Осаждение фуллеритов C60 на подложку твердого тела с образованием пленки

Бесплатный доступ

Использование фуллеритов С60 для создания пленок на поверхности подложки твердого тела может применяться не только для создания покрытий, но и для модификации поверхностного слоя подложки, что с практической точки зрения может быть востребовано в таких отраслях экономики, как машино- и приборостроение. Для анализа процесса формирования фуллеритовых пленок на поверхности подложки проведен компьютерный эксперимент, но моделировалось поведение не одиночного фуллерита или фуллерена, как это было реализовано в предыдущих работах авторов, а значительного числа фуллеритов C60, депонируемых в область моделирования за определенный интервал времени и образующих «поток». Подложкой твердого тела являлся кристалл железа Fe(100). Температура подложки в рамках исследования поддерживалась постоянной при следующих значениях - 300 K, 700 K, 1150 K. Начальные параметры каждого отдельного фуллерита определялись стохастическим образом в заданных пределах. Программным комплексом, использовавшимся для проведения описанного компьютерного эксперимента, являлся LAMMPS. Взаимодействие атомов системы между собой, в процессе моделирования, определялось многочастичным потенциалом (MEAM - модифицированный метод погруженного атома). Главным результатом проведенного компьютерного эксперимента является то, что удалось смоделировать осаждение фуллеритов C60 с формированием пленки на подложке твердого тела. Были выявлены основные закономерности взаимодействия фуллерита в целом и фуллеренов, его образующих, как с подложкой, так и с другими фуллеритами, образующими пленку. А анализ изменения температуры и потенциальной энергии системы, как в процессе осаждения фуллеритов, так и после его окончания, позволяет говорить об устойчивости полученной системы фуллериты - подложка.

Еще

Фуллерит, фуллерен, твердое тело, подложка, железо, молекулярная динамика, температура, скорость, плёнка, потенциальная энергия

Короткий адрес: https://sciup.org/146282645

IDR: 146282645   |   DOI: 10.15593/perm.mech/2023.1.12

Список литературы Осаждение фуллеритов C60 на подложку твердого тела с образованием пленки

  • Ruoff R.S., Ruoff A.L. Is C60 stiffer than diamond // Nature. - 1991. - Vol. 350 - Р. 663-664.
  • Ultrahard and superhard phases of fullerite C60: comparison with diamond on hardness and wear / V. Blank, M. Popov, G. Pivovarov, N. Lvova, K. Gogolinsky, V. Reshetov // Diamond and Related Materials. - 1998. - Vol. 7, no. 2-5. - P. 427-431. DOI: 10.1016/S0925-9635(97)00232-X
  • Кравчук А.С., Трубиенко О.О. Модели и численное решение некоторых динамических контактных задач наноме-ханики // Вестн. Перм. гос. техн. ун-та. Математическое моделирование систем и процессов. - 2010. - № 1. - С. 72-79.
  • Лурье С.А., Соляев Ю.О. Модифицированный метод Эшелби в задаче определения эффективных свойств со сферическими микро- и нановключениями // Вестн. Перм. гос. техн. ун-та. Математическое моделирование систем и процессов. -2010. - № 1. - С. 80-90.
  • Coarse-grained potential models for phenyl-based molecules: II. Application to fullerenes / C. Chiu, R. DeVane, M.L. Klein, W. Shinoda, P.B. Moore, S.O. Nielsen // J. Phys. Chem. B. - 2010. - Vol. 114. - No. 2. - P. 6394-6400.
  • Баран Л.В. Эволюция структуры фуллеритовых пленок, конденсированных на различные подложки // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. -2010. - № 9. - С. 84-88.
  • Смирнов С.В., Смирнова Е.О., Голубкова И.А. Определение диаграмм деформационного упрочнения поверхностных слоев металлических материалов с использованием инструментария наномеханических испытательных комплексов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. - 2011. - № 2. -С. 84-91.
  • Деформационная стабильность фуллерит/фуллеренов C60/70 / Р.М. Никонова [и др.] // Химическая физика и мезо-скопия. - 2011. - Т. 13, № 3. - С. 406-410.
  • Гаришин О.К., Лебедев С.Н. Оценка механических свойств матрицы вокруг частиц наполнителя в полимерных нанокомпозитах с помощью атомно-силовой микроскопии // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. - 2011. - № 3. -С. 15-25.
  • Композит на основе диоксида циркония, модифицированного углеродными нанотрубками: структура и механические свойства / Е.А. Ляпунова, М.В. Григорьев, А.П. Скачков, О. Б. Наймарк, С. Н. Кульков // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. - 2015. - № 4. - С. 308-316. DOI: 10.15593/perm.mech/2015.4.18
  • Об учете масштабных эффектов при моделировании механических и трибологических свойств двухфазных микро-и наномодифицированных полимерных покрытий / В.М. Буз-ник, С.А. Лурье, Д.Б. Волков-Богородский, А.Г. Князева, Ю.О. Соляев, Е.И. Попова // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. - 2015. - № 4. - С. 36-54. DOI: 10.15593/perm.mech/2015.4.03
  • Mahmoud Nasrollahzadeh, S. Mohammand Sajadi Chapter 1 - an introduction to nanotechnology // Interface science and Technology. - 2019. - Vol. 28. - Р. 1-27.
  • M. Mohan Gokhale, R. Ravindra Somani Fullerenes: chemistry and its applications // Mini Rev Org Chem. - 2015. -Vol.12. - P. 355-366.
  • Елецкий А.В., Смирнов Б.М. Фуллерены и структуры углерода // Успехи физических наук. - 1995. - Т. 165, № 9. -С. 977-1009.
  • Depth profiling by cluster projectiles as seen by computer simulations / Z. Postawa, L. Rzeznik, R. Paruch, M.F. Russo, N. Winogradb, B.J. Garrison // Surf. Interface Anal. - 2011. -Vol. 43, no. 12. - P. 12-15. DOI: 10.1002/sia.3417
  • Вахрушев А.В., Суворов С.В. Моделирование процесса внедрения фуллерена C60 в поверхность твердого тела // Химическая физика и мезоскопия. - 2011. - Т. 13, № 4. -С. 478-482.
  • Вахрушев А.В., Суворов С.В., Северюхин А.В. Моделирование поведения фуллеренового кластера на поверхности твердого тела // Химическая физика и мезоскопия. - 2013. -Т. 15, № 4. - С. 515-522.
  • Суворов С.В., Северюхин А.В., Вахрушев А.В. Моделирование взаимодействия фуллерита С60 с подложкой твердого тела // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. -2019. - № 3. - С. 94-103. DOI: 10.15593/perm.mech/2019.3.10
  • Суворов С.В., Северюхин А.В., Вахрушев А.В. Влияние угла «встречи» фуллерита С60 с подложкой твердого тела на процесс осаждения // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. - 2020. - № 3. - С. 90-97. DOI: 10.15593/perm.mech/2020.3.09
  • Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. - М.: Наука, 1978. - 789 с.
  • Шайтан К.В., Терешкина К.Б. Молекулярная динамика белков и пептидов. - М.: Ойкос, 2004. - 103 с.
  • Разработка и исследование аэрозольных нанотехноло-гий / В.Н. Аликин [и др.]. - М.: Машиностроение, 2010. - 196 с.
  • Anderson H.S. Molecular dynamics simulation at constant pressure and/or temperature // J. Chem. Phys. - 1980. - Vol. 72 -Р. 2384-2396.
  • Frenkel D., Smit B., Understanding molecular simulation: from algorithms to applications. - San Diego: Academic Press, 2002. - 638 p.
  • Haile M.J. Molecular Dynamics Simulation - Elementary Methods. - N.Y.: Wiley-Interscience, 1992. - 386 p.
  • Nose S. A molecular dynamics methods for simulation in the canonical ensemble // Mol. Phys. - 1984. - Vol. 52. -P. 255-278.
  • Plimpton S. Fast Parallel Algorithms for Short-Range Molecular Dynamics // J. Comp. Phys. - 1995. - Vol. 117. - P. 1-19.
  • Parallel reactive molecular dynamics: Numerical methods and algorithmic techniques / H.M. Aktulga, J.C. Fogarty, S.A. Pandit, A.Y. Grama // Parallel Computing. - 2012. - Vol. 38, no. 4. - P. 245-259. DOI: 10.1016/j.parco.2011.08.005
  • Large-Scale, Long-Term Nonadiabatic Electron Molecular Dynamics for Describing Material Properties and Phenomena in Extreme Environments / A. Jaramillo-Botero, J. Su, A. Qi, W.A. Goddard III // J. Comp. Chem. - 2012. - Vol. 32, no. 3. -P. 497-512. DOI: 10.1002/jcc.21637
  • Mesoscale Hydrodynamics via Stochastic Rotation Dynamics: Comparison with Lennard-Jones Fluid / M.K. Petersen, J.B.Lechman, S.J. Plimpton, G.S. Grest, P.J. in't Veld, P.R. Schunk // J. Chem. Phys. - 2010. - Vol. 132, no. 17. -P. 174106. DOI: 10.1063/1.3419070
  • An enhanced entangled polymer model for dissipative particle dynamics / T. Sirk, Y. Sliozberg, J. Brennan, M. Lisal, J. Andzelm // J. Phys. Chem. - 2012. - Vol. 136, no. 13. -P. 134903. DOI: 10.1063/1.3698476
  • Sirk T.W., Moore S., Brown E.F. Characteristics of thermal conductivity in classical water models // J. Phys. Chem. -2013. - Vol. 138, no. 6. - P. 064505. DOI: 10.1063/1.4789961
  • Plimpton S.J., Thompson A.P. Computational Aspects of Many-body Potentials // MRS Bulletin. - 2012. - Vol. 37, no. 5. -P. 513-521. DOI: 10.1557/mrs.2012.96
  • Kong L.T. Phonon dispersion measured directly from molecular dynamics simulations // Comp. Phys. Comm. - 2011. -Vol. 182. - P. 2201-2207.
  • Byeong-Joo Lee A modified embedded-atom method interatomic potential for the Fe-C system // Acta Materialia. - 2006. -Vol. 54(3). - P. 701-711. DOI: 10.1016/j.actamat.2005.09.034
  • Исследование свойств пленок фуллеренов, осажденных с высокой кинетической энергией, на различных поверхностях / М.А. Ходорковский, С.В. Мурашов, А.Л. Шахмин, Т.О. Артамонова, Л.П. Ракчеева, А.С. Мельников // Журнал технической физики. - 2006. - Т. 76, № 7. - С. 140-142.
Еще
Статья научная