НАНОСИСТЕМЫ

О стабильности капель катализатора на границе контакта пар-жидкость-кристалл в процессе роста нитевидных нанокристаллов

1Небольсин В.А., 1Юрьев В.А., 1Свайкат Н., 1Корнеева В.В., 2Васнин Е.Н.
1Воронежский государственный технический университет, http: /www.cchgeu.ru/
Воронеж 394006, Российская Федерация
2Опытно-конструкторское бюро моторостроения, http: /www.okbm.ru/
Воронеж 394055, Российская Федерация
E-mail: vcmsao13@mail.ru, yuryevva@gmail.com, nada.s84@mail.ru, vkorneeva@vgasu.vrn.ru, vasnin11@gmail.com

Поступила 22.09.2022, рецензирована 29.09.2022, принята 06.10.2022

Аннотация: Дано физическое обоснование условий смачиваемости кристаллической поверхности ограниченной площади каталитической жидкостью малого объёма на торце растущего нитевидного нанокристалла (ННК), характеризуемой углом контакта β. Показано, что в условиях стационарного роста ННК с поперечной сингулярной гранью существуют единственные значения углов β и γ (угол наклона боковой поверхности кристалла к этой грани), которые отвечают минимальному приращению свободной энергии трёхфазной системы αLVcosβ + αSL = αSVcosγ и определяют устойчивость капли катализатора на вершине ННК. При росте цилиндрических ННК на периметре смачивания капли реализуются условия безразличного равновесия. Капля за счет растворения кристаллизуемого вещества или его выделения из жидкого раствора может принимать равновесную форму с углом контакта β, который не удовлетворяет условию краевого угла θ в уравнении Юнга. Концентрический излом (ребро) на вершине ННК должен повышать наблюдаемый угол смачивания θ и приводить к гистерезису контактного угла. Определены ограничения, накладываемые на величину контактного угла устойчивой капли катализатора на вершине ННК. Капля катализатора будет принимать равновесную форму, если гистерезисный угол β находится в диапазоне θ < β ≤ θ' + γ (θ' – краевой угол смачивания боковых стенок ННК). Для роста ННК полупроводников в форме прямого цилиндра γ = 90° и поэтому всегда β > 900. Показано, что направление смещения трёхфазной линии относительно поверхности капли определяется углом роста φ0: для роста ННК с поперечной гранью φ0 = β – γ; для роста ННК с искривлённой вблизи трёхфазной линии торцевой поверхностью.

Ключевые слова: нитевидные нанокристаллы, рост, катализатор, капля, смачивание, краевой угол, полупроводник, трёхфазная линия

УДК 548.52:539.216

РЭНСИТ, 2022, 14(4):381-392 DOI: 10.17725/rensit.2022.14.381

Полнотекстовая электронная версия статьи – на вебсайтах http://elibrary.ru и http://rensit.ru/vypuski/article/470/14(4)381-392.pdf