Размерная зависимость поверхностного натяжения и поверхностной энергии металлических наночастиц на границах жидкость-пар и твёрдое-жидкость

• Автор: Шебзухов, Заур Азмет-Гериевич
• Шифр специальности: 01.04.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Нальчик
• Количество страниц: 193 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В СИСТЕМАХ С ИСКРИВЛЁННЫМИ ГРАНИЦАМИ

1.1. Основные характеристики поверхностного слоя. Поверхностная энергия и поверхностное натяжение

1.2. Размерная зависимость поверхностного натяжения и поверхностной энергии

1.2.1. Термодинамические уравнения размерной зависимости поверхностного натяжения наночастиц на границе с паром.

1.2.2. Размерная зависимость избыточной свободной поверхностной энергии

1.2.3. Электронные теории размерной зависимости поверхностной энергии металлов

1.2.4. Описание зависимости поверхностного натяжения от размера в рамках метода функционала плотности

1.2.5. Компьютерное моделирование зависимости поверхностного натяжения от размера

1.2.6. Результаты экспериментальных исследований размерной зависимости поверхностного натяжения
1.3. Параметр Толмена (способы введения, методы расчёта и численные значения)
1.4. Размерная зависимость межфазного натяжения на границе твёр-
дое-жидкость в однокомпонентных системах
Выводы из обзорной главы. Постановка задач диссертационной работы
ГЛАВА 2. ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ НАНОЧАСТИЦ
В ОДНОКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМАХ
2.1. Поверхностное натяжение наночастиц в однокомпонентных системах

2.1.1. Основное соотношение для размерной зависимости поверхностного натяжения наночастиц сферической формы
2.1.2. Зависимость поверхностного натяжения наночастиц сферической формы от размера при малых искривлениях поверхности. Выход за пределы приближения Толмена
2.1.3. Размерная зависимость поверхностного натяжения сферических наночастиц при произвольных радиусах кривизны в изотермических условиях. Результаты численных расчётов
2.1.4. Поверхностное натяжение и параметр Русанова на сильно искривлённых поверхностях (очень малых наночастиц)
2.2. Поверхностное натяжение в наносистемах с отрицательной кривизной в изотермических условиях
2.2.1. Исходные положения для описания размерной зависимости поверхностного натяжения в наносистемах с отрицательной кривизной
2.2.2. Зависимость поверхностного натяжения от размера в системах с отрицательной кривизной при малых искривлениях поверхности. Выход за пределы приближения Толмена
2.2.3. Размерная зависимость поверхностного натяжения нанообъекта сферической формы при произвольных радиусах кривизны в изотермических условиях. Результаты численных расчётов и их обсуждение
2.3. Поверхностное натяжение на границе сферической наночастицы
с паром при постоянстве давления в паровой фазе
2.3.1. Основное соотношение для описания размерной зависимости поверхностного натяжения на границе жидкость-пар при постоянстве давления в паровой фазе
2.4. Параметр Толмена, автоадсорбция и поверхностное натяжение
на искривленных поверхностях жидких металлов

2.4.1. Основные соотношения для поверхностного натяжения ст, параметра Толмена 8 и автоадсорбции Г на искривлённых (включая область наноразмеров) поверхностях
2.4.2. Результаты численных расчётов 5, Г и а и их обсуждение
Выводы по главе
ГЛАВА 3. ПОВЕРХНОСТНАЯ ЭНЕРГИЯ НАНОКАПЕЛЬ ЖИДКИХ МЕТАЛЛОВ
3.1. Поверхностная энергия и расстояние между эквимолекулярной разделяющей поверхностью и разделяющей поверхностью нулевой когезионной энергии
3.2. Результаты численных расчётов размерной зависимости поверхностной энергии нанокапель жидких (без использования опытных
данных »„) металлов и их обсуждение
3.3. Изменение поверхностной энергии и поверхностного натяжения на плоских и искривленных поверхностях металлов при фазовом переходе твёрдое - жидкость. Результаты численных расчётов.
Выводы по главе
ГЛАВА 4. МЕЖФАЗНОЕ НАТЯЖЕНИЕ И МЕЖФАЗНАЯ ЭНЕРГИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ НАНОЧАСТИЦЫ
СФЕРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ В СОБСТВЕННОМ РАСПЛАВЕ
4.1. Межфазное натяжение наночастицы сферической формы в жидкой материнской фазе в однокомпонентных системах
4.1.1. Основные соотношения, связывающие межфазное натяжение <тХ1 на плоской и искривлённой границах твёрдое - жидкость с расстоянием между разделяющими поверхностями АлЛ7,
4.1.2. Расчёт и <тл7(г) на границе твёрдое - жидкость по известным значениям межфазного натяжения на плоской границе сг5Ьоо
4.1.3. Теоретические оценки а5[уоо и щ-Дг) на межфазной
границе твёрдое - жидкость для металлов

диуса эквимолекулярной разделяющей поверхности (рисунок 1). При рассмотрении в рамках функционала плотности свойств жидкой капли с сильно искривленной поверхностью в [11] учтено, что в её центральной части свойства объемной жидкой фазы могут не достигаться в полной мере. Неоднородность центральной части малой капли при этом рассматривается как результат самоперекрытия сильно искривленного поверхностного слоя, что можно трактовать как существование в жидких каплях аналога расклинивающего давления, которое обычно наблюдается в тонких жидких пленках. С уменьшением радиуса эквимолекулярной разделяющей поверхности вначале наблюдается сравнительно слабый рост поверхностного натяжения, прохождение через максимум и затем быстрое уменьшение.

Рисунок 1 - Зависимость поверхностного натяжения а (а = жРсг/бкТ, к- постоянная Больцмана) от радиуса эквимолекулярной разделяющей поверхности д* (Я* = Яе/сі). Данные 1 для потенциала Юкавы при Г/Гс = 0,40, данные 2 для потенциала Леннарда-Джонса при 7' = 0,517). Горизонтальные линии показывают значения поверхностного натяжения для плоской разделяющей поверхности (Гс — критическая температура, сі - диаметр твердой сферы) [12]