'

Процессы с участием кластеров.

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 0

Процессы с участием кластеров. Б.М.Смирнов Свойства кластеров и методы их исследования. 2. Фундаментальные проблемы физики кластеров с парным взамодействием атомов. 3. Процессы с участием нанокластеров и микрочастиц в газе и плазме. 4. Напыление кластеров – новые материалы. 5. Генераторы кластеров. 6. Нанокатализ на основе кластера золота. 7. Фрактальные структуры.


Слайд 1

Mass-spectrum of photoionization of the magnesium cluster beam.


Слайд 2

Melting point of sodium clusters.


Слайд 3

Теоретический анализ кластерных структур и переходов. Метод молекулярной динамики. 2. Метод «псевдопотенциалов». 3. DFT (Density-functional theory). 4. Устойчивые кластерные структуры как конфигурационные состояния.


Слайд 4

Transitions between local minima of the Potential Energy Surface.


Слайд 5

Types of cluster excitations


Слайд 6

Energies of PES local minima and heights of the barriers for the 13-atom Lennard-Jones cluster.


Слайд 7

Distribution on kinetic energies of atoms for Lennard-Jones cluster of 13 atoms Jellinek, Beck, Berry 1986


Слайд 8

Melting criterion.


Слайд 9

Structures of Au11-, Au12- and Au13- .


Слайд 10

Кластеры и атомные системы с парным взаимодействием атомов. 1. Конкуренция кластерных структур. 2. Фазовый переход между структурами. 3. Модель пустот для фазового состояния атомной системы. 4. Модель двух агрегатных состояний и стеклоподобные состояния. 5. Теплоемкость кластера (в том числе отрицательная) в области фазового перехода. 6. Процесс нуклеации в жидкости как перенос пустот. 7. Система частиц с отталкиванием – твердое состояние не может быть бесконечным кристаллом. B.M.Smirnov, R.S.Berry. Phase Transitions of Simple Systems. (Berlin, Springer, 2007)


Слайд 11

Definition of aggregate states. Cluster physics : An aggregate state is a group of configuration cluster states which correspond to local minima of the potential energy of atoms with nearby energies. One elementary excitation is possible in an excited aggregate state. Classical thermodynamics: Phase is a uniform space distribution of atoms, restricted by boundaries. An excited aggregate state includes many elementary configuration excitations.


Слайд 12

Эволюция кластера LJ13.


Слайд 13

Coexistence of cluster phases. p=wliq /wsol , wliq , wsol -the probability of the liquid and solid aggregate states. Define the coexistence range as 0.1 < p < 10. The temperature range of phase coexistence is ?T ? 5 /? S The coexistence range for the 13-atom Lennard-Jones cluster with argon parameters is 28-46 K, for the 13-atom nickel cluster is 740 - 980 K, for the 55-atom Lennard-Jones cluster with argon parameters is 40 - 48 K.


Слайд 14

Free energy via a number of voids. T=Tm


Слайд 15

Free energy of bulk argon.


Слайд 16

Caloric curve of bulk argon.


Слайд 17

Decay of an argon glassy state.


Слайд 18

Отрицательная теплоемкость кластеров.


Слайд 19

The entropy jump at the phase transition of the 13-atom Lennard-Jones cluster. Berry, Smirnov 2009


Слайд 20

The anharmonicity parameter.


Слайд 21

Entropy of melting. ?So , ?Sm are the entropy changes at zero temperature and melting point *) per one atom.


Слайд 22

Температура плавления кластера. Отсюда следует неприменимость DFT-метода для анализа переходов между конфигурационными состояниями.


Слайд 23

p-T phase diagram for Ar melting. q is a number of nearest neighbors.


Слайд 24

Конфигурации в простых кластерах.


Слайд 25

Phase transition in the 13-atom silver cluster.


Слайд 26

Phase transition of 13-atom silver cluster. The parameters of the phase transition : the melting point Tm=820 K, the kinetic energy of atoms Ekin=1.16eV, the excitation energy at the melting point Eex=2.89eV, the average potential energy for the solid state U=1.73eV, the anharmonicity parameter ?=Ekin/Eex=0.4, the entropy jump at the melting point ?Sm =?E/Tm=16.4, the entropy jump at zero temperature ?So =ln1000 = 6.9, ?So / ?Sm =0.42


Слайд 27

Cross section of the potential energy surface for a metal cluster.


Слайд 28

Режимы процессов с участием кластеров в газах.


Слайд 29

Процессы с участием кластеров в газе. 1. Диффузия и подвижность кластеров в газе. 2. Релаксация кластеров в газе. 3. Рост кластеров при прилипании к нему атомов. 4. Тушение метастабильных атомов в газе с кластерами. 5. Горение микрочастиц в кислородсодержащем газе. 6. Зарядка микрочастиц в плазме. 7. Рекомбинация в плазме, содержащей кластеры. 8. Процессы нуклеации : коагуляция, коалесценция, агрегация. B.M.Smirnov. Nanoclusters and Microparticles in Gases and Vapors. (Berlin, de Gruyeter, 2012)


Слайд 30

Модели для нанокластеров и микрочастиц. Модель жидкой капли. Число атомов в кластере : - радиус Вигнера-Зейтса Модель твердых сфер – размер области сильного взаимодействия для сталкивающихся частиц мал по сравнению с их размерами. Диффузионное сечение рассеяния атома на кластере :


Слайд 31

Температура плавления Ag-кластеров


Слайд 32

Диффузия кластеров в газе. Кинетический режим : Диффузионный режим : T- температура газа, r – радиус кластера, ? – длина пробега атомов буферного газа в газе, Na – плотность атомов буферного газа, ? – вязкость газа


Слайд 33

Коагуляция в однородном газе. Mn-m +Mm > Mn Кинетический режим Диффузионный режим сближения, кинетический режим движения Диффузионный режим сближения, диффузионный режим движения Na – плотность атомов буферного газа, Nb – плотность связанных атомов в кластерах, Ncl – плотность кластеров, ? – длина пробега атомов в буферном газе, ? – длина пробега кластеров в буферном газе.


Слайд 34

Deposition of clusters onto a surface.


Слайд 35

Scheme of experiment (Bityurin,Klimov e.a.) 1,2-electrodes, 3,4-quartz tubes, 5-vortex generator, 6,7-cooling units, 8-power supply, 9-argon storage (container), 10,11-valves, 12,13-gas flow, 14-Al powder injector, 15-plasma, 16-water steam generator Al +H2O > H2


Слайд 36

Генератор металлических кластеров. 1 – поток аргона, 2 – камера, 3 – область возбуждения и испарения, 4 – инжекция микрочастиц, 5 – поток холодного аргона, 6 – линия тока, 7 – выход нанокластеров.


Слайд 37

Параметры процесса генерации кластеров серебра. Тепловой баланс для нагреваемых микрочастиц : r =100 мкм – радиус частицы, Т=2000 К – температура частицы, u =1м/с – скорость аргона, обеспечивающая левитацию частицы. P- мощность, поглощаемая частицей, Prad – мощность излучения частицы, Pev – мощность, затрачиваемая на испарение атомов, Ptherm- мощность, передаваемая газу за счет теплопроводности, ? – часть энергии, идущей на испарение атомов.


Слайд 38

Скорости процессов при генерации кластеров серебра. Время испарения микрочастицы ?ev = 1.5с. Первая стадия роста кластеров – превращение испаренных атомов в кластеры ?cl = 6мкс, среднее число атомов в кластере n=450, средний радиус rcl=1.3нм. Температура равновесия между испарением микрочастицы и прилипанием к ней атомов Tc=1900K (pAr=0.1атм). Вторая стадия роста кластеров, коагуляция в кинетическом режиме, длится 0.09с и происходит до радиуса 60 нм (число атомов в кластере n=4*107). Следующая стадия роста кластеров, коагуляция в диффузионном режиме, происходит медленнее, и увеличение радиуса до 100 нм происходит за 2 с.


Слайд 39

Генератор интенсивного пучка металлических кластеров.


Слайд 40

Образование металлических кластеров из металл - содержащих молекул (WCl6).


Слайд 41

Bulk metals as catalysts (Haruta 2003). Processes : oxidation, hydrogenation, reduction of NOx with hydrocarbons. Applications : inorganic chemical syntesis, petroleum refinery, environmental protection. Form : dispersed small metal particles fasten with metal oxides, such as Al2O3 and SiO2 . Catalysts : 3d –metals, Fe, Co, Ni, Cu 4d – metals, Rh, Pd, Ag, 5d-metal, Pt Ru(4d) and Ir(5d) have a limited application, Os has a toxic oxide, and Au is inactive.


Слайд 42

Rate of CO-oxidation by NO with Pd-cluster catalyst.


Слайд 43

Нанокатализ с кластерами золота. Support (подложка) - MgO, TiO2, Fe2O3, CeO2 Кластер Aun , n ? 10 Степень покрытия подложки менее 1%. Нанокатализатор – перспективный материал для автомобильных фильтров –доокисление CO.


Слайд 44

Дополнительные применения нанокатализатора золота. Устранение запаха в японских туалетах на основе порошка цеолита NiFe2O4 в результате разложения триметиламина, источника запаха, на N2 и CO2. 2. Сенсор для CO. 3. Контроль эмиссии CO. 4. Основа батарей и топливных элементов на метане. 5. Платиновый катализатор для топливного элемента, использующего процесс O2+2H2 >2H2O


Слайд 45

Oxidation of CO in the air flow with supported gold clusters as a catalyst.


Слайд 46

Скорость окисления СО в зависимости от степени покрытия поверхности кислородом.


Слайд 47

Кластер золота на поверхности MgO.


Слайд 48

Конфигурационный анализ каталитического доокисления CO. 1. Имеет место конкуренция химического процесса и процесса переноса заряда. 2.Ea =0.5эВ для химического процесса и вероятность P=6*10-11 для процесса переноса заряда. 3. В результате переноса заряда система Au10 -CO заряжается отрицательно. 4. Электрон, совершающий туннельный переход, находится в определенной точке подложки, а не размазан по ней. 5. Электрон берется из O-, находящегося на подложке на расстоянии 1-2 нм от кластера. 6. Каталитический процесс соответствует переходу между плоской и билинейной структурами кластера Au10 на поверхности подложки. Berry, Smirnov 2011


Слайд 49

Fractal aggregate.


Слайд 50

Фрактальная размерность агрегатов SiO2 в пламени.


Слайд 51

Горение кремний-содержащего газа. CH4+C6H18Si2O


Слайд 52

Fractal fiber.


Слайд 53

Спасибо !


Слайд 54

Mass-spectrum of inert gas clusters in free jet expansion.


Слайд 55

Magic numbers for sodium clusters.


Слайд 56

Mass-spectrum of sodium cluster beam in thermostat.


Слайд 57

Melting point of sodium clusters. Tm is the melting point of bulk sodium


Слайд 58

Parameters of the phase transition in the adiabatic case for 13-atom Lennard-Jones cluster.


Слайд 59

Photoelectron spectra of Cun-, Agn-, Aun-


Слайд 60

Внешние условия для кластеров.


Слайд 61

Ensembles of repelling particles.


Слайд 62

Polycrystal structure of colloidal solutions. Poly-methylmethacrylate particles of 170 nm radius are stabilized sterically by 15 nm layers of poly-12-hydroxystearic acid. They are suspended in a mixture of decalin and carbon disulfide. The polydispersity is better than 0.05. Polycrystal structure is formed in some range of the packing factor. A size of crystallites ranges 10-50 ?m. A number of monomers in a crystallite is 105 – 107. P.N.Pusey e.a. Phys.Rev.Lett. 63,2753(1989)


Слайд 63

Clusters in catalytic processes. 1. Pt-catalysis in heat element with gold clusters (2H2 +O2 ? 2H2O + electric power) . 2. CO oxidation in air with Au10- clusters as a catalyst. 3. Oxydation of hydrocarbon polutions in the atmosphere with Au-clusters as catalysts.


Слайд 64

Oxydation of CO by NO with Pd-cluster catalyst. NO+Pdn > NO-Pdn , CO+ NO-Pdn >CO2+N-Pdn 2N-Pdn >N2 +Pdn At pCO=5*10-7mbar, pNO=1*10-4 mbar and Pd8, Pd30 as catalysts the maximum rate constant corresponds to Tmax=420-450 K This corresponds to the binding energy ?o =1.2 eV


Слайд 65

Переход диэлектрик-металл в кластере ртути.


×

HTML:





Ссылка: