Эволюция пор в нанооболочках - конкуренция прямого и обратного эффектов Киркендалла, эффектов Френкеля и Гиббса–Томсона (феноменологическое описание и компьютерная симуляция)

Abstract

Обзор включает анализ причин, движущих сил и механизмов формирования и исчезновения пор в наночастицах с замкнутой геометрией. С учётом проанализированных эффектов в рамках квазистационарного приближения предложено несколько феноменологических моделей для описания эволюции нанооболочек твёрдых растворов и интерметаллидов. Создана трёхмерная компьютерная симуляционная модель на основе метода Монте-Карло, которая позволяет исследовать на атомном уровне конкуренцию указанных эффектов, в частности, сегрегацию и её влияние на устойчивость пустотелых нанооболочек, а также влияние на характер порообразования температуры и размера частиц. Оба подхода позволяют рассматривать стадии формирования и стягивания пор как отдельно, так и в виде «единого жизненного цикла».

Огляд включає аналізу причин, рушійних сил і механізмів формування та зникнення пор у наночастинках із замкненою геометрією. З урахуванням проаналізованих ефектів у рамках квазистаціонарного наближення запропоновано декілька феноменологічних моделів для опису еволюції нанооболонок твердих розчинів та інтерметалідів. Створено тривимірний комп’ютерний модель симуляції на основі методи Монте-Карло, який уможливлює досліджувати на атомовому рівні конкуренцію зазначених ефектів, зокрема, сеґреґацію та її вплив на стійкість порожнистих нанооболонок, а також вплив на характер пороутворення температури та розміру частинок. Обидва підходи уможливлюють розглядати стадії формування і стягування пор як окремо, так і у вигляді «єдиного життєвого циклу».

The review consists of analysis of causes, driving forces, and mechanisms of formation and shrinkage of pores within the nanoparticles with a closed geometry. Taking into account the effects analysed within the scope of quasistationary approximation, several phenomenological models are proposed to describe the solid-solutions’ and intermetallic-compounds’ nanoshells’ evolution. A three-dimensional Monte-Carlo model, which allows simulating competition of such effects at the atomic level, in particular, segregation and its effect on the stability of hollow nanoshells, as well as the impact of both the temperature and the particle size on the pore formation, is suggested. Both approaches allow to consider the stages of formation and shrinking as separate ones or as ‘one and indivisible life-cycle’.