THE PROBLEM OF OBTAINING CRYSTALINE PHASES DURING COOLING BINARY NANOPARTICLES Au-Co AND Ti-V

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The processes of structure formation in Co-Au and Ti-V metal nanoparticles as well as factors affecting the crystallization process are considered. The objects of the study were Co-Au and Ti-V binary nanoparticles containing N = 400, 800, 1520 and 5000 atoms with the equiatomic composition. The computer experiment was carried out using method of molecular dynamics. The interatomic interaction was described by the tight-binding potential. According to the results of a series of computer experiments, it was found that the main factors influencing the possibility of obtaining crystalline phases are: the cooling rate of binary nanoparticles, their size and the size mismatch of atoms included in the composition, as well as the nature of the interaction of metal atoms. The manifestation of stability/instability in binary nanoparticles may be due to patterns of formation of crystalline phases. Moreover, the tendency to segregate one of the components in a binary system may not be the main factor determining the stability/instability of such a system.

About the authors

Kseniya G. Savina

Tver State University

Tver, Russia

Roman E. Grigoryev

Tver State University

Tver, Russia

Alexei D. Veselov

Tver State University

Tver, Russia

Sergey S. Bogdanov

Tver State University

Tver, Russia

Pavel M. Ershov

Tver State University

Tver, Russia

Sergey A. Veresov

Tver State University

Tver, Russia

Danila R. Zorin

Tver State University

Tver, Russia

Vladimir S. Myasnichenko

Tver State University

Tver, Russia

Nickolay Yu. Sdobnyakov

Tver State University

Email: nsdobnyakov@mail.RUS
Tver, Russia

References

  1. Сдобняков, Н.Ю. К проблеме стабильности/нестабильности биметаллических структур Co (ядро)/ Au (оболочка) и Au (ядро)/ Co (оболочка): атомистическое моделирование / Н.Ю. Сдобняков, В.М. Самсонов, А.Ю. Колосов и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2019. - Вып. 11. - С. 520-534. doi: 10.26456/pcascnn/2019.11.520.
  2. Самсонов, В.М. О факторах стабильности/нестабильности биметаллических наноструктур ядро-оболочка / В.М. Самсонов, Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов и др. // Известия РАН. Серия физическая.- 2021. - Т. 85. - № 9. - C. 1239-1244. doi: 10.31857/S0367676521090246.
  3. Bertier, F. Ageing of out-of-equilibrium nanoalloys by a kinetic mean-field approach / F. Bertier, A. Tadjine, B. Legrand // Physical Chemistry Chemical Physics. - 2015. - V. 17. - I. 42. - P. 28193-28199. doi: 10.1039/C5CP00600G.
  4. Nelli, D. Core-shell vs. multi-shell formation in nanoalloy evolution from disordered configurations / D. Nelli, R. Ferrando // Nanoscale. - 2019. - V. 11. - I. 27. - P. 13040-13050. doi: 10.1039/C9NR02963J.
  5. Bhattarai, N. Structure and composition of Au/Co magneto-plasmonic nanoparticles / N. Bhattaral, G. Casillas, S. Khanal et al. // MRS Communications. - 2013. - V. 3. - I. 3. - P. 177-183. doi: 10.1557/mrc.2013.30.
  6. 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.
  7. 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.
  8. Uesugi, T. Enthalpies of solution in Ti-X (X = Mo, Nb, V and W) alloys from first-principles calculations / T. Uesugi, S. Miyamae, K. Higashi // Materials Transactions. - 2013. - V. 54. - № 4. - P. 484-492. doi: 10.2320/matertrans.MC201209.
  9. Skripnyak, N.V. Mixing enthalpies of alloys with dynamical instability: bcc Ti-V system / N.V. Skripnyak, A.V. Ponomareva, M.P. Belov et al. // Acta Materialia. - 2000. - V. 188. - P. 145-154. doi: 10.1016/j.actamat.2020.01.056.
  10. Souvatzis, P. Entropy driven stabilization of energetically unstable crystal structures explained from first principles theory / P. Souvatzis, O. Eriksson, M.I. Katsnelson, S.P. Rudin // Physical Review Letters. - 2008. - V. 100. - I. 9. - Art. № 095901. - 4 p. doi: 10.1103/PhysRevLett.100.095901.
  11. Skripnyak, N.V. Ab initio calculations of elastic properties of alloys with mechanical instability: application to bcc Ti-V alloys / N.V. Skripnyak, A.V. Ponomareva, M.P. Belov, I.A. Abrikosov // Materials & Design.- 2018. - V. 140. - P. 357-365. doi: 10.1016/j.matdes.2017.11.071.
  12. 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.
  13. 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.
  14. 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.
  15. 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.
  16. 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
  17. Самсонов, В.М. О влиянии скоростей нагрева и охлаждения на плавление и кристаллизацию металлических нанокластеров / В.М Самсонов, И.В. Талызин, М.В. Самсонов // Журнал технической физики. - 2016. - Т. 86. - Вып.6. С. 149-152.
  18. 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.
  19. 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.
  20. 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.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

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).