Поверхностная энергия кластера

Как отметил Бартон [173], данное выше определение несколько неточно ввиду возможного различия энергий релаксации атомов дырки и кристаллита после его удаления из массивного тела. Он предложил считать поверхностной энергией кластера разность полных энергий п атомов в изолированной группировке и такой же группировке внутри безграничного кристалла [c.78]

Поверхностная энергия кластера 76, [c.364]

Зародыши обычно образуются на границах зерен и субзерен, в скоплениях дислокаций, включениях, порах, что связано с уменьшением затрат на приращение поверхностной энергии. Распад также интенсифицируется после деформации, которая повышает плотность дислокаций. При медленном охлаждении и малой степени переохлаждения образуются близкие к равновесию стабильные фазы с некогерентными границами раздела. Для них характерно гетерогенное зарождение на высокоугловых границах зерен и скоплениях вакансий (кластерах). В результате возможно образование сетки выделяющейся фазы по границам зерен. [c.498]

На этапе зарождения и роста фрактальных частиц новой фазы происходит увеличение суммарной поверхности раздела фаз, которая характеризуется величиной свободной поверхностной энергии, что повышает энергетическую составляющую системы. Это является движущей силой для частичного слияния граничных зон кластеров и формирования структур более высокого масштаба. [c.92]

Таким образом, управляющий механизм формирования зернистой структуры из кластеров - стремление уменьшить свободную поверхностную энергию. Вместе с тем данные трансмиссионной электронной микроскопии показывают частичное сохранение индивидуальности кластеров, фрагментов, блоков и др. в структуре зерна. Причиной этого является сохранение остаточной пористости на границах структурных элементов каждого масштабного уровня. Именно пористость и является носителем энергии границ зерен и структурных элементов других масштабных уровней, о чем более подробно будет говориться ниже. [c.92]

Измеренные при комнатной температуре кинетические кривые представлены на рис. 3 [221, где отчетливо видно значительное увеличение поверхностной плотности кластеров в результате их декорирования по сравнению с поверхностной плотностью непосредственно наблюдаемых в электронном микроскопе частиц, имеющих минимальный размер 7 А (около 13 атомов). Отрицательный наклон кривой 1 между двумя и четырьмя секундами выдержки свидетельствует о преобладающей роли коалесценции кластеров на этой стадии роста пленки. Из кинетических кривых, полученных при разных температурах между 20 и 100° С, удалось оценить энергию активации, необходимую для выхода кластеров из центров захвата подложки. Эта энергия, равная 0,32 эВ, только слегка превышает энергию активации, требуемую для миграции по подложке отдельных атомов. [c.8]

Согласно представлениям Лоте и Паунда, стационарная капля классической теории нуклеации возникает не непосредственно в паре, а извлекается из массивной жидкости. Именно с этой точки зрения Лоте, Паунд и их сотрудники рассматривают и критикуют все другие работы. По их мнению, фундаментальной проблемой капиллярного приближения является вопрос о том, до какой степени большие вклады свободных трансляций и враш,ений кластера в паре уже содержатся в объемной свободной энергии и поверхностном натяжении извлеченной из массивной жидкости капли [224]. Более того, они полагают, что энергия свободных трансляций и вращений кластера почти целиком сосредоточена в объемной части свободной энергии капли (и Хж) и практически не содержится в ее поверхностной энергии А у [224]. [c.69]

РИС. 18. Зависимость удельной поверхностной энергии от радиуса R кластеров Аг при двух определениях площади их поверхности (см. текст) [c.78]

Образование фуллеренов из углеродных кластеров включает две стадии термодинамической самоорганизации, различающихся механизмами диссипации энергии и формой кластера. На первой стадии происходит образование и рост плоского углеродного кластера путем создания двойных С—С связей, приводящего к увеличению атомов углерода в плоском кластере. Критическое число атомов в кластере С х вплоть до которого плоский кластер может оставаться плоским, контролируется уровнем поверхностной энергии (числом двойных С—С связей). Переход ко второй стадии термодинамической самоорганизации носит спонтанный характер и отвечает термодинамической самоорганизации, обеспечивающей смену механизма диссипации энергии. Контролирующим механизмом диссипации энергии на этой стадии (после пе- [c.92]

Ввиду того что атомы на поверхности наночастиц имеют соседей только с одной стороны, их равновесие нарушается и происходит структурная релаксация, которая приводит к смешению межатомного расстояния в слое толщиной 2...3 нм. Поэтому поверхностные слои частиц оказываются растянутыми, а внутренние — сжатыми. В наночастицах реализуются условия, при которых межатомное расстояние закономерно изменяется при переходе от центра частицы к ее поверхности. Ультрадисперсные частицы имеют существенно искаженную кристаллическую решетку, что влияет на энергию активации большинства процессов, в которых они участвуют, меняя их привычный ход и последовательность. Ультрадисперсные системы состоят из фрагментов, размеры которых (в трех или двух измерениях) сравнимы с длиной свободного пробега каких-либо коллективных возбуждений либо с характерной корреляционной длиной того или иного явления [Г . Под это определение, согласно [2], подпадают нанопорошки, аэрозоли, тонкие пленки, кристаллические усы и высокопористые материалы. Важнейшей их особенностью является развитая поверхность, вблизи которой находится значительная доля атомов (молекул). Малые кристаллические или аморфные частицы, из которых состоят нанопорошки, занимают промежуточную позицию между кластерами и однородными материалами. Для частиц та- [c.254]

Согласно расчетам, линейные цепи лития энергетически более вы-годны, чем двух- и трехмерные конфигурации с равным числом атомов. Для цепных кластеров бериллия было показано уменьшение энергии Ef, связи на атом с ростом п. Результаты вычислений электронной структуры кластеров хорошо согласовались с экспериментальными данными, полученными из измерений спектров поглош,ения рентгеновских лучей п работы выхода массивного металла. Как показали расчеты, влияние поверхности сводится к смещению поверхностных атомов в глубь кластера, к сужению энергетических зон и уменьшению щели между ними, а также к повышению концентрации электронов проводимости на поверхности. [c.230]

Принцип подвода энергии к летательному аппарату -от внешнего источника с целью создания тяги использован также в предложенном И.П. Стахановым кластерном двигателе [35]. Изучая возможные физические механизмы шаровой молнии, Стаханов выдвинул гипотезу о том, что в импульсном коронном разряде могут возникать кластеры устойчивые ионные образования с гидратной оболочкой. Вследствие эффектов поверхностного натяжения кластерная фаза, имеющая плотность, примерно равную плотности воздуха, и температуру около 500 К обособлена. Время ее существования около 1 мин. Величина запасаемой энергии до 100 кДж. Поскольку такое кластерное образование несет электрический заряд, с помощью электромагнитных воздействий его можно ускорять относительно находящегося в ионосфере летательного аппарата, создавая тягу. [c.179]

I приблизительно в 10 раз, а 10 %-ное изменение у приводит к изменению I в 10 раз [167]. Такая резкая зависимость / от s позволяет ввести понятие критического пересыш,ения, при котором происходит макроскопическая конденсация, выбирая значение I в весьма широком интервале. Попытки модифицировать классическую теорию и улучшить ее согласие с экспериментом за счет изменения у предпринимались в работах [256—259]. Абрагам [257] подставил в классическое уравнение / = Кс (56) выражение Лоте—Паунда (142), используя формулу (54), в которой он заменил у на энергию Eg единицы поверхности сферической капли. Значения Es, не всегда совпадавшие с у, определялись из экспериментальных результатов для фактора сжимаемости а = pVINkjiT насьщенного пара. Согласно теории Банда [193], этот фактор является функцией поверхностной энергии кластера. [c.74]

Увеличение числа атомов в кластере приводит к быстрому повышению энергии упругой деформации, которая пропорциональна объему в результате в кластере большого размера рост упругой энергии превышает снижение поверхностной энергии, следствием чего является дестабилизация икосаэдрической структуры. Таким образом, существует некоторый критический размер, выше которого икосаэдрические структуры становятся менее стабильными, чем кубические или гексагональные, характерные для наночастиц размером более 10 нм. [c.65]

IV = 0,99 показали, что концентрация с занятых п узлов, связанных непрерывной ломаной линией из отрезков, параллельных ребрам куба, пропорциональна ехр(—и"/ ), причем, когда п изменяется от 1 до 11, с уменьшается почти на 40 порядков величины. Однако принятые определение кластера и перколационная модель конденсации весьма далеки от физической реальности. К противоположному заключению пришли Герцфельд и Рид [207]. Они обратили внимание иа то обстоятельство, что вследствие зависимости равновесного давления мономера от концентрации кластеров свободная поверхностная энергия последних термодинамически неопределима. [c.75]

Рассчитанные таким путем значения AS(n) [264] хорошо согласовались с избыточными энтропиями, вычисленными методом NM для лриблизительно сферических кластеров аргона, вырезанных из массивного кристалла последовательными координационными сферами (с 1-й по 6-ю) [2691. Отнесенные на один атом избыточные значения свободной энергии Af(n), энтропии AS(n) и колебательной энергии А1Е(п) — U(n)] для кластеров аргона разной формы, содержащих до 1000 атомов, представлены графически в работе [265]. Последующая работа Абрагама и Дэйва [266] была наг ,елена на достижение наилучшего согласия с данными Нишиоки и др. [261] для свободной энергии кластера F(n). Пспольэовалась эйнштейновская модель с локальными анизотропными частотами колебаний АТОМОВ. В соответствии с (197) поверхностная свободная энергия Fg (п) задавалась разностью (п) — nfn, где /в — эйнштейновская вибрационная свободная энергия атома в массивном теле. Свободная энергия кластера с учетом предполагаемого вида зависимости Fg (п) ют его радиуса R вычислялась согласно (202) по формуле [266, 267] [c.82]

Представляет интерес сравнение [167] полученных методом молекулярной динамики размерных зависимостей избыточной энергии кластеров аргона [263] и воды [284]. Полагая эту энергию равной поверхностной энергии Брайэнт и Бартон применили уравнение (189) и показали, что для малых п< 30) кластеров аргона и воды отношение n)ln l> не является постоянным, как ожидается согласно капиллярному приближению. С другой стороны, в соответствии с формулой ТоЛлМена (174) зависимость величины [Е, n)ln i от и должна быть прямолинейной. Это действительно имеет место для кластеров аргона (/г = 2 -ь 100), но не соблюдается в случае кластеров воды (и 30). Однако следует помнить, что для таких малых комплексов само понятие поверхностной энергии является весьма дискуссионным. [c.95]

При мономолекулярном распаде кластера происходит уменьшение числа колебаний на величину Дх = Хп — In-i- Это уменьшение числа вибрационных степеней свободы связывают с удалением поверхностного атома кластера в пар, причем энергию испарения е грубо оценивают по разрыву связей данного атома с ближайшими соседями. Записывая гамильтониан для кластера в виде суммы вращательной и колебательной частей и предполагая отсутствие взаимодействий между ними, Бакл использовал микроканоническое распределение энергии и вычислил вероятность того, что на Дх степенях свободы сосредоточится энергия > е , т. е. получил выражение для вероятности мономолекулярного распада комплекса. [c.125]

В первоначальных теориях образования кластеров, разработанных главным образом Борелиусом ), принималось, что возникновению сегрегатов в растворе противодействует только диффузия, влиянием же поверхностной энергии границы раздела между кластером и остальной частью матрицы можно пренебречь. Рассмотрим кривую зависимости свободной энергии от состава (фиг. 7). Возьмем сплав состава Xi. Если в результате флуктуации происходит расслоение твердого раствора и первоначальный состав Xi изменяется, скажем, до концентраций х и на соседних участках, свободная энергия системы понижается независимо от того, насколько мала эта флуктуация. Такой сплав, следовательно, находится в неустойчивом состоянии, и, если расслоение [c.251]

Суш,ествует много традиционных способов создания поверхностных слоев с повышенной износостойкостью [15, 27, 65. 68]. Наиболее широко применяются методы поверхностной закалки, поверхностного наклепа, различные химикотермические способы обработки (в первую очередь цементация и азотирование) и т. д. Все шире применяются методы, основанные на воздействии на поверхностные слои деталей потоков частиц (ионов, атомов, кластеров) и квантов с высокой энергией. К ним следует отнести в первую очередь вакуумные ионно-плазменные методы [26, 33, 34, 45, 71, 104] и лазерную обработку [16, 23, 38, 104]. Суш,ест-венио развились также способы осаждения покрытий из газовой фазы при атмосферном давлении и в разряженной атмосфере [1, 42, 54, 105]. Мош,ный импульс получило применение газо-термических методов нанесення покрытий в связи с развитием плазменных- [c.152]

Ранние работы по термодинамическим свойствам кластеров и малых частиц обсуждались в книге [8]. Здесь мы рассмотрим только результаты недавних вычислений термодинамических свойств кластеров инертных газов, выполненных методом возмущений с использованием ангармонических членов (вплоть до третьего порядка) разложения потенциальной энергии системы по степеням смещений атомов из положений равновесия [175]. На рис. 75, 76 показаны температурные зависимости межатомных расстояний в треугольной би-лирамиде ( = 5) и в центре икосаэдра (тг = 13). Рисунки 77, 78, 79, соответственно представляют температурную зависимость энтропии, удельной теплоемкости и среднеквадратичного смещения атомов (поверхностных) 13-атомного икосаэдра. Кроме того, в работе [175] были вычислены равновесные положения атомов икосаэдра АГ55 при Т = О К. Как оказалось, расстояние d между ближайшими соседями увеличивается от 3,769 А в центре до 4,081 А на поверхности этого кластера. [c.183]

Кинетика перераспределения дефектов под действием диффузионных процессов определяется подвижностью дефектов при данной температуре. Обычно коэффициент диффузии вакансий значительно выше, чем междуузельных атомов, и их подвижность суш,ественна даже при комнатной температуре. По мере накопления точечных дефектов становятся существенными процессы их взаимодействия, в частности, коалесцендия с образованием микропор, вакансионных кластеров, дислокационных нетель [74]. С появлением дефектов строения связано возникновение напряжений в ионно-легированном слое, изменение коэффициентов диффузии, механических свойств твердых тел и т.д. Неравновесная концентрация дефектов строения и высокий уровень напряжений могут изменять характер упорядочения атомов, вызывать аморфизацию поверхностного слоя или фазовые превращения типа мартенситного. Профиль распределения радиационных дефектов в основном повторяет профиль распределения легирующих ионов. Однако максимум концентрации располагается ближе к поверхности, так как при низкой энергии ионов энергии, передаваемой в упругих столкновениях, недостаточно для образования дефектов строения. Распределение числа смещенных атомов для условий легирования, соответствующих данным рис. 3.2, приведены на рис. 3.4. [c.82]

Когда состав зародыша отличается от состава исходной фазы, образование зародышей является процессом гораздо более сложным, чем в рассмотренных выше случаях. Как и раньше, процесс образования зародышей идет по пути, характеризующемуся наименьшей энергией активации, однако, поскольку как движущая сила, так и поверхностная свободная энергий зародыша будут функциями его состава, вовсе не следует, что в данном случае состав будет оставаться неизменным во время роста зародыша. Вследствие этого положение седловинной точки и конфигурацию поверхности вблизи нее в данном случае трудно определить, так как прибавляется еще одна переменная — состав. Кроме того, необходимо проводить различие между непосредственным зарождением новых фаз и образованием сегрегатов в твердом растворе. Образование этих сегрегатов, или кластеров ), часто является первой стадией распада пересыщенного твердого раствора при низких температурах, В большинстве превращений эта первая стадия изменений, происходящих в матрице, аналогична образованию зародышей в процессах выделения, так что достаточно рассмотреть этот последний случай. Возможность того, что в случае некоторых из этих превращений механизм образования зародышей является двухстадийным, выше уже упоминалась. [c.248]

Лазерный отжиг широко применяется при восстановлении кристаллической структуры легированных полупроводников. Для изменения поверхностных свойств полупроводников производят ионную имплантацию - облучение пучком ионов с энергией в десятки и сотни килоэлектрон-вольт. При этом в результате столкновения ионов с атомами полупроводника нарушается кристаллическая структура и возникают точечные дефекты, дислокации, кластеры, а при больших дозах происходит аморфизация поверхности. [c.523]

По сравнению с объемом поверхностная диффузия характеризуется многообразием форм массопереноса. При низких заполнениях это беспорядочные движения отдельных частиц. При больших степенях покрытия диффундирующие атомы могут образовывать ко-роткоживущие димеры, тримеры и даже кластеры. При высоких энергиях адсорбции эти агрегаты "замерзают" и диффузия протекает по их поверхности. Возможна и диффузия самих кластеров. По этой причине константы диффузии E i f и Д) существенно зависят от вклада того или иного механизма перемещения частиц. Для таких легких частиц, как водород и его изотопы, обнаружена независящая от температуры диффузия, не подчиняющаяся уравнению (8.9). Она связана с туннелированием легких частиц через поверхностные барьеры. [c.272]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...