Определение температуры плавления металлической наночастицы
Введение
Количественное и качественное описание термоактивируемых процессов в твердом теле является одной из важнейших проблем физики конденсированного состояния и материаловедения. Это обусловлено как многообразием термоактивируемых процессов в твердом теле, так и появлением принципиально новых материалов, инновационных технологий их получения и использования. Одним из перспективных направлений является развитие нанотехнологий. Собранные из нанообъектов материалы представляют интерес потому, что они позволяют использовать уникальные свойства наночастиц, нанопроволок, тонких пленок и других нанообъектов в уже существующих материалах и являются перспективными компонентами для создания новых материалов с уникальными свойствами. Эти материалы служат в качестве связующего звена между материалами с прогнозируемыми свойствами, инвариантными относительно изменения размеров макроскопических твердых тел, и нанообъектами с размерной зависимостью свойств, которая наблюдается в нанометровом ма
Содержание
Введение 3
1. Терминология и размерность наноматериалов 5
1.1 Характеристика основных видов наноматериалов 5
2. Применение термодинамического метода описания структуры и свойств нанообъектов 7
2.2. Общие сведения о методах получения наночастиц 8
2.3. Получение наночастиц в газовой фазе 9
2.4. Газофазное получение наночастиц 10
2.5. Получение наночастиц с использованием плазмы 11
2.6. Температура плавления наночастиц 14
2.7. Кинетические особенности химических процессов на поверхности наночастиц 16
2.7.1. Магнитные свойства 17
2.7.2. Катализ 17
2.8. Плавление сферических наночастиц. Термодинамическая модель 18
2.9. Плавление несферических наночастиц. Термодинамический метод 20
2.10. Плавление нанесенных на поверхность наночастиц. Влияние матрицы 21
2.11. Магические числа и магические формы наночастиц 23
3. Уравнение состояния нанообьектов 26
3.1. Уравнение Ми – Грюнайзена 28
3.2. Уравнение Ми – Грюнайзена для наночастиц 29
3.3. Влияние давления на температуру плавления нанообъектов 30
4. Почему наночастицы плавятся при низкой температуре? 34
5. Применение наночастиц 36
5.1. Углеродные нанотрубки – квантовые резисторы 38
5.2. Почему цвет наночастиц может зависеть от размера? 40
Заключение 42
Список литературы 44
Список литературы
Yoffe, A.D. Low-dimensional systems: quantum size effects and electronic properties of semiconductor microcrystallites (zero-dimensional systems) and some quasi-two-dimensional systems/ A.D. Yoffe // Advances in Physics. – 2002. – Vol. 51, No.
Берри, Р.С. Фазовые переходы в кластерах различных типов /Р.С. Берри, Б.М. Смирнов // Успехи физических наук. – 2009. – Т. 179, № 2. – С. 147 – 177.
Li, S. Inverse martensitic transformation in Zr nanowires / S. Li, X. Ding, J. Li, X. Ren, J. Sun, E. Ma, T. Lookman // Physical Review B. – 2010. – Vol. 81. – P. 245433 ( 5 pp.).
Vuillaume, D. Molecular-scale electronics / D. Vuillaume // C. R. Physique. – 2008. – Vol. 9. – P. 78–94.
Aguado, A. Melting and freezing of metal clusters / A. Aguado, M.F. Jarrold // Annual Review of Physical Chemistry. – 2011. – Vol. 62. – P. 151 – 172.
Гусев А.И. Нанокристаллические материалы / А.И. Гусев, А.А. Ремпель. – М.: Физматлит, 2001. – 224 с.
Huynh, W.U. Hybrid nanorod – polymer solar cells / W.U. Huynh, J.J. Dittmer, A.P. Alivisatos // Science. – 2002. – Vol. 295. – P. 2425–2427.
Castleman, A.W., Jr. Clusters, superatoms, and building blocks of new materials / A.W. Castleman, Jr., S.N. Khanna // Journal of Physical Chemistry C. – 2009. – Vol. 113. – P. 2664–2675.
Qian, M. Cluster-assembled materials: toward nanomaterials with precise control over properties / M. Qian, A.C. Reber, A. Ugrinov, N.K. Chaki, S. Mandal, H.M. Saavedra, S.N. Khanna, A. Sen, P.S. Weiss // ACS Nano. – 2010. – Vol. 4. – P. 235 – 240.
Hode, G. When small is different: some recent advances in concepts and applications of nanoscale phenomena/ G. Hode // Advanced Materials. – 2007. – Vol. 19. – P. 639 – 655.
Roduner, E. Size matters: why nanomaterials are different/ E. Roduner // Chemical Society Reviews. – 2006. – Vol. 35. – P. 583 – 592
Castleman, A.W. From designer clusters to synthetic crystalline nanoassemblies / A.W. Castleman, Jr., S.N. Khanna, A. Sen, A.C.
симость температуры плавления наночастиц от обратной величины их характерного размера нелинейная .Нелинейностью этой зависимости можно пренебречь при размерах нанообъектов больше 10 – 15 нм .
Имеются в литературе несколько экспериментальных работ, в которых получены линейные зависимости температуры плавления от обратного радиуса наночастиц,
Однако этот результат обусловлен большой погрешностью проведенных измерений. [11]
Tm=Tm(r-1).
. Хотя существуют несколько моделей плавления нанообъектов, не использующих термодинамический метод, термодинамическая модель является наиболее распространенной моделью плавления по сравнению с другими моделями и использовалась многими исследователями для описания полученных ими экспериментальных данных. Разные исследователи изучали различные изменения температуры плавления, иногда даже для одного и того же материала, и легко объясняли эти изменения, пользуясь термодинамической моделью. Различные уравнения для расчета температуры плавления был