Оценка вероятности образования долгоживущего димера меди в двухчастичном столкновении на основе молекулярно-динамического моделирования

Аннотация

Знание механизмов зарождения, роста и дальнейшего развития наночастиц важно для оптимизации методов их производства. Большинство методов производства наночастиц подразумевает самосборку из жидкой или газообразной фазы. Начальный этап гомогенной нуклеации из атомарного пара в значительной степени определяет конечное распределение частиц по размерам, что обусловливает актуальность его исследования. В данной работе проведен статистический анализ результатов молекулярно-динамического моделирования нуклеации паров металла (Cu) в атмосфере инертного газа (Ar). Рассмотрены особенности начальной стадии нуклеации с целью оценки вероятности роста двухатомных молекул (Cu₂) в пересыщенной неравновесной среде. Показано, что в результате столкновения двух атомов металла может образоваться неустойчивый димер, время существования которого сравнимо со временем между соударениями атомов металла. По результатам статистического анализа оценена дифференциальная вероятность образования долгоживущего неустойчивого димера в двухчастичных взаимодействиях в зависимости от значения энергии сталкивающихся частиц в системе их центра масс. Интегрирование дифференциальной вероятности по всем энергиям с учетом теоретического распределения атомов меди по энергии при заданной температуре позволило получить интегральную оценку вероятности образования долгоживущего димера в столкновении Cu-Cu. Обнаружилось, что при увеличении температуры в диапазоне 300–1500 К вероятность образования уменьшается от 0,86 % до 0,16 %.