Влияние размерных параметров пор на механизмы формирования нанопленочных покрытий на подложках пористого оксида алюминия

Влияние размерных параметров пор на механизмы формирования нанопленочных покрытий на подложках пористого оксида алюминия

Автор: Вахрушев Александр Васильевич, Федотов Алексей Юрьевич, Северюхин Александр Валерьевич, Валеев Ришат Галеевич

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Математическое моделирование и программирование @vestnik-susu-mmp

Рубрика: Программирование

Статья в выпуске: 2 т.10, 2017 года.

Бесплатный доступ

Предложена методика моделирования формирования эпитаксиальных нанопленок на основе матрицы пористого оксида алюминия. Приводится постановка задачи и описываются уравнения многочастичного потенциала, соответствующего модифицированному методу погруженного атома. Осаждаемые нанопленки были образованы атомами железа, золота, германия, серебра, галлия и палладия. Проведенные исследования показали наличие различных механизмов формирования нанопленок на пористых подложках в зависимости от типа эпитаксиальных атомов. В некоторых случаях пора почти полностью заполнялась осаждаемыми атомами, в других пора оставалась открытой. Для всех типов атомов единичные атомы достигали дна поры. При нанесении атомов галлия на подложку наблюдалось наиболее полное и плотное заполнение поры. Пористые подложки с нанесенными нанопленками могут рассматриваться как массив квантовых точек и использоваться для получения оптических и электрических эффектов. При исследовании заращивания атомами галлия покрытий с порами различного размера было получено, что активный рост количества атомов в поре происходит в начальные периоды времени. Дальнейшее заращивание поры сопровождается перестройкой атомарной структуры, что соответствует стабилизации зависимостей, и небольшим уменьшением процента атомов галлия, проникших внутрь поры. Стабилизация центра масс осаждаемых атомов происходит на разной глубине поры. Для пор радиусом 2-3 нм центр масс формируется выше середины глубины поры. С ростом размера поры центр масс начинает образовываться вблизи середины глубины поры. Приведенные методики и полученные результаты могут быть применены при разработке новых перспективных слоистых композитов на основе пористых подложек, изучении их характеристик, а также для проектирования нанопленочных материалов и алгоритмов прогнозирования свойств.

Еще

Моделирование, молекулярная динамика, модифицированный метод погруженного атома, нанопленки, пористый оксид алюминия

Короткий адрес: https://sciup.org/147159430

IDR: 147159430   |   DOI: 10.14529/mmp170207

Список литературы Влияние размерных параметров пор на механизмы формирования нанопленочных покрытий на подложках пористого оксида алюминия

  • Chapurina, Yu. Synthesis of Thrombolytic Sol-Gel Coatings: Toward Drug-Entrapped Vascular Grafts/Yu. Chapurina, V.V. Vinogradov, A.V. Vinogradov, V.E. Sobolev, I.P. Dudanov, V.V. Vinogradov//Journal of Medicinal Chemistry. -2015. -V. 58, № 17. -P. 6313-6317.
  • Ying, J.Y. Nanoporous Systems and Templates the Unique Self-Assembly and Synthesis of Nanostructures/J.Y. Ying//Science Spectra. -1999. -V. 18. -P. 56-63.
  • Li, A.P. Hexagonal Pore Arrays with a 50-420 nm Interpore Distance Formed by Self-Organization in Anodic Alumina/A.P. Li, F. Muller, A. Birner, K. Nielsch, U. Gosele//Journal of Applied Physics. -1998. -V. 84, № 11. -P. 6023-6026.
  • Дорошенко, М.Н. Каталитическое влияние поверхности на формирование нанотрубок германия PE MOCVD-методом/М.Н. Дорошенко, А.И. Герасимчук, Е.А. Мазуренко//Химия, физика и технология поверхности. -2013. -Т. 4, № 4. -С. 366-372.
  • Mu, C. Controlling Growth and Field Emission Properties of Silicon Nanotube Arrays by Multistep Template Replication and Chemical Vapour Deposition/C. Mu, Y. Yu, W. Liao, X. Zhao, D. Xu//Applied Physics Letters. -2005. -V. 87, № 11. -P. 113104.1-13104.3.
  • Melnik, Yu.V. AlN/GaN and AlGaN/GaN Heterostructures Grown by HVPE on SiC Substrates/Yu.V. Melnik, A.E. Nikolaev, S.I. Stepanov, A.S. Zubrilov, I.P. Nikitina, K.V. Vassilevski, D.V. Tsvetkov, A.I. Babanin, Yu.G. Musikhin, V.V. Tretyakov, V.A. Dmitriev//Materials Research Society Symposium Proceedings. -1998. -V. 482. -P. 245-249.
  • Nikolaev, A.E. GaN pn-Structures Grown by Hydride Vapor Phase Epitaxy/A.E. Nikolaev, Yu.V. Melnik, N.I. Kuznetsov, A.M. Strelchuk, A.P. Kovarsky, K.V. Vassilevski, V.A. Dmitriev//Materials Research Society Symposium Proceedings. -1998. -V. 482. -P. 251-256.
  • Xu, H.J. Structure and Photoluminescent Properties of a ZnS/Si Nanoheterostructure Based on a Silicon Nanoporous Pillar Array/H.J. Xu, X.J. Li//Semiconductor Science and Technology. -2009. -V. 24, № 7. -P. 075008.
  • Masuda, H. Highly Ordered Nanohole Arrays in Anodic Porous Alumina/H. Masuda//Ordered Porous Nanostructures and Applications. -Springer US, 2005. -P. 37-55.
  • Вахрушев, А.В. Исследование вероятностных законов распределения структурных характеристик наночастиц, моделируемых методом молекулярной динамики/А.В. Вахрушев, А.Ю. Федотов//Вычислительная механика сплошных сред. -2009. -Т. 2, № 2. -С. 14-21.
  • Vakhrouchev, A.V. Computer Simulation of Nanoparticles Formation, Moving, Interaction and Self-Organization/A.V. Vakhrouchev//Journal of Physics: Conference Series. -2007. -V. 61, № 1. -P. 26-30.
  • Вахрушев, А.В. Исследование механизмов формирования наночастиц металлов, определение механических и структурных характеристик нанообъектов и композиционных материалов на их основе/А.В. Вахрушев, А.Ю. Федотов, А.А. Вахрушев, А.А. Шушков, А.В. Шушков//Химическая физика и мезоскопия. -2010. -Т. 12, № 4. -С. 486-495.
  • Аликин, В.Н. Разработка и исследование аэрозольных нанотехнологий. Т. 3. Топлива. Заряды. Двигатели/В.Н. Аликин, А.В. Вахрушев, В.Б. Голубчиков, А.М. Липанов, С.Ю. Серебренников. -М.: Машиностроение, 2010.
  • Вахрушев, А.В. Моделирование формирования композиционных наночастиц из газовой фазы/А.В. Вахрушев, А.Ю. Федотов//Альтернативная энергетика и экология. -2007. -№ 10. -C. 22-26.
  • Вахрушев, А.В. Моделирование начального этапа роста нановискеров Si-Au на поверхности Si/А.В. Вахрушев, А.В. Северюхин, О.Ю. Северюхина//Химическая физика и мезоскопия. -2010. -Т. 12, № 1. -С. 24-35.
  • Lennard-Jones, J.E. On the Determination of Molecular Fields. II. From the Equation of State of a Gas/J.E. Lennard-Jones//Proceedings of the Royal Society of London A. -1924. -V. 106. -P. 463-477.
  • Stillinger, F.H. Computer Simulation of Local Order in Condensed Phases of Silicon/F.H. Stillinger, T.A. Weber//Physical Review B. -1985. -V. 31, № 8. -P. 5262-5271.
  • Tersoff, J. New Empirical Approach for the Structure and Energy of Covalent Systems/J. Tersoff//Physical Review B. -1988. -V. 37, № 12. -P. 6991-7000.
  • Daw, M.S. Semiempirical, Quantum Mechanical Calculations of Hydrogen Embrittlement in Metals/M.S. Daw, M.I. Baskes//Physical Review Letters. -1983. -V. 50, № 17. -P. 1285-1288.
  • Daw, M.S. Model of Metallic Cohesion: The Embedded-Atom Method/M.S. Daw//Physical Review B. -1989. -V. 39, № 11. -P. 7441-7452.
  • Daw, M.S. Embedded-Atom Method: Derivation and Application to Impurities, Surfaces, and Other Defects in Metals/M.S. Daw, M.I. Baskes//Physical Review B. -1984. -V. 29, № 12. -P. 6443-6453.
  • Baskes, M.I. Modified Embedded-Atom Potentials for Cubic Materials and Impurities/M.I. Baskes//Physical Review B. -1992. -V. 46, № 5. -P. 2727-2742.
  • Jelinek, B. Modified Embedded-Atom Method Interatomic Potentials for the Mg-Al Alloy System/B. Jelinek, J. Houze, S. Kim, M.F. Horstemeyer, M.I. Baskes, S.G. Kim//Physical Review B. -2007. -V. 75, № 5. -P. 054106.
  • Kim, Y. -M. Modified Embedded-Atom Method Interatomic Potentials for Ti and Zr/Y. -M. Kim, B. -J. Lee, and M.I. Baskes//Physical Review B. -2006. -V. 74, № 1. -P. 014101.
  • Вахрушев, А.В. Моделирование процессов получения специальных наноструктурных слоев в эпитаксиальных структурах для утонченных фотоэлектрических преобразователей/А.В. Вахрушев, А.Ю. Федотов, А.В. Северюхин, С.В. Суворов//Химическая физика и мезоскoпия. -2014. -Т. 16, № 3. -С. 364-380.
  • Вахрушев, А.В. Исследование процессов осаждения нанопленок на подложку из пористого оксида алюминия методами математического моделирования/А.В. Вахрушев, А.В. Северюхин, А.Ю. Федотов, Р.Г. Валеев//Вычислительная механика сплошных сред. -2016. -Т. 9, № 1. -С. 59-72.
  • Вахрушев, А.В. Моделирование процессов осаждения нанопленок на подложку пористого оксида алюминия/А.В. Вахрушев, А.Ю. Федотов, А.В. Северюхин, Р.Г. Валеев//Химическая физика и мезоскoпия. -2015. -Т. 17, № 4. -С. 511-522.
  • LAMMPS Molecular Dynamics Simulator . URL: http://lammps.sandia.gov (дата обращения: 25.05.2016).
  • VMD -Visual Molecular Dynamics. Theoretical and Computational Biophysics Group . URL: https://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd (дата обращения: 25.05.2016).
  • Hoover, W. Canonical Dynamics: Equilibrium Phase-Space Distributions/W. Hoover//Physical Review A. -1985. -V. 31, № 3. -P. 1695-1697.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp