Procesos de coalescencia de dos nanopartículas de cobre: Simulación con el método de dinámica molecular

Abstract

Mediante la simulación con el método de Dinámica Molecular, usando el potencial semiempírico EAM para el modelaje de la interacción atómica, se ha estudiado el proceso de coalescencia de dos nanopartículas esféricas de Cu que contienen igual número de átomos N = 736. La simulación se realiza con paso de integración igual 1.6 fs sin aplicar condiciones de frontera en ninguna de las tres direcciones. Las nanopartículas previamente optimizadas poseen energía de enlace de -3.2805 eV/atom y temperatura de fusión Tm = 989 K. Se analiza el proceso de coalescencia a temperaturas de 300 y 600 K, con velocidades de colisión de 400 y 800 m/s. Se analizan los cambios geométricos y estructurales que sufren las partículas durante el proceso de colisión y sinterización así como la variación del número de átomos en el cuello del sistema. Se observa que incluso a temperaturas relativamente bajas como 300 K las nanopartículas se aglomeran formando una sola partícula, pero la forma geométrica final y la cinética del proceso es diferente a diferentes temperaturas y energías de colisión. La naturaleza faceteada de las nanopartículas influye sobre la dinámica del proceso de coalescencia.

Molecular Dynamics simulation, using an empirical potential EAM for the modeling of the atomic interaction, have been performed to study the coalescence process of two spherical Cu nanoparticles that contains equal number of atoms N = 736. The simulation is made with md step equal to 1.6 fs without applying periodic boundary conditions. The previously optimized nanoparticles has bounding energy -3.2805 eV/atom and melting temperature 989 K. The coalescence process with collision velocity of 400 and 800 m/s is analyzed at temperatures 300 and 600 K. The geometric and structural changes, that undergo particles during the collision process and sintering as well as the variation of number of atoms in the neck of the system are analyzed. It is observed that even at relatively low temperatures as 300 K nanoparticles are crowded together forming a single particle, but the final geometric form and the kinetic of the process is different at different temperatures and collision energies. The faceting surface of nanoparticles obeys the dynamics of the coalescence process.