ЗАСТОСУВАННЯ КОНЦЕПЦІЇ БАЛІСТИЧНИХ СТРИБКІВ ДО МОДЕЛЮВАННЯ ВИДОВЖЕНИХ НАНОСТРУКТУР

Анотація

У роботі представлено та детально обґрунтовано узагальнений теоретичний підхід до опису складних процесів нуклеації, формування та подальшої структурної еволюції анізотропних наноструктур у суттєво нерівноважних фізико-хімічних системах. В основу запропонованої концепції покладено ідею про балістичні стрибки атомів, що виникають під інтенсивним зовнішнім впливом. Зокрема, модель розрізняє два типи таких елементарних актів: внутрішньокристалічні стрибки, що зумовлюють локальну перебудову ґратки, та процеси примусового виривання атомів із поверхневих шарів кристалічної структури під дією зовнішніх факторів нетермічної природи.

Запропонована теоретична модель дозволяє встановити прямий кількісний зв’язок між макроскопічними параметрами системи та мікроскопічними механізмами розпаду пересичених розчинів, обмеженої розчинності фаз та кінетикою росту видовжених нанооб’єктів. Ключовим фактором виступає анізотропна ерозія різних кристалографічних граней, що стає домінуючим процесом у мовах сильного механічного збурення, наприклад, при інтенсивному перемішуванні середовища. Такий підхід дає змогу пояснити, чому за певних динамічних умов швидкість від’єднання структурних одиниць від різних граней стає неоднаковою, що призводить до порушення ізотропії росту та формування високоаспектних структур (нанострічок чи нанопоясів).

У межах розробленого феноменологічного опису сформульовано замкнену систему диференціальних рівнянь, призначену для комплексного аналізу еволюції ансамблю наноструктур у часі. Дана система враховує суперпозицію балістичних і термічних процесів для кожної окремої грані, що дозволяє моделювати не лише середні розміри частинок, а й динаміку зміни ступеня їхньої анізотропії. Це створює надійне підґрунтя для проведення системних кількісних досліджень впливу інтенсивності зовнішнього збурення на морфологію наноматеріалів, а також відкриває можливості для прогнозування критичних умов, за яких відбувається перехід від ізотропного до спрямованого (видовженого) росту кристалів у нерівноважних середовищах.