Компьютерное моделирование процессов плавления наночастиц

Предварительные указания

Перед началом работы ознакомьтесь с теоретическим разделом «Плавление наночастиц», в особенности с его пунктами «Фононная модель» и «Влияние матрицы». Изучите краткую инструкцию к программе «Fusion».

Порядок выполнения работы

1. Укажите в полях программы все необходимые данные для расчета:

   • выберите форму наночастицы, температуру плавления которой необходимо расчитать;
   • укажите высоту монослоя атомов в структуре, в нанометрах (из справочника);
   • укажите температуру плавления массивного образца, в кельвинах (из справочника);
   • укажите параметр α (из справочника или рассчитайте самостоятельно);
     Указания

     1. рассчитайте в программе «Winbond» частоты колебаний атомов для необходимого элемента периодической системы Д.И. Менделеева: частоту колебаний Э—Э и частоту колебаний Э—Х (Х = Не, Ne, Ar);
     2. рассчитайте параметр α по формуле α = ω_Э—Х/ω_Э—Э
   • укажите линейные параметры формы наночастицы.

2. Нажмите кнопку OK и запишите результат. Если необходим расчет с выводом графика или таблицы значений, то нужно нажать кнопку Построить.

3. Рассчитайте температуру плавления для наночастиц, имеющих различную геометрическую форму.

4. Сделайте выводы по проделанной работе.

Вопросы для контроля

1. Дайте определение температуры плавления.
2. От каких факторов зависит температура плавления наночастиц?
3. В чем заключается сложность использования фононной модели?
4. Чем объясняется увеличение температуры плавления наночастиц с уменьшением их размера?

Литература

1. Гусев А.И. Нанокристаллические материалы: методы получения и свойства. Екатеринбург: УрО РАН, 1998. 199 с.
2. Shi F.G. Size dependent thermal vibrations and melting in nanocrystals // J. Mater. Res. 1994. V.9. N5. P. 1307–1313.
3. Сергеев Г.Б. Нанохимия; учеб. пособие. М.: КДУ, 2006. 336 с.
4. Суздалев И.П. Нанокластеры и нанокластерные системы // Успехи химии. 2001. Т.70. с. 203–240.
5. Мокроусов Г.М. Перестройка твердых тел на границах раздела фаз. Томск: Изд-во ТГУ, 1990. 230 с.
6. Лозовик Ю.Е. Исследование ориентационного плавления и термодинамических свойств наночастицы методом молекулярной динамики // ФТТ. 2002. Т.44. вып.1. c. 22–26.
7. Коротков П.К. Размерный эффект контактного плавления металлов // ПЖТФ. 2006. Т.32. В.2. c. 28–32.
8. Безносюк С.А. Квантовая реология и конфайнмент электронов в наноструктурах кояденсированного состояния // Изв. вузов. Физика. 1994. Т.37. №8. c. 60–68.
9. Косевич А.М. Теория кристаллической решётки: учеб. для физ. и физ.-техн. Спец. Вузов. Х. : Вища шк., 1988. 304 с.
10. Бейдер Р. Атомы в молекулах: Квантовая теория: Пер. с англ. М.: Мир, 2001. 532 с.
11. Татевский В.М. Атомы в молекулах. Квантово-химические модели // Журн. физ. химии. 1995. Т.69. 2. c. 298–303.
12. Губин С.П. Химия кластеров. Наука, Москва, 1987. 263 с.
13. Лифшиц В.Г. Процессы на поверхности твердых тел. Владивосток: Дальнаука, 2003. 704 с.
14. Суздалев И.П. Нанокластеры и нанокластерные системы // Успехи химии. 2001. Т.70. с. 203–240.
15. Zhao M. Melting and surface melting of low-dimensional In crystals // Solid State Communications. 2004. V.130. N1. P. 37–39.
16. Магомедов М.Н. О влиянии формы поверхности нанокристаллов на их свойства // Поверхность. 2005. №1. c. 94–104.
17. Магомедов М.Н. О зависимости поверхностной энергии от размера и формы нанокристалла // ФТТ. 2004. Т.46. №5. c. 924–937.
18. Магомедов М.Н. О поверхностной энергии нанокристалла // ЖФХ. 2005. Т.79. №5. c. 829-838.
19. Петров Ю.И. Физика малых частиц. М.: Наука, 1982. 360 с.
20. Нагаев Э.Л. Малые металлические частицы // УФН. 1992. Т.162. №9. c. 49–54.
21. Коверда В.П. // Физика металлов и металловедение. 1981. Т.51. №3. c. 569–573.
22. Wautelet M. Size effect on the melting (or disordering) temperature of small particles // Solid State Communications, 1990 V.74, №11, P. 1237–1239.
23. Магомедов М.Н. О поверхностном давлении для ограненного нанокристалла // ПЖТФ. 2005. Т.31. В.1. c. 24–33.