Вышедшие номера
Home » Физика твердого тела » Год 2021, выпуск 9 » Статья стр. 1415
<<<>>>
Зависимость поверхностной энергии от температуры и давления для макро- и нанокристалла
DOI: 10.21883/FTT.2021.09.51279.080
Российский фонд фундаментальных исследований (РФФИ), 18-29-11013_мк
Магомедов М.Н. 1
1Институт проблем геотермии и возобновляемой энергетики --- филиал Объединенного института высоких температур РАН, Махачкала, Россия
Email: mahmag4@mail.ru
Поступила в редакцию: 7 апреля 2021 г.
В окончательной редакции: 7 апреля 2021 г.
Принята к печати: 4 мая 2021 г.
Выставление онлайн: 6 июня 2021 г.
PDF версия
На основе RP-модели нанокристалла, разработан аналитический метод расчета удельной поверхностной энергии (sigma), изохорной и изобарной производных функции sigma по температуре, и изотермических производных функции sigma по давлению и по плотности. Показано, что метод применим как для макро-, так и для нанокристалла с заданным числом атомов и с определенной формой поверхности. Для реализации этого метода параметры парного межатомного потенциала Ми-Леннард-Джонса были определены самосогласованным способом на основе термоупругих свойств кристалла. Метод был апробирован на макрокристаллах 15 однокомпонентных веществ: для 8 ГЦК-кристаллов (Cu, Ag, Au, Al, Ni, Rh, Pd, Pt) и для 7 ОЦК-кристаллов (Fe, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W). Расчеты были сделаны при различных температурах и показали хорошее согласие с экспериментальными данными. На примере ГЦК-Rh изучено изменение поверхностных свойств при уменьшении размера нанокристалла вдоль изотерм 10, 300, 2000 K. Показано, что при высоких давлениях и низких температурах имеется область, где функция sigma возрастает при изоморфо-изотермо-изобарическом уменьшении размера нанокристалла. С ростом температуры эта область исчезает. Ключевые слова: поверхностная энергия, межатомный потенциал, нанокристалл, уравнение состояния, тепловое расширение.
  1. Q. Jiang, H.M. Lu, M. Zhao. J. Phys.: Condens. Matter 16, 4, 521 (2004). DOI: 10.1088/0953-8984/16/4/001
  2. J. Wang, S.Q. Wang. Surf. Sci. 630, 216 (2014). DOI: 10.1016/j.susc.2014.08.017
  3. F. Aqra, A. Ayyad. Appl. Surf. Sci. 257, 15, 6372 (2011). DOI: 10.1016/j.apsusc.2011.01.123
  4. S. Schonecker, X. Li, B. Johansson, S.K. Kwon, L. Vitos. Sci. Rep. 5, 14860 (2015). DOI: 10.1038/srep14860
  5. R. Tran, Z. Xu, B. Radhakrishnan, D. Winston, W. Sun, K.A. Persson, S.P. Ong. Scientific Data 3, 1, 1 (2016). DOI: 10.1038/sdata.2016.80
  6. S. De Waele, K. Lejaeghere, M. Sluydts, S. Cottenier. Phys. Rev. B 94, 23, 235418 (2016). DOI: 10.1103/PhysRevB.94.235418
  7. T. Cheng, D. Fang, Y. Yang. Appl. Surf. Sci. 393, 364 (2017). DOI: 10.1016/j.apsusc.2016.09.147
  8. A. Patra, J.E. Bates, J. Sun, J.P. Perdew. Proc. Nat. Acad. Sci. 114, 44, E9188 (2017). DOI: 10.1073/pnas.1713320114
  9. V.P. Bokarev, G.Y. Krasnikov. Surf. Sci. 668, 73 (2018). DOI: 10.1016/j.susc.2017.10.020
  10. X. Zhang, W. Li, H. Kou, J. Shao, Y. Deng, X. Zhang, J. Ma, Y. Li, X. Zhang. J. Appl. Phys. 125, 18, 185105 (2019). DOI: 10.1063/1.5090301
  11. И.Г. Шебзухова, Л.П. Арефьева. Журнал Технической Физики 89, 2, 306 (2019). [I.G. Shebzukhova, L.P. Aref'eva. Tech. Phys. 64, 2, 274 (2019).] DOI: 10.1134/S1063784219020208
  12. M. Xing, A.D. Pathak, S. Sanyal, Q. Peng, X. Liu, X. Wen. Appl. Surf. Sci. 509, 144859 (2020). DOI: 10.1016/j.apsusc.2019.144859
  13. Z. Tang, Y. Chen, W. Ye. Crystals 10, 4, 329 (2020). DOI: 10.3390/cryst10040329
  14. M. Kappeler, A. Marusczyk, B. Ziebarth. Materialia 12, 100675 (2020). DOI: 10.1016/j.mtla.2020.100675
  15. B. Beeler, A. Casagranda, L. Aagesen, Y. Zhang, S. Novascone. J. Nucl. Mater. 540, 152271 (2020). DOI: 10.1016/j.jnucmat.2020.152271
  16. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Статистическая физика. Наука, М. (1976). Ч. 1. 584 с. [L.D. Landau, E.M. Lifshitz. Statistical Physics. Pergamon Press, Oxford, U.K. (1980). V. I.]
  17. Э.А. Мелвин-Хьюз. Физическая химия. Изд-во ИЛ, М. (1962), 1148 с. [E.A. Moelwyn-Hughes. Physical Chemistry. Pergamon Press, London (1961).]
  18. М.Н. Магомедов. ФТТ 46, 5, 924 (2004). [M.N. Magomedov. Phys. Solid State 46, 5, 954 (2004).]. DOI: 10.1134/1.1744976
  19. М.Н. Магомедов. Поверхность. Рентген., синхротр., и нейтрон. исслед. 11, 88 (2020). [M.N. Magomedov. J. Surf. Investigation. X-ray, Synchrotron Neutron Tech. 14, 6, 1208 (2020).]. DOI: 10.1134/S1027451020060105
  20. М.Н. Магомедов. Теплофизика высоких температур 43, 6, 870 (2005). [M.N. Magomedov. High Temperature 43, 6, 870 (2005).] DOI: 10.1007/s10740-005-0134-0
  21. М.Н. Магомедов. ЖТФ 83, 6, 155 (2013). [M.N. Magomedov. Tech. Phys. 58, 6, 927 (2013).]. DOI: 10.1134/S1063784213060212
  22. Э.Л. Нагаев. Успехи физ. наук 162, 9, 49 (1992). [E.L. Nagaev. Sov. Phys. Usp. 35, 9, 747--782 (1992).]. DOI: 10.3367/UFNr.0162.199209b.0049
  23. М.Н. Магомедов. Кристаллография 62, 3, 487 (2017). [M.N. Magomedov, Crystallogr. Rep. 62, 3, 480 (2017).]. DOI: 10.1134/S1063774517030142
  24. M.N. Magomedov. J. Mol. Liquids 285, 106 (2019). DOI: 10.1016/j.molliq.2019.04.032
  25. Л. Жирифалько. Статистическая физика твердого тела. Мир, М. (1975), 383 с. [L.A. Girifalco. Statistical Physics of Materials, J. Wiley and Sons Ltd., N.Y. (1973).]
  26. М.Н. Магомедов. ЖТФ 83, 9, 56 (2013). [M.N. Magomedov. Tech. Phys. 58, 9, 1297 (2013).]. DOI: 10.1134/S106378421309020X
  27. М.Н. Магомедов. Рос. нанотехнологии 14, 1--2, 19 (2019). [M.N. Magomedov. Nanotechnol. Rus. 14, 1--2, 21 (2019).]. DOI: 10.1134/S1995078019010063
  28. М.Н. Магомедов. Поверхность. Рентген., синхротр., и нейтрон. исслед. 11, 107 (2013). [M.N. Magomedov. J. Surf. Investigation. X-ray, Synchrotron Neutron Tech. 7, 6, 1114 (2013).]. DOI: 10.1134/S1027451013060104
  29. М.Н. Магомедов. ЖТФ 86, 5, 84 (2016). [M.N. Magomedov. Tech. Phys. 61, 5, 722 (2016).]. DOI: 10.1134/S1063784216050145
  30. М.Н. Магомедов. Поверхность. Рентген., синхротр., и нейтрон. исслед. 2, 103 (2018). [M.N. Magomedov. J. Surf. Investigation. X-ray, Synchrotron Neutron Tech. 12, 1, 185 (2018).]. DOI: 10.1134/S1027451018010299
  31. М.Н. Магомедов. ФТТ 62, 12, 2034 (2020). [M.N. Magomedov. Phys.Solid State 62, 12, 2280 (2020).]. DOI: 10.1134/S1063783420120197
  32. М.Н. Магомедов. Теплофизика высоких температур 44, 4, 518 (2006). [M.N. Magomedov. High Temperature 44, 4, 513 (2006).]. DOI: 10.1007/s10740-006-0064-5
  33. М.Н. Магомедов. ФТТ 62, 7, 998 (2020). [M.N. Magomedov. Phys. Solid State 62, 7, 1126 (2020).]. DOI: 10.1134/S1063783420070136
  34. S. Zhen, G.J. Davies. Phys. Status Solidi A 78, 2, 595 (1983). DOI: 10.1002/pssa.2210780226
  35. М.Н. Магомедов. Изучение межатомного взаимодействия, образования вакансий и самодиффузии в кристаллах, Физматлит, М. (2010). 544 с
  36. P. Janthon, S. Luo(Andy), S.M. Kozlov, F. Vines, J. Limtrakul, D.G. Truhlar, F. Illas. J. Chem. Theory Comput. 10, 9, 3832 (2014). DOI: 10.1021/ct500532v
  37. Л.В. Альтшулер, С.Б. Кормер, А.А. Баканова, Р.Ф. Трунин. ЖЭТФ 38, 3, 790 (1960). [L.V. Al'Tshuler, S.B. Kormer, A.A. Bakanova, R.F. Trunin. Sov. Phys. JETP 11, 3, 573 (1960).]. http://www.jetp.ac.ru/cgi-bin/dn/e\_011\_03\_0573.pdf
  38. П.И. Дорогокупец, Т.С. Соколова, Б.С. Данилов, К.Д. Литасов. Геодинамика и тектонофизика 3, 2, 129 (2012). [P.I. Dorogokupets, T.S. Sokolova, B.S. Danilov, K.D. Litasov. Geodynamics Tectonophys. 3, 2, 129 (2012).] DOI: 10.5800/GT-2012-3-2-0067
  39. С.И. Новикова. Тепловое расширение твердых тел. Наука, М. (1974), 294 с
  40. J.K. Baria, A.R. Jani. Physica B: Condens. Matter 328, 3--4, 317 (2003). DOI: 10.1016/S0921-4526(02)01856-2
  41. Ч. Киттель. Введение в физику твердого тела. Наука, М. (1978). 792 с. [Ch. Kittel. Introduction to Solid State Physics, J. Wiley and Sons Ltd., N.Y. (1976).]
  42. М.М. Shukla, N.T. Padial. Rev. Brasil. Fii sica 3, 1, 39 (1973). http://sbfisica.org.br/bjp/download/v03/v03a03.pdf
  43. A. Karbasi, S.K. Saxena, R. Hrubiak. CALPHAD: Comput. Coupling Phase Diagrams Thermochem. 35, 1, 72 (2011). DOI: 10.1016/j.calphad.2010.11.007
  44. M.G. Pamato, I.G. Wood, D.P. Dobson, S.A. Hunt, L. Vov cadlo. J. Appl. Crystallography 51, 2, 470 (2018). DOI: 10.1107/S1600576718002248
  45. R.G. McQueen, S.P. Marsh. J. Appl. Phys. 31, 7, 1253 (1960). DOI: 10.1063/1.1735815
  46. Z.Y. Zeng, C.E. Hu, L.C. Cai, F.Q. Jing. Physica B: Condens. Matter 407, 3, 330 (2012). DOI: 10.1016/j.physb.2011.10.047
  47. P. Kumar, N.K. Bhatt, P.R. Vyas, V.B. Gohel. Eur. Phys. J. B 89, 10, 1 (2016). DOI: 10.1140/epjb/e2016-70367-0
  48. K.V. Yusenko, S. Khandarkhaeva, T. Fedotenko, A. Pakhomova, S.A. Gromilov, L. Dubrovinsky, N. Dubrovinskaia. J. Alloys Comp. 788, 212 (2019). DOI: 10.1016/j.jallcom.2019.02.206
  49. D.R. Wilburn, W.A. Bassett. Am. Mineralogist 63, 5--6, 591 (1978). https://pubs.geoscienceworld.org/msa/ammin/article-abstract/63/5-6/591/40926
  50. Y. Shibazaki, K. Nishida, Y. Higo, M. Igarashi, M. Tahara, T. Sakamaki, H. Terasaki, Y. Shimoyama, S. Kuwabara, Y. Takubo, E. Ohtani. Am. Mineralogist 101, 5, 1150 (2016). DOI: 10.2138/am-2016-5545
  51. K. Wang, R.R. Reeber. Mater. Sci. Eng. Rep. 23, 3, 101 (1998). DOI: 10.1016/s0927-796x(98)00011-4
  52. L. Kov ci, Y. Ma, A.R. Oganov, P. Souvatzis, R. Ahuja. Phys. Rev. B 77, 21, 214101 (2008). DOI: 10.1103/PhysRevB.77.214101
  53. L. Ming, M.H. Manghnani. J. Appl. Phys. 49, 1, 208 (1978). DOI: 10.1063/1.324325
  54. X. Huang, F. Li, Q. Zhou, Y. Meng, K.D. Litasov, X. Wang, B. Liu, T. Cui. Sci. Rep. 6, 19923 (2016). DOI: 10.1038/srep19923
  55. М.Н. Магомедов. ЖТФ 80, 9, 150 (2010). [M.N. Magomedov. Tech. Phys. 55, 9, 1382 (2010).]. DOI: 10.1134/S1063784210090240
  56. V.K. Kumikov, Kh.B. Khokonov. J. Appl. Phys. 54, 3, 1346 (1983). DOI: 10.1063/1.332209
  57. B.B. Alchagirov, T.M. Taova, Kh.B. Khokonov. Transact. JWRI. Special Issue (Jpn) 30, 287 (2001). https://repository.exst.jaxa.jp/dspace/handle/a-is/48071
  58. S.N. Zhevnenko. Metallurg. Mater. Transact. A 44, 6, 2533 (2013). DOI: 10.1007/s11661-013-1641-y
  59. С.Н. Задумкин. Докл. АН СССР 112, 3, 453 (1957). http://www.mathnet.ru/links/c97c74236a89a8ac731b 021056fa72ca/dan21559.pdf
  60. N. Mathur, T. Mane, D. Sundaram. Chem. Phys. 522, 188 (2019). DOI: 10.1016/j.chemphys.2019.03.007
  61. Электронная база данных: http://www.chem.msu.su/cgi-bin/tkv.pl
  62. S.P. Kraminin. J. Phys. Chem. Solids 143, 109464 (2020). DOI: 10.1016/j.jpcs.2020.109464
  63. S.P. Kraminin. J. Phys. Chem. Solids 152, 109964 (2021). DOI: 10.1016/j.jpcs.2021.109964

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.

Учредители

Издатель

© 2024 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme