А. Е. Коренченко, А. Г. Воронцов, Р. А. Окулов, Б. Р. Гельчинский.
АННОТАЦИЯ
Для производства нанопорошков металлов с заданными размерами необходим анализ связи между физическими условиями в промышленных установках и геометрическими свойствами наночастиц. Предсказательное математическое моделирование – одна из возможностей исследования этой связи. Использование термодинамических моделей нуклеации не позволяет добиться количественного согласия с экспериментом, так что данные могут различаться на порядки. Популярные в последние десятилетия кинетические методы Монте-Карло позволяют приблизиться к масштабам реального эксперимента, однако, представляют начальное состояние среды как заранее сформированные и равномерно распределенные в пространстве идеальные кристаллические зародыши, на поверхности которых идут процессы адсорбции и десорбции, а в среде протекает диффузия мономеров к их поверхности. Скорости этих процессов определяются коэффициентами, значения которых можно подобрать так, чтобы наилучшим образом описать экспериментальные данные, или вычислить из МД-симуляции. Стадия зародышеобразования, как и детальное описание нуклеации, в этих методах не рассматривается, поэтому нет возможности учесть, например, появление устойчивых изомерных форм, «магических» кластеров и т.д. В данной работе выполнено мультимасштабное моделирование нуклеации медных наночастиц в камере для газофазной конденсации. Данные для математического описания атомистического уровня нуклеации получены при анализе результатов молекулярно-динамических расчетов конденсации пара меди различной степени пересыщения. Результаты микроописания использованы в макроскопической модели, включающей систему уравнений движения, теплопроводности и диффузии. Анализ включает описание зародышеобразования, процесс унимолекулярного роста и коагуляцию. Учет концентраций кластеров различных размеров проведен в логарифмической шкале. Сделан вывод о том, что в областях с температурой, близкой температуре кипения меди, рост кластеров происходит, в основном, присоединением мономеров, тогда как в областях с низкой температурой преимущественным путем роста является коагуляция.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:
гомогенная нуклеация, металлические наночастицы, самосборка, мультимасштабное моделирование
DOI: 10.31857/S0235010622030045