Phase transitions in binary alloys: nanoparticles and nanowires

• Autorzy: Wautelet M. , Shirinyan A.

Warianty tytułu

PL

Transformacja faz w stopach podwójnych: nanocząstki i nanodruty

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The phase diagram of nanosystems is known to be a function of their size and shape. The variation with temperature depends on the surface tensions involved in the phase transitions. When looking at the nucleation process in nanoparticles, it turns out that it is necessary to take into account the fact that the reservoir of matter is limited. In a nanosystem, the total amount of one of the chemical components may be too small for the synthesis of the critical nucleus. This gives rise to three possibilities: phase separation, prohibition of decomposition, formation of metastable phases. A new effects arise for phase transformations in binary and multicomponent nanosize systems with change of composition – finite depletion effect. It is shown theoretically that the usual concept of phase diagram has to be re-formulated when dealing with multicomponent nanosystems. The liquidus and solidus lines are shifted due to size effects. Moreover, it turns out that it is required to differentiate the solidus and liquidus curves and equilibrium curves after the first order phase transition. In this work, we study how the phase transitions of binary nanoalloys are treated in the case of nanoparticles and nanowires.

PL

Wykres fazowy nanoukładów zależy od wielkości i kształtu cząstek. Temperaturowe zmiany zależą od napięć powierzchniowych faz wystepujących podczas przejść fazowych. Rozpatrując proces zarodkowania w układach z nanocząstkami musimy uwzględnić fakt, że zasób materii w otoczeniu jest ograniczony. W nanoukładzie, całkowita ilość jednego ze składników może być zbyt mała dla syntezy krytycznego zarodka. To prowadzi do trzech mozliwości: separacji faz, uniemożliwienia rozpadu lub formowania faz metastabilnych. Pojawiają się nowe efekty związane ze zmianą składu podczas transformacji fazowych w podwójnych lub wieloskładnikowych układach w skali nano – efekt krańcowego wyczerpania. Teoretycznie wykazano, że powszechna koncepcja układu fazowego powinna być sformułowana na nowo przy rozpatrywaniu wieloskładnikowych nanosystemów. Linie likwidusu i solidusu ulegają przesunięciu związanemu z efektem wymiarowym. Poza tym, należy rozrózniać linie likwidusu i solidusu i krzywe równowagowe po transformacji fazowej pierwszego rzedu. W tej pracy, pokazano jak należy rozpatrywać transormacje fazowe podwójnych nanostopów w przypadku nanocząstek i nanodrutów.

Słowa kluczowe

EN

nanoparticles; phase diagrams; nanowires; binary alloys

PL

nanocząstki; wykres fazowy; nanodruty; stopy podwójne

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 51, iss. 4
• Strony: 540--545
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., rys.

Twórcy

autor

Wautelet M.

autor

Shirinyan A.

• Physics of Condensed Matter, University of Mons-Hainaut, 23 Avenue Maistriau, B-7000, Mons, Belgium

Bibliografia

• [1] Ph. Buffat, J.-P. Borei, Phys. Rev. A, 13, 2287 (1976).
• [2] G. Timp, (ed.) Nanotechnology. New York: Springer-Verlag; 1999.
• [3] B. Bhushan, (ed.) Springer handbook of Nanotechnology. Berlin: Springer-Verlag; 2004.
• [4] P. Pawlow, Z. Phys. Chem., 65, 1 (1909).
• [5] P. R. Couchman, W. A. Jesser, Nature 269, 481-483 (1977).
• [6] A. Nakanishi, T. Matsubara, J. Phys. Soc. Japan 39, 1415-16 (1975).
• [7] M. Wautelet, J. Phys. D: Appl. Phys. 24, 343-346 (1991).
• [8] R. R. Vanfleet, J. M. Mochel, Surf. Sci. 341, 40-50 (1995).
• [9] K. K. Nanda, S. N. Sahu, S. N. Behera, Phys. Rev. A 66, 013208 (2002).
• [10] C. Q. Sun, B. K. Tay, X. T. Zeng, S. Li, T. P. Chen, J. I. Zhou, H. L. Bai, E. Y. Jiang, J. Phys.: Condens. Matter 14, 7781-7795 (2002).
• [11] M. Wautelet, Phys. Lett. A 246, 341 (1998).
• [12] M. Wautelet, Nanotechnology, 3 42 (1992)
• [13] G. L. Allen, R A. Bayles, W. W. Gile, W. A. Jesser, Thin Solid Films, 144, 297 (1986).
• [14] H. W. Sheng, J. Xu, L. G. Yu, X. K. Sun, Z. Q. Hu, K. Lu, J. Mater. Res. 11, 2841 (1996).
• [15] M. Yeadon.M. Ghaly.J.C. Yang.R.S. Averback, J. M. Gibson, Appl. Phys. Lett. 73, 3208(1998).
• [16] A. S. Edelstein, V. G. Harris, D.R Rolison, L. Kurihara, D. J. Smith, J. Perepezko, M. H. da Silava Bassani, Appl. Phys. Lett. 74,3161 (1999).
• [17] G. Guisbiers, M. Wautelet, Nanotechnology 17, 2008 (2006).
• [18] G. Guisbiers, G. Abudukelimu, F. Clement, M. Wautelet, J. Comp. Theor. Nanosc. (in press).
• [19] F. Rosenberger, Fundamentals of Crystal Growth I, Macroscopic and Transport Concepts (New York, Springer, 1979).
• [20] M. Wautelet, J.-P. Dauchot, M. Hecq, J. Phys.: Cond. Mat. 15, 3651 (2003).
• [21] F. Spaepen, D. Tunbull, Laser-solid interactions and laser-processing 1978 (Eds. S.D. Ferris, H.J. Leamy and J.M. Poate) (Am. Inst. Phys. 1979) 73.
• [22] M. Wautelet, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 29,51 (2005).
• [23] J. W. Gibbs, The collected works of J. Willlard Gibbs: In two volumes. New York etc: Longmans, Green and Co.; 1928.
• [24] J. W. Christian, Theory of transformation in Metals and Alloys. New York: Pergamon Press; 1965.
• [25] M. Wautelet, J. P. Dauchot, M. Hecq, Nanotechnology, 11, 6 (2000).
• [26] R. Vallee, M. Wautelet, J. P. Dauchot, M. Hecq, Nanotechnology 12, 68 (2001).
• [27] W. A. Jesser, R. Z. Shneck, W. W. Gille, Phys. Rev. B 69, 144121 (2004).
• [28] A. S. Shirinyan, A. M. Gusak, Ukr. Fiz. Jour. 44, 883 (1999).
• [29] A. S. Shirinyan, M. Wautelet, Nanotechnology 15, 1720 (2004).
• [30] A. S. Shirinyan, A. M. Gusak, M. Wautelet, Acta Mat 53, 5025 (2005).
• [31] A. M. Gusak, A. S. Shirinyan, Met. Phys. And Adv. Tech. 18, 659 (1999).
• [32] A. Shirinyan, M. Wautelet, Y. Belogorodsky, J. Phys.: Condens. Matter, 18, 2537 (2006).
• [33] G. Abudukelimu, G. Guisbiers, M. Wautelet, J. Mater. Res. 21, 2829 (2006).