Поверхностные явления в металлических наночастицах и наносистемах: теория и компьютерный эксперимент (итоговый)

Изучены размерные зависимости термодинамических и кинетических характеристик металлических наночастиц и процессов смачивания в металлических и полупроводниковых системах, закономерности и механизмы коалесценции металлических нанокапель и спекания твердых металлических наночастиц с использованием молекулярной динамики и некоторых теоретических подходов. Предложено относить к коалесценции случай, когда температура взаимодействующих наночастиц превышает их температуру плавления, найденную с учетом размерного эффекта, а к спеканию - случай более низких температур. На примере нанокапель Au установлено, что характерное время рассматриваемого процесса пропорционально их исходному радиусу. Выявлено, что формула Френкеля, предложенная для макроскопических объектов и связывающая характерное время коалесценции с исходным радиусом капель, вязкостью и поверхностным натяжением жидкости, удовлетворительно предсказывает и характерное время коалесценции нанокапель. Установлено также, что закономерности и механизмы спекания наночастиц принципиально отличаются от закономерностей и механизмов коалесценции нанокапель. Начальная стадия спекания отвечает низкоамплитудным затухающим вращательным колебаниям наночастиц, завершающимся припеканием при определенном соотношении кристаллографических ориентаций частиц, наиболее выгодном в энергетическом плане. Результатом припекания является формирование двухзеренного нанокристалла. Вторая стадия отвечает релаксации двухзеренной структуры, которая может завершиться рекристаллизацией и формированием наноразмерного монокристалла.