熔融Cu55团簇在Cu(010)表面上凝固过程的分子动力学模拟

采用基于嵌入原子方法的分子动力学,模拟了熔融Cu₅₅团簇在Cu衬底（010）表面上以两个不同降温速率降温过程中结构的变化.模拟结果表明,降温速率对团簇结构的变化有很大影响.较快的降温速率使得降温过程中团簇原子具有较低的能量;较慢的降温速率有助于高温时位于衬底内的原子向衬底表面扩散,排列形成面心立方结构. 关键词： 团簇 凝固 分子动力学 表面     

熔融Cu55团簇在Cu(010)表面上凝固过程的分子动力学模拟

采用基于嵌入原子方法的分子动力学,模拟了熔融Cu55团簇在Cu衬底(010)表面上以两个不同降温速率降温过程中结构的变化.模拟结果表明,降温速率对团簇结构的变化有很大影响.较快的降温速率使得降温过程中团簇原子具有较低的能量;较慢的降温速率有助于高温时位于衬底内的原子向衬底表面扩散,排列形成面心立方结构.     

低温下Cu13团簇负载于Cu(001)表面上结构变化的分子动力学研究

应用分子动力学方法研究温度为10和50 K时具有二十面体结构的Cu₁₃团簇以不同接触条件与Cu（001）表面结合后的结构变化,原子间的相互作用势采用Johnson的嵌入原子方法模型.通过基于原子密度分布函数的分析表明,负载团簇与表面的结合能主要受团簇与载体相接触的最低层原子数及这些原子所具有的不同几何构型影响,同时更高层的原子呈现出不同的几何结构.温度为10 K时,负载团簇的初始位置对团簇几何结构和结合能影响较大. 关键词： 分子动力学 团簇 表面 计算机模拟     

小尺寸铜团簇冷却与并合过程中结构变化的原子尺度研究

研究Cu_N（N=57,58,59）熔融铜团簇在冷却过程以及300 K时两个具有二十面体结构Cu₅₅团簇在并合过程中的结构变化.对这些小尺寸团簇的结构变化采用基于嵌入原子方法的正则系综分子动力学进行计算机模拟.通过对模拟结果的分析表明,小团簇的冷却和并合过程存在阶段变化的特点.降温过程中Cu_N（N=57,58,59）团簇的原子运动及其微观结构变化表现出较大差异,由此导致这三类团簇内原子排布的不同,其中Cu₅₉团簇结构的有序程度最低.在两个Cu₅₅团簇并合早期阶段,这两个团簇相接触后发生变形导致原子位置出现较大改变,在随后的并合过程中,原子扩散引起原子局部位置调整导致所并合体系的结构发生变化.远离两个团簇接触区的原子仍保持其并合前的结构. 关键词： 团簇 分子动力学 计算机模拟 表面     

铜、银和铂原子纳米团簇负热容现象的分子动力学模拟研究

本文采用微正则分子动力学方法模拟研究了铂、铜和银原子纳米团族从固态到液态的熔化过程,得到热容量随温度变化关系,结果表明这三种金属纳米团簇在熔化过程中均出现了负热容现象,并通过对团簇热能随温度的变化关系以及团簇原子数径向分布的分析,探讨了产生负热容现象的微观机制.     

纳米铜团簇在常温和升温过程中能量特征的分子动力学研究

采用分子动力学方法和F-S多体势函数，模拟研究纳米铜团簇常温下能量特征及其在升温直到熔化过程中的变化，确定了常温下纳米铜团簇的表面原子厚度和表面能，给出在不同温度下纳米铜团簇能量大小分布比例和能量的概率密度，细致描述了团簇升温过程团簇内部原子和表面原子之间不同的变化特征. 关键词： 铜团簇 分子动力学 能量特征 温度     

金原子纳米团簇的负热容现象的分子动力学模拟研究

文中采用微正则分子动力学方法模拟研究了原子数N=60到675之间的6种金原子纳米团簇从固态到液态的熔解过程,得到了势能和热容量随温度的变化关系.其结果表明,所模拟的6种团簇在熔点附近出现负热容,通过对这些团簇熔解前后的势能以及结构变化的分析,探讨了产生负热容的微观机制.     

小尺寸铝纳米团簇的相变行为

采用分子动力学方法模拟了半径从0.3–1.3 nm变化的小尺寸铝纳米团簇的熔化、凝固行为. 基于势能-温度曲线、热容-温度曲线分析, 获得了熔点、凝固点与尺寸的依变关系, 并利用表面能理论、小尺寸效应开展了现象分析.研究表明, 铝团簇原子数小于80时, 熔点和凝固点的尺寸依赖性出现无规律的异常变化; 而大于该原子数, 熔、凝固点则随着团簇尺寸的减小而单调下降; 当原子数为27时, 团簇熔点高于块材熔点近40 K. 同时, 铝纳米团簇呈现出凝固滞后现象, 即凝固点低于熔点. 关键词： 纳米团簇 熔点 凝固点 分子动力学     

硅团簇的结构及生长模式——紧束缚分子动力学：Si11—Si32

采用紧束缚分子动力学模拟硅团簇的结构，通过比较它们的结合能来确定基态结构，最后描绘出不同尺寸所对应的径向分布函数、角分布函数.模拟表明硅团簇在n=27处发生结构转变，从结构图上看，是由扁长结构向近球形结构转变.从径向分布函数图像、键角分布函数图像上也可以得到团簇结构在n=27处发生了变化，结构变得越来越紧密. 关键词： 硅团簇 紧束缚分子动力学 模拟退火 基态结构     

银团簇结构与特性的分子动力学研究

用分子动力学方法模拟了银团簇的结构与力能学。计算模拟中使用了一种基于第一性原理的原子间互作用多体势函数。通过分子动力学模拟确定了银徽团簇（原子个数3－13）的稳态结构;模拟了原子个数为13－141的银FCC晶体结构理想球形团簇的力能学,发现球形银簇形成三维紧密结构;计算了平均结合能,给出了结合能随团簇原子数N的变化图,发现随N增大团簇结合能逐渐接近块材的数值。     

Microstructural properties and evolution of nanoclusters in liquid Si during a rapid cooling process

The formation of amorphous structures in Si during the rapid quenching process was studied based on molecular dynamics simulation by using the Stillinger–Weber potential. The evolution characteristics of nanoclusters during the solidification were analyzed by several structural analysis methods. The amorphous Si has been formed with many tetrahedral clusters and few nanoclusters. During the solidification, tetrahedral polyhedrons affect the local structures by their different positions and connection modes. The main kinds of polyhedrons randomly linked with one another to form an amorphous network structures in the system. The structural evolution of crystal nanocluster demonstrates that the nanocluster has difficulty to growth because of the high cooling rate of 10¹² K/s.     

Effect of temperature on structural transformations of nickel nanoclusters

The gas-phase condensation of nickel nanoclusters is simulated by the molecular dynamics method with the use of tight-binding potentials. It is revealed that subsequent heating of the synthesized clusters to temperatures of 400–500 K leads to a substantial improvement of their internal structure with a hexagonal close-packed phase predominating. Upon heating of the nanoparticles above the melting point and subsequent gradual cooling, the formation of a cluster structure depends strongly on the cooling rate. The inference is made that heating of the nanoclusters synthesized from a gas phase can be used for the controlled formation of nickel nanoparticles with a predicted structure.     

On the energy stability of carbon nanoclusters

A method for evaluating the energy stability of carbon nanoclusters is proposed. The stabilities of the nanoclusters with different structures, such as diamond and graphite, tubulenes and graphite, are compared. Two series of stable clusters with new structures, namely, alm-ene and alm-ine, are derived. A comparison is performed for small graphite clusters containing boron atoms that play a significant role in the reaction of fullerene formation.     

Deposition and fabrication of alkanethiolate gold nanocluster films on TiO2(1 1 0) and the effects of plasma etching

Deposition and fabrication of films of Au nanoclusters protected by alkanethiolate ligands are attempted on a TiO₂(1 1 0) surface and the structures of films are observed by a scanning tunneling microscope (STM). Effects of oxygen and hydrogen-plasma etching in addition to UV irradiation on the structure and chemical composition of the films are also investigated by using STM and X-ray photoelectron spectroscopy. Alkanethiolate Au nanoclusters are produced using a modified Brust synthesis method and their LB films are dip-coated on TiO₂(1 1 0). Alkanethiolate Au nanoclusters are weakly bound to the substrate and can be manipulated with an STM tip. Net-like structures of alkanethiolate Au nanoclusters are formed by a strong blast of air. Oxygen-plasma etching removes alkanethiolate ligands and simultaneously oxidizes Au clusters. At room temperature, prolonged oxygen-plasma etching causes agglomeration of Au nanoclusters. UV irradiation removes ligands partly, which makes Au nanoclusters less mobile. The net-like structure of alkanethiolate Au clusters produced by a blast of air is retained after oxygen and hydrogen-plasma etching.     

Thermal stability of Pt nanoclusters interacting to carbon sublattice

The catalytic activity of Pt clusters is dependent not only on the nanoparticle size and its composition, but also on its internal structure. To determine the real structure of the nanoparticles used in catalysis, the boundaries of the thermal structure stability of Pt clusters to 8.0 nm in diameter interacting with carbon substrates of two types: a fixed α-graphite plane and a mobile substrate with the diamond structure. The effect of a substrate on the processes melting of Pt nanoclusters is estimated. The role of the cooling rate in the formation of the internal structure of Pt clusters during crystallization is studied. The regularities obtained in the case of “free” Pt clusters and Pt clusters on a substrate are compared. It is concluded that platinum nanoparticles with diameter D ≤ 4.0 nm disposed on a carbon substrate conserve the initial fcc structure during cooling.

     

大尺寸硫醇配体保护金团簇的激发态动力学研究

纳米金团簇作为桥梁连接了金纳米粒子和单个金原子,对于揭示表面等离子激元共振和金属键的来源具有重要意义。有机配体保护的纳米金团簇为理解金纳米粒子从金属性质到非金属性质的转变提供了理想的研究对象,而处于转变区域的金团簇的激发态动力学还尚待研究。在本文中,我们总结了表现出分子性质,并且尺寸较大（大于100 个金原子）的纳米金团簇的激发态动力学,同时将其与表现出金属性质的金纳米粒子的激发态动力学进行比较。本文通过对处于转变区域的金团簇的电子和振动动力学的描述,进一步讨论了其电子结构。对大尺寸纳米金团簇激发态弛豫机理的深入理解,将有助于理解金属纳米团簇和纳米粒子的光学性质,从而进一步推动这一类功能材料的设计和应用。     

表面氧钝化碳化硅纳米团簇电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论(DFT)和广义梯度近似(GGA),对氧钝化条件下4H-SiC纳米团簇的电子结构和光学性质进行了研究。计算了不同直径的4H-SiC纳米球氧钝化后的能带结构、电子态密度和光学性质。团簇的尺度在0.4~0.9 nm之间,构建表面仅存在硅氧双键和表面仅存在碳氧双键的两种模型。研究表明硅氧双键和碳氧双键所引起的缺陷态位于原4H-SiC的价带和导带之间,并且缺陷态与价带顶的能量差随纳米团簇颗粒直径的增大而减小;缺陷态主要是由Si原子外层电子和氧原子外层电子轨道杂化引起的。同时,由于氧的存在,对碳化硅的结构产生一定的影响,这也是缺陷态形成的一个原因。另外,碳氧双键和硅氧双键钝化对4H-SiC纳米团簇的光学性质有着不同的影响。在表面仅存在C=O的情况下,4H-SiC纳米团簇表现出各向同性的性质。在表面仅存在Si=O的情况下,4H-SiC纳米团簇表现出各向异性的性质。     

高定向石墨表面金纳米粒子和金纳米线的研究

利用真空沉积方法在高定向石墨(HOPG)基底上直接制备了粒径分布较小的金纳米粒子.超高真空扫描隧道显微镜(STM)研究发现,在74℃退火后,表观直径为2.5?nm的金纳米粒子在HOPG基底上形成了排列均匀的准一维纳米粒子链,并且此金纳米粒子链结构稳定.在122℃退火后,不同粒径的金纳米粒子在HOPG基底表面上聚合长大形成了准一维金纳米线.这一发现为制备由金粒子组成的有序纳米结构开辟了探索途径.     

尺寸效应对Al纳米线凝固行为的影响

结合EAM镶嵌原子作用势, 通过经典的分子动力学模拟研究了不同截面尺寸Al纳米线在两种冷却速率下的凝固行为, 并采用键对分析技术探讨了相变过程中原子团簇的演化情况. 结果表明:Al纳米线的最终结构不仅与冷却速率有关, 还呈现出明显的尺寸效应. 在较快的冷却速率下, 五种截面尺寸的Al纳米线均得到了多壳螺旋结构; 而当冷却速率降低以后, 除了N₃纳米线发生了断裂以外, 其余纳米线的结构随着截面尺寸的增加, 逐渐从多壳螺旋结构经由类-六边形多壳结构最终过渡到稳定的晶态结构.     

尺寸效应对Al纳米线凝固行为的影响

结合EAM镶嵌原子作用势, 通过经典的分子动力学模拟研究了不同截面尺寸Al纳米线在两种冷却速率下的凝固行为, 并采用键对分析技术探讨了相变过程中原子团簇的演化情况. 结果表明:Al纳米线的最终结构不仅与冷却速率有关, 还呈现出明显的尺寸效应. 在较快的冷却速率下, 五种截面尺寸的Al纳米线均得到了多壳螺旋结构; 而当冷却速率降低以后, 除了N₃纳米线发生了断裂以外, 其余纳米线的结构随着截面尺寸的增加, 逐渐从多壳螺旋结构经由类-六边形多壳结构最终过渡到稳定的晶态结构.