Размерная зависимость поверхностного натяжения наночастиц и проблема их термодинамической устойчивости

• Автор: Сдобняков, Николай Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Тверь
• Количество страниц: 217 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Размерная зависимость поверхностной энергии и ее взаимосвязь с проблемой стабильности малых объектов
1.1 Теоретические методы исследования размерной зависимости поверхностного натяжения малых частиц

1.1.1 Основные подходы к термодинамике малых частиц

1.1.2 Формула Толмена и ее модификации

1.1.3 Метод функционала плотности

1.1.4 Концепция капиллярных эффектов II рода и применение термодинамической теории возмущений к нахождению избыточной свободной энергии малого объекта

1.1.5 Исследования малых объектов на основе методов компьютерного моделирования

1.1.6 Прочие теоретические методы

1.1.7 Теоретические подходы к исследованию поверхностного натяжения и поверхностной энергии твердых тел
1.1.8 Экспериментальные методы исследования поверхностной энергии и поверхностного натяжения малых объектов
1.2 Термодинамический подход к проблеме устойчивости малых
объектов
Заключение
Глава 2. Исследование размерной зависимости удельной свободной поверхностной энергии малых капель
2.1. Теоретические основы вывода соотношения для свободной удельной поверхностной энергии
2.2. Алгоритм компьютерного расчета удельной свободной поверхностной энергии
2.3. Компьютерный расчет удельной свободной поверхностной энергии малых капель инертных газов для различных потенциалов межмолекулярного взаимодействия
2.4 Применение метода локально-координационного приближения
^ термодинамической теории возмущений к расчету избыточной
свободной энергии малых капель инертных газов 2.5 Анализ результатов
Глава 3. Применение термодинамической теории возмущений к исследованию размерной зависимости удельной свободной поверхностной энергии нанокристаллов
3.1. Вывод аналитического соотношения для избыточной свободной энергии идеально ограненных нанокристаллов с ГЦК - структурой
3.2 Об алгоритме и программе компьютерного расчета удельной свободной поверхностной энергии нанокристаллов
3.3 Расчеты избыточной свободной энергии микрокристаллов ф инертных газов и алюминия
3.4 Расчет избыточной свободной энергии нанокристаллов во втором приближении теории возмущений
3.5 Исследование размерной зависимости поверхностного натяжения в ионных кристаллах
3.6 Анализ результатов компьютерных расчетов удельной свободной поверхностной малых кристаллов
Глава 4 Исследование проблемы термодинамической устойчивости малых объектов
^ 4.1 Вывод соотношения для второй вариации свободной энергии
малого объекта
4.2 Условия устойчивости наночастиц
4.3 Условие устойчивости для «макроскопической» частицы
4.4 Анализ результатов Основные результаты и выводы
Приложение I. Параметры потенциала Леннард-Джонса и аналитической модели радиальной функции распределения для сжиженных инертных газов
Приложение II. Размерные зависимости поверхностного натяжения накокапель неона, криптона, ксенона, найденные с использованием потенциалов Леннард-Джонса и Морзе

^ Приложение III. Размерные зависимости поверхностного натяжения
малых капель инертных газов, найденные с использованием локально-координационного приближения термодинамической теории возмущений
Приложение IV. Описание программы для расчета удельной свободной энергии нанокристаллов
Приложение V. Сопоставление результатов исследования размерной зависимости поверхностного натяжения кубических нанокристаллов инертных газов и алюминия при различной ориентации их граней ([100] и [111])
Приложение VI. Результаты исследования влияния выбора парного Щ) потенциала на характер размерной зависимости поверхностного
натяжения нанокристаллов
Приложение VII. Вывод выражения для полной энергии кристаллической решетки ионных кристаллов, анализ вклада электростатической энергии (энергии Маделунга) в полную энергию ионных кристаллов Список литературы

собственный расплав, С.Н. Задумкиным на основе концепции распределения энергии по связям ближайших соседей и термодинамической теории капиллярности Гиббса получено выражение для среднего значения поверхностного натяжения на границе твердая фаза - собственный расплав для различных типов кристаллической решетки металлов, включая вещества с кубической решеткой типа алмаз. Полученные расчетные значения находятся в хорошем согласии с экспериментальными данными, полученными из независимых источников.
В своем обзоре «Поверхностная энергия и поверхностное натяжение кристаллических твердых тел» Г. Бенсон и К. Юн [101] представляют описание методов расчета поверхностной энергии и поверхностного натяжения инертных газов и простейших ионных кристаллов на основе простых классических моделей. В рамках их рассмотрения поверхностные свойства металлов не учитываются, поскольку подвижность электронов проводимости требует привлечения иных теорий, нежели те, которые применяются в случае ионных кристаллов (см., например, Херринг [102], Эвальд и Юречке [103]).
Расчет поверхностного натяжения и поверхностной энергии кристаллов благородных газов основывается обычно на предположении, что силы, действующие между частицами являются классическими центральными силами. В этом случае энергия взаимодействия пары частиц зависит только от расстояния между ними, а полная потенциальная энергия системы является суммой энергий парных взаимодействий. В случае жидкости для проведения расчетов необходимо знать бинарную функцию распределения, а в случае твердых тел нужно учитывать тепловое движение частиц относительно узлов жесткой пространственной решетки. Если пренебречь тепловым движением и предположить, что частицы поверхностного слоя расположены в узлах кристаллографической плоскости решетки (отсутствуют нарушения структуры поверхности). Это означает, что атомы или ионы (поверхностного слоя) могут смещаться только в направлении перпендикулярном поверхности, но не вдоль нее, и на поверхности нет ни ступеней, ни вакансий. Таким образом, если не