Исследование структурных и термодинамических характеристик наночастиц на основе метода среднего поля и компьютерного моделирования
Диссертация
Вместе с тем, учитывая новизну применения метода самосогласованного поля к наночастицам, приближенный характер этого метода, а также практически полное отсутствие экспериментальных данных о структурных характеристиках наночастиц, теоретическое рассмотрение малых объектов на основе метода самосогласованного поля было дополнено применением молекулярно-динамического компьютерного эксперимента… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. Различные теоретические подходы к статистической термодинамике малых объектов
- 1. 1. Термодинамика Гиббса (метод поверхностных фаз Гиббса)
- 1. 2. Метод Хил л а
- 1. 3. Концепция капиллярных эффектов II рода. Термодинамическая теория возмущения
- 1. 4. Метод функционала плотности
- 1. 5. Исследования малых объектов на основе методов компьютерного моделирования
- 1. 51. Метод молекулярной динамики 2 В
- 1. 52. Метод Монте-Карло
- 1. 6. Экспериментальное изучение структуры нанообъектов и граничных слоев
Список литературы
- Poico М.К., Уильяме P.C., Аливисатос П. Нанотехнология в ближайшем десятилетии. -М.: Мир, 2002, -292 с.
- Русанов А.И. Нанотермодинамика: химический подход. //Рос.хим.ж., 2006. Т. L, № 2, С. 145−151.
- Булер П. П. Нанотермодинамика. -СПб.: Янус, 2004, -171 с
- Rajagopal А. К., Pande С. S., and Sumiyoshi Abe Nanothermodynamics A generic approach to material properties at nanoscale // Nanoscale materials: From Science to Technology. Workshop, Puri. India, April 5−8, 2004, P. 1−8.
- Hill T. L., Thermodynamics of Small Systems. Dover Publications, Inc. 2002 408 p.
- Antonietti M. //Chem.-Ing.-Techn. 1996, Bd. 68, N5, S. 518.
- Тананаев И.В., Федоров В. Б., Малюкова Л. В., Коробов Ю. А., Капитанов E.B. //ДАН. Т. 283, № 6, 1985, С. 1364−1367.
- Гиббс Дж. В. Термодинамические работы. М. Л.: ГИТТЛ, 1950, С. 303 305.
- Щербаков Л.М. Оценка избыточной свободной энергии малых объектов. // Исследования в области поверхностных сил. М.: Наука, 1964, С. 17−25.
- Ю.Новоселов А. Р. Размерные эффекты в термодинамике микрогетерогенных систем: Дисс. канд. физ.-мат. Наук. -Калинин, 1987, -153 с,
- П.Лебедев A.B. Термодинамическое моделирование первичного акта смачивания поверхности твердого тела малыми каплями жидкости: Дисс. канд. физ.-мат. наук. -Тверь, 1998, -175 с.
- Базулев А.Н. Поверхностные характеристики, структура и стабильность нанометровых микрочастиц: теория и компьютерный эксперимент: Дисс. канд. физ.-мат. наук. -Тверь, 2002.
- Сдобняков Н.Ю. Размерная зависимость поверхностного натяжения наночастиц и проблема их термодинамической устойчивости: Дисс. канд. физ.-мат. наук. -Тверь, 2003.
- Роулинсон Дж., Уидом Б. Молекулярная теория капиллярности. М.: Мир, 1986, 376 с.
- Дронников В.В. Молекулярно-динамическое моделирование растекания нанометровых капель простых и полимерных жидкостей с учетом микро- и мезоструктуры поверхности твердого тела: Дисс. канд. физ.-мат. наук. — Тверь, 2002.
- Самсонов В.М., Хашин В. А., Дронников В. В. Молекулярно-динамическое исследование структурных и термодинамических характеристик нанокапель простого флюида. //Коллоид, журн., 2008, Т. 70, № 6, С. 816 823.
- Tolman R.S. The effect of droplet size on surface tension. // J.Chem.Phys., 1949, V. 17, № 2, P. 333−340.
- Schmelzer J. The Curvature Dependence of Surface Tension of Small Droplets. // J.Chem.Soc.Faraday Trans., 1986, V. 82, P. 1421−1428.
- Koenig F.O. On the thermodynamic relation between surface tension and curvature. // J. Chem. Phys., 1950, V. l 8, P. 449.
- Ш11 T.L. Statistical thermodynamics of the transition region between two phases. 1. Thermodynamics and quasithermodynamics. //J. Chem. Phys., 1952, V.56, P. 39−50.
- Kondo S. A statistical-mechanical theory of surface tension of curved surface layer// J.Phys.SocJapan. 1955, V.10, P. 381−386.
- Tolman R.C. The superficial Density of a Matter at a Liquid Vapor Boundary. //J. Chem. Phys., 1949, V.17,P. 118.
- Kirkwood J.G., Buff F.P. The statistical mechanical theory of surface tension// J. Chem. Phys., 1949, V.17, P. 338.
- Русанов А.И. Фазовые равновесия и поверхностные явления. JL: Химия, 1967, -388 с.
- Н111 T.J. Thermodynamics of small Systems. // Journal of Chemical Physics. 1962, V.36, № 12, P.3182−3197.
- Щербаков JI.M. Общая теория капиллярных эффектов второго рода. // Исследования в области поверхностных сил. М.: Изд-во АН СССР, 1961, С. 28−37.
- Ландау Л.Д., Лифпгиц Е. М. Статистическая физика. Часть 1. М.: Наука, 1995, С. 117−120.
- Фейнман Р. Статистическая механика. М.: Мир., 1978, -407 с.
- Базулев А.Н., Самсонов В. М., Сдобняков Н. Ю. Применение термодинамической теории возмущений к расчету поверхностного и межфазного натяжений нанометровых микрокапель. //ЖФХ., 2002, Т. 76, № 11, С. 2073−2077.
- Samsonov V.M., Bazulev A.N., Muravyev S.D. Investigation of the surface tension of metal microdrops on the basis of the thermodynamic perturbation theory. Transactions of Joining and Welding Research Institute. Japan, 2001, P. 293−298.
- Samsonov. V.M., Sdobnyakov N.Yu., Bazulev A.N. Surface Tension in Small Droplets and Nanocrystals.//Russian Jornal of Physical Chemistry, 2003, V. 77, Suppl. 1. P. S158-S162.
- Evans R. Chapter 3 in Fundamentals of inhomogeneous fluids. Ed. D. Henderson. Wiley. 1992.
- Teletzke G.F., Scriven L. E., and Davis H. T. Wetting transitions: First order or second order? // Journal of Chemical Physics, 1982, V. 77, P. 5794−5798.
- Teletzke G.F., Scriven L. E., and Davis H. T. Wetting transitions: II. First order or second order? // Journal of Chemical Physics, 1983, V. 78, P. 1431−1439.
- Van der Waals. Thermodynamische Theorie der Kapillaritat Zeitschrift fur physikalische Chemie, 1984, V.12, S. 657.
- Tarazona P. Free-energy density functional for hard spheres. // Phys. Rev. A, 1985, V. 31, P. 2672−2679.
- Tarazona P. Phase equilibria of fluid interfaces and confined fluids. Non-localversus local density functionals // Mol. Phys., 1987, V. 60, P. 573−595.
- Rosenfeld Y., Levesque D., Weis J-J. Free-energy model for the inhomogeneous hard-sphere fluid mixture: Triplet and higher-order direct correlation functions in dense fluids // Journal of Chemical Physics, 1990, V. 92, P. 6818−6832.
- Rosenfeld Y. Free-energy model for the inhomogeneous hard-sphere fluid: «Closure» relation between generating functionals for «direct» and «cavity» distribution functions // The Journal of Chemical Physics, 1990, V. 93, P. 43 054 311.
- Rosenfeld Y., Schmidt M., Lowen H., Tarazona P. Fundamental-measure free-energy density functional for hard spheres: Dimensional crossover and freezing // Phys. Rev. E, 1997, V. 55, P. 4245 4263.
- Tarazona P. and Rosenfeld Y. From zero-dimension cavities to free-energy functionals for hard disks and hard spheres // Phys. Rev. E, 1997, V. 55, P. R4873 R4876.
- Tarazona P. Density Functional for Hard Sphere Crystals: A Fundamental Measure Approach // Phys. Rev. Lett., 2000, V. 84, P. 694 697.
- Yang-Xin Yu, Jianzhong Wu Structures of hard-sphere fluids from a modified fundamental-measure theory // Journal of Chemical Physics, 2002, V. 117, P. 10 156−10 164.
- Ravikovitch P. I., Vishnyakov A., Neimark A. V. Density functional theories and molecular simulations of adsorption and phase transitions in nanopores // Phys. Rev. E, 2001, V. 64, (11 602) -20 p.
- Henderson D., Solcolowski S. Hard-sphere bridge function calculated from a second-order Percus-Yevick approximation // Journal of Chemical Physics, 1995, V. 103, P. 7541−7544.
- Tang Z., Scriven L. E., Davis H. T. Density-functional perturbation theory of inhomogeneous simple fluids // Journal of Chemical Physics, 1991, V. 95, P. 2659−2668.
- Zhou S., Ruckenstein E. A new density functional approach to nonuniform Lennard-Jones fluids // Journal of Chemical Physics, 2000, V. 112, P. 52 425 243.
- Sweatman M. B. Weighted density functional theory for simple Supercritical adsorption of a Lennard-Jones fluid in an ideal split fluids: pore // Phys. Rev. E, 2001, V. 63,(31 102) -9 p.
- Zeng X.C., Oxtoby D.W. Gas-liquid nucleation in Lennard-Jones fluids. // J. Chem. Phys., 1991, V. 94, № 6, P. 4472−4478.
- Jin-Song Li, Gerald Wilemski Temperature dependence of droplet nucleation in a Yukawa fluid // Journal of Chemical Physics, 2003, V. 118, P. 2845−2852.
- Yang-Xin Yu, Jianzhong Wu Density functional theory for inhomogeneous mixtures of polymeric fluids // Journal of Chemical Physics, 2002, V. 117, P. 2368−2376.
- Roth R., Evans R., Lang A., Kahl G. Fundamental measure theory for hard-sphere revisited: the White Bear version // J.Phys.: Condens. Matter, 2002. V. 14, P. 12 063−12 078.
- Brader J. M., Dijkstra M., Evans R. Inhomogeneous model colloid-polymer mixtures: Adsorption at a hard wall // Phys. Rev. E, 2001, V.63, (41 405)-13 p.
- Roth R., Brader J, M., Schmidt M. Entropic wetting of a colloidal rod-sphere mixture // Europhys. Lett., 2003, V. 63 (4), P. 549−555.
- Groh В., Schmidt M. Density-functional theory for structure and freezing of star polymer solutions // Journal of Chemical Physics., 2001, V. 114, P. 5450−5456.
- Boublik T. Hard-Sphere Equation of State // Journal of Chemical Physics, 1970, V. 53, P. 471−472.
- Щукин Е.Д., Ющенко B.C. Молекулярная динамика смачивания. // Коллоидн. журн., 1977, Т.39, № 2, С. 331.
- Ющенко B.C., Гривцов А. Г., Щукин Е. Д. Устойчивость и динамика капли на поверхности твердого тела. // Коллоидн. журн., 1977, Т.39, № 2, С. 335.
- Берлин А.А. Имитация свойств твердых тел и жидкостей методами компьютерного моделирования // Соросовский образовательный журнал, № И, 1997.
- Allen М.Р., Tildesley D.J., Computer Simulation of Liquids. Oxford, 1990.
- Berendsen H.J.C., Postma J.P.M., van Gunsteren W.F., DiNola A., Haak J.R. Molecular dynamics with coupling to an external bath.//J. Chem. Phys., 1984, V.81,P 3684−3690.
- Andersen H.C. Molecular dynamics simulations at constant pressure and/or temperature.//J. Chem. Phys., 1980, V. 72, 2384−2393.
- Nose S. A molecular dynamics method for simulations in the canonical ensemble.//Molec. Phys., 1984, V.52, P. 255−268,
- Бродская E.H., Русанов А. И. Исследование малых систем методом молекулярной динамики 1. Энергия и молекулярная структура малых капель//Коллоид. журн., 1977, Т. 39, № 4, С. 636.
- Бродская Е.Н., Русанов А. И. Исследование малых систем методом молекулярной динамики 2. Тензор давления и поверхностное натяжение малых капель//Коллоид. журн., 1977, Т. 39, № 4, С. 646.
- Li-Jen Chen. Area dependes of the surface tension of a Lennard-Jones fluid from molekular dynamik Simulations. //Journ. Chem. Phys., 1995, V. 103, № 23, P. 10 214- 10 216.
- Nijmeijer M.J.P., Bruin C., van Woerkom A.B., Bakker A.F., van Leeuwen J.M.J. Molecular dynamics of the surfaces tension of drop //Journ. Chem. Phys., 1992, V. 96, № 1, P. 565 576.
- Витоль Э.Н. Определение зависимости поверхностного натяжения металлов от кривизны поверхности раздела фаз. //Коллоидн. журн., 1992, Т.54,№ 3,С. 21−22.
- Уингрейв А., Шехтер Р. С., Уэйд В. Х. Экспериментальное определение зависимости поверхностного натяжения от кривизны по результатам изучения течения жидкости. //Современная теория капиллярности. -JL: Химия, 1980, С. 244−273.
- Fenelonov V.B., Kodenyov G.G., Kostrovsky V.G. On the Dependence of Surface Tension of Liquids on the Liquid Vapor Interface. //Journ. Phys. Chem., B. 2001, V. 105, P. 1050 — 1055.
- Кармоков A.M. Межфазные явления в многокомпонентных растворах, соединениях и гетерогенных структурах: Дисс. докт. физ.-мат. наук, -Нальчик, 2000, -361 с.
- Быков Т. В. Исследование термодинамических характеристик малых капель в рамках метода функционала плотности: Дисс. канд. физ.-мат. наук. -Санкт- Петербург, 2001.
- Русанов А.И. Термодинамика поверхностных явлений. -Л: Изд-во Ленинградского ун-та, 1960, -180с.
- Смирнова H.A. Методы статистической термодинамики в физической химии. -М.: Высшая школа, 1982, -282с.
- Talanquer V., Oxtoby D.W. Dynamical density functional theory of gas-liquid nucleation. // J. Chem. Phys., 1994, V. 100, № 7, P. 5190−5200.
- Самсонов B.M., Хашин В. А., Сдобняков Н. Ю. Применение метода самосогласованного поля к расчету локальной плотности и поверхностного натяжения малых капель простого флюида. //Известия ВУЗОВ. Серия Физика, 2007, № 8, С. 55−61.
- Фишер И.З. Статистическая теория жидкостей. М.: Наука, 1966.
- Самсонов В.М. Условия применимости термодинамического описания высокодисперсных и микрогетерогенных систем. //ЖФХ., 2002, Т. 76, № 11, С. 2063−2067.
- Samsonov V.M., Bazulev A.N., Sdobnyakov N. Yu. On applicability of Gibbs thermodynamics to nanoparticles 11 Central European Journal of Physics, 2003, V. l, № 3, P.474−484.
- Samsonov V.M., Sdobnyakov N.Yu., Bazulev A.N. Size dependence of the surface tension and the problem of Gibbs thermodynamics extension to nanosystems // Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects., 2004, V. 239, P. 113−117.
- Rusanov A.I., Brodskaya E.N. The molecular dynamics simulation of small drop//J. Colloid Interfact Sei., 1977, V. 62, P. 542.
- Русанов А.И. Удивительный мир наноструктур. // Журн. общей химии, 2002, Т. 72, № 4, С. 532 549.
- Samsonov V.M., Muravyev S.D. and V.V. Dronnilcov Computer simulation of Evolution of Nanometric Microparticles in the Field of the Solid-Vacuum Interface. //Vacuum, 2001, V.161 2−4, P.339−344.
- Samsonov V.M., Dronnikov V.V., Volnukhina A.A., Muravyev S.D. Molecular Dynamical Simulation of Structure Formation After Nanodroplet Spreading Over Heterogeneous Surfaces// Surface Science, 2003, V. 532−535, P. 560−566.
- Скрышевский А.Ф. Структурный анализ жидкостей и аморфных тел. М.: Высшая школа, 1980.
- Викторов М.М. Методы вычисления физико-химических величин и прикладные расчеты. JI.: Химия, 1977, С. 28.
- Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука. 1963.
- Крокстон К. Физика жидкого состояния. М.: Мир, 1978. 400 с.
- Юб.Антоненко Т. И. Применение метода коррелятивных функций к расчетуповерхностных характеристик неассоциированных жидкостей: Дисс. канд. физ. мат. наук. Кишинев. 1966, -119 с.
- Shi В. Molecular dynamic simulation of the surface tension and contact angle of argon and water. Diss.D. Ph. Los Angeles: University of California, 2006. 99 p.
- Ю8.Гиршфельдер Дж., Кертис Ч., Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей. М.: И. Л., 1961, С. 179.
- Baidakov V.G., Protsenko S.P., Chernykh G.G., Boltachev G.Sh.//Physical Review E, V. 65, P 41 601−1.
- O.Reynolds W. C. Thermodynamic Properties in SI. Stanford: Standford university Press, 1979.
- Физические величины. Справочник. M.: Энергоатомиздат 1991, 99 С.
- Sdobnyakov N.Yu., Samsonov V.M. On the size dependence of the surface tension in the temperature range from the melting temperature to the critical point// Central European Journal of Physics, 2005, V. 3, No2, C. 247−257.
- Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. -М.: Наука, 1978, 35 с.
- Попель С.И. Поверхностные явления в расплавах. М.: Металлургия, 1994. 440 с.