Выпуски УФМ »  Том 13, выпуск 1

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

Т. В. Запорожец, А. М. Гусак, О. Н. Подолян

Черкасский национальный университет имени Богдана Хмельницкого, бульв. Шевченка, 81, 18031 Черкассы, Украина

Получена: 15.07.2011. Скачать: PDF

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».

Ключевые слова: взаимная диффузия, нанооболочка, вакансия, пора, эффект Киркендалла, эффект Гиббса—Томсона, сегрегация.

PACS: 61.43.Gt, 61.46.Fg, 61.46.Np, 61.72.jd, 61.72.Qq, 64.75.Jk, 66.30.Pa

Citation: T. V. Zaporozhets’, A. M. Gusak, and O. M. Podolyan, Evolution of Pores in Nanoshells — a Competition of Direct and Inverse Kirkendall Effects, Frenkel and Gibbs–Thomson Effects: the Phenomenological Description and Computer Simulation, Usp. Fiz. Met., 13, No. 1: 1—70 (2012) (in Russian), doi: 10.15407/ufm.13.01.001

Цитированная литература (55)  
  1. A. D. Smigelskas and E. O. Kirkendall, Trans. AIME, 171: 130 (1947).
  2. H. Nakajima, Journal of Metals, 49, No. 6: 15 (1997).
  3. Y. Yin, R. M. Rioux, C. K. Erdonmez et al., Science, 30430: 711 (2004). Crossref
  4. C. M. Wang, D. R. Baer, L. E. Thomas et al., J. Appl. Phys., 98: 094308 (2005). Crossref
  5. Y. Yin, C. K. Erdonmez, A. Cabot et al., Adv. Funct. Mater., 16: 1389 (2006). Crossref
  6. A. Cabot, V. F. Puntes, E. Shevchenko et al., J. Am. Chem. Soc., 129, No. 34: 10358 (2007). Crossref
  7. H. J. Fan, M. Knez, R. Scholz et al., NanoLett, 7, No. 4: 993 (2007). Crossref
  8. R. Nakamura, J.-G. Lee, D. Tokozakura et al., Mater. Lett., 61: 1060 (2007). Crossref
  9. R. Nakamura, D. Tokozakura, H. Nakajima et al., J. Appl. Phys., 101: 07430 (2007).
  10. D. Tokozakura, R. Nakamura, H. Nakajima et al., Mater. Res., 22, No. 10: 2930 (2007). Crossref
  11. R. Nakamura, J.-G. Lee, H. Morix, and H. Nakajima, Philos. Mag., 88, No. 2: 257 (2008). Crossref
  12. R. Nakamura, D. Tokozakura, J.-G. Lee et al., Acta Mater., 56: 5276 (2008). Crossref
  13. R. Nakamura, G. Matsubayashi, H. Tsuchiya et al., Acta Mater., 57: 4261 (2009). Crossref
  14. K. N. Tu and U. Gösele, Applied Physics Letters, 86: 093111 (2005). Crossref
  15. A. M. Gusak, T. V. Zaporozhets, K. N. Tu, and U. Gösele, Philos. Mag., 85, No. 36: 4445 (2005). Crossref
  16. A. M. Gusak and K. N. Tu, Acta Mater., 57: 336 (2009). Crossref
  17. A. M. Gusak and T. V. Zaporozhets, J. Phys.: Condens. Matter, 21: 415303 (2009). Crossref
  18. Т. В. Запорожец, А. М. Гусак, Металлофиз. новейшие технол., 31, № 1: 1 (2009).
  19. F. Aldinger, Acta Metall., 22: 923 (1974). Crossref
  20. Я. Е. Гегузин, Диффузионная зона (Москва: Наука: 1979).
  21. Я. Е. Гегузин, Ю. И. Клинчук, Л. Н. Парицкая, Физ. мет. металловед., 43: 602 (1977).
  22. R. A. Masumura, B. B. Rath, and C. S. Pande, Acta Mater., 50: 4535 (2002). Crossref
  23. V. V. Slezov, Sov. Sci. Rev., 17, part 3: 211 (1995).
  24. K. N. Tu, J. W. Mayer, and L. C. Feldman, Electronic Thin Film Science (Amsterdam: MacMillan: 1992).
  25. R. Kirchheim, Acta Metall. Mater., 40: 309 (1992). Crossref
  26. M. A. Korhonen, P. Borgesen, K. N. Tu, and C.-Y. Li, J. Appl. Phys., 73: 3790 (1993). Crossref
  27. T. V. Zaporozhets, A. M. Gusak, K. N. Tu, and S. G. Mhaisalkar, J. Appl. Phys., 98: 103508 (2005). Crossref
  28. A. T. Huang, A. M. Gusak, K. N. Tu, and Yi-Shao Lai, Appl. Phys. Lett., 88: 141911 (2006). Crossref
  29. K. П. Гуров, A. M. Гусак, Физ. мет. металловед., 59: 1062 (1985).
  30. A. M. Gusak and K. P. Gurov, Proceedings of PTM-94 (USA: 1994), p. 1133.
  31. A. M. Gusak, S. V. Kornienko, and G. V. Lutsenko, Defects and Diffusion Forum, 264: 109 (2007).
  32. G. B. Stephenson, Acta Metall., 10: 2663 (1988). Crossref
  33. M. J. H. van Dal, A. M. Gusak, C. Cserhati et al., Phys. Rev. Lett., 86: 3352 (2001). Crossref
  34. F. H. Van Dal, A. M. Gusak, C. Cserhati et al., Philos. Mag. A, 82, No. 5: 943 (2002). Crossref
  35. A. Kodentsov, A. Paul, M. J. H. Van Dal et al., Crit. Rev. Solid State Mater. Sci., 33: 210 (2008). Crossref
  36. A. D. Marwick, J. Phys. F, 8: 1849 (1978). Crossref
  37. A. D. Marwick, J. Nucl. Mater., 135: 68 (1985). Crossref
  38. A. В. Назаров, K. П. Гуров, Физ. мет. металловед., 37: 496 (1973).
  39. A. V. Evteev, E. V. Levchenko, I. V. Belova, and G. E. Murch, Philos. Mag., 88: 1525 (2008). Crossref
  40. A. V. Evteev, E. V. Levchenko, I. V. Belova, and G. E. Murch, Philos. Mag., 87: 3787 (2007). Crossref
  41. A. V. Evteev, E. V. Levchenko, I. V. Belova, and G. E. Murch, Defect and Diffusion Forum, 277: 21 (2008).
  42. A. M. Gusak, T. V. Zaporozhets, Yu. O. Lyashenko et al., Diffusion-Controlled Solid State Reactions in Alloys, Thin Films, and Nanosystems (Berlin: Wiley–VCH: 2010). Crossref
  43. W. R. A. Johnson and P. J. White, Phys. Rev. B, 18: 2939 (1978). Crossref
  44. T. Pabisiak and A. Kiejna, Solid State Commun., 144: 324 (2007). Crossref
  45. Т. В. Запорожець, Вісник Черкаського університету, 141: 103 (2008).
  46. J. R. Manning, Am. J. Phys., 36, No. 10: 922 (1968). Crossref
  47. А. M. Gusak and M. V. Yarmolenko, J. Appl. Phys., 73, No. 10: 4881 (1993). Crossref
  48. F. Hodaj and A. M. Gusak, Acta Mater., 52: 4305 (2004). Crossref
  49. Дж. Кристиан, Теория превращений в металлах и сплавах (Москва: Мир: 1978).
  50. M. O. Pasichnyy, G. Schmitz, A. M. Gusak, and V. Vovk, Phys. Rev. B, 72: 014118 (2005). Crossref
  51. G. Glodan, C. Cserhati, I. Beszeda, and D. L. Beke, Appl. Phys. Lett., 97: 113109 (2010). Crossref
  52. G. Glodan, C. Cserhati, I. Beszeda, and D. L. Beke, DIMAT 2011 (Dijon, France), abstract O1.4.
  53. О. М. Подолян, Т. В. Запорожець, Укр. фіз. ж., 56, № 9: 929 (2011).
  54. Т. В. Запорожець, О. М. Подолян, А. М. Гусак, , Металлофиз. новейшие технол., 34, № 1: 111 (2012).
  55. A. M. Gusak, F. Hodaj, and T. V. Zaporozhets, Philos. Mag. Lett., 91, No. 12: 741 (2011). Crossref
Цитируется (1)
  1. O.A. Molebnyi, A.L. Berezina and A.V. Kotko, Acta Phys. Pol. A 128, 564 (2015).

© 2013–2018 «ИМФ НАН Украины»