Изменение межатомных расстояний

Переход от макротел к наночастицам приводит к некоторому изменению расстояний между атомами. При этом наблюдается как уменьшение, так и увеличение межатомных расстояний.

Установлено, что в кластерах Ag (3,1 нм), Pt (3,8 нм), Cu (0,7 нм), Au (2,5 нм) межатомное расстояние меньше соответственно на 0,7 %, 0,5 %, 2%, 0,3% по сравнению с макроразмерными образцами. При уменьшении наночастиц Ag и Аu размером от 40 до 10 нм сжатие решётки составило всего ~ 0,1%.

Для кластеров Si наблюдается увеличение межатомных расстояний на 1,1% при уменьшении размера от 10 до 3 нм.

Неоднозначность изменения межатомного расстояния может быть обусловлена несколькими причинами:

- поглощением примесей, например, молекул воды, приводящим к росту объема,

- структурными изменениями, в частности, ОЦК-ГЦК, вызывающими сжатие нанокластера,

- деформацией атомов, вызванной изменением равновесия сил притяжения и отталкивания при уменьшении числа взаимодействующих атомов в кластере,

- ошибками измерений.

Наиболее корректные результаты влияния размеров нанокластера на межатомные расстояния получают для металлических кластеров с ГЦК решёткой, у которых не происходит изменения решетки при переходе к наноразмерам. В большинстве случаев при уменьшении размера частиц до 10 нм не наблюдается уменьшения межатомных расстояний, в то время как при меньших размерах, как правило, имеет место значимое их сокращение. В частности, для двухатомных кластеров (димеров) Cu, Ni, Fea межатомные расстояния (нм) равны 0,222 (0,256), 0,2305 (0,249), 0,187 (0,248) (в скобках расстояния для макросостояния). Димер.avi

Рис. 1. Уменьшение равновесного расстояния между атомами за счет их деформации вследствие изменения равновесия сил притяжения и отталкивания при уменьшении числа взаимодействующих атомов в кластере

При рассмотрении причин изменения межатомных расстояний при переходе к наноразмерам можно указать:

- асимметрия межатомных сил действующих на атомы, находящиеся на поверхности, что вызывает уменьшение среднего межатомного расстояния в поверхностных слоях, в частности в случае димеров в наибольшей степени проявляется возможность деформации самих атомов при переходе от всестороннего сжатия атомов к одностороннему (рис.1),

- появление дополнительного объема, связанного с аморфизацией поверхностных слоев, что вызывает увеличение среднего межатомного расстояния.

Наиболее вероятным представляется одновременное влияние указанных факторов, что может привести как к уменьшению, так и увеличению среднего межатомного расстояния.