Моделювання температурної стабільності та топлення металевої наночастинки Au@Pd

Д. С. Захарова, У. С. Швець, Б. В. Наталіч, В. М. Борисюк

Сумський державний університет, вул. Римського-Корсакова, 2, 40007 Суми, Україна

Отримано: 01.08.2019; остаточний варіант - 19.06.2020. Завантажити: PDF

У рамках методів молекулярної динаміки проведено моделювання температурної стабільності біметалевої наночастинки Au@Pd зі структурою типу «ядро–оболонка» та визначено температуру топлення досліджуваного зразка. Під час моделювання динамічної поведінки наночастинки розрахунок сил міжатомної взаємодії реалізовано методом зануреного атома. Моделювання процесу топлення характеризувалося поступовим підвищенням температури зразка шляхом перемасштабування відповідних швидкостей атомів за допомогою термостата Берендсена у діапазоні температур 300–2500 К. Як числовий параметр, що описував зміни у структурі наночастинки, використано показник Ліндемана. За результатами дослідження одержано температурні залежності показника Ліндемана та середньої потенціальної енергії, а також радіальні функції розподілу для наночастинки Au@Pd за різних значень температури. Залежності мали типовий вигляд: спочатку монотонно зростали у діапазоні температур 300 $\leq T \leq$ 1500 К, а у разі досягнення значень температури, близьких до 1600 К, показник Ліндемана та потенціальна енергія починали стрімко збільшуватися, що можливо є ознакою початку процесу топлення. За результатами моделювання побудовано атомістичні конфігурації зразка та досліджено динаміку змін його структури. Одержано розподіл атомів по об’єму зразка відповідно до значення показника Ліндемана поблизу температури топлення. З конфігурацій зроблено висновок, що топлення наночастинки Au@Pd сферичної форми починалося на поверхні зразка, а також в ядрі, що складалося з атомів Ауруму. Проведені розрахунки дали можливість одержати значення температури, поблизу яких відбувалося руйнування кристалічної структури досліджуваної наночастинки.

Ключові слова: молекулярна динаміка, топлення, показник Ліндемана, металеві наночастинки, ядро–оболонка.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v42/i09/1303.html

PACS: 02.70.Ns, 61.46.Df, 62.23.St, 64.70.dj, 65.80.-g


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. R. Gh. Chaudhuri and S. Paria, Chem. Rev., 112, No. 4: 2373 (2012). Crossref
  2. S. Alayoglu, F. Tao, V. Altoe, C. Specht, Zh. Zhu, F. Aksoy, D. R. Butcher, R. J. Renzas, Zhi Liu, and G. A. Somorjai, Catal. Lett., 141, No. 5: 633 (2011). Crossref
  3. W.-Y. Yu, G. M. Mullen, D. W. Flaherty, and C. B. Mullins, J. Am. Chem. Soc., 136, No. 31: 11070 (2014). Crossref
  4. S. J. Mejía-Rosales, C. Fernández-Navarro, E. Pérez-Tijerina, J. M. Montejano-Carrizales, and M. José-Yacamán, Phys. Chem. B, 110, No. 26: 12884 (2006). Crossref
  5. M. Tsuji, N. Miyamae, S. Lim, K. Kimura, X. Zhang, S. Hikino, and M. Nishio, Crystal Growth & Design, 6, No. 8: 1801 (2006). Crossref
  6. S.-W. Baek, G. Park, J. Noh, Ch. Cho, Ch.-Ho Lee, M.-K. Seo, H. Song, and J.-Y. Lee, ACS Nano, 8, No. 4: 3302 (2014). Crossref
  7. J. Xu, A. R. Wilson, A. R. Rathmell, J. Howe, M. Chi, and B. J. Wiley, ACS Nano, 5, No. 8: 6119 (2011). Crossref
  8. D. Chen, Ch. Li, H. Liu, F. Ye, and J. Yang, Sci. Rep., 5: 11949 (2015). Crossref
  9. H. A. Alarifi, M. Atiş, C. Ozdoğan, A. Hu, M. Yavuz, and Y. Zhou, J. Phys. Chem. C, 117, No. 23: 12289 (2013). Crossref
  10. Zh. Yang, X. Yang, and Zh. Xu, J. Phys. Chem. C, 112, No. 13: 4937 (2008). Crossref
  11. H. H. Kart, H. Yildirim, S. O. Kart, and T. Çagin, Mat. Chem. Phys., 147, Nos. 1–2: 204 (2014). Crossref
  12. Sh. Lu, J. Zhang, and H. Duan, Chem. Phys., 363, Nos. 1–3: 7 (2009). Crossref
  13. R. Essajai and N. Hassanain, J. Mol. Liq., 261: 402 (2018). Crossref
  14. A. Stukowski, Modelling Simul. Mater. Sci. Eng., 18, No. 1: 015012 (2010). Crossref
  15. H. J. C. Berendsen, J. P. M. Postma, W. F. van Gunsteren, A. DiNola, and J. R. Haak, J. Chem. Phys., 81, No. 8: 3684 (1984). Crossref
  16. M. I. Baskes, Phys. Rev. B, 46, No. 5: 2727 (1992). Crossref
  17. S. Plimpton, J. Comput. Phys., 117, No. 1: 1 (1995). Crossref
  18. K. Zhang, G. M. Stocks, and J. Zhong, Nanotechnology, 18, No. 28: 285703 (2007). Crossref
  19. C. R. Hammond, The 81th Edition of the CRC Handbook of Chemistry and Physics (Boca Raton: CRC Press: 2000).
  20. D. C. Rapaport, The Art of Molecular Dynamics Simulation (NY: Cambridge University Press: 2004). Crossref