Анализ особенностей формирования структуры нанокластеров золота при процессах кристаллизации

• Автор: Головенько, Жанна Викторовна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Абакан
• Количество страниц: 125 с. : ил.

Содержание:
Введение
Глава 1. Особенности процессов синтеза нанокластеров Аи и анализ их структурных свойств
1.1. Химические способы производства нанокластеров золота
1.1.1. Диспергационные методы
1.1.2. Конденсационные методы
1.2. Применение нанокластеров золота
1.3. Основы метода молекулярной динамики
1.4. Представление потенциальной энергии при моделировании
1.5. Структурные модификации кластеров Аи
1.6. Постановка задачи
Глава 2. Моделирование процессов структурообразования нанокластеров золота
2.1. Фазовые переходы
2.1.1. Особенности процесса плавления нанокластеров Аи
2.1.2. Особенности процесса кристаллизации
нано кластеров Аи
2.2. Доля поверхностных атомов
2.3. Особенности плавления и кристаллизации малых
кластеров золота
2.4. Выводы к главе
Глава 3. Изучение влияния ряда факторов на свойства нанокластеров Аи
3.1. Влияние размера на термодинамические характеристики нанокластеров Аи
3.1.1. Температура плавления
3.1.2. Температура кристаллизации
3.1.3. Теплота плавления и изменение энтропии кластеров
3.1.4. Энергия связи
3.1.5. Теплоёмкость
3.2. Роль термических процессов в формировании структуры нанокластеров Аи
3.2.1. Влияние размера кластера на формирование структуры
3.2.2. Влияние скорости охлаждения на структурные
свойства нанокластеров золота
3.2.3. Качество структуры кластера и её стабилизация
3.3. Выводы к главе
Заключение
Библиография
Список публикаций по теме
Введение
Золото привлекало внимание человечества уже с самых древних времен. На первом этапе своего применения оно использовалось преимущественно в виде украшений, но с развитием науки очень скоро стали известны его уникальные физико-химические свойства. Именно с этого момента начинается техническое применение золота и интенсивно развивающиеся сейчас нанотехнологии не стали исключением.
В настоящее время наночастицы золота активно исследуются благодаря своему возможному широкому применению в микроэлектронике, сенсорах, катализе, нелинейной оптике, биомедицине и т.д. [1-3]. Кроме этого, нанокластеры золота являются базисной частью многих синтезированных молекулярных нанокристаллических материалов. К примеру, помещаясь на фу-лереновую основу, кластеры Аи могут формировать кластерные композитные суперструктуры [4]. Все это является достаточным основанием для подробного изучения теоретическими и экспериментальными методами структурных, электронных, динамических и других физических и химических свойств как изолированных, так и пассивированных кластеров золота [5].
Актуальность темы диссертации. Хорошо известно, что все металлические наночастицы проявляют необычные оптические, тепловые, химические и физические свойства в основном благодаря высокому проценту поверхностных атомов и нанометровой длине свободного пробега электронов (10-100 нм для многих металлов при комнатной температуре). Критическими параметрами, влияющими на все эти свойства, являются размер и форма наночастиц, что требует от нанотехнологий целенаправленного контроля данных величин [2]. Структура нанокластера, образующаяся при кристаллизации аморфной фазы, также вызывает большой интерес с точки зрения возможно-
ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ СИНТЕЗА НАНОКЛАСТЕРОВ Аи

щие металлические кластеры, позволяют создавать нелинейные оптические материалы [12]. В параграфе 1.2 настоящей работы описаны различные возможности применения нанокластеров в разнообразных областях науки и техники. Такое обширное применение кластеров можно объяснить их уникальными особенностями.
Многочисленные исследования показали, что уменьшение размера частиц до на-нометрового диапазона способствует проявлению у них совершенно новых свойств (термодинамических, химических, механических, магнитных и так далее). Это может быть связано не только с большим соотношением поверхности наночастицы к объему, но и с типом кристаллической конфигурации нанокла-
расположение атомов в ячейке [97]; б - объёмное стера. В то время как объёмное изображение 13-атомного кластера; в — объёмное
изображение кластера, состоящего из 55 атомов [98]. золото имеет структуру гране-центрированного кубического кристалла, стремление к обладанию минимальной поверхностной энергией в золотых кристаллитах нанометрового размера может привести к нескольким различным конкурирующим структурам. Это такие конфигурации как гранецентрированная кубическая, икосаэдрическая, де-каэдрическая и другие.
Действительно, нанокластеры золота обладают различным набором структурных состояний (рис. 1.11), соответствующим различным физическим свойствам. В работе [96] исследовался процесс намагничивания наночастиц никеля с различными типами пространственной организации. Было показано, что

а б в
Рис. 1.11. Расположение атомов в элементарных ячейках: 1) гранецентрированная кубическая (ГЦК); 2) икосаэдр (Ш); 3) декаэдр (Ой), а - относительное