Структурные превращения в бинарных наночастицах Ti-V: размерный эффект и эффект изменения состава

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Рассмотрены процессы структурообразования в бинарных наночастицах Ti-V , а также факторы, влияющие на процесс кристаллизации. В качестве объектов исследования выступали бинарные наночастицы Ti-V , содержащие N =200, 400, 800, 1520, 3000 и 5000 атомов, различного состава. Компьютерный эксперимент проводился методом молекулярной динамики. Межатомное взаимодействие описывалось потенциалом сильной связи. По результатам серий компьютерных экспериментов было установлено, процесс кристаллизации бинарных наночастиц Ti-V существенно зависит как от их размера, так и от соотношения компонентов. С увеличением размера наночастиц наблюдается рост температуры кристаллизации, при этом соотношение компонентов оказывает значительное влияние на формирование кристаллических фаз. Минимальные температуры кристаллизации зафиксированы при соотношениях титана и ванадия 25-75% и 50-50%. Более крупные наночастицы также демонстрируют выраженную структурную сегрегацию, при которой доминируют ГЦК и ГПУ фазы в зависимости от соотношения титана и ванадия. Наблюдаемая тенденция к образованию многослойной луковичной (onion-like) структуры указывает на существование более сложного процесса структурообразования, чем поверхностная сегрегация.

Об авторах

Ксения Геннадьевна Савина

Тверской государственный университет

аспирант 2 года обучения кафедры общей физики

Алексей Дмитриевич Веселов

Тверской государственный университет

научный сотрудник кафедры общей физики

Роман Евгеньевич Григорьев

Тверской государственный университет

аспирант 3 года обучения кафедры общей физики

Сергей Александрович Вересов

Тверской государственный университет

аспирант 3 года обучения кафедры общей физики

Павел Михайлович Ершов

Тверской государственный университет

научный сотрудник кафедры общей физики

Данила Романович Зорин

Тверской государственный университет

студент 1 курса магистратуры кафедры общей физики

Николай Юрьевич Сдобняков

Тверской государственный университет

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

Список литературы

  1. Сдобняков, Н.Ю. О взаимосвязи между размерными зависимостями температур плавления и кристаллизации для металлических наночастиц / Н.Ю. Сдобняков, Д.Н. Соколов, А.Н. Базулев и др. // Расплавы. - 2012. - №5. - С. 88-94.
  2. Murray, J.L. The Ti-V (titanium-vanadium) system /j.L. Murray // Bulletin of Alloy Phase Diagrams. - 1981. - V. 2. - I. 1.- P. 48-55. doi: 10.1007/BF02873703.
  3. Самсонов, В.М. Сравнительный анализ размерной зависимости температур плавления и кристаллизации наночастиц серебра: молекулярная динамика и метод Монте-Карло / В.М. Самсонов, Н.Ю. Сдобняков, В.С. Мясниченко и др. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2018. - № 12. - С. 65-69. doi: 10.1134/S0207352818120168.
  4. Мясниченко, В.С. Закономерности структурообразования в биметаллических наночастицах с разной температурой кристаллизации / В.С. Мясниченко, П.М. Ершов, К.Г. Савина и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2021. - Вып. 13. - С. 568-579. doi: 10.26456/pcascnn/2021.13.568.
  5. Сдобняков, Н.Ю. Моделирование процессов коалесценции и спекания в моно- и биметаллических наносистемах. Сдобняков, В.С. Мясниченко и др. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные. Монография / Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов, С.С. Богданов. - Тверь: Издательство Тверского государственного университета, 2021. - 168 с. doi: 10.26456/skb.2021.168.
  6. Богданов, С.С. Закономерности структурообразования в бинарных наночастицах ГЦК металлов при термическом воздействии: атомистическое моделирование. Монография / С.С. Богданов, Н.Ю. Сдобняков. - Тверь: Издательство Тверского государственного университета, 2023. - 143 с.
  7. Мясниченко, В.С. Зависимость температуры стеклования биметаллических кластеров на основе титана от скорости охлаждения / В.С. Мясниченко, П.М. Ершов, Д.Н. Соколов и др. // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. - 2020. - T. 17. - № 3. - С. 355-362. doi: 10.25712/ASTU.1811-1416.2020.03.012.
  8. Myasnichenko, V.S. Simulation of crystalline phase formation in titanium-based bimetallic clusters / V.S. Myasnichenko, N.Yu. Sdobnyakov, P.M. Ershov et al. // Journal of Nano Research. - 2020. - V. 61. - P. 32-41. doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/JNanoR.61.32' target='_blank'>www.scientific.net/JNanoR.61.32.
  9. Савина, К.Г. Проблема получения кристаллических фаз в процессе охлаждения бинарных наночастиц Au-Co и Ti-V / К.Г. Савина, Р.Е. Григорьев, А.Д. Веселов, С.С. Богданов, П.М. Ершов, С.А. Вересов, Д.Р. Зорин, В.С. Мясниченко, Н.Ю. Сдобняков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2023. - Вып. 15. - С. 543-553. doi: 10.26456/pcascnn/2023.15.543.
  10. Мясниченко, В.С. Размерный эффект и структурные превращения в тернарных наночастицах Tix-Al96-x-V / В.С. Мясниченко, П.М. Ершов, С.А. Вересов, А.Н. Базулев, Н.Ю. Сдобняков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2023. - Вып. 15. - С. 495-506. doi: 10.26456/pcascnn/2023.15.495.
  11. Sdobnyakov, N.Yu. Effect of cooling rate on structural transformations in Ti-Al-V nanoalloy: molecular dynamics study / N.Yu. Sdobnyakov, V.M. Samsonov, V.S. Myasnichenko et al. // Journal of Physics: Conference Series. - 2021. - V. 2052. - Art. № 012038. - 4 p. doi: 10.1088/1742-6596/2052/1/012038.
  12. Chen, T. Promoting the low temperature activity of Ti-V-O catalysts by premixed flame synthesis / T. Chen, H. Lin, B. Guan et. al. // Chemical Engineering Journal. - 2016. - V. 296. - P. 45-55. doi: 10.1016/j.cej.2015.08.115.
  13. Wan, C. Synchrotron EXAFS and XRD studies of Ti-V-Cr hydrogen absorbing alloy / C. Wan, X. Ju, Y. Qi et. al. // International Journal of Hydrogen Energy. - 2010. - V. 35. - I. 7. - P. 2915-2920. doi: 10.1016/j.ijhydene.2009.05.034.
  14. Liu, T. Enhanced hydrogen storage properties of Mg-Ti-V nanocomposite at moderate temperatures / T. Liu, C. Chen, H. Wang et. al. // The Journal of Physical Chemistry C. - 2014. - V. 118. - I. 39. - P. 22419-22425. doi: 10.1021/jp5061073.
  15. Yang, X. A novel and high-strength Ti-Al-V-Fe alloy prepared by spark plasma sintering / X. Yang, Z. Zhang, B. Wang et al. // Powder Metallurgy. - 2021. - V. 64. - I. 5. - P. 387-395. doi: 10.1080/00325899.2021.1915609.
  16. Li, Y. Thermal stability and in vitro bioactivity of Ti-Al-V-O nanostructures fabricated on Ti6Al4V alloy / Y. Li, D. Ding, C. Ning et. al. // Nanotechnology. - 2009. - V. 20. - I. 6. - Art. № 065708. - 6 p. doi: 10.1088/0957-4484/20/6/065708.
  17. Salek, G. Polyol synthesis of Ti-V2O5 nanoparticles and their use as electrochromic films / G. Salek, B. Bellanger, I. Mjejri et al. // Inorganic Chemistry. - 2016. - V. 55. - I. 19. - P. 9838-9847. doi: 10.1021/acs.inorgchem.6b01662.
  18. Abdul, J.M. Microstructure and hydrogen storage characteristics of rhodium substituted Ti-V-Cr alloys /j.M. Abdul, S.K. Kolawole, G.A. Salawu // JOM. - 2021. - V. 73. - I. 12. - P. 4112-4118. doi: 10.1007/s11837-021-04952-z.
  19. Suwarno, S. Selective hydrogen absorption from gaseous mixtures by BCC Ti-V alloys / S. Suwarno, Y. Gosselin, J.K. Solberg et al. // International Journal of Hydrogen Energy. - 2012. - V. 37. - I. 5. - P. 4127-4138. doi: 10.1016/j.ijhydene.2011.11.100.
  20. Züttel, A. Fuels - hydrogen storage | Hydrides / A. Züttel // In book: Encyclopedia of Electrochemical Power Sources. - Amsterdam: Elsevier, 2009. - P. 440-458. doi: 10.1016/B978-044452745-5.00325-7.
  21. Сдобняков, Н.Ю. Комплексный подход к моделированию плавления и кристаллизации в пятикомпонентных металлических наночастицах: молекулярная динамика и метод Монте-Карло / Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов, Д.Н. Соколов и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2023. - Вып. 15. - С. 589-601. doi: 10.26456/pcascnn/2023.15.589.
  22. Leimkuhler, B. A Gentle stochastic thermostat for molecular dynamics / B. Leimkuhler, E. Noorizadeh, F. Theil // The Journal of Statistical Physics. - 2009. - V. 135. - P. 261-277. doi: 10.1007/s10955-009-9734-0.
  23. Samoletov, A.A. Thermostats for "slow" configurational modes / A.A. Samoletov, C.P. Dettmann, M.A.J. Chaplain // The Journal of Statistical Physics. - 2007. - V. 128. - P. 1321-1336. doi: 10.1007/s10955-007-9365-2.
  24. 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.
  25. 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.
  26. 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.
  27. Sdobnyakov, N.Yu. Simulation of phase transformations in titanium nanoalloy at different cooling rates / N.Yu. Sdobnyakov, V.S. Myasnichenko, C.-H. San et al. // Materials Chemistry and Physics. - 2019. - V. 238. - Art. № 121895. - 9 p. doi: 10.1016/j.matchemphys.2019.121895.

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).