物理学者は、真空中で2つの球状ナノ粒子の衝突をシミュレートします

ビデオ: 物理学者は、真空中で2つの球状ナノ粒子の衝突をシミュレートします

ビデオ: 金属ナノ粒子の表面プラズモン【物理化学、固体化学】 2022, 12月
物理学者は、真空中で2つの球状ナノ粒子の衝突をシミュレートします
物理学者は、真空中で2つの球状ナノ粒子の衝突をシミュレートします
Anonim
Image
Image

物理学者は、分子動力学法を使用して2つの球状ナノ粒子の衝突をモデル化し、衝突から生じる力と粒子内の原子の再分布がそれらの結晶構造によってどのように影響を受けるかを決定しました。衝突しているアモルファスナノ粒子が巨視的なナノ粒子とほぼ同じように振る舞う場合、結晶性ナノ粒子の場合、力と変形の間に線形関係があることが判明しました、科学者は王立協会の議事録Aに書いています。

外部の機械的応力への応答は、ナノ粒子からなる材料を含むほとんどの材料の重要な特性です。複数のナノ粒子が互いに接触または衝突したときに発生する力を変えることにより、ナノシステムの自己組織化のプロセスを制御したり、それらの表面特性を変化させたり、エネルギーを目的の場所に伝達したりできます。ほとんどのナノ粒子は、ほとんどエネルギーを失うことなく、非常に弱く変形することなく、ほぼ弾性的に互いに衝突することが知られていますが、場合によっては、短い接触でも粒子内の原子の空間分布に影響を与え、エネルギーの顕著な再分配につながる可能性がありますこの衝突の結果として。ナノ粒子の衝突で特に興味深いのは、ナノ粒子に対する個別の原子構造の影響であり、その結果、接触相互作用の力は、巨視的な弾性物体の同様の力とはかなり異なる可能性があります。それにもかかわらず、サイズが数ナノメートルの2つの衝突するナノ粒子の相互作用はまだ詳細に研究されていません。

2つのナノ粒子が衝突するときに発生する接触力を決定するために、ニューヨーク州立大学バッファロー校の高藤洋一が率いる日米の物理学者チームが、分子動力学法を使用してそのような衝突をモデル化しました。このモデルの各原子はボールとして表され、レナードジョーンズポテンシャルの修正された形式によって記述された特定の法則に従って、同じ種類の他のボールと相互作用します。これらの原子の数百は、真空中で互いに衝突したアモルファスまたは結晶性の粒子でした。

合計で、3つの衝突がモデル化されました:顕著な結晶構造のない2つのアモルファス粒子間、平らな面の1つに沿って衝突する2つの結晶ナノ粒子間、または2つの類似した結晶粒子間、しかし無秩序なエッジで互いに衝突する。粒子サイズはさまざまでしたが、すべての場合で10ナノメートルを超えませんでした。

Image
Image

同じ粒子の別のものと衝突したときの結晶性ナノ粒子の構造の変化。現在2番目の粒子の原子と接触している原子は青色で示されています。

Image
Image

同じ粒子の別の粒子と衝突したときのアモルファスナノ粒子の構造の変化。現在2番目の粒子の原子と接触している原子は青色で示されています。

衝突中に粒子に作用する力の測定は、無秩序なエッジでのアモルファス粒子または結晶粒子の相互の衝突が、巨視的な物体の接触で発生するものと完全に類似した非線形応力の出現につながることを示しています。古典的なヘルツの公式。 2つの結晶性ナノ粒子が規則正しい結晶面に沿って衝突すると、変形と力の間に線形関係を持つ弾性接触が形成されます。科学者によると、将来的には、このような線形接触を使用して、運動エネルギーを実質的に損失することなく効率的に貯蔵または再分配できるコーティングを作成することができます。

科学者たちは、衝突中のナノ粒子内の各原子の変位を評価することにより、2つのアモルファス粒子の衝突中のエネルギー散逸のメカニズムを研究しました。衝突速度が速い場合でも、原子の表面層はわずかしか変位せず、圧倒的多数が衝突前と同じ位置にとどまっていることがわかりました。

Image
Image

衝突中のアモルファス粒子内の原子の変位。ゼロオフセットは青、赤は最大です

科学者によると、彼らの結果は、ナノ粒子の使用に基づいてデバイスをより正確に設計するのに役立ちます。まず第一に、これは、機械的動作中に吸収されたエネルギーのシェアを正確に制御することが重要なデバイスに関係します-エネルギーが接触時に完全に保存されるか、逆に、外部の影響を抑制して放散するかどうか。

さまざまな物体が衝突するときに発生するプロセスは、科学者による研究の対象になることがよくあります。たとえば、最近の研究で、物理学者は、水滴と金属球が互いに衝突したときに、異常な円錐形の破裂の形成を発見しました。

トピックによって人気があります

人気の投稿