Журнал Экспериментальной и Теоретической Физики
НАЧАЛО | ПОИСК | ДЛЯ АВТОРОВ | ПОМОЩЬ      e
Общая информация о журнале
Золотые страницы
Адреса редакции
Содержание журнала
Сообщения редакции
Правила для авторов
Загрузить статью
Проверить статус статьи


ЖЭТФ, Том 141, Вып. 3, стр. 488 (Март 2012)
(Английский перевод - JETP, Vol. 114, No 3, March 2012 доступен on-line на www.springer.com )

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОЕМКОСТИ КЛАСТЕРОВ НИКЕЛЯ И МЕДИ МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИНАМИКИ: ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ И РАЗМЕРА
Гафнер С.Л., Редель Л.В., Гафнер Ю.Я.

Поступила в редакцию: 8 Апреля 2011

DJVU (1224.4K) PDF (16.7M)

Методом молекулярной динамики с использованием модифицированного потенциала сильной связи исследована теплоемкость идеальных ГЦК-кластеров Cu и Ni с диаметром от 2 до 6 нм в температурном интервале 200-800 К. Проведенный анализ показал соответствие с экспериментальными результатами при температурах 200-300 К. Полученные данные также свидетельствуют о ряде закономерностей, находящихся в согласии с аналитическими расчетами. По результатам компьютерного моделирования был сделан вывод, что в случае единичных свободных кластеров теплоемкость может превышать теплоемкость объемного материала, причем данное различие уменьшается с ростом наночастицы пропорционально сокращению доли поверхностных атомов. Было отмечено, что при T=200 К превышение теплоемкости идеального нанокластера меди с D=6 нм составило 10 %, а никеля 13 %. Следовательно, отмеченные в некоторых реальных экспериментах большие величины теплоемкости наноструктур меди и никеля не могут быть связаны с характеристиками свободных кластеров. Было высказано предположение, что такие свойства наноматериала зависят от степени агломерации составляющих его частиц, т. е. сильное воздействие могут оказывать поверхности и межфазные границы соединенных между собой нанокластеров. Для проверки выдвинутой гипотезы были взяты кластеры никеля и меди различного размера (4000-7200 атомов), полученные при моделировании процесса конденсации 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 синтезированным кластерам энергетически более выгодной формы и структуры. При низких температурах теплоемкость таких кластеров превысила теплоемкость кластеров с идеальной формой и структурой на величину от 3.2 % до 10.6 %. Был сделан вывод, что производимые в реальных 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.

 
Сообщить о технических проблемах