АНАЛІЗ ТЕМПЕРАТУРНИХ ЗМІН СТРУКТУРИ РОЗПЛАВІВ РУБІДІЮ У РАМКАХ КЛАСТЕРНОЇ МОДЕЛІ
DOI:
https://doi.org/10.31319/2519-8106.1(54)2026.350878Ключові слова:
координаційні числа, ближній порядок, напрямок трансляції, об’ємно-центрована кубічна кристалічна гратка (ОЦК), поверхнева енергія, середня міжатомна відстань, оптимальний розмір кластеруАнотація
Розроблена комп'ютерна програма моделювання кластерної структури розплавів простих металів з кристалічною решіткою об’ємноцентрованою кубічною (ОЦК). Шляхом співставлення з експериментальними даними нейтронно-рентгенодифракційного аналізу проведено визначення особливостей структурних параметрів у розплавах рубідію: форми кластерів, середньої міжатомної відстані, оптимального розміру кластера, середньої відстані між кластерами. Вибір форми кластеру визначався у відповідності з принципами Кюрі-Вульфа про мінімум поверхневої енергії кристалу, що знаходиться у рівновазі зі своєю рідиною та принципу Браве, згідно з яким кристал обмежується атомними площинами з максимальною густиною атомів. В ОЦК гратці таким відповідають кластери у формі: біпіраміди, призми, трипіраміди. Перший із названих кластерів відповідає найбільшим відношенням об’єму до площі поверхні, тобто є найбільш ймовірним при температурах близьких до точки плавлення.
У температурних інтервалах, де спостерігаються аномальні зміни макроскопічних фізичних параметрів — в’язкості і густини (~240⁰С) відбуваються і відповідні зміни параметрів кластерів. Наведені залежності оптимальних розмірів кластера від температури в інтервалі 40°С — 160°С скоріш за все відповідають формі біпіраміди для якої відношення об’єму до площі поверхні дорівнює 0,17 і є найбільшим, тобто найбільш вірогідним. Про це додатково свідчить і лінійне зменшення розміру кластера зі зростанням температури в цьому інтервалі.
Для більш високих температур 240°С, 360°С приведені значення для біпіраміди не відповідають дійсності, оскільки не корелюють зі змінами середньої міжатомної відстані від температури та середньої відстані між кластерами від температури в цьому інтервалі, як і для призми (відношення об’єму до площі дорівнює 0,15).
Суттєва кореляція у даному інтервалі температур має місце лише для трипіраміди, для якої відношення об’єму до площі дорівнює 0,14 є найменшим, а сукупна поверхнева енергія кластерів — найбільша. Таким чином приведені результати свідчать про наявність фазового переходу ІІ роду при температурі близько 240°С, що обумовлене зміною форми кластерів від біпіраміди до три піраміди. Цей процес супроводжується збільшенням сукупної площі поверхні кластерів і відповідно їх поверхневої енергії.
Посилання
Wax, J. F., & Bryk, T. (2017). Analyzing the dynamic structure of liquid metals and alloys. EPJ Web of Conferences, 151, 02005. https://doi.org/10.1051/epjconf/201715102005
Bryk, T., Schirmacher, W., & Ruocco, G. (2022). Comment on “Deformations, relaxation, and broken symmetries in liquids, solids, and glasses: A unified topological field theory”. Physical Review E, 106(3), 036601. DOI 10.1103/physreve.106.036601 https://arxiv.org/pdf/2203.05039
Louzguine-Luzgin, D. V. (2022). Structural changes in metallic glass-forming liquids on cooling and subsequent vitrification in relationship with their properties. Materials, 15(20), 7285. https://doi.org/10.3390/ma15207285
Baglyuk, G. A., Vlasova, O. V., Kartuzov, V. V., Mamonova, A. A., Mogila, N. V., & Rozhen-ko, N. M. (2016). Features of the application of the Tikhonov regularization method for determin-ing the parameters of the defective state of mechanically activated iron powder. Mathematical Models and Computational Experiment in Materials Science, 18, 72–79. http://www.materials.kiev.ua/article/2126
Grygoriev, O. M., Kartuzov, V. V., & Rozhenko, N. M. (2017). Improving the accuracy of quan-titative estimates of the Hall-Williamson graphical method through digital processing of XRD dif-fractograms. Electron Microscopy and Strength of Materials. Series: Physical Materials Science, Structure and Properties of Materials, 23, 16–35. http://www.materials.kiev.ua/publications/EMMM/2017/1.pdf
Caralampio, D. Z., Martínez, J. M., Pappalardo, R. R., & Marcos, E. S. (2017). The hydration structure of the heavy-alkalines Rb+ and Cs+ through molecular dynamics and X-ray absorption spectroscopy: Surface clusters and eccentricity. Physical Chemistry Chemical Physics, 19(42), 28993–29004. https://doi.org/10.1039/C7CP05346K
Gorelli, F. A., De Panfilis, S., Bryk, T., Ulivi, L., Garbarino, G., Parisiades, P., & Santoro, M. (2018). Simple-to-complex transformation in liquid rubidium. The Journal of Physical Chemistry Letters, 9(11), 2909–2913. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.8b01094
Wax J. F., Bryk T. Analyzing the dynamic structure of liquid metals and alloys. 16th International Conference on Liquid and Amorphous Metals (LAM-16). 2017. Vol. 151. 02005. DOI: https://doi.org/10.1051/epjconf/201715102005.
Bryk T., Schirmacher W., Ruocco G. Comment on “Deformations, relaxation, and broken symme-tries in liquids, solids, and glasses: A unified topological field theory”. Physical Review E. 2022. Vol. 106, iss. 3. 036601. DOI: https://doi.org/10.1103/physreve.106.036601 URL: https://arxiv.org/pdf/2203.05039
Louzguine-Luzgin D. V. Structural changes in metallic glass-forming liquids on cooling and sub-sequent vitrification in relationship with their properties. Materials. 2022. Vol. 15, № 20. 7285. DOI: https://doi.org/10.3390/ma15207285 URL: https://www.mdpi.com/1996-1944/15/20/7285
Баглюк Г. А., Власова О. В., Картузов В. В. та ін. Особливості застосування методу регу-ляризації Тихонова до визначення параметрів дефектного стану механоактивованого по-рошку заліза. Математичні моделі і обчислювальний експеримент в матеріалознавстві. Київ: ІПМ ім. І. М. Францевича НАН України, 2016. № 18. С. 72–79.
URL: http://www.materials.kiev.ua/article/2126
Григор’єв О. М., Картузов В. В., Роженко Н. М. Підвищення точності кількісних оцінок графічного методу Холла-Вільямсона за рахунок цифрової обробки XRD-дифрактограм. Електронна мікроскопія та міцність матеріалів. Серія: Фізичне матеріало-знавство, структура та властивості матеріалів. 2017. № 23. С. 16–35.
URL: http://www.materials.kiev.ua/publications/EMMM/2017/1.pdf
Caralampio D. Z., Martínez J. M., Pappalardo R. R., Marcos E. S. The hydration structure of the heavy-alkalines Rb+ and Cs+ through molecular dynamics and X-ray absorption spectroscopy: surface clusters and eccentricity. Physical Chemistry Chemical Physics. 2017. Vol. 19, № 42. С. 28993–29004. DOI: https://doi.org/10.1039/C7CP05346K
Gorelli F. A., De Panfilis S., Bryk T. et al. Simple-to-complex transformation in liquid rubidi-um. The Journal of Physical Chemistry Letters. 2018. Vol. 9, № 11. С. 2909–2913. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.8b01094 URL: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpclett.8b01094
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
a. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
b. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
c. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
