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.