Влияние угла "встречи" фуллерита C60 с подложкой твердого тела на процесс осаждения

Влияние угла "встречи" фуллерита C60 с подложкой твердого тела на процесс осаждения

Автор: Суворов С.В., Северюхин А.В., Вахрушев А.В.

Журнал: Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика @vestnik-pnrpu-mechanics

Статья в выпуске: 3, 2020 года.

Бесплатный доступ

Углерод образует большое количество аллотропных форм, одной из которых является фуллерен, представляющий собой выпуклый замкнутый многогранник, в вершинах которого находятся атомы углерода. Наиболее распространенным является фуллерен, состоящий из 60 атомов углерода и обозначаемый C60. В свою очередь фуллерены способны агломерировать, образуя молекулярный кристалл - фуллерит. При взаимодействии фуллерита C60 с твердым телом возможно осаждение на поверхности тела как целого фуллерита, так и фуллеренов, его образующих. Процесс взаимодействия в системе фуллерит C60 - подложка твердого тела, далее - система фуллерит - подложка, является многопараметрическим. Так, при моделировании взаимодействия фуллерита с подложкой учитывались: температура системы - 300, 700, 1150 К; скорость движения фуллерита - 0,005; 0,01; 0,02 Å/фс. Кроме того, в проведенном исследовании варьировался угол между вектором скорости фуллерита и нормалью к контактной поверхности подложки, называемый углом «встречи». В качестве подложки твердого тела моделировался кристалл железа Fe(100), как один из наиболее распространенных конструкционных материалов. Фуллерит C60 контактировал с подложкой твердого тела своей гранью. Компьютерное моделирование процесса контакта фуллерита C60 с подложкой было проведено в программном комплексе LAMMPS. Основным результатом данного исследования является определение влияния угла «встречи» фуллерита C60 при контакте с подложкой твердого тела, что существенно дополнит общую картину процесса осаждения фуллеритов C60. В свою очередь это может позволить создавать различные пленки и износостойкие покрытия на поверхности материалов.

Еще

Фуллерит, фуллерен, твердое тело, подложка, молекулярная динамика, температура, скорость, угол

Короткий адрес: https://sciup.org/146282008

IDR: 146282008   |   DOI: 10.15593/perm.mech/2020.3.09

Список литературы Влияние угла "встречи" фуллерита C60 с подложкой твердого тела на процесс осаждения

  • 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 наномеханики // Вестник Пермского государственного технического университета. 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 микрои нановключениями // Вестник Пермского государственного технического университета. 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 мезоскопия. – 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 микроинаномодифицированных полимерных покрытий / В.М. Бузник, 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 C.В., Северюхин А.В., Вахрушев А.В. Моделирование взаимодействия фуллерита C60 с подложкой твердого тела // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2019. – № 3. – С. 94–103. DOI: 10.15593/perm.mech/2019.3.10
  • 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 нанотехнологий / В.Н. Аликин [и др.]. – М.: Машиностроение, 2010. – 196 с.
  • Кантор Ч., Шиммел П. Биофизическая химия: в 3 т.: пер. с англ. – М.: Мир, 1984. – Т. 1 – 336 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.
  • Brooks B.R., Bruccoleri R.E., Olafson B.D. CHARMM: A program for macromolecular energy, minmimization, and dynamics calculations // J. Comp. Chem. – 1983. – Vol. 4. – P. 187–217.
  • 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
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp