Структурная самоорганизация кластеров палладия и наноразмерных систем Pd-Cu, Cu-Ni

• Автор: Михайлов, Евгений Александрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 116 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ГЛАВА 1 НАНОРАЗМЕРНЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КЛАСТЕРЫ:

МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ, СТРУКТУРА И СВОЙСТВА

1.1 Методы получения свободных нанокластеров

1.2 Поиск стабильных структур нанокластеров

1.3 Кластеры с полностью заполненными внешними атомными оболочками

1.4 Множественно сдвойникованная структура малых металлических кластеров

1.5 Механизмы образования пятикратно сдвойникованной структуры

1.6 Стабильность множественно сдвойникованных структур

1.7 Изменение температуры полиморфного превращения с уменьшением размера частиц
1.8 Специфика плавления металлических нанокластеров
1.9 Фононный спектр нанокластеров
1.10 Явление поверхностной релаксации в малых металлических кластерах
1.11 Постановка задач
ГЛАВА 2 МЕТОДИКА КОМПЬЮТЕРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1 Метод молекулярной динамики
2.2 Метод статической релаксации
2.3 Расчет межатомного взаимодействия
2.4 Метод погруженного атома
2.5 Функция радиального распределения атомов
2.6 Статистико-геометрический анализ структуры на основе многогранников Вороного

2.7 Статистико-геометрический «анализ общих соседей» (Common
Neighbor Analysis)
ГЛАВА 3 АТОМНАЯ СТРУКТУРА НАНОКЛАСТЕРОВ
Cui_NPdN (4 < yV< 55)
3.1 Моделирование поатомного роста наночастицы палладия
3.2 Нестабильность кубооктаэдрических кластеров Cu13.NPdN и Pd5J... 58 ГЛАВА 4 ЗАКОНОМЕРНОСТИ СТРУКТУРНОЙ САМООРГАНИЗАЦИИ
МАЛЫХ КЛАСТЕРОВ ПАЛЛАДИЯ
4.1 Влияние размерного эффекта на структурные, физические и энергетические характеристики нанокристаллических кластеров палладия
4.2 Структурные превращения в нанокластерах Pd135 и Pd147 при их нагреве и последующем охлаждении из расплава
4.3 Структурные превращения в нанокластерах PdN (225 4.4 Самоорганизация аморфных нанокластеров палладия при нагреве
4.5 Самоорганизация нанокластеров палладия при их охлаждении
из расплава
4.6 Механизмы атомных перестроек, происходящих в нанокластерах палладия при нагреве
ГЛАВА 4 ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРНОГО НЕСООТВЕТСТВИЯ НА
СТРУКТУРУ ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ НАНОКЛАСТЕРОВ
5.1 Система Cu-Ni
5.2 Система Pd-Cu
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Возросший в последние десятилетия интерес к металлическим нанокластерам объясняется их уникальными адсорбционными, каталитическими, магнитными, механическими и другими свойствами. Исследования, направленные на выяснение причин проявления этих необычных свойств, показали, что в их основе лежит, прежде всего, специфика структурной организации наноразмерных кластеров. С уменьшением диа-метра кластера увеличивается отношение числа поверхностных атомов к общему числу атомов системы, а возрастающая при этом конкуренция между энергией поверхности и энергией внутренних областей кластера приводит к появлению структурных мотивов, несвойственных массивным кристаллам. Кроме того, когда размер частиц становится соизмеримым с характерным масштабом того или иного физического явления или характ ерной длиной какого-либо процесса переноса, то в этих системах реализуются разнообразные размерные эффекты. Установление закономерностей процессов самоорганизации, происходящих в наночастицах, является одной из приоритетных задач современной науки.
Большинство используемых в настоящее время экспериментальных методов исследования неспособны отслеживать элементарные акты структурных превращений, времена активации которых простираются вплоть до пикосекундных интервалов. Теоретические методы расчета электронной структуры кластеров даже при современном развитии компьютерных технологий не позволяют исследовать системы, содержащие более ста атомов. В настоящее время одним из наиболее эффективных методов изучения атомной структуры наночастиц является молекулярно-динамическое моделирование с использованием полуэмпирических многочастичных потенциалов межатомного взаимодействия. Пространственно-временная локализация атомов в

(методами молекулярной динамики и статической релаксации) атомной структуры, процессов ее перестройки, физических свойств конденсированных металлических систем. Программный комплекс позволяет исследовать однокомпонентные и бинарные системы с периодическими граничными условиями и без них. Межатомное взаимодействие описывается многочастичными полуэмпирическими потенциалами. Программы написаны под П08 в объектно-ориентированном стиле, имеют четкую модульную структуру и, в случае необходимости, легко модифицируются. Разработанный алгоритм расчета сил позволяет получать линейную зависимость времени счета от числа частиц в системе, в отличие от параболической — характерной для традиционного алгоритма. Для реализации метода молекулярной динамики используется скоростная форма алгоритма Верле [162]. Статическая релаксация реализуется методом градиентов. Возможности программного комплекса по числу используемых частиц и одновременно проведению длительных молекулярно-динамических экспериментов относительно за короткое реальное время (быстродействие производимых расчетов) находится на уровне передовых мировых достижений в данной области.
2.1 Метод молекулярной динамики
Суть метода молекулярной динамики состоит в численном решении уравнений движения на компьютере. Для этого они аппроксимируются подходящей численной схемой. Ясно, что из-за перехода от описания системы в терминах непрерывных величин с операторами дифференцирования к описанию в терминах дискретных величин с операторами конечных разностей возникает погрешность. Порядок этой погрешности зависит от конкретной схемы аппроксимации, т. е. конечного алгоритма. В принципе, погрешность может быть сделана сколь угодно