铜原子纳米团簇热力学性质的分子动力学模拟研究

利用分子动力学模拟方法,研究了CuN(N=80,140,216,312,408,500,628和736)纳米团簇在热化和冷凝过程中结构和热力学性质的变化,模型采用的是Johnson的EAM作用势.模拟结果表明:铜团簇的熔点和凝固点随其尺寸线性增加,并逐渐向大块晶体靠拢;所有团簇的凝固点都低于熔点,出现凝固过程中的滞后现象;在熔点和凝固点附近,团簇都具有负热容特性,负热容是由相变前后团簇内部结构突变引起的.     

铜原子纳米团簇热力学性质的分子动力学模拟研究

本文利用分子动力学模拟方法,研究了CuN(N=80、140、216、312、408、500、628和736)纳米团簇在热化和冷凝过程中结构和热力学性质的变化,模型采用的是Johnson的EAM作用势.模拟结果表明:铜团簇的熔点和凝固点随其尺寸线性增加,并逐渐向大块晶体靠拢;所有团簇的凝固点都低于熔点,出现凝固过程中的滞后现象;在熔点和凝固点附近,团簇都具有负热容特性,负热容是由相变前后团簇内部结构突变引起的.     

大尺寸贵金属纳米团簇热力学性质的分子动力学模拟研究

采用分子动力学方法和原子嵌入势模拟了大尺寸金(n=1136～1556)、银(n=1088～1724)、铜(n=1000～1600)、铂(n=1004～1800)原子纳米团簇的熔化过程,得出了相应纳米团簇的势能随温度的变化曲线以及热容量随温度的变化曲线,研究了各种原子纳米团簇熔点与其团簇尺寸的关系.模拟结果表明团簇的熔点随团簇尺寸增大而升高,并逐渐向大块晶体靠拢.所有纳米团簇在熔化过程中在熔点附近都出现负热容现象,通过对团簇熔化前后结构的比较,分析了导致这种现象的原因.     

第十五届全国原子与分子物理学术会议:大尺寸贵金属纳米团簇热力学性质的分子动力学模拟研究

采用分子动力学方法和原子嵌入模型势模拟了大尺寸金（n=1136--1556）、银（n=1088--1724）、铜（n=1000--1600）、铂（n=1004--1800）原子纳米团簇的熔化过程,得出了相应纳米团簇的势能随温度的变化曲线以及热容量随温度的变化曲线,研究了各种原子纳米团簇熔点与其团簇尺寸的关系。模拟结果表明团簇的熔点随团簇尺寸增大而升高,并逐渐向大块晶体靠拢。所有纳米团簇在熔化过程中在熔点附近都出现负热容现象,通过对团簇熔化前后结构的比较研,分析了导致这种现象的原因。     

铜原子纳米团簇热力学性质的分子动力学模拟研究

本文利用分子动力学模拟方法，研究了CuN（N=80、140、216、312、408、500、628和736）纳米团簇在热化和冷凝过程中结构和热力学性质的变化，模型采用的是Johnson的EAM作用势．模拟结果表明：铜团簇的熔点和凝固。点随其尺寸线性增加，并逐渐向大块晶体靠拢；所有团簇的凝固。羔都低于熔点，出现凝固过程中的滞后现象；在熔点和凝固点附近，团簇都具有负热容特性，负热容是由相变前后团簇内部结构突变引起的。     

Aln(n=13–32)团簇熔化行为的分子动力学模拟研究

基于半经验的Gupta原子间多体相互作用势, 采用分子动力学方法并结合模拟退火及淬火技术, 系统研究了小尺寸铝团簇Al_n (n=13–32)的熔化行为. 模拟结果表明: 除个别尺寸(Al₁₃ 和Al₁₉) 外, 团簇熔化过程比热曲线普遍呈现杂乱无规(无明显单峰)现象, 这与实验观测小Al团簇比热普遍无规的结果完全一致. 通过分析不同温度点上团簇淬火构型的势能分布图给出了小Al团簇比热呈现无规或有规现象的成因. 对于比热无规团簇, 可以利用原子等价指数判断给出团簇熔点, 所得团簇熔点随团簇尺寸的变化趋势与实验观测结果完全一致. 关键词： Gupta势 团簇 分子动力学 熔化     

银、钴和铂原子纳米团簇熔化过程的分子动力学模拟

本文采用分子动力学模拟方法,研究了银、钴和铂原子纳米团簇的熔化过程,模型采用的是Johson的EAM作用势.模拟结果表明,较大原子数目的纳米团簇其熔点随尺寸单调增加,而较小原子数目的团簇熔点和尺寸呈现无规则变化;大多数团簇在熔点附近都出现了负热容现象,说明负热容是纳米团簇在熔化过程中的一个普遍现象.     

初始温度和冷却速率对金属团簇凝固行为的影响

用分子动力学结合嵌入原子势研究了含有531个原子的Co₅₃₁, Cu₅₃₁和Ni₅₃₁团簇从不同初始温度以不同冷却速率凝固到200 K时的凝固行为. 结果表明初始温度和冷却速率对团簇的凝固点有很大影响. 初始温度越高, 冷却速率越小, 团簇的凝固点越高. 凝固条件的改变会对三种团簇的凝固结构产生不同的影响. Cu₅₃₁和Ni₅₃₁团簇尽管在不同条件下的凝固点不同, 但凝固结构都是二十面体. 而Co 关键词： 金属团簇 凝固 分子动力学模拟     

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.     

银、钴和铂原子纳米团簇熔化过程的分子动力学模拟

本采用分子动力学模拟方法，研究了银、钴和铂原子纳米团簇的熔化过程，模型采用的是Johson的EAM作用势。模拟结果表明，较大原子数目的纳米团簇其熔点随尺寸单调增加，而较小原子数目的团簇熔点和尺寸呈现无规则变化；大多数团簇在熔点附近都出现了负热容现象，说明负热容是纳米团簇在熔化过程中的一个普遍现象。     

Molecular dynamics simulation of thermodynamical properties of copper clusters

The melting and freezing processes of Cu_N (N=180, 256, 360, 408, 500, 628 and 736) nanoclusters are simulated by using micro-canonical molecular dynamics simulation technique. The potential energies and the heat capacities as a function of temperature are obtained. The results reveal that the melting and freezing points increase almost linearly with the atom number in the cluster increasing. All copper nanoclusters have negative heat capacity around the melting and freezing points, and hysteresis effect in the melting/freezing transition is derived in Cu_N nanoclusters for the first time.     

纳米团簇熔化过程的分子动力学模拟

本文采用分子动力学结合嵌入原子多体势,模拟了不同半径的Ni纳米团簇的升温熔化过程,研究团簇尺寸对熔点和表面能的影响.模拟结果表明:团簇的熔点显著低于体材料的熔点.团簇熔化的过程首先是在团簇的表面出现预熔,然后向团簇内部扩展,直到整个团簇完全熔为液态.在模拟的纳米尺度范围内,团簇的熔点与团簇尺寸基本成线性关系.团簇的表面能随着团簇尺寸的增大而减小,而且表面能均高于体材料的表面能.     

铝纳米颗粒的热物性及相变行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了纳米金属铝在粒径为0.8-3.2 nm 时的熔点、密度和声子热导率的变化, 研究了粒径为1.6 nm的铝纳米颗粒的密度、比热和声子热导率随温度的变化. 采用原子嵌入势较好地模拟了纳米金属铝的热物性及相变行为, 根据能量-温度曲线和比热容-温度曲线对铝纳米颗粒的相变温度进行了研究, 并利用表面能理论、尺寸效应理论对铝纳米颗粒熔点的变化进行了分析. 随着纳米粒径的不断增大, 铝纳米颗粒的熔点呈递增状态, 当粒径在2.2-3.2 nm时, 熔点的增幅减缓, 但仍处于递增趋势. 随着纳米粒径的增大, 铝纳米颗粒的密度呈单调递减, 热导率则呈线性单调递增, 且热导率的变化情况符合声子理论. 随着温度的升高, 粒径为1.6 nm的铝纳米颗粒的密度、热导率均减小. 该模拟从微观原子角度对纳米材料的热物性进行了研究, 对设计基于铝纳米颗粒的相变材料具有指导意义.     

Effect of voids and pressure on melting of nano-particulate and bulk aluminum

Molecular dynamics simulations are performed using isobaric–isoenthalpic (NPH) ensembles to study the effect of internal defects in the form of voids on the melting of bulk and nano-particulate aluminum in the size range of 2–9 nm. The main objectives are to determine the critical interfacial area required to overcome the free energy barrier for the thermodynamic phase transition, and to explore the underlying mechanisms for defect-nucleated melting. The inter-atomic interactions are captured using the Glue potential, which has been validated against the melting temperature and elastic constants for bulk aluminum. A combination of structural and thermodynamic parameters, such as the potential energy, Lindemann index, translational-order parameter, and radial-distribution functions, are employed to characterize the melting process. The study considers a variety of void shapes and sizes, and results are compared with perfect crystals. For nano aluminum particles smaller than 9 nm, the melting temperature is size dependent. The presence of voids does not impact the melting properties due to the dominancy of nucleation at the surface, unless the void size exceeds a critical value beyond which lattice collapse occurs. The critical void size depends on the particle dimension. The effect of pressure on the particulate melting is found to be insignificant in the range of 1–300 atm. The melting behavior of bulk aluminum is also examined as a benchmark. The critical interfacial area required for the solid–liquid phase transition is obtained as a function of the number of atoms considered in the simulation. Imperfections such as voids reduce the melting point. The ratio between the structural and thermodynamic melting points is 1.32. This value is comparable to the ratio of 1.23 for metals like copper.     

Dual structural transition in small nanoparticles of Cu-Au alloy

Cu-Au alloy nanoparticles are known to be widely used in the catalysis of various chemical reactions as it was experimentally defined that in many cases the partial substitution of copper with gold increases catalytic activity. However, providing the reaction capacity of alloy nanoparticles the surface electronic structure strongly depends on their atomic ordering. Therefore, to theoretically determine catalytic properties, one needs to use a most real structural model complying with Cu-Au nanoparticles under various external influences. So, thermal stability limits were studied for the initial L1₂ phase in Cu₃Au nanoalloy clusters up to 8.0 nm and Cu-Au clusters up to 3.0 nm at various degrees of Au atom concentration, with molecular dynamics method using a modified tight-binding TB-SMA potential. Dual structural transition L1₂?→?FCC and further FCC?→?Ih is shown to be possible under the thermal factor in Cu₃Au and Cu-Au clusters with the diameter up to 3.0 nm. The temperature of the structural transition FCC?→?Ih is established to decrease for small particles of Cu-Au alloy under the increase of Au atom concentration. For clusters with this structural transition, the melting point is found to be a linear increasing function of concentration, and for clusters without FCC?→?Ih structural transition, the melting point is a linear decreasing function of Au content. Thus, the article shows that doping Cu nanoclusters with Au atoms allows to control the forming structure as well as the melting point.     

高压下金属铌熔化曲线的分子动力学模拟

铌作为一种高熔点的金属,广泛应用于制作合金材料. 铌的高温高压熔化曲线对于铌基合金的实际应用具有重要影响,但目前还未被成功研究. 本文中,我们采用铌目前已有的嵌入原子相互作用势函数（EAM）,通过经典的分子动力学方法,模拟了铌的熔化曲线. 两相法和改进Z方法的熔化曲线几乎完全一致,与Z方法的结果稍有差异. 我们也比较了尺寸效应对铌熔化曲线的影响. 我们认为,铌的现有的势函数描述其高压特性时不再适合,后续需要构建精确的温度和压强依赖的相互作用势函数来研究铌的高压特性.     

银纳米团簇负热容现象的分子动力学模拟

采用分子动力学方法和嵌入原子法(EAM)多体势函数,模拟研究了银纳米团簇在不同温度直到熔化过程中的结构变化,得到了体系能量和热容量随温度的变化关系.结果显示:银纳米团簇在临近熔点附近出现了负热容现象.研究了弛豫后银纳米团簇的稳态结构变化及其在不同时刻结构的演变过程.结果表明:产生负热容现象的主要原因是纳米团簇在熔点附近,结构发生了巨大的变化,形成由{111}和{100}面围成的结构十分稳定和能量更低的多面体.     

On the size dependence of the heats of melting of metal nanoclusters

The size dependence of the heats of melting of transition metal nanoclusters (Ni, Au, Cu and Ag) is investigated using two alternative methods of computer simulation (isothermal molecular dynamics and Monte Carlo). Au and Cu nanoclusters are subjected to more detailed study over a wide range of their sizes. The heats of melting are shown to fall along with nanocluster size and to tend in some approximation to a linear dependence on inverse particle radii.