Preview

Российские нанотехнологии

Расширенный поиск

ИЗМЕНЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ВАКАНСИЙ И КОЭФФИЦИЕНТА САМОДИФФУЗИИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РАЗМЕРА И ФОРМЫ НАНОКРИСТАЛЛА

Полный текст:

Аннотация

На основе обобщенной RP-модели нанокристалла получено выражение для свободной энергии Гельмгольца и рассчитано уравнение состояния для нанокристалла, в котором имеются как вакансии в решетке, так и делокализованные (диффундирующие) атомы. Изучено изменение вероятности образования вакансий (fv ) и вероятности делокализации атома (xd ) в зависимости от размера и формы нанокристалла при различных температурах (T) и давлениях (P). Расчеты проведены для ОЦК железа при изотермическом сжатии нанокристалла вдоль изотерм 300 и 1000 K. Размерные зависимости изучены при атмосферном давлении (P = 1 bar), и при P = 100 kbar. Показано, что при изотермо-изобарическом росте нанокристалла при атмосферном давлении и T = 300 K нанокристалл содержит меньше вакансий на атом, чем макрокристалл, но при T = 1000 K диспергирование макрокристалла ведет к росту вероятности образования вакансий. При уменьшении размера нанокристалла вероятность делокализации атома (как и коэффициент самодиффузии) возрастает при любом давлении и температуре. Отношение fv /xd уменьшается при уменьшении размера нанокристалла, и при некотором размере наблюдается вневакансионная самодиффузия, при которой число делокализованных атомов больше числа вакантных узлов в решетке нанокристалла. При отклонении формы нанокристалла от наиболее оптимальной формы (для RP-модели — от формы куба), размерные зависимости решеточных свойств нанокристалла усиливаются.

Об авторе

М. Н. Магомедов
Институт проблем геотермии Даг. НЦ РАН
Россия


Список литературы

1. Yang C.C., Li S. Investigation of cohesive energy effects on sizedependent physical and chemical properties of nanocrystals // Physical Review B. 2007. V. 75. № 16. P. 165413 (1–5).

2. Shandiz M.A. Effective coordination number model for the size dependency of physical properties of nanocrystals // Journal of Physics: Condensed Matter. 2008. V. 20. № 32. P. 325237 (1–9).

3. Guisbiers G. Schottky Defects in Nanoparticles // The Journal of Physical Chemistry C. 2011. V. 115. № 6. P. 2616–2621.

4. Yu X., Zhan Z. The effects of the size of nanocrystalline materials on their thermodynamic and mechanical properties // Nanoscale Research Letters. 2014. V. 9. № 1. P. 1–6.

5. Звонарева Т.Н., Ситникова А.А., Фролова Г.С., Иванов- Омский В.И. Нанокластеры платины инкапсулированные в аморфный углерод // Физика и Техника Полупроводников. 2008. Т. 42. № 3. С. 331–335.

6. Магомедов М.Н. Изучение межатомного взаимодействия, образования вакансий и самодиффузии в кристаллах. М.: Физматлит, 2010. 544 с.

7. Магомедов М.Н. Об уравнении состояния простого вещества, описывающем трехфазное равновесие // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия: Естественные науки. 2013. № 2. С. 28–42.

8. Магомедов М.Н. О самодиффузии в железе при сильном сжатии кристалла // Физика Металлов и Металловедение. 2013. Т. 114. № 3. С. 227–236.

9. Магомедов М.Н. О вероятности образования вакансии // Теплофизика Высоких Температур. 1989. Т. 27. № 2. С. 279–281.

10. Магомедов М.Н. О параметрах образования вакансий в кристаллах подгруппы углерода // Физика и Техника Полупроводников. 2008. Т. 42. № 10. С. 1153–1164.

11. Магомедов М.Н. О вычислении энергии активации самодиффузии в объеме простого вещества // Физика Металлов и Металловедение. 1992. № 10. С. 13–16.

12. Магомедов М.Н. О параметрах самодиффузии в кристаллах подгруппы углерода // Физика и Техника Полупроводников. 2010. Т. 44. № 3. С. 289–301.

13. Магомедов М.Н. Об определении температуры Дебая из экспериментальных данных // Физика Твердого Тела. 2003. Т. 45. № 1. С. 33–36.

14. Магомедов М.Н. О температуре Дебая и параметрах Грюнайзена для ГПУ кристаллов из молекул p-H2 и o-D2 // Журнал Технической Физики. 2013. Т. 83. № 9. С. 56–62.

15. Жирифалько Л. Статистическая физика твердого тела. М.: Мир, 1975. 383 с.

16. Гиршфельдер Дж., Кертисс Ч., Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей. М.: Изд-во Иностранной Литературы, 1961. 931 с.

17. Стишов С.М. Термодинамика плавления простых веществ // Успехи Физических Наук. 1974. Т. 114. № 1. С. 3–40.

18. Магомедов М.Н. О зависимости поверхностной энергии от размера и формы нанокристалла // Физика Твердого Тела. 2004. Т. 46. № 5. С. 924–937.

19. Магомедов М.Н. О зависимости термоупругих свойств от размера и формы нанокристалла железа // Российские Нанотехнологии. 2015. Т. 10. № 1–2. С. 76–83.

20. Магомедов М.Н. Изменение теплофизических свойств ОЦК-железа при изотермическом сжатии // Журнал Технической Физики. 2015. Т. 85. № 11. С. 48–54.

21. Sharma G., Kumar M. Effect of Size with Freedom of Pressure and Temperature for Nanomaterials // Indian Journal of Pure & Applied Physics. 2016. V. 54. № 4. P. 251–258.

22. Jiang Q., Zhang S.H., Li J.C. Grain size-dependent diffusion activation energy in nanomaterials // Solid State Communications. 2004. V. 130. P. 581–584.

23. Xiong G., Clark J.N., Nicklin C., Rawle J., Robinson I.K. Atomic Diffusion within Individual Gold Nanocrystal // Scientific Reports. 2014. V. 4. Article number 6765.


Просмотров: 38


ISSN 1992-7223 (Print)