350 руб
Журнал «Наноматериалы и наноструктуры - XXI век» №3 за 2011 г.
Статья в номере:
Влияние формы синтезированных из газовой среды кластеров Ni и Cu на теплоемкость
Ключевые слова: компьютерное моделирование молекулярная динамика сильная связь ГЦК металлы нанокластеры теплоемкость
Авторы:
С.Л. Гафнер - к.ф.-м.н., доцент, Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова (г. Абакан). E-mail: sgafner@khsu.ru; sgafner@rambler.ru Л.В. Редель - к.ф.-м.н., доцент, Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова (г. Абакан). Е-mail: lredel@khsu.ru Ю.Я. Гафнер - д.ф.-м.н., профессор, зав. кафедрой, Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова (г. Абакан). Е-mail: ygafner@khsu.ru
Аннотация:
На основе проведенных ранее исследований по изучению теплоемкости идеальных ГЦК кластеров меди и никеля с диаметром до 6 нм высказано предположение, что термические свойства наноматериала должны зависеть от степени агломерации составляющих его частиц, т.е. сильное воздействие могут оказывать поверхности и межфазные границы соединенных между собой нанокластеров. Для проверки гипотезы взяты кластеры никеля и меди различного размера (4000 - 7200 атомов) полученные при моделировании процесса синтеза из газовой фазы. В случае высоких температур не удалось адекватно оценить роль межфазных границ при расчете теплоемкости наночастиц. Причиной явилась массовая диффузия атомов Ni или Cu с целью придания реальным кластерам энергетически более выгодной формы и структуры. При низких температурах теплоемкость реальных кластеров превысила теплоемкость кластеров с идеальной формой и структурой на величину от 3,2 до 10,6%. Сделан вывод, что производимые в прямых экспериментах кластеры Ni и Cu из-за неидеальности своей внешней формы и внутреннего строения не могут быть применены в устройствах, использующих тепловую энергию таких кластеров без предварительного этапа оптимизации
Страницы: 14-22
Список источников
  1. Рыжонков Д.И., Лёвина В.В., Дзидзигури Э.Л. Наноматериалы. БИНОМ. Лаборатория знаний: М.. 2008.
  2. Макаров Г.Н. Экспериментальные методы определения температуры и теплоты плавления кластеров и наночастиц // УФН. 2010. Т. 180. В 2. С. 185-207.
  3. Kusche R., Hippler Th., Schmidt M., v. Issendorf B. and Haberland H. Melting of free sodium clusters // J. Eur. Phys. D. 1999. V. 9. P. 1-4.
  4. Землянов М.Г., Панова Г.Х., Сырых Г.Ф., Шиков А.А. Влияние размерного эффекта на колебательные и электронные свойства нанокомпозитов Cu-Pb // ФТТ. 2006. Т. 48. В. 1. С. 128-132.
  5. Nonnenmacher Th.P. Quantum size effect on the specific heat of small particles // Phys. Lett. 1975. V. 51 A. № 4. P. 213-214.
  6. Goll G., Lohneyen H. Specific heat of nanocrystalline and colloidal noble metals at low temperatures // Nanostruct. Mater. 1995. V. 6. № 5-8. P. 559-562.
  7. Comsa G. H., Heitkamp D, Rade H.S. Specific heat of ultrafine vanadium particles in the temperature range 1.3-10 K // Solid State Commun. 1976. V. 20. № 9. P. 877-880.
  8. Chen Y. Y, Yao Y.D., Jen S. U., et al. Magnetic susceptibility and low temperature specific heat of palladium nanocrystals // Nanostruct. Mater. 1995. V. 6. № 5-8. P. 605-608.
  9. Морохов И.Д., Петинов В.И., Τрусов Л.И., Петрунин В.Ф. Структура и свойства малых металлических частиц // УФН. 1981. Т.133. В. 4 С. 653-692.
  10. Salian U.A. Microcanonical temperature and "heat capacity" computational of Lennard-Jones clusters under isoergic molecular dynamics simulation // J. Chem. Phys. 1998. V. 108. № 15. Р. 6342-6346.
  11. Cheng H.P., Li X., Whetten R.L., and Berry R.S. Complete statistical thermodynamics of the cluster solid-liquid transition // Phys. Rev. A. 1992. V. 46. № 2. Р. 791-800.
  12. Lai S. K., Lin W.D., Wu K.L., Li W.H., Lee K.C. Specific heat and Lindemann-like parameter of metallic clusters: Mono- and polyvalent metals // J. Chem. Phys. 2004. V. 121. № 3. Р. 1487-1498.
  13. Schmidt M., Kusche R., Kronmüller W., v. Issendorf B. and Haberland H. Experimental determination of the meltig point and heat capacity for a free cluster of 139 sodium atoms // Phys. Rev. Lett. 1997. V. 79. P. 99-104.
  14. Qi Y., Cagin Т., Johnson W.L., Goddard III W.A. Melting and crystallization in Ni nanoclusters: The mesoscale regime // J. Chem. Phys. 2001. V. 115. № 1. Р. 385-394.
  15. Rupp J., Birringer R. Enhanced specific-heat-capacity (cp) measurements (150-300 K) of nanometer-sized crystalline materials // Phys. Rev. B. 1987. V. 36. P. 7888.
  16. Trampenau J., Bauszus K., Petry W., Herr U. Vibrational behavior of nanocrystalline Ni // Nanostruct. Matter. 1995. V. 6. P. 511.
  17. Chen Y.Y., Yao Y.D., Lin B.T., et al. Specific heat of fine copper particles // Nanostruct. Matter. 1995. V. 6. № 5-8. P. 597-600.
  18. Yao Y.D., Сhen Y.Y., Hsu C.M., et. al. Thermal and magnetic studies of nanocrystalline Ni // Nanostruct. Matter. 1995. V. 6. № 5-8. P. 933-936.
  19. Суздалев И.В.  Нанотехнология: физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. М.: КомКнига, 2006. - 592 с.
  20. Cleri F., Rosato V. Tight-binding potentials for transition metals and alloys // Phys. Rev.В 1993. V. 48. P. 22-33.
  21. Nosé S. A unified formulation of the constant temperature molecular dynamics methods // J. Phys. Chem. 1984. V. 81. P. 511.
  22. Гафнер С.Л., Редель Л.В., Головенько Ж.В., Гафнер Ю.Я., Самсонов В.М., Харечкин С.С. Структурные переходы в малых кластерах никеля // Письма в ЖЭТФ. 2009. Т. 89. № 7. С. 425-431.
  23. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2007.
  24. Гафнер С.Л., Редель Л.В., Гафнер Ю.Я.  Изучение теплоёмкости малых кластеров Ni и Cu на основе потенциала сильной связи // Наноматериалы и наноструктуры. 2011. № 1. С. 16-22.
  25. Гафнер С.Л., Гафнер Ю.Я. Анализ процессов конденсации наночастиц Ni из газовой фазы // ЖЭТФ. 2008. Т. 134. № 4(10). С. 831-844.
  26. Honeycutt J.D., Andersеn H.C. Molecular dynamics study of melting and freezing of small lennard-jones clusters //J. Chem. Phys. 1987. V. 91. P. 4950.
  27. Гафнер С.Л., Редель Л.В., Гафнер Ю.Я. Моделирование процессов структурообразования нанокластеров меди в рамках потенциала сильной связи // ЖЭТФ. 2009. Т. 135. № 5. С. 899-916.
  28. Гафнер Ю.Я., Гафнер С.Л., Чепкасов И.В. Роль термического воздействия на организацию синтези¬рованных из газовой фазы нанокластеров меди и никеля // ЖЭТФ. 2010. Т. 138. №4(10). С. 687-698.