Анализ процессов структурообразования малых кластеров серебра с целью применения их в плазмонике

Ю. Я. Гафнер, С. Л. Гафнер, Л. В. Редель

АННОТАЦИЯ

В настоящее время серебро, в том числе и в наноструктурном состоянии, широко используется во многих отраслях промышленности благодаря своей уникальной тепло и электропроводности, а также сильной каталитической активности. Одной из новых областей применения наночастиц серебра стало их использование в плазмонных приложениях, которые определяются сильным взаимодействием между электромагнитной волной и свободными электронами в наноструктурах. Частицы серебра с размером меньшим, чем длина волны видимого света могут сильно поглощать свет из-за явления поверхностного плазмонного резонанса, вследствие коллективной осцилляции электронов проводимости. Частота и интенсивность плазмонного резонанса зависит от распределения поляризационного заряда в наноструктуре, что определяется формой и структурой наночастицы. Таким образом, контроль строения металлической наноструктуры позволяет контролировать длины волн света, которые он рассеивает и поглощает. Исходя из этого, методом молекулярной динамики с использованием модифицированного потенциала сильной связи TBESMA были исследованы границы термической стабильности исходной ГЦК фазы в кластерах серебра размером до 2.0 нм. Показано, что при размере наночастиц серебра более 200 атомов ГЦК строение кластеров оказывается термически устойчивым вплоть до температуры плавления. Для наночастиц серебра меньшего размера наблюдались многочисленные случаи термически индуцированного изменения кластерной структуры. Таким образом, при использовании малых кластеров серебра в плазмонных приложениях необходимо в обязательном порядке учитывать вопросы термической стабильности их кластерного строения.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

нанокластеры, серебро, структура, компьютерное моделирование, сильная связь.

DOI: 10.1134/S0235010619030058

Динамика изменения кластерной структуры расплавов, образующих непрерывный ряд твердых растворов в процессе равновесной и неравновесной кристаллизации

В. Д. Александров, С. А. Фролова, А. П. Зозуля

АННОТАЦИЯ

Разработана схема кластерного строения расплава, образующего непрерывный ряд твердых растворов, в перегретом и переохлажденном состояниях относительно температур ликвидуса. Проанализирована динамика изменения структуры кластеризованной жидкости по мере охлаждения и дальнейшей равновесной и неравновесной кристаллизации. Обозначены области сосуществования жидкого раствора с кластерами, зародышами и твердой фазой. Определены границы кластеризации и пути их трансформации в зародыши и кристаллы твердых растворов. Рассмотрены термограммы охлаждения, характеризующие различные виды кристаллизации сплавов. На их основе дан анализ путей кристаллизации по диаграмме состояния.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

расплавы, бинарная система, сплавы, твердые растворы, диаграмма состояния, растворимость, энтропия, кластеры, кластеризация, зародыши, равновесная и неравновесная кристаллизация, термограммы.

DOI: 10.1134/S0235010619030034

К теории нестационарного роста сферических кристаллов из переохлажденных расплавов и пересыщенных растворов

Д. В. Александров, И. В. Александрова, А. А. Иванов, А. П. Малыгин, И. О. Стародумов, Л. В. Торопова

АННОТАЦИЯ

В работе излагается теория нестационарного роста сферических кристаллов в переохлажденных расплавах и пересыщенных растворах. С помощью методов дифференциальных рядов, разложения неизвестных функций по малому параметру и применения интегрального преобразования Лапласа–Карсона определены первые две поправки к фундаментальному вкладу в закон для скорости роста кристаллов. Показано, что найденные поправки существенно изменяют скорости роста сферических кристаллов в метастабильных жидкостях.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

фазовые переходы, рост кристаллов, метастабильная жидкость.

DOI: 10.1134/S0235010619030022

Время релаксации к стационарному росту вторичных ветвей дендрита

Е. А. Титова, Д. В. Александров, П. К. Галенко

АННОТАЦИЯ

В работе теоретически определено выражение для времени выхода на стационарный режим роста вторичных ветвей дендритных кристаллов. Построены зависимости времени выхода на стационар от ростового числа Пекле и скорости роста вершины для дендритов никеля и сукцинонитрила. Показано, что при высокоскоростной кристаллизации вторичные ветви дендритов выходят на стационарный режим роста быстрее, чем в случае низкоскоростной кристаллизации. Рост вторичных ветвей дендритов можно практически всегда считать стационарным в случаях низкоскоростной, умеренной и высокоскоростной кристаллизации.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

фазовые превращения, дендриты, переохлажденный расплав.

DOI: 10.1134/S0235010619020051

Энергия связей в расплавленных системах M–Al–Zr–O–F (M = Li, Na, K)

А. С. Воробьев, А. В. Суздальцев, А. Е. Галашев

АННОТАЦИЯ

Методом первопринципной молекулярной динамики, реализованном с помощью программы Siesta, рассчитана энергия связи в комплексных анионах, образованных из компонентов: Al–F, Zr–F, Al–O–F и Zr–O–F, формирование которых связано с растворением оксидов ZrO2 и Al2O3 во фторидных расплавах MF–AlF3 (где M = Li, Na, K). Определено влияние элементного состава анионов и катиона из второй координационной сферы на энергию связи комплексных анионов. Показано, что среди кислородсодержащих анионов наибольшей стабильностью обладают анионы Al O F2 и Zr O F2. При идентичных условиях, самой низкой энергией, определяющей связи, обладают анионы, образуемые цирконием. Замена катиона во второй координационной сфере в ряду от K к Li приводят к снижению энергии связей в анионах M2Al2O2F6 и M2Zr2O2F6.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

оксидно-фторидный расплав, анионы, цирконий, алюминий, молекулярно-динамическое моделирование, энергия связи, стабильность.

DOI: 10.1134/S0235010619020063

Стекло как среда с высокой плотностью топологических дефектов

Л. Д. Сон

АННОТАЦИЯ

Для неупорядоченных систем, структура которых может быть описана как среда с большой плотностью линейных топологических дефектов, предлагается механизм появления сдвиговой жесткости. Он заключается в локализации перегибов на дислокационных линиях, что приводит к ограничению подвижности последних. Такой подход позволяет определить температурную зависимость пластической деформации и связать ее с фрактальной размерностью системы дефектов, а также объяснить зависимость температуры стеклования от скорости охлаждения.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

стекло, дислокации, сдвиговая жесткость.

DOI: 10.1134/S0235010619010201

Исследование свойств оксидных расплавов в модельном эксперименте

И. А. Бабина, А. О. Бабин

АННОТАЦИЯ

Показано, что относительное число мостиковых атомов кислорода в связях Si O–Si при α = 0.7 линейно убывает в случаях всех модификаторов, по быстроте убыли модификаторы располагаются в последовательности MgO, Na2O, Li2O, CaO.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

расплав, модификатор, комплексы.

DOI: 10.1134/S0235010619010043

Первопринципное компьютерное моделирование энергетических параметров и магнитных эффектов в тройных системах Fe–X–C (X = Si, P, S, Cr, Mn)

А. А. Мирзоев, Я. М. Ридный, А. В. Верховых

АННОТАЦИЯ

В программном пакете WIEN2k проведено первопринципное моделирование равновесной структуры и свойств тройных систем Fe–X–C (X = Si, P, S, Cr, Mn). Расчеты проводились методом линеаризованных присоединенных плоских волн (FLAPW), с учетом обобщенного градиентного приближения (PBEEGGA). Эти методы являются наиболее точными в рамках теории функционала плотности. В работе проведен анализ магнитной структуры Fe–X–C сплавов и взаимодействия между углеродом и примесными атомами на различных расстояниях. Между примесными атомами кремния, фосфора, хрома и атомами углерода наблюдается отталкивание во всех трех координационных сферах, что приводит к значительному повышению энергии растворения указанных примесей. Аналогичное отталкивание для первых двух координационных сфер наблюдается и для взаимодействия атомов серы и углерода, однако в третьем окружении между атомами возникает небольшое притяжение. При взаимодействии углерода с марганцем для первых двух окружений наблюдается притяжение, при этом энергии растворения, как марганца, так и углерода, понижаются.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

первопринципное моделирование, ОЦК-железо, примеси углерода, WIEN2k.

DOI: 10.1134/S0235010619010134

Высокотемпературные калориметрические исследования CaO–MgO–Al2O3–SiO2 шлаков

A. Корытцева, A. Навротски

АННОТАЦИЯ

Методом дроп-калориметрии измерены энтальпии растворения шлакообразующих оксидов в шлаке CaO–SiO2–Al2O3–MgO при 1450 C. Энтальпии растворения становятся более экзотермичными в порядке Fe2O3, MgO, Al2O3, CaO, SiO2, что отражает относительно оснóвный характер этого шлака с низким содержанием кремнезема. Наблюдаемые тенденции согласуются с имеющимися других расплавов, при этом наблюдаемые различия в величинах отражают различия в кислотно-щелочном характере расплавов. Полученные результаты дают достоверные данные для будущего моделирования теплового баланса как сталеплавильных печей, так и разнообразных процессов в геологических и керамических системах.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

калориметрия, шлак, энтальпия, оксид железа, оксид алюминия, оксид кремния.

DOI: 10.1134/S0235010619010092

Мезоскопическая модель конденсации металлического пара

А. Е. Коренченко, А. Г. Воронцов, Б. Р. Гельчинский

АННОТАЦИЯ

Построена вычислительная схема для мезоскопического описания процесса нуклеации на основе статистического анализа результатов молекулярно-динамического моделирования пересыщенного металлического пара. Параметры, входящие в уравнения скорости роста кластеров и тепловыделения при конденсации, найдены прямым статистическим подсчетом в методе молекулярной динамики. Результаты скорости формирования кластеров, полученные методом молекулярной динамики, хорошо согласуются с разработанной численной моделью.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

мультимасштабное моделирование, конденсация, металлические кластеры.

DOI: 10.1134/S0235010619010080