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     

纳米铜团簇凝结规律的分子动力学研究

采用分子动力学方法对包含147，309和561个原子数的液态纳米铜团簇凝结过程进行模拟研 究，结果表明降温速率及团簇原子数对凝结得到常温下的固态团簇结构有重要影响：在模拟 时间内，降温速度越慢，团簇原子数越少，凝结得到铜团簇越倾向生成二十面体结构，反之 则倾向生成面心立方结构.同时探讨了该现象的物理机理. 关键词： 铜团簇 凝结 结构 分子动力学     

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。     

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.     

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.     

金属钛中氦团簇融合的分子动力学模拟

运用分子动力学方法研究了金属钛中氦的扩散聚集行为.在300—800K的温度范围内,模拟了钛基底中氦团簇之间的融合过程.研究发现,温度的升高会加快氦团簇的融合.在300—800K,融合后的氦团簇在所模拟的时间尺度内三维结构保持不变.模拟结果还表明,常温下氦团簇之间的吸引力是导致氦团簇融合的重要因素. 关键词： 氦团簇 团簇融合 分子动力学模拟     

银纳米杆高温熔化断裂弛豫性能的原子级模拟研究

采用分子动力学模拟方法,研究了不同长度银纳米杆在不同温度弛豫过程中的结构演变过程.结果表明:银纳米杆存在一与杆长相关的临界熔断温度,该临界熔断温度随杆长增加而显著降低.当温度大于熔点而小于临界熔断温度时,体系形成一个高度无序的球形团簇,而温度大于临界熔断温度时,体系则熔断成两个球形团簇.并给出了银纳米杆的产生该熔断现象的机理. 关键词： 纳米杆 分子动力学 弛豫 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.     

C36团簇自组装的分子动力学研究

提出了利用C36团簇在气相条件下自组装制备新纳米团簇的设想，并利用分子动力学方法模 拟了包括真实氦气氛作用的碳团簇生长过程，发现环境气体温度是影响最后所生成的团簇结 构的关键因素：C36团簇在1000?K到2000?K的温度范围内，自组装形成保持C36线径特征的 蚕茧状新纳米团簇；在高于2000?K的温度下，最后形成的团簇趋于球状. 关键词： 分子动力学模拟 纳米碳团簇     

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。     

纳米MgO掺杂聚乙烯微观特性的分子动力学模拟研究

电力系统高压电缆的主要绝缘材料为聚乙烯,为了提升聚乙烯的热稳定性以及减弱水分对其的渗透能力,采用纳米MgO掺杂聚乙烯,利用分子动力学模拟方法建立包含低密度聚乙烯(LDPE)、不同颗粒半径的MgO纳米团簇以及相同质量分数水分的复合模拟模型.研究结果表明,水分会降低复合体系的玻璃化温度,MgO的掺杂则会提高复合体系的玻璃化温度,减弱聚乙烯分子链的运动并减小复合体系的自由体积,使得复合体系结构更加稳定,从而增强了聚乙烯材料的热稳定性能.此外发现水分子的扩散随着温度的上升而增大,纳米MgO的添加会与水分子形成氢键抑制水分子的扩散,同时自由体积的缩减使水分子的溶解度系数与扩散系数都减小,导致水分子的渗透能力减弱,更难以渗透进聚乙烯材料破坏其结构.研究结果可为聚乙烯的水树枝生长以及老化过程的抑制提供有益的参考.     

Calculation of thermodynamic properties of Ni nanoclusters via selected equations of state based on molecular dynamics simulations

We present an approach for constant-pressure molecular dynamics simulations. This approach is especially designed for finite systems, for which no periodic boundary condition applies. A molecular dynamics (MD) simulation for Ni nanoclusters is used to calculate their pressure–volume–temperature (p–v–T) data for the temperature range 200 K≤T≤400 K, and pressures up to 600 kbar. Isothermal sets of p–v–T data were generated by the simulation; each set was fitted by three equations of state (EoSs): Linear Isotherm Regularity-II (LIRII), Birch–Murnaghan (BM), and EOS III. It is found that the MD data are satisfactorily reproduced by the EoSs with reasonable precision. Some features of the EoSs criteria, such as the temperature dependences of the coefficients, the isothermal bulk modulus and its pressure derivative at the zero-pressure limit, and isobaric thermal expansion for Ni nanoclusters, are investigated. We have found that same EoSs are valid for both bulk Ni and Ni nanoclusters, but with different values of the parameters, which depend on the cluster size and temperature. An increase in bulk modulus with decrease of cluster size can be observed. Also, an increase in isobaric expansion coefficient with decrease of cluster size has been found.     

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.     

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     

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.     

Copper nanocluster diffusion in carbon nanotube

The diffusion of copper nanocluster in carbon nanotube was investigated using a classical molecular dynamics simulation and three empirical potential functions. The results indicated a growth mechanism of the copper-filled ultra-thin carbon nanotubes: the copper nanoclusters inserted into carbon nanotubes swiftly migrate along the tube axis, and then the copper nanowires grow in the ultra-thin carbon nanotubes. Periodic energy barriers in the carbon nanotubes induced the directional movement of copper nanoclusters in the carbon nanotubes. The diffusion speeds of copper nanocluster in the carbon nanotube showed the Arrherius relation.     

Application of XAFS spectroscopy to studying the microstructure and electronic structure of quantum dots

Variations in the microscopic structural parameters of semiconductor nanoclusters (interatomic distances, coordination numbers, and types of neighboring atoms) under variation of the preparation conditions of Ge/Si, GaN/AlN, and InAs/AlAs heterostructures are determined by the EXAFS-and XANES spectroscopy methods. The effect of preparation conditions on interphase diffusion and structure parameters in semiconductor nanoclusters is revealed. The effect of the temperature of synthesis at different stages, the substrate orientation and pretreatment, the composition of the molecular beam (in particular, the presence of Ge⁺ cations) on the local composition of nanostructures is studied. Relations between the size and shape of nanoparticles and their local spatial characteristics (interatomic distances, stoichiometric composition, and phase boundary characteristics) are examined.     

Anomalous temperature dependence of diffusion in crystals in time-periodic external fields

The features of the diffusion of particles under the action of an external periodic force in a crystal lattice have been studied using computer simulation. It has been shown that the temperature dependence of the diffusion coefficients is anomalous. Diffusion can increase with a decrease in the temperature in some temperature intervals. The positions and widths of these intervals depend on the frequency of the external field. It has been found that the diffusion coefficient in the presence of a periodic external field can be more than nine orders of magnitude larger than the usual diffusion coefficient at the same temperature. The physical reasons for this anomaly have been analyzed.     

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.