Коллоидный журнал

Методом молекулярной динамики решается задача о стационарной нуклеации пар-жидкость при постоянном числе частиц, взаимодействующих посредством потенциала Леннард-Джонса, для случаев изотермической и неизотермической нуклеации в широком диапазоне пересыщений пара с применением специального метода моделирования стационарной нуклеации, при котором кластеры, достигшие определенного размера, удаляются из системы, а составляющие их частицы возвращаются в виде мономеров. Определено распределение температуры по размерам кластеров. Установлено, что температура, начиная с ее значения для мономеров, несколько снижается, но при приближении размера кластера к критическому вновь достигает этого значения, после чего быстро возрастает. Распределение температуры по размерам кластеров определяет распределение их числовых плотностей и контролирует неидеальность пара, что существенно влияет на скорость нуклеации. Продемонстрирована критическая важность знания температуры кластеров для аналитических моделей, позволяющая точно определять пересыщение пара и фактическую неизотермическую скорость нуклеации. Определенные скорости нуклеации и критические размеры кластеров для изотермического и неизотермического случаев показали удовлетворительное согласие с теоретической моделью, предсказывающей снижение скорости нуклеации в неизотермическом случае.

С использованием изотермической молекулярной динамики и программы LAMMPS проведено сравнительное исследованием стабильности наноструктур ядро-оболочка Pd₅₀₀₀Ni₅₀₀₀@Pt₅₀₀₀, Pt₅₀₀₀Ni₅₀₀₀@Pd₅₀₀₀ и Pt₅₀₀₀Pd₅₀₀₀@Ni₅₀₀₀ в процессе плавного повышения температуры от 300 до 2200 К. Установлено, что все три гомотопа сохраняют морфологию ядро-оболочка вплоть до начала их плавления. Однако, более стабильными являются тернарные наночастицы Pt₅₀₀₀Ni₅₀₀₀@Pd₅₀₀₀, плавление которых начинается при более высокой температуре и которые отчасти наследуют морфологию ядро-оболочка даже после завершения плавления. Сделан вывод о взаимосвязи между более высокой стабильностью наноструктур PtNi@Pd и эффектом поверхностной сегрегации Pd в тернарных наночастицах Pt-Pd-Ni. В свою очередь, выраженная поверхностная сегрегация Pd объяснена тем, что именно этот компонент характеризуется наименьшим значением удельной поверхностной энергии.

Представлены результаты молекулярно-динамического моделирования термоиндуцированных структурных превращений в четырехкомпонентных наносплавах Cu-Au-Pt-Pd с использованием потенциала сильной связи. В качестве начальных конфигураций были выбраны: система ядро-оболочка, в которой ядро представляет собой многокомпонентный сплав с однородным распределением компонентов (Cu₂₀₀-Au₆₀₀-Pt₈₀₀)@Pd₂₄₀₀, луковичная структура Cu₂₀₀@Au₆₀₀@Pt₈₀₀@Pd₂₄₀₀, сплав с равномерным распределением компонентов Cu₂₀₀-Au₆₀₀-Pt₈₀₀-Pd₂₄₀₀, Янус-структуры с ассиметричным Cu₂₀₀/Au₆₀₀/Pt₈₀₀/Pd₂₄₀₀ и симметричным распределениями компонентов (Cu₁₀₀/Au₃₀₀/Pt₄₀₀/Pd₂₄₀₀/Pt₄₀₀/Au₃₀₀/Cu₁₀₀  и Pd₁₂₀₀/Pt₄₀₀/Au₃₀₀/Cu₂₀₀/Au₃₀₀/Pt₄₀₀/Pd₁₂₀₀). На основе анализа температурных зависимостей потенциальной части внутренней энергии найдены температуры, отвечающие началу фазового перехода плавления-кристаллизации, а также оценена величина температурного гистерезиса. Установлены закономерности изменения данных величин в зависимости от скорости термического воздействия. Проанализированы закономерности структурообразования, установлена доминирующая роль ГЦК локального окружения, выявлены случаи возникновения других кристаллических структур (ГПУ и ОЦК). Описаны закономерности химической сегрегации, подтверждающие возможность существования различных сценариев сегрегационного поведения компонентов. На основе оригинальной методики проведены оценки удельной поверхностной энергии для многокомпонентных металлических наночастиц (конечных конфигураций после цикла термического воздействия, включающего фазовый переход плавления-кристаллизации). Величина удельной поверхностной энергии коррелирует со стабильностью конечных конфигураций, соответствующих различным начальным конфигурациям.

В статье рассматривается осаждение газа на кристаллическую подложку при условии наличия между подложкой и газом проницаемой мембраны. Мембрана отталкивает частицы газа, однако потенциал отталкивания имеет конечную максимальную силу, что позволяет частицам газа проникать через эту мембрану, если их скорость превышает некоторое значение. Показывается, что в зависимости от максимальной силы отталкивания мембраны (интенсивности отталкивания) система приходит к совершенно разным конечным состояниям: монокристаллу, поликристаллу с различной степенью пористости или же в системе не происходит кристаллизации вообще.

Работа посвящена исследованию электрофореза проводящей и непроводящей частиц в растворе полярного электролита под действием сильного электрического поля. Представлены результаты численного моделирования для обоих видов частиц: распределение концентраций катионов и анионов, плотности заряда, суммарной концентрации и потоков ионов около поверхности частицы. Показано, что около диэлектрической поверхности при достаточно большом поверхностном заряде формируется область расширенного пространственного заряда. Возникновение этой области обусловлено высокой поверхностной проводимостью в двойном электрическом слое и интенсивными касательными потоками ионов. Обнаружены качественные различия в механизме формирования области расширенного пространственного заряда для ионоселективной и диэлектрической частицы. Полученные результаты способствуют пониманию нелинейных электрокинетических процессов и могут быть полезны при проектировании микрофлюидных систем и коллоидных технологий.