Моделирование термодинамических и структурных свойств нанокластеров Pt и Pd

• Автор: Замулин, Иван Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Абакан
• Количество страниц: 122 с. : ил.

Содержание:
Введение
Г лава 1. Методический базис исследования
1.1. Компьютерное моделирование методом молекулярной динамики
1.2. Потенциальные функции взаимодействия
1.3. Нанокристаллические материалы и нанокластеры
Глава 2. Анализ компьютерного моделирования термодинамических свойств нанокластеров платины и палладия
2.1. Исследование процессов плавления и кристаллизации нанокластеров РёиР
2.2. Возможные механизмы роста теплоёмкости в наноструктурированном палладии
2.3. Выводы к главе
Глава 3. Изучение структурных состояний нанокластеров П и Рс
3.1. Исследование термической стабильности нанокластеров платины и палладия
3.2. Влияние скорости охлаждения на формирование структуры нанокластеров Р1 и Рс
3.2.1. Формирование структуры в нанокластерах платины
3.2.2. Формирование структуры в нанокластерах палладия
3.3. Анализ применимости нанокластеров Р1 и Рё в ячейках памяти, основанной на фазовых переходах
3.3.1. Анализ проявления кристаллической и аморфной фаз в нанокластерах платины и палладия
3.3.2. Сравнение структурообразования в кластерах №, Си и Аи
3.4. Выводы к главе
Заключение
Библиография
Список публикаций по теме
Введение
Последние два десятилетия ознаменовались повышенным интересом исследователей к созданию и изучению различного рода наноструктур. Наноструктуры представляют практическое и научное значение как для понимания фундаментальных электронных, магнитных, оптических, каталитических, тепловых и механических свойств материалов, имеющих нанометро-вые размеры [1], так и с точки зрения производства новых технических устройств на их основе [2]. Уже ясно, что присутствующие в наноструктурах квантово-механические эффекты, такие, как квантование проводимости, перенормировка запрещенной зоны, кулоновская блокада и т.д., могут существенно повысить функциональные характеристики различных электронных приборов [3,4].
Определение физических и химических свойств отдельных элементов наноматериалов, то есть нанокластеров, представляет особый интерес в связи с возможностью исследования перехода от свободных атомов и молекул к объемным конденсированным системам. Кластеры, будучи основным звеном такой эволюции, являются уникальными объектами исследования и могут дать ключ к пониманию природы самых разнообразных процессов, включая зародышеобразование, катализ, адсорбцию, фазовые переходы и т.д. [1].
Кроме этого, уже в начале 90-х годов прошлого столетия были проведены первые эксперименты по разработке электронных элементов, состоящих из металлических блоков фактически нанометрового размера. В ходе дальнейших опытов выяснилось, что элементная база такой электроники может быть создана на основе металлических нанокластеров, проявляющих квантовые свойства проводимости при комнатных температурах [3].
ГЛАВА І. МЕТОДИЧЕСКИЙ БАЗИС ИССЛЕДОВАНИЯ

ем кратковременного нагрева, что позволило в образцах сохранить наноструктуру. В данной работе отмечается, что твердость полученных нано-структуированных образцов значительно выше твердости материалов, полученных из крупнозернистого никеля.
По причине самопроизвольно происходящей рекристаллизации (роста зерен) достаточно трудоемко сохранить те положительные эффекты, которые достигаются благодаря малому размеру зерен. Рост зерен происходит в связи с химической диффузии, т.е. когда отсутствует градиент концентраций, но имеется отличный от нуля градиент химического потенциала. Разность химического потенциала между зернами разного размера обусловлена вкладом поверхностной энергии в общую энергию зерна. Величина этого вклада увеличивается с уменьшением размера зерна. По этой причине при равных условиях мелкие зерна обладают избыточной энергией по сравнению с крупными
Отсюда видно, что термодинамической причиной самопроизвольного роста зерна в поликристаллическом веществе является уменьшение общей энергии системы. Характеристикой собирательной рекристаллизации являет-
где (Ц>) - начальный размер зерна, / - время. Из (1.39) следует, что размер зерна будет тем меньше, чем больше энергия активации. Рекристаллизация наноматериалов в общем случае описывается выражениями схожими с (1.39), но показатель степени может быть больше или меньше трех.
Исследованию рекристаллизации наноструктур посвящено много работ, например авторы [92,93] наблюдали рекристаллизацию нанокрисалличе-ской меди в процессе выдержки при 300 К в течение 5-10 дней (рис 1.4). В
[49].
ся энергия активации Q. Например, изменение размера зерна (О) в процессе рекристаллизации описывается следующим выражением [90,91]:
(1.39)