Лекции по наноматериалам и нанотехнологиям
Наноструктуры и их свойства
жүктеу/скачать 12,63 Mb. Pdf көрінісі
|
Nanomateriali i nanotehnologii bak
| 1.3.2. Наноструктуры и их свойства
Структурные особенности твердотельных наноструктур определяются поверхность нанокластера и структурой самих кластеров связанных с изменением постоянной решетки нанокластера по сравнению с твердым телом. Дефекты и напряжения в наноструктурах Наличие протяженных межфазных границ в наноструктурах приводит к возникновению многочисленных дислокаций дефектов, и связанных сними межкластерных напряжений. Плотность межфазных границ и связанных с ними дислокаций, например, для нанокристаллита 7 нм составляет 10 19 см -3 . Толщина межфазных границ составляет 1 нм и включает несколько атомных слоев. Атомная плотность межфазных границ на 20-40 % меньше плотности нанокристаллитов. Причина убывания атомной плотности на межфазной границе это несоответствие структур различных кристаллитов, ориентированных хаотично друг относительно друга. Несоответствие вызывает 47 большие поля напряжений, направленные от границы к нанокристаллитам. Эти напряжения вызывают дополнительные смещения поверхностных атомов в кристаллитах. Смещения атомов и напряжения зависят от характера межкластерных взаимодействий и вида межатомного потенциала. Межкластерное взаимодействия создают напряжения, избыточную энергию и избыточное давление на границе кластеров. Если считать, что концентрация дислокаций в кластере определяется отношением поверхности кластера к его объему, то плотность избыточной энергии кластера d равна 2 0 1 1 ln 4 d d E Gb r R r R , при R a , где d E - энергия приходящаяся на одну дислокацию, G -модуль сдвига, 0 / 2 b a -вектор Бургерса, характеризует смещение атомов краевых дислокаций, 0,3 - коэффициент Пуассона, r - максимальное расстояние, на которое сохраняется влияние дислокации, 0 r минимальный размер дислокации, R -размер кластера, a -толщина поверхностного слоя кластера. Максимальная концентрация дефектов относится к размерам кластеров 10-50 нм. Такие кластеры обладают максимальной избыточной энергией. Наличие дефектов в наноструктурах, их связь со структурными превращениями в наносистемах исследуется как по скорости диффузии радиоактивной метки через макрослой вещества, по измерению суммарной магнитной восприимчивости наносистемы, так и аннигиляцией позитронов, или мессбауэровской спектроскопией. Структурные фазовые переходы в наноструктурах Нанометровые размеры кластеров в наносистемах приводят к стабилизации многих неравновесных структур. Такие эффекты являются следствием принципа минимума свободной энергии поверхности и объема данного кластера. Для малых кластеров роль поверхности велика, то для уменьшения суммарной энергии кластера будет выгодна такая деформация его кристаллической решетки, при которой поверхностная энергия будет уменьшаться. Поверхностная энергия минимальна для плотноупакованных структур. Это кристаллическая гранецентрированная ГЦК решетка, или гексагональная плотноупакованная ГПУ. Для самых маленьких кластеров, образующих молекулярные кристаллы, наиболее устойчивой является структура икосаэдра. Это нанокристаллы ниобия, тантала, молибдена, вольфрама с размерами 5-10 нм, с ГКЦ структурой, а те же массивные материалы имеют объемно-центрированную ОЦК решетку. Для нанокристалла 3 PbTiO , полученного путем осаждения из раствора кластеров с размерами 20-100 нм, изучено влияние размера кластера на 48 температуру и характер фазового перехода. На рис. 1.32 а) показано зависимость отношения / жүктеу/скачать 12,63 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|