ФИЗИКА
УДК 539.2
О. С. Е р к о в и ч, С. В. П ы р л и н
ЭЛЕКТРОННЫЙ ВКЛАД В ИЗБЫТОЧНУЮ
ЭНЕРГИЮ НАНОЧАСТИЦ МЕТАЛЛОВ
И СПЛАВОВ
Рассмотрено изменение энергии сферических наночастиц метал-
лов по сравнению с объемным образцом. В расчетах использован
метод функционала электронной плотности в рамках моделей од-
нородного ионного фона и бесструктурного псевдопотенциала. По-
лучено приближенное соотношение для оценки его составляющей,
связанной с релаксацией электронного газа вблизи поверхности, в
широком диапазоне размеров частиц. Представленные данные сви-
детельствуют о заметном повышении электронного вклада при
радиусе частиц менее 10 нм по сравнению с массивом металла.
Ключевые слова:
наночастица, металл, избыточная энергия, электрон-
ная плотность, функционал плотности.
Активное взаимодействие ультрадисперсных частиц металлов на-
нометрового диапазона размеров с различными окислителями и воз-
можность создания на их поверхности стабилизирующей пленки, раз-
рушающейся при нагреве, делает такие частицы перспективными ком-
понентами топливных смесей. Однако расчет выхода энергии при го-
рении топлив на их основе требует знания энергии, запасенной в от-
дельных наночастицах.
Как показывают экспериментальные данные [1, 2], наночастицы
обладают избыточной энергией по сравнению с массивом металла.
Заметную роль в этом может играть релаксация электронного газа
вблизи поверхности образца, так как в наносистемах приповерхност-
ные слои занимают значительную часть объема. Тогда избыток энер-
гии, заключенной в наночастице, по сравнению с энергией, которой
обладает то же количество вещества в объемном образце, можно оха-
рактеризовать разностью энергий этих двух систем, отнесенной к пло-
щади поверхности, которую для макроскопических образцов принято
называть поверхностной энергией.
Свойства малых кластеров металлов служат объектом эксперимен-
тального и теоретического рассмотрения большого числа работ, со-
держательный обзор которых можно найти в [3, 4]. Однако методы,
дающие превосходные результаты для систем с небольшим числом
одинаковых атомов и невысокими плотностями электронного газа,
оказываются малопригодными для частиц алюминия и сплавов на его
основе размером от единиц до сотен нанометров, благодаря своим ха-
рактеристикам представляющих наибольший практический интерес.
38
ISSN 1812-3368. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Естественные науки”. 2009. № 2
