Сочетание эксперимента и компьютерного моделирования позволили исследовать особенности процесса синтеза наночастиц Cu - Ni. Наночастицы синтезированы методом экзотермического горения в растворах. Рентгено-фазовый анализ полученных материалов показал, что все образцы представляют собой чистые биметаллические нанопорошки с искаженной кубической кристаллической структурой каждого металла. Методом Монте-Карло в температурном диапазоне от 300 до 600 K установлены закономерности формирования манжеты для двух случаев начального расположения наночастиц меди и никеля: непосредственное соприкосновение и относительное смещение на величину 0,2 нм. Показана возможность тесной интеграции кристаллических структур в результате взаимодействия наночастиц Cu и Ni. Combination of experiment and computer simulation made it possible to study the features of the process of Cu - Ni nanoparticle synthesis. Nanoparticles are synthesized by the method of exothermic combustion in solutions. The X-ray phase analysis of the obtained materials showed that all samples are pure bimetallic nanopowders with a distorted cubic crystal structure of each metal. The Monte-Carlo method in the temperature range from 300 to 600 K established regularities of the neck formation for two cases of the initial location of copper and nickel nanoparticles: direct contact and relative displacement by 0,2 nm. The possibility of close integration of crystal structures as a Cu and Ni nanoparticles interaction result is shown.
Методом молекулярной динамики исследованы процессы плавления и кристаллизации биметаллических наночастиц на основе Pt и Pd. Установлена возможность получения стабильных наночастиц, содержащих 3000 и 4000 атомов, в диапазоне температур от 500 K до 1600 K. Подтверждается концепция, высказанная для монометаллических наночастиц платины и палладия, о возможности фиксации температур начала и конца фазового перехода для плавления и кристаллизации. Анализ показывает, что в процессе охлаждения наночастиц Pd-Pt с первоначально равномерным распределением компонент наблюдается формирование смешанной структуры с поверхностным монослоем атомов Pd. Показана возможность структурной сегрегации биметаллических наночастиц Pd-Pt, содержащих 3000 и 4000 атомов. Наблюдается размерная зависимость степени кристаллизации охлаждённых наночастиц. Для биметаллических наночастиц с 3000 атомов локальные зоны в основном представляют собой многогранники, в то время как для биметаллических наночастиц содержащих 4000 атомов уже характерно образование протяженных полосовых структур ГЦК/ГПУ. The processes of melting and crystallization of bimetallic Pt- and Pd-based nanoparticles have been studied by the method of molecular dynamics. The possibility of obtaining stable nanoparticles containing 3000 and 4000 atoms in the temperature range from 500 K to 1600 K is established. The concept about the possibility of fixing the temperatures of starting and ending of the phase transition for melting and crystallization is confirmed which was put forward earlier for monometallic platinum and palladium nanoparticles. The analysis shows that during the cooling of Pd-Pt nanoparticles with an initially uniform distribution of components, formation of a mixed structure with a surface monolayer of Pd atoms is observed. The possibility of structural segregation in bimetallic Pd-Pt nanoparticles containing 3000 and 4000 atoms is shown. At the same time, these two sizes correspond to different scenarios. For bimetallic nanoparticles with 3000 atoms, local zones are mainly polyhedral, and for bimetallic nanoparticles containing 4000 atoms, formation of extended band structures is observed.
В данной работе методом молекулярной динамики с использованием потенциала сильной связи исследовались биметаллические наночастицы Ni@Ag и Ag@Ni с общим количеством атомов 4000. Установлены закономерности сегрегации и структурообразования, описаны их характерные особенности. На основе анализа поведения калорических зависимостей потенциальной части удельной внутренней энергии определялась температура плавления и кристаллизации. Полученные данные позволяют говорить о том, что процессы сегрегации, в частности степень ее выраженности в наночастицах Ni@Ag и Ag@Ni, связаны со стабильностью этих наночастиц. Выше 900 K оболочка из серебра теряет свою стабильность, тогда как ядро никеля остается твердым и сохраняет свою структуру. При этом в наночастице Ni@Ag процессы поверхностной сегрегации атомов ядра были менее выражены, тогда как в наночастице Ag@Ni атомы серебра активно сегрегировали на поверхность наночастицы. Проанализированы особенности и принципиальные различия в процессах плавления и кристаллизации данных наносистем, а так же температурные диапазоны их стабильности. Показана связь между степенью интенсивности сегрегационных процессов наносплавов в ходе моделирования и стабильностью этих систем. This work studied bimetallic nanoparticles Ni@Ag and Ag@Ni with the total number of atoms 4000 by the molecular dynamics method using the tight-binding potential. The pattern of segregation and structural formation is established and its characteristics are described. Based on the analysis of the behavior of the calorie curves of the potential part of the internal energy, the melting and crystallization temperature was determined. The data obtained suggest that the processes of segregation in Ni@Ag and Ag@Ni nanoparticles are associated with the nanoparticle stability. The silver shell loses its stability above 900 K, while the nickel core remains solid and retains its structure. At the same time, in Ni@Ag nanoparticles the processes of the surface segregation of the nucleus atoms were less pronounced, whereas in Ag@Ni nanoparticles silver atoms actively segregated onto the surface of the nanoparticle. The features and fundamental differences in the processes of melting and crystallization of these nanosystems, as well as the temperature ranges of their stability, are analyzed. The relationship between the degree of intensity of segregation processes of nanoalloys during modeling and the stability of these systems is shown.
Исследованы различные типы конфигураций четырехкомпонентной наносистемы Au-Cu-PD-PT, включая сложные структуры ядро-оболочка. В качестве метода моделирования использовался метод Монте-Карло, межатомное взаимодействие описывалось потенциалом сильной связи - потенциалом Гупты. По результатам серий компьютерных экспериментов было установлено, что четырехкомпонентные наночастицы в данной системе не имеют склонности к формированию структуры ядро-оболочка, даже при том, что атомы золота имеют повышенную сегрегацию к поверхности. Определены температуры плавления для исследуемых наносплавов. Полученные значения находятся в диапазоне от 1100 K до 1250 K и слабо зависят от композиции наночастиц (соотношения числа атомов). Обнаружен стехиометрический состав на основе этих металлов, для которого в процессе охлаждения формируется кристаллическая ГЦК структура с включениями ГПУ фазы. Однако отличительных особенностей в характере сегрегации для данного стехиометрического состава не установлено. Все рассмотренные составы в исследуемом температурном диапазоне были стабильны по отношению к распаду. Various types of configurations of the Au-Cu-Pd-Pt four-component nanosystem, including complex core-shell structures, have been studied. The Monte Carlo method was used as a simulation method, the interatomic interaction was described by the tight-binding potential, i.e. the Gupta potential. According to the results of a series of computer experiments, it was found that four-component nanoparticles of this system do not tend to form a core-shell structure, even though gold atoms have an increased surface segregation. The melting temperatures for the nanosystems under study have been determined. The obtained values are in the range from 1100 K to 1250 K and weakly depend on the composition of nanoparticles (the ratio of the number of atoms). A stoichiometric composition based on these metals was found, for which, during cooling, an FCC crystal structure with inclusions of the HCP phase is formed. However, no distinctive features in the nature of segregation for this stoichiometric composition have been established. All considered stoichiometric compositions in the studied temperature range were stable with respect to decomposition.
В данной работе методом молекулярной динамики с использованием многочастичного EAM-потенциала исследованы биметаллические наночастицы Cu-Ag пяти стехиометрических составов различного размера. Установлены закономерности структурообразования, описаны их характерные особенности. В частности, в составах с 10, 70 и 90 ат.% содержанием Си после охлаждения расплавов образуются характерные структуры ГЦК с пересекающимися плоскостями атомов ГПУ фазы. В составах 30 и 50 ат.% Cu доля распознанных фаз не превышает 20% от общего числа атомов. Выявлена тенденция к образованию структуры ядро-оболочка в составах с высоким содержанием меди, в то время как в наносплаве с преобладанием серебра формируется так называемая луковичная структура. С использованием калорических кривых потенциальной части внутренней энергии определены температуры плавления и кристаллизации. Установлено, что концентрационные зависимости температуры плавления биметаллических наночастиц Cu-Ag имеют минимум, отвечающий эквиатомному составу, для всех исследованных размеров. Для температуры кристаллизации как концентрационные зависимости, так и размерные выражены слабее, но также эквиатомному составу для всех размеров соответствует минимальное значение температуры кристаллизации. С увеличением размера биметаллических наночастиц Cu-Ag наблюдается слабый рост температуры кристаллизации. In this work, bimetallic Cu-Ag nanoparticles of five stoichiometric compositions of various sizes were studied by molecular dynamics method using a many body EAM potential. Regularities of the structure formation are established, their characteristic features are described. In particular, in compositions with 10, 70, and 90 at.% Cu content, after the melt cooling, typical fcc structures with intersecting atomic planes of the hcp phase are formed. In compositions of 30 and 50 at.% Cu, the fraction of identified phases does not exceed 20% of the total number of atoms. A tendency to the formation of a core-shell structure was revealed in the case of a high copper content, while in the case of a high silver content, a so-called onion structure is formed. Using the caloric curves of the potential term of the internal energy, the melting and crystallization temperatures were determined. It has been established that the concentration dependences of the melting temperature of bimetallic Cu-Ag nanoparticles have a minimum corresponding to the equiatomic composition for all sizes. For the crystallization temperature, both the concentration dependences and the size dependences are less pronounced, but the minimum value of the crystallization temperature also corresponds to the equiatomic composition for all sizes; with an increase in the size of bimetallic Cu-Ag nanoparticles, a slight increase in the crystallization temperature is observed.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.