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

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.


Keywords


void formation; nanoparticles; Gibbs–Thomson effect; vacancies; instability

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.


Full Text: PDF (Українська)
Archive
2013 16
2014 16
2015 16
2016 1
2017 1
2018 1
2019

1

User

Language

Journal Content

Browse