IDENTIFICATION OF COMPLEX CORE-SHELL NANOSTRUCTURES FROM THE RADIAL DISTRIBUTIONS OF THE LOCAL DENSITY OF COMPONENTS

Abstract

Работа посвящена обоснованию и дальнейшему развитию подхода к анализу мезоскопической и интегральной структуры бинарных металлических наночастиц по радиальным распределениям локальной плотности компонентов. В качестве примера рассмотрены распределения локальной плотности Ni и Al, полученные с использованием результатов молекулярно-динамического моделирования бинарных наночастиц Ni-Al с исходным однородным распределением компонентов и икосаэдрических наноструктур ядро-оболочка Ni@Al. Оба паттерна демонстрируют сегрегацию атомов Al в ходе релаксации и последующей закалки исходных конфигураций, содержащих 5000 атомов в соотношении 1:1 (радиус наночастиц 3 нм). В процессе закалки температура наночастиц уменьшалась от 1000 К до 0,01 К с низкой для атомистического моделирования скоростью охлаждения. Экспериментально бинарные наночастицы Ni-Al радиуса порядка 100 нм (76Ni:24Al ат.%) были синтезированы методом электровзрыва проволок. Представлены и проанализированы экспериментальные распределения интенсивностей, полученных по данным энергодисперсионного анализа при воздействии электронного пучка. Эти распределения в большей степени соответствуют начальным конфигурациям в молекулярно-динамических экспериментах, т.е., очевидно, являются неравновесными. Вместе с тем, сделан вывод, что и конечные молекулярно-динамические конфигурации также не являются в полной степени равновесными. The paper is devoted to the substantiation and further development of the approach to the analysis of the mesoscopic and integral structure of binary metal nanoparticles from the radial distributions of the local density of the components. As an example, the local density distributions of Ni and Al obtained using the results of molecular dynamics modeling of binary Ni-Al nanoparticles with an initial uniform distribution of components and Ni@Al core-shell icosahedral nanostructures are considered. Both patterns demonstrate the surface segregation of Al atoms during relaxation and subsequent quenching of the initial configurations containing 5000 atoms in 1:1 ratio (nanoparticle radius 3 nm). During cooling, the temperature of the nanoparticles decreased from 1000 K to 0,01 K with a low for atomistic simulation cooling rate. Experimentally binary Ni-Al nanoparticles with a radius of about 100 nm (76Ni:24Al at.%) were synthesized by the wire electric explosion. The experimental intensity distributions obtained from the data of energy-dispersive analysis under the action of an electron beam are presented and analyzed. These distributions correspond to a greater extent to the initial configurations in our molecular dynamics experiments, i.e., they are obviously nonequilibrium. At the same time, it was concluded that the final molecular dynamic configurations are also not entirely equilibrium.