Молекулярно-динамическое моделирование контактного плавления в биметаллических наносистемах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

С использованием изотермической молекулярной динамики и метода погруженного атома изучены закономерности и механизмы контактного плавления (КП) в эвтектических биметаллических системах Ag-Cu с различной геометрией: плоскопараллельном бислое Ag₄₃₃₅-Cu₅₉₅₆ , состоящем из слоев Cu5956 и Ag4335 одинаковой толщины, и системе из двух наночастиц Ag1012 и Cu1445 в форме прямоугольных параллелепипедов. В последнем случае КП осложняется рядом других процессов, включая приобретение дочерней наночастицей сферической формы, поверхностную диффузию и поверхностную сегрегацию Ag. Для бислоя изучена кинетика КП, включая кинетическую зависимость потенциальной части удельной внутренней энергии. На основе этой зависимости идентифицированы и проанализированы стадии КП. Кроме того, проанализирована температурная зависимость скорости КП, оценен коэффициент взаимной диффузии. Аналогичные молекулярно-динамические эксперименты были проведены на наносистемах Ni-Cu. Как и следовало ожидать, в этих системах КП не наблюдалось, поскольку сплав Ni-Cu не является эвтектическим.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. М. Самсонов

Тверской государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: samsonoff@inbox.ru
Россия, Тверь

И. В. Талызин

Тверской государственный университет

Email: samsonoff@inbox.ru
Россия, Тверь

С. А. Васильев

Тверской государственный университет

Email: samsonoff@inbox.ru
Россия, Тверь

В. В. Пуйтов

Тверской государственный университет

Email: samsonoff@inbox.ru
Россия, Тверь

А. А. Романов

Тверской государственный университет

Email: samsonoff@inbox.ru
Россия, Тверь

Список литературы

  1. Саратовкин Д.Д., Савинцев П.А. // ДАН СССР. Физ. хим. 1941. Т. 33. № 4. С. 303.
  2. Петрунин И.Е. Физико-химические процессы при пайке. М.: Высшая школа, 1972. 280 с.
  3. Myers T.G., Mitchell S.L., Muchatibaya G. // Phys. Fluids. 2008. V. 20. № 10. P. 103101.
  4. Битюков В.К., Колодежнов В.Н. // Теплофиз. выс. темп. 1990. Т. 28. № 3. С. 506.
  5. Ахкубеков А.А., Орквасов Т.А., Созаев В.А. Контактное плавление металлов и наноструктур на их основе. М.: Физматлит, 2008. 148 с.
  6. Залкин В.М. Природа эвтектических сплавов и эффект контактного плавления. М.: Металлургия, 1987. 157 с.
  7. Гегузин Я.Е., Овчаренко Н.Н. // УФН. 1962. Т. 76. № 2. С. 283.
  8. Melkikh A.V. // Appl. Sci. 2021. V. 11. № 1. P. 51. doi: 10.3390/app11010051
  9. Савницев П.А., Аверичева В.Е, Зленко В.Я., Вяткина А.В. // Изв. Томск. политех. ин-та. 1960. Т. 105. С. 222.
  10. Вейдеров Г.Ф. Зленко В.Я. // Изв. вузов. Физ. 1966. № 1. С. 149.
  11. Берзина И.Г., Савицкая Л.К., Савинцев П.А. // Изв. вузов. Физ. 1962. Т 3. С. 160.
  12. Сахно Г.А., Селезнева И.М. // Физическая химия поверхности расплавов. Тбилиси: Мецниереба, 1977. С. 81–86.
  13. Самсонов В.М., Бембель А.Г., Самсонов Т.Е. и др. // Росс. нанотехн. 2016. Т. 11. № 9–10. С. 38. [Samsonov V.M., Bembel A.G., Samsonov T.E., et al. // Nanotechnologies in Russia. 2016. V. 11. № 9–10. P. 553. doi: 10.1134/S1995078016050141]
  14. Samsonov V.M., Bembel A.G., Popov I.V., et al. // Surf. Innov. 2017. V. 5. № 3. P. 161. doi: 10.1680/jsuin.17.00015.
  15. Bystrenko O.V., Kartuzov V.V. // Mater. Res. Expr. 2017. V. 4. № 12. P. 126503. doi: 10.1088/2053-1591/aa9b63.
  16. Thompson A.P., Aktulga H.M., Berger R. et. al. // Comp. Phys. Com. 2022. V. 271. Art. no. 108171. doi: 10.1016/j.cpc.2021.108171.
  17. Zhou X.W., Johnson R.A., Wadley H.N.G. // Phys. Rev. B. 2004. V. 69. № 14. Art. no. 144113. doi: 10.1103/PhysRevB.69.144113. 201.
  18. Samsonov V.M., Kartoshkin A. Yu., Talyzin I.V., et al. // J. Phys.: Conf. Ser. 2020. V. 1658. Art. no. 012047. doi: 10.1088/1742-6596/1658/1/012047.
  19. Bogatyrenko S.I., Kryshtal A.P., Kruk A. // J. Phys. Chem. C. 2023. V. 127. № 5. P. 2569. doi: 10.1021/acs.jpcc.2c07132.
  20. Двойные и многокомпонентные системы на основе меди / Под ред. С.В. Шухардина. М.: Наука, 1979. 248 с.
  21. Bronner S.W., Wynblatt P. // Journal of Materials Research. 1986. V. 1. № 5. P. 646. DOI: https://doi.org/10.1557/JMR.1986.0646.
  22. Bochicchio D., Ferrando R., Panizon E., Rossi G. // J. Phys. Condens. Matter. 2016. V. 28. № 6. P. 064005. doi: 10.1088/0953-8984/28/6/064005.
  23. Langenohl L., Brink T., Richter G., et al. // Phys. Rev. B. 2023. V. 107. № 13. P. 134112. doi: 10.1103/PhysRevB.107.134112.
  24. van der Walt C., Terblans J.J., Swart H.C. // AIP Advances. 2017. V. 7. P. 055102. doi: 10.1063/1.498308.
  25. Самсонов В.М., Харечкин С.С., Гафнер С.Л. и др. // Кристаллография. 2009. Т. 54. № 3. С. 530. [Samsonov V.M., Kharechkin S.S., Gafner S.L., et al. // Crystallog. Rep. 2009. V. 54. № 3. P. 526 doi: 10.1134/S1063774509030250]
  26. Талызин И.В. Молекулярно-динамическое исследование термодинамических и кинетических аспектов плавления и кристаллизации металлических наночастиц. Дис. … канд. физ.-мат. наук. Тверь: Тверской государственный университет, 2019. 148 с.
  27. Stukowski A. // Modelling. Simul. Mater. Sci. Eng. 2010. V. 18. № 1. Art. № 015012. doi: 10.1088/0965-0393/18/1/015012.
  28. Хайрулаев М.Р., Дадаев Д.Х., Максудова А.Г. // Изв. Дагестанского гос. пед. унив. Естественные и точные науки. 2011. № 3. С. 10.
  29. Samsonov V.M., Talyzin I.V., Kartoshkin A. Yu., et al. // Computational Materials Science. 2021. V. 199. P. 110710. doi: 10.1016/j.commatsci.2021.110710.
  30. Butrymowicz D.B., Manning J.R., Read M.E. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1974. V. 3. № 2. P. 527. doi: 10.1063/1.3253145.
  31. Samsonov V.M., Talyzin I.V., Vasilyev S.A., et al. // J. Nanopart. Res. 2023. V. 25. № 6. P. 105. doi: 10.1007/s11051–023–05743–0.
  32. Dubinin N. // Metals. 2020. V. 10. № 12. P. 1651. doi: 10.3390/met10121651.
  33. Саввин B.C., Михалева О.В., Повзнер А.А. // Расплавы. 2001. № 2. С. 42.
  34. Paritskaya L.N. // Def. Diff. Forum. 2006. V. 249. P. 73. doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/DDF.249.73' target='_blank'>www.scientific.net/DDF.249.73
  35. Гегузин Я.Е. Диффузионная зона. М.: Наука, 1979. 342 с.
  36. Жолаева Ф.Б. Теоретическое моделирование процессов плавления в бинарных эвтектических системах. Дис. … канд. физ.-мат. наук. Нальчик: Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова, 2016. 142 с.
  37. Жолаева Ф.Б. // Наука и устойчивое развитие. Материалы VII Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых. Нальчик: Каб.-Балк. ун-т, 2013. С. 43.
  38. Самсонов В.М., Талызин И.В., Васильев С.А., Пуйтов В.В. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. 2023. Вып. 15. C. 554. doi: 10.26456/pcascnn/2023.15.554.
  39. Самсонов В.М., Васильев С.А., Талызин И.В., Пуйтов В.В. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. 2023. Вып. 15. C. 571. doi: 10.26456/pcascnn/2023.15.571.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Два паттерна фазовой диаграммы для бинарных металлических наночастиц: а – зависимости Tm(xCu) для наночастиц Ag-Cu, содержащих 2000 (1) и 5000 атомов (2), б – зависимости Tm(xNi) для наночастиц Ni-Cu, содержащих 2000 (1) и 5000 атомов (2).

Скачать (198KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Центральные сечения системы Ag₁₀₁₂-Cu₁₄₄₅ в процессе образования дочерней наночастицы и ее релаксации при T = 900 К; а – начальная конфигурация системы, б, в – конфигурации системы после релаксации в течение 2.2 и 2.3 нс соответственно. Атомы Cu представлены красными сферами, атомы Ag – серыми.

Скачать (647KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Эволюция бислоя Ag₄₃₃₅ - Cu₅₉₅₆ в процессе его отжига при температуре T = 1050 K в течение 24.4 (a), 28.0 (б), 55.4 (в) и 81.8 нс (г) после начала контакта (на панелях а и б показана крупным планом только центральная область моделируемой системы).

Скачать (767KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Кинетические зависимости для потенциальной части удельной внутренней энергии бислоя Ag₄₃₃₅ – Cu₅₉₅₆ в процессе его отжига при температуре T = 1050 K. Участок 0–1 соответствует диффузии в кристаллическом слое; участок 1΄–2 – начальной стадии КП; скачок 2–2΄ – исчезновению слоя Ag, остававшегося в кристаллическом состоянии; участок 2΄–3 – плавлению слоя Cu; скачок 3–3΄ – завершению плавления слоя Cu; участок 3΄–4 соответствует расплавленному бислою.

Скачать (65KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Кинетические зависимости потенциальной части удельной внутренней энергии u нанопленки Ag₄₃₃₅-Cu₅₉₅₆ при температуре 1020 К. Участок 0–1 отвечает диффузии в кристаллической пленке, участок 1–2 – началу КП (образованию очагов жидкой фазы).

Скачать (70KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Температурная зависимость времени задержки начала КП τdelay для бислоя Ag₄₃₃₅-Cu₅₉₅₆ толщиной 12 нм.

Скачать (50KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Температурные зависимости скорости КП v для биметаллических нанопленок Ag₄₃₃₅-Cu₅₉₅₆ толщиной 12 нм: а – скорость движения фронта жидкой фазы в Ag, б – скорость фронта в слое Cu.

Скачать (104KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».