et al.//J. Mater. Chem. -2013. -Vol. 1, Issue 15. -P. 2704-2710.
  • Sharifi, I. Ferrite-based magnetic nanofluids used in hyperthermia applications/I. Sharifi, H. Shokrollahi, S. Amiri//Journal of Magnetism and Magnetic Materials. -2012. -Vol. 324, Issue 6. -P. 903-915.
  • Смирнов, Б.М. Генерация кластерных пучков/Б.М. Смирнов//УФН. -2003. -Т. 173, № 6. -С. 609-648.
  • Гончаров, А.В. Моделирование процессов образования и роста кластеров при конденсации атомарного пара/А.В. Гончаров, П.В. Каштанов//ТВТ. -2011. -Т. 49, № 2. -С. 187-195.
  • Смирнов, Б.М. Кластеры и фазовые переходы/Б.М. Смирнов//УФН. -2007. -Т. 177, № 4. -С. 369-373.
  • Plimpton, S. Fast Parallel Algorithms for Short-Range Molecular Dynamics/S. Plimpton//Journal of Computational Physics. -1995. -Vol. 117, no. 1. -P. 1-19.
  • Foiles, S.M. Embedded-atom-method functions for the fcc metals Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt, and their alloys/S.M. Foiles, M.S. Daw, M.I. Baskes//Phys. Rev. B. -1986. -Vol. 33, no. 12. -P. 7983-7991.
  • Kesälä, E. Molecular dynamics simulation of pressure dependence of cluster growth in inert gas condensation/E. Kesälä, A. Kuronen, K. Nordlund//Phys. Rev. B. -2007. -Vol. 75, Issue 17. -P. 174121.
  • Korenchenko, A.E. Statistical analysis of formation and relaxation of atomic clusters based on data of molecular-dynamic modeling of gas-phase nucleation of metallic nanoparticles/A.E. Korenchenko, A.G. Vorontsov, B. R. Gel’chinskii//High Temperature. -2016. -Vol. 54, no. 2. -p. 229-234.
  • Газофазный метод получения порошков/И.В. Фришберг, Л.И. Кватер, Б.П. Кузьмин, С.В. Грибовский. -М.: Наука 1978. -223 с.
  • Гусев, А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии/А.И. Гусев. М.: Физматлит, 2007. -416 с.
  • Матвеев, А.Н. Молекулярная физика/А.Н. Матвеев. -СПб.: Лань, 2010. -364 с.
Еще
Статья научная