ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Фрактальные модели кластеров из "Физико-химия нанокластеров наноструктур и наноматериалов" Изолированные нанокластеры представляют собой модель, весьма интересную для изучения свойств кластеров. Однако происходящая в природе агрегация кластеров приводит к возникновению нового типа кластеров, которые стали предметом интенсивного компьютерного моделирования. Речь идет о самоорганизующихся наноструктурах под названием фрактальные кластеры и хотя объединению нанокластеров в наностук-туры и их свойствам будут посвящены дальнейшие пункты книги, тем не менее уместно рассмотреть эти модели в пункте о кластерных моделях. [c.204] Фрактальная размерность представляет собой показатель несовершенства системы. [c.204] На рис. 5.13 приведен для примера вид двумерного фрактального кластера, полученного с помощью компьютерного моделирования и включающего 10 первичных частиц. Моделирование осуществлялось с помощью модели ДЛА. [c.205] Отметим, что фрактальность минимальна для ККА-модели и может быть повышена в РОКА-модели за счет ослабления межчастичного взаимодействия. [c.206] Объединение частиц во фрактальный кластер может происходить не только по одноточечной схеме контакта, но и многоточечной. Так, первый контакт может быть нежестким и частицы могут поворачиваться до следующего контакта, и только после третьего контакта возникает достаточно жесткая связь. Это приводит к повышению фрактальной размерности кластера. При формировании фрактального кластера следует учитывать также анизотропию окружающей среды, наличие электромагнитных полей и участие поверхности. [c.206] Важное значение при формировании фрактального кластера имеет соотношение времен формирования первичных частиц и объединения этих частиц во фрактальный кластер. В газовой фазе основными параметрами, управляюшими этим соотношением, являются температ а и природа среды. В жидкой фазе, в частности в растворах, появляются также параметры концентрации раствора, pH среды, наличие ПАВ. [c.207] Фрактальные кластеры экспериментально наблюдались в газовой фазе при конденсации паров испаряемых металлов. Так, фрактальные кластеры исследовались при конденсации паров Ре и 2п и имеют фрактальную размерность 1,5 [16]. [c.207] Изучение фрактальных кластеров Со, полученных при конденсации в атмосфере Аг ( 1,33 кПа), показало, что средний размер и фрактальность зависят от давления Аг [17]. [c.207] при давлении аргона 0,1 -г 1,0 кПа О = 1,75 -М,90, а средний радиус кластера 8 нм. Увеличение давления аргона приводит к возрастанию среднего радиуса и увеличению фрактальной размерности до величины О = 1,90 -г 2,05. Близкую размерность О = 1,75 Ч- 1,85 имеют фрактальные кластеры. Фрактальная размерность уменьшается при замене инертного газа на вакуум. Для образования фрактальных кластеров большое значение имеет и способ испарения. Так, фрактальная размерность агрегатов Ре и Б, синтезированных в паро-плазменной области под действием лазера, составляет 1,8 [18], а в случае электровзрывного испарения металла — 1,6 [16]. [c.207] При этом средний размер частиц, образующих фрактальный кластер, при лазерном испарении составляет 20 нм, что значительно выше, чем при электровзрывном процессе — 3 -г 4 нм. [c.207] Результаты по образованию фрактальных кластеров в растворах [9] показывают, что время формирования фрактального кластера можно регулировать за счет изменения pH среды. При этом время формирования определяет механизм образования кластера. На малых временах (несколько минут и менее) кластер имеет фрактальную размерность 1,75, что соответствует ККА-модели. Увеличение времени роста фрактального кластера (часы и сутки) и изменения pH приводят к возрастанию величины О до 2,05, что соответствует замене КЬСА-механизма формирования на РОКА-режим. Смена режима формирования фрактального кластера может наблюдаться и при изменении природы растворителя. Так, для криохимического синтеза фракталов путем криохимической со-конденсации паров серебра [19] наблюдались различные фрактальные размерности в зависимости от растворителя 1,9 (изопропанол), 1,7 (ацетонитрил), 1,5 (толуол). При этом средний размер первичных частиц во фрактальном кластере составлял 16,0, 21,0 и 9,4 нм соответственно. Различие во фрактальных размерностях свидетельствует о смене механизма формирования (табл. 5.1). Таким образом, задачи компьютерного моделирования фрактальных кластеров многопараметрические и должны включать как структурообразующие, так и кинетические факторы. [c.207] Вернуться к основной статье