О стабильности и релаксации структуры металлических наноклеток

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Рассмотрена проблема термической стабильности моно- и бинарных металлических наноклеток, состоящих из атомов золота и серебра с одинаковой нуклеарностью в 3000 атомов. Начальные конфигурации наноклеток были получены в ПО ClusterEvolution путём вырезания из икосаэдра большего размера. Моделирование процесса нагрева для исследования термической стабильности/нестабильности было проведено в ПО Metropolis, использовался метод Монте-Карло и схема Метрополиса. Межатомное взаимодействие описывалось потенциалом сильной связи. Исследовано влияние состава, характерных размеров (внутреннего и внешнего радиусов), а также формы внутренней поверхности в начальной конфигурации на термическую стабильность наноклеток. Определена температура полного коллапса внутренней полости наноклеток. Представлены и проанализированы результаты расчётов температурной зависимости средней локальной плотности и профили локальной плотности при различных температурах, соответствующие различным начальным конфигурациям, а также температурная эволюция долей кристаллических структур в них.

Об авторах

Денис Николаевич Соколов

Тверской государственный университет

к.ф.-м.н., научный сотрудник кафедры общей физики

Владимир Сергеевич Мясниченко

Тверской государственный университет

научный сотрудник кафедры общей физики

Олег Валерьевич Полев

Тверской государственный университет

студент 1 курса магистратуры кафедры общей физики

Ксения Геннадьевна Савина

Тверской государственный университет

аспирант 2 года обучения кафедры общей физики

Николай Юрьевич Сдобняков

Тверской государственный университет

Email: nsdobnyakov@mail.ru
д.ф.-м.н., доцент кафедры общей физики

Список литературы

  1. Skrabalak, S.E. Gold nanocages: synthesis, properties, and applications / S.E. Skrabalak, J. Chen, Y. Sun et al. // Accounts of Chemical Research. - 2008. - V. 41. - I. 12. - P. 1587-1595. doi: 10.1021/ar800018v.
  2. Skrabalak, S.E. Facile synthesis of Ag nanocubes and Au nanocages / S.E. Skrabalak, L. Au, X. Li, Y. Xia // Nature Protocols. - 2007. - V. 2. - I. 9. - P. 2182-2190. doi: 10.1038/nprot.2007.326.
  3. Zhang, Y. Seed-mediated synthesis of Au nanocages and their electrocatalytic activity towards glucose oxidation / Y. Zhang, F. Xu, Y. Sun et al. // Chemistry - A European Journal. - 2010. - V. 16. - I. 30. - P. 9248-9256. doi: 10.1002/chem.200903552.
  4. Lu, X. Fabrication of cubic nanocages and nanoframes by dealloying Au/Ag alloy nanoboxes with an aqueous etchant based on Fe(NO3)3 or NH4OH / X. Lu, L. Au, J. McLellan et al. // Nano Letters. - 2007. - V. 7. - I. 6. - P. 1764-1769. doi: 10.1021/nl070838l.
  5. Соколов, Д.Н. О структурной стабильности моно- и бинарных металлических наноклеток / Д.Н. Соколов, О.В. Полев, В.С. Мясниченко, К.Г. Савина, Н.Ю. Сдобняков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2023. - Вып. 15. - С. 602-613. doi: 10.26456/pcascnn/2023.15.602.
  6. Соколов, Д.Н. Новые возможности высокопроизводительных расчетов наносистем с использованием программного обеспечения Metropolis / Д.Н. Соколов, Н.Ю. Сдобняков, К.Г. Савина и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2021. - Вып. 13. - С. 624-638. doi: 10.26456/pcascnn/2021.13.624.
  7. Myasnichenko, V. Simulated annealing method for metal nanoparticle structures optimization / V. Myasnichenko, L. Kirilov, R. Mikhov, S. Fidanova, N. Sdobnyakov // In: Advanced Computing in Industrial Mathematics. BGSIAM 2017. Studies in Computational Intelligence; ed. by K. Georgiev, M. Todorov, I. Georgiev. - 2019. - V. 793. - P. 277-289. doi: 10.1007/978-3-319-97277-0_23.
  8. Myasnichenko, V. Monte Carlo approach for modeling and optimization of one-dimensional bimetallic nanostructures / V. Myasnichenko, N. Sdobnyakov, L. Kirilov, R. Mikhov, S. Fidanova // Lecture Notes in Computer Science. Conference paper: International Conference on Numerical Methods and Applications, 20-24 August 2018. Borovets, Bulgaria. - 2019. - V. 11189. - P. 133-141. doi: 10.1007/978-3-030-10692-8_15.
  9. Myasnichenko, V. Structural instability of gold and bimetallic nanowires using Monte Carlo simulation / V. Myasnichenko, N. Sdobnyakov, L. Kirilov, R. Mikhov, S. Fidanova // In: Recent Advances in Computational Optimization. Studies in Computational Intelligence; ed. by S. Fidanova. - Cham: Springer, 2020. - V. 838. - P. 133-145. doi: 10.1007/978-3-030-22723-4_9.
  10. Myasnichenko, V. Representation of initial temperature as a function in simulated annealing approach for metal nanoparticle structures modeling / V. Myasnichenko, S. Fidanova, R. Mikhov, L. Kirilov, N. Sdobnyakov // Advances in High Performance Computing. HPC 2019. In: Studies in Computational Intelligence; ed. by I. Dimov, S. Fidanova. - Cham: Springer, 2021. - V. 902. - P. 61-72. doi: 10.1007/978-3-030-55347-0_6.
  11. Mikhov, R. Influence of the temperature on simulated annealing method for metal nanoparticle structures optimization / R. Mikhov, V. Myasnichenko, S. Fidanova, L. Kirilov, N. Sdobnyakov // Advanced Computing in Industrial Mathematics. BGSIAM 2018. In: Studies in Computational Intelligence; ed. by In: I. Georgiev, H. Kostadinov, E. Lilkova. - Cham: Springer, 2021. - V. 961. - P. 278-290. doi: 10.1007/978-3-030-71616-5_25.
  12. Skrabalak, S.E. Gold nanocages for cancer detection and treatment / S.E. Skrabalak, L. Au, X. Lu et al. // Nanomedicine. - 2007. - V. 2. - I. 5. - P. 657-668. doi: 10.2217/17435889.2.5.657
  13. Chen, J. Immuno gold nanocages with tailored optical properties for targeted photothermal destruction of cancer cells /j. Chen, D. Wang, J. Xi et al. // Nano Letters. - 2007. - V. 7. - I. 5. - P. 1318-1322. doi: 10.1021/nl070345g.
  14. Zeng, J. A comparison study of the catalytic properties of Au-based nanocages, nanoboxes, and nanoparticles /j. Zeng, Q. Zhang, J. Chen, Y. Xia // Nano Letters. - 2010. - V. 10. - I. 1. - P. 30-35. doi: 10.1021/nl903062e.
  15. El-Toni, A.M. Design, synthesis and applications of core-shell, hollow core, and nanorattle multifunctional nanostructures / A.M. El-Toni, M.A. Habila, J.P. Labis et al. // Nanoscale. - 2016. - V. 8. - I. 5. - P. 2510-2531. doi: 10.1039/C5NR07004J.
  16. Huang, R. Diverse melting modes and structural collapse of hollow bimetallic core-shell nanoparticles: a perspective from molecular dynamics simulations / R. Huang, G.-F. Shao, X.-M. Zeng, Y.-H. Wen // Scientific Reports. - 2014. - V. 4. - Art. № 7051. - 7 p. doi: 10.1038/srep07051.
  17. Vara, M. Understanding the stability of Pt-based nanocages under thermal stress using in situ electron microscopy / M. Vara, X. Wang, J. Howe et al. // ChemNanoMat. - 2018. - V. 4. - I. 1. - P. 112-117. doi: 10.1002/cnma.201700298.
  18. Shao, S. Understanding the impact of wall thickness on thermal stability of silver-gold nanocages / S. Shao, X. Zhu, V. Ten et al. // The Journal of Physical Chemistry C. - 2022. - V. 126. - I. 16. - P. 7337-7345. doi: 10.1021/acs.jpcc.2c01433.
  19. Свидетельство № 2011615692 Российская Федерация. Молекулярнодинамическое моделирование и биоинспирированная оптимизация бинарных и тройных металлических наноструктур (КластерЭволюшн) / В.С. Мясниченко; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВО "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова". - № 2011613732; заявл. 23.05.2011; зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 20.06.2011. - 1 с.
  20. Свидетельство № 2019661915 Российская Федерация. Metropolis / Д.Н. Соколов, Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов, П.М. Ершов, С.С. Богданов; заявитель и правообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный университет". - № 2019660847; заявл. 30.08.2019; зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 11.09.2019. - 1 с.
  21. Metropolis, N. The Monte Carlo method / N. Metropolis, S. Ulam // Journal of the American Statistical Association. - 1949. - V. 44. - I. 247. - P. 335-341. doi: 10.2307/2280232.
  22. Cleri, F. Tight binding potentials for transition metals and alloys / F. Cleri, V. Rosato // Physical Review B. - 1993. - V. 48. - I. 1. - Р. 22-33. doi: 10.1103/PhysRevB.48.22.
  23. Paz Borbón, L.O.Computational studies of transition metal nanoalloys / L.O. Paz Borbón // Doctoral Thesis accepted by University of Birmingham, United Kingdom. - Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2011. - 155 p. doi: 10.1007/978-3-642-18012-5.
  24. Сдобняков, Н.Ю. Моделирование процессов коалесценции и спекания в моно- и биметаллических наносистемах. Монография / Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов, С.С. Богданов. - Тверь: Издательство Тверского государственного университета, 2021. - 168 с. doi: 10.26456/skb.2021.168.
  25. Stukowski, A. Visualization and analysis of atomistic simulation data with OVITO - the open visualization tool / A. Stukowski // Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering. - 2010. - V. 18. - I. 1. - P. 015012-1-015012-7. doi: 10.1088/0965-0393/18/1/015012.
  26. Сдобняков, Н.Ю. Изучение термодинамических и структурных характеристик наночастиц металлов в процессах плавления и кристаллизации: теория и компьютерное моделирование: монография / Н.Ю. Сдобняков, Д.Н. Соколов. - Тверь: Тверcкой государственный университет, 2018. - 176 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).