缺氧环境中钛纳米颗粒的成核，II：理论

在低气压溅射等离子体中纯钛纳米颗粒的成核与生长曾被认为几乎不可能。杂质（如氧气或水）的加入促进了这一过程并允许纳米颗粒生长。然而，该途径似乎需要如此高的氧密度，以至于无法合成六方 aTi 相的金属纳米颗粒。本文提出一个模型，解释了在无活性杂质情况下钛纳米颗粒成核与生长的结果。在这些实验中，加入了高分压的氦气，提高了成核发生区域过程气体的冷却速率。这之所以重要有两个原因。首先，较低的气体温度促进了 Ti2 二聚体的形成，主要因为较低气体温度带来较高气体密度，从而通过扩散减少了 Ti 蒸气的稀释。同样效应可通过提高气体压强实现。其次，较低的气体温度在降低纳米颗粒从二聚体生长到热力学稳定尺寸 r* 过程中的原子蒸发速率方面具有“超指数”效应。我们表明，这一早期蒸发阶段无法建模为热力学平衡。相反，必须考虑蒸发过程的单事件本质。这反直觉地导致：低于某一依赖于尺寸的临界纳米颗粒温度时，纳米颗粒的蒸发概率恰为零。综上，上述机制解释了无氧环境中成核的两个实验极限。首先，二聚体形成存在压强的下限。其次，存在气体温度的上限，超过则蒸发使进一步生长为稳定核成为不可能。