On the applicability of the continuum approach to describe the evolution of hollow nanoparticles

Main Article Content

Т. В. Запорожець

Abstract

Instability manifestations of spherical and cylindrical hollow nanoparticles in three-dimensional atomistic Monte Carlo models were analyzed. The Rayleigh Plateau instability of the cylindrical pores is demonstrated. A criterion for the transition from the atomistic to the phenomenological description of a spatial continuum approximation (excluding surface faceting) in the centrally symmetric case of void formation is proposed.

Article Details

Section
Materials Physics

References

1. Yin Y., Rioux R. M., Erdonmez C. K., Hughes S., Somorjai G. A. and Alivisatos A. P. Formation of Hollow Nanocrystals Through the Nanoscale Kirkendall Effect // Science. – 2004. – V. 304, №5671. – P. 711-714.
2. Aldinger F. Controlled porosity by an extreme Kirkendall effect // Acta Metall. – 1974. – V. 22, No7. – P. 923-928.
3. Гегузин Я. Е. Диффузионная зона. – М.: Наука, 1979. – 343с.
4. Wang C. M., Baer D. R., Thomas L. E., Amonette J. E., Antony J., Qiang Y., Duscher G. Void Formation during Early Stages of Passivation: Initial Oxidation of Iron Nanoparticles at Room Temperature // J. Appl. Phys. – 2005. – Vol. 98, No 9. – P. 094308-7.
5. Yin Y., Erdonmez C.K.,Cabot A., Hughes S., Alivisatos A. P. Colloidal Synthesis of Hollow Cobalt Sulfide Nanocrystals // Advanced Functional Materials. – 2006. – V. 16. – P. 1389-1399.
6. Fan H.J., Knez M., Scholz R., Hesse D., Nielsch K., Zacharias M., and Gösele U. Influence of Surface Diffusion on the Formation of Hollow Nanostructures Induced by the Kirkendall Effect: The Basic Concept // Nano Lett. – 2007. – V. 7(4). – P. 993-997.
7. Nakamura R., Lee J-G., Mori H., Nakajima H. Oxidation behaviour of Ni nanoparticles and formation process of hollow NiO // Phil. Mag. – 2008. – V. 88. – P. 257-264.
8. Glodán G, Cserháti C, Beszeda I, Beke D.L. Production of hollow hemisphere shells by pure Kirkendall porosity formation in Au/Ag system // Applied Physics Letters. – 2010. – V. 97. – P. 113109.
9. Glodán G., Cserháti C., Beke D.L. Temperature-dependent formation and shrinkage of hollow shells in hemispherical Ag/Pd nanoparticles // Phil. Mag. – 2012. – V. 92. – P. 3806-3812.
10. Medford J. A., Johnston-Peck A. C.,Tracy J. B. Nanostructural transformations during the reduction of hollow and porous nickel oxide nanoparticles // Nanoscale. – 2013. – V. 5. – P. 155-159.11. Xu H. L., Wang W. Z. Template Synthesis of Multishelled Cu2O Hollow Spheres with a Single-Crystalline Shell Wall // Angew. Chem. – 2007. – Vol. 119, No 9. – P. 1511-1514.
12. Nakamura R., Tokozakura D., Lee J-G., Mori H., Nakajima H. Shrinking of hollow Cu2O and NiO nanoparticles at high temperatures // Acta Mater. – 2008. – Vol. 56. – P. 5276-5284.
13. Tu K. N., Gösele U. Hollow nanostructures based on the Kirkendall effect: Design and stability considerations // Appl. Phys. Lett. – 2005. – V. 86. – P. 093111.
14. Gusak A.M., Zaporozhets T.V., Tu K.N. and Gösele U. Kinetic analysis of the instability of hollow nanoparticles // Phil. Mag. – 2005. – V. 85. – P. 4445-4464.
15. Запорожец Т. В. А. М. Гусак, О. Н. Подолян Эволюция пор в нанооболочках – конкуренция прямого и обратного эффектов Киркендалла, эффектов Френкеля и Гиббса-Томсона (феноменологическое описание и компьютерная симуляция). Обзор. // Успехи физики металлов. – 2011. – Том 12. – С. 1-72.
16. Gusak A. M., Zaporozhets T. V. Hollow nanoshell formation and collapse in binary solid solutions with large range of solubility // J. Phys.: Condens. Matter. – 2009. – V. 21. – Р. 415303-415313.
17. Gusak A. M., Hodaj F., Zaporozhets T. V. Thermodynamics of void nucleation in nanoparticles // Philos. Mag. Lett. – 2011. – Vol. 91, No 12. – P. 741-750.
18. Подолян О. М., Запорожець Т. В. Формування та стягування порожнин у нанодротинках – дві стадії єдиного процесу // УФЖ. – 2011. – Том 56, №9. – C. 933-943.
19. Подолян О. М., Запорожець Т. В., Гусак А. М. Еволюція пор при реакційній дифузії у сферичних та циліндричних наночастинках // УФЖ. – 2013. – Том 58, №2. – C.171-181.
20. Чернов А.А. Слоисто-спиральный рост кристал лов// УФН. – 1961. – Т. 73. – С. 277.
21. Garnett E. C., Cai W., Cha J. J., Mahmood F., Connor S. T., Christoforo M. G., Cui Y., McGehee M. D., Brongersma M. L. Self-limited plasmonic welding of silver nanowire junctions // Nature Materials. – 2012. – V. 11. – P. 241–249.
22. Бондаренко В. В., Осипенко Я. Ю., Пасічний М. О., Запорожець Т. В. Дослідження атомістичним методом Монте-Карло нестійкості нанодротинок на контактах з’єднань // Вісник Черкаського університету. – 2012. – Том 229. – С. 47-58.
23. Nakamura R., Tokozakura D., Nakajima H., Lee J.-G., Mori H. Hollow oxide formation by oxidation of Al and Cu nanoparticles // J. Appl. Phys. – 2007. – V. 101. – P. 074303-7.
24. d'Heurle F. M., Gas P. , Philibert J. Diffusion – Reactions: the ordered Cu3Au rule and its corollaries // Solid State Phenomena. – 1995. – V. 41. – P. 93-102.
25. Tu K. N., Gusak A. M. Kinetics in Nanoscale Materials. – Berlin: Wiley VCH, 2014. – 312 р.