模拟金属核壳纳米颗粒中的抗辐射性
摘要
我们展示了对纯Fe纳米颗粒（NP）和双金属FeCu核壳纳米颗粒（CSNP）中辐射损伤的分子动力学（MD）模拟。CSNP包含一个完美的体心立方（bcc）Fe核，外包覆面心立方（fcc）Cu壳。能量在1至7 keV之间的Fe初级离位原子（PKA）辐照导致点缺陷，没有超出双空位的团簇和极少数稍大的空位团簇，也没有间隙团簇，这与相同PKA能量下体材料中发生的情况不同。Fe-Cu界面和壳层可作为缺陷汇，吸收辐射诱导的损伤，因此Fe核中的最终缺陷数量显著低于Fe NP。此外，Cu壳大幅减少了溅射Fe原子的数量，充当了反冲喷射的屏障。在结构上，Cu壳通过在整个壳层宽度上产生和消除堆垛层错来响应碰撞级联产生的应力，这也可以容纳进一步的辐照缺陷。溅射产额（Y）被BCA低估，这也是预期的，因为模拟针对的是正入射的薄膜。我们还将MD缺陷产生与解析非热复合校正原子离位（arc-dpa）模型的体材料预测进行了比较。在5 keV时，Fe核中的空位数量仅略低于arc-dpa预测，但间隙原子数量比空位减少约一个数量级。根据我们模拟中发现的FeCu CSNP的抗辐射性，这类纳米材料可能适用于开发新型抗辐射涂层、纳米结构部件和屏蔽体，用于极端环境，例如核能和天体物理应用。
引用
@article{arxiv.2206.09063,
title = {Radiation resistance in simulated metallic core-shell nanoparticles},
author = {D. R. Tramontina and O. R. Deluigi and R. Pinzon and J. Rojas-Nuñez and F. J. Valencia and R. C. Pasianot and S. E. Baltazar and R. I. Gonzalez and E. M. Bringa},
journal= {arXiv preprint arXiv:2206.09063},
year = {2022}
}
备注
In the SM we compare our MD results to Monte Carlo Binary Collision Approximation (BCA) simulations using the SRIM code, for the irradiation of an amorphous 3-layer thin film with thickness equal to the CSNP diameter. BCA does not include defect recombination, so the number of Frenkel pairs is significantly higher than in MD, as expected