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Erschienen in: Journal of Nanoparticle Research 8/2020

01.08.2020 | Research paper

Melting temperature and binding energy of metal nanoparticles: size dependences, interrelation between them, and some correlations with structural stability of nanoclusters

verfasst von: V. M. Samsonov, S. A. Vasilyev, K. K. Nebyvalova, I. V. Talyzin, N. Yu. Sdobnyakov, D. N. Sokolov, M. I. Alymov

Erschienen in: Journal of Nanoparticle Research | Ausgabe 8/2020

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Abstract

Size dependences of the melting temperature Tm and binding energy E, i.e., their dependences on the particle radius R, have been investigated by employing thermodynamics, a local coordination approximation for E as well as molecular dynamics. We have found that both quantities Tm and E decrease at decreasing the particle size and follow to the linear or close to linear dependence on the reciprocal particle radius R−1. However, Tm(R−1) and E(R−1) dependences are characterized by different values of the slope coefficients : KT > 1 whereas KE < 1. As a result, the binding energy does not take zero value even for the limiting case of smallest nanoclusters down to tetramers, trimer, and dimers. As for the melting temperature Tm, the linear dependence on R−1 should be relevant to mesoscopic metal nanoparticles (NPs) only consisting of at least several hundreds of atoms. A concept is put forward of a characteristic particle radius Rch corresponding to a crossover from region I of mesoscopic NPs (R > Rch) to region II of metal nanoclusters (R < Rch). This characteristic radius cannot be exactly determined. For metal NPs, including Au ones, it is of order of 1 nm, and the characteristic number of atoms Nch varies in a wider range from 100 to 500 atoms as Nch is proportional to \( {R}_{\mathrm{ch}}^3 \). In range II, noticeable fluctuations and non-scalable behavior of Tm are reported. We believe that for nanoclusters (range II), the concepts of the phase transition and of the melting temperature lose their physical meaning. On the structural level, region II relates to statistical distributions of different isomers, their instabilities and corresponding structural transformations depending on temperature and particle size.

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Zurück zum Zitat Briant CL, Burton JJ (1973) Thermodynamics–melting of small clusters of atoms. Nature Phys Sci 243:100–102CrossRef Briant CL, Burton JJ (1973) Thermodynamics–melting of small clusters of atoms. Nature Phys Sci 243:100–102CrossRef
Zurück zum Zitat Chini P (1979) Synthesis of large anionic carbonyl clusters as models for small metallic crystallites. Gazzeta Chimica Italiana 109:225–240 Chini P (1979) Synthesis of large anionic carbonyl clusters as models for small metallic crystallites. Gazzeta Chimica Italiana 109:225–240
Zurück zum Zitat Grigorev IS, Meilikhov EZ (eds) (1997) Handbook of physical quantities. CRC Press LLC, Boca Raton Grigorev IS, Meilikhov EZ (eds) (1997) Handbook of physical quantities. CRC Press LLC, Boca Raton
Zurück zum Zitat Kittel C, McEuen P (2018) Introduction to solid state physics. John Wiley & Sons, Hoboken Kittel C, McEuen P (2018) Introduction to solid state physics. John Wiley & Sons, Hoboken
Zurück zum Zitat Kumar R, Kumar M (2012) Effect of size on cohesive energy, melting temperature and Debye temperature of nanomaterials. Ind J Pure Appl Phys 50:329–334 Kumar R, Kumar M (2012) Effect of size on cohesive energy, melting temperature and Debye temperature of nanomaterials. Ind J Pure Appl Phys 50:329–334
Zurück zum Zitat Meissner F (1920) Über den Einfluß der Zerteilung auf die Schmelztemperatur. Mitteilungen aus dem Institut für phys Chemie der Universität Göttingen 8:169–186 Meissner F (1920) Über den Einfluß der Zerteilung auf die Schmelztemperatur. Mitteilungen aus dem Institut für phys Chemie der Universität Göttingen 8:169–186
Zurück zum Zitat Pawlow PN (1909) “Über die Abhängigkeit des Schmelzpunktes von der Oberflächenenergie eines festen Korpers” (on the dependency of the melting point on the surface energy of a solid body). Z Phys Chem 65:545–548 Pawlow PN (1909) “Über die Abhängigkeit des Schmelzpunktes von der Oberflächenenergie eines festen Korpers” (on the dependency of the melting point on the surface energy of a solid body). Z Phys Chem 65:545–548
Zurück zum Zitat Rowlinson JS, Widom B (2002) Molecular theory of capillarity. Courier Corporation, US Rowlinson JS, Widom B (2002) Molecular theory of capillarity. Courier Corporation, US
Zurück zum Zitat Rusanov AI (2002) The surprising world of nanostructures. Russ J Gen Chem 72:495–512CrossRef Rusanov AI (2002) The surprising world of nanostructures. Russ J Gen Chem 72:495–512CrossRef
Zurück zum Zitat Sdobnyakov NYu, Repchak SV, Samsonov VM, Bazulev AN, Kul’pin DA, Sokolov DN (2011) Correlation between the size-dependent melting and crystallization temperatures of metal nanoparticles. J Surf Investig. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques 5:508–511. https://doi.org/10.1134/S1027451011050120 Sdobnyakov NYu, Repchak SV, Samsonov VM, Bazulev AN, Kul’pin DA, Sokolov DN (2011) Correlation between the size-dependent melting and crystallization temperatures of metal nanoparticles. J Surf Investig. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques 5:508–511. https://​doi.​org/​10.​1134/​S102745101105012​0
Metadaten
Titel
Melting temperature and binding energy of metal nanoparticles: size dependences, interrelation between them, and some correlations with structural stability of nanoclusters
verfasst von
V. M. Samsonov
S. A. Vasilyev
K. K. Nebyvalova
I. V. Talyzin
N. Yu. Sdobnyakov
D. N. Sokolov
M. I. Alymov
Publikationsdatum
01.08.2020
Verlag
Springer Netherlands
Erschienen in
Journal of Nanoparticle Research / Ausgabe 8/2020
Print ISSN: 1388-0764
Elektronische ISSN: 1572-896X
DOI
https://doi.org/10.1007/s11051-020-04923-6

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