Влияние размера и формы наночастиц металлов на их температуру плавления в различных матрицах конденсированного состояния

• Автор: Бандин, Антон Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 114 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 Теоретические основы изучения температуры плавления паноматериалов
1.1 Исторические аспекты изучения температуры плавления наноматериалов.
1.2 Современные модели описания температуры плавления наноматериалов
1.2.1 Термодинамическая модель
1.2.2 Динамическая модель
1.2.2.1 Описание динамики кристаллического тела
1.2.2.2 Энергия взаимодействия атомов в наносистемах
1.2.2.3 Влияние формы наночастицы на ее температуру плавления
1.2.2.4 Описание динамической модели плавления наносистем
ГЛАВА 2 Компьютерное моделирование плавления наночастиц в рамках динамической модели и нелокального функционала плотности
2.1 Выбор модели расчета температуры плавления наносистем
2.2 Алгоритм построения компьютерной модели расчета отношения среднеквадратичных смещений атомов на поверхности и в объеме наночастицы
2.3 Расчёт энергии наносистем методом нелокального функционала плотности в орбитально-оболочечном приближении для наночастиц металлов
2.4 Расчет отношения среднеквадратичных смещений атомов в наночастицах.
2.5 Алгоритм построения наночастиц заданной формы в компьютерной модели расчета отношения среднеквадратичных смещений атомов на поверхности и в объеме наночастицы
2.6 Компьютерное моделирование начала процесса плавления наночастиц в
рамках модели ДМ-НФП
ГЛАВА 3 Расчет температуры плавления наночастиц золота и Зс1-переходных металлов методом ДМ-НФП

3.1 Влияние формы наночастицы на температуру плавления золота и 36-переходных металлов
3.2 Влияние матрицы на температуру плавления наночастиц
Заключение
Библиографический список

ВВЕДЕНИЕ
В науке о строении вещества открывается новый этап развития, начиная с 80-х годов прошлого века. Точкой отсчета этого этапа можно считать открытие структурного уровня целостной организации наноматериалов в диапазоне наиометровых расстояний (Ю'10-10'7м), лежащего над структурным уровнем атомов (пикометровый диапазон (10'12-10'ш м)) [1, 2].
Согласно определению, которое дают авторы в книге [2] строение объекта - это целостная организация его структурных уровней. Каждый структурный уровень задается устойчивыми связями объекта, существенными для его целостности и тождественности с самим собой в специфических процессах взаимодействия с окружающим миром. Моноструктурный объект имеет целостную организацию на одном функциональном уровне. Строение мультиструктурного объекта задается двумя и более уровнями [2, 3].
Мультиструктурные частицы имеют специфические физические, химические и информационные свойства. Кроме обычной способности к обмену энергией и веществом мультиструктурные наноматериалы могут участвовать в информационных процессах. Они имеют функции памяти, самоорганизации и адаптации [2-5].
Пограничное положение мультиструктурных частиц позволяет предположить, что законы их строения должны быть более сложными, переходными между квантово-химическими законами атомного строения и физико-химическими законами фазового строения вещества.
Вместе с тем, экспериментально обнаруженные уникальные свойства структур вещества в наномире указывают на то, что специфика их строения отличается от квантового строения молекул или классического строения фаз [2,6,7].
Анализ литературных данных, описывающих свойства кластеров и наночастиц различных элементов периодической системы Д.И. Менделеева, позволяет сформулировать определение размерных эффектов. Размерные
где 'а =ах ■ (а2 ха.)- объем элементарной ячейки основной решетки.
Вектор обратной решетки определяется формулой:
г (И) = + /г А 4- /г3й3, (69)
где , И2 , къ - произвольные целые числа, положительные, отрицательные или нули. Скалярное произведение вектора решетки на вектор обратной решётки в силу равенства (67) равно целому числу:
х(7) • т(И)=/,/?, + 12И2 + /3/гз. (70)
Используя этот результат, авторы теории нашли, что вектор к, удовлетворяющий условию (66), может быть представлен в виде:
к = і-г(/г)=уЬ,+-у62+уьз- (71)
Однако теперь значения целых чисел /г,- не произвольны. Из формул (34) и (70) видно, что если к вектору к добавить любой вектор обратной решетки т{К), то
— І не изменятся. Следовательно, для того чтобы получить все
величины и,

различные решения задачи, можно ограничиться значениями вектора к в пределах одной элементарной ячейки обратной решетки.
к-—Ь{ +—Ь2 +—ЬЪ,
I Ь I (72)
^1, к2, И3=1, 2, ...,1.
Таким образом, существует 13=И возможных значений вектора к. В большинстве расчетов, однако, точные значения вектора к несущественны важно лишь то, что