Pd 纳米颗粒尺寸与形状依赖的熔化机制

采用分子动力学模拟来理解具有 2-20 个完整壳层的截角八面体（cub）与二十面体（ico）纳米颗粒的热力学行为。将原始的嵌入原子法（EAM）与较新的高度优化版本作为原子间势进行比较。利用势能与比热容以及通过径向分布函数 G(r) 和公共邻域分析（CNA）进行结构分析，同时探测团簇的热稳定性，以全面刻画固态与熔化转变。结果表明，ico 是小团簇（使用原始 EAM 的 Pd55-Pd309 以及使用优化版本的 Pd55）唯一稳定的形状，因其直径较小而均匀熔化。一个例外是通过优化 EAM 建模的 cub Pd309，其在升温时转变为 ico。原始 EAM 预测 Pd923-Pd2075 团簇发生类似的 cub 到 ico 转变，而对于更大的团簇，cub 与 ico 在熔点前均稳定。如 G(r) 与 CNA 所检测，中等及较大的 cub 团簇表现出表面熔化，即液相在 (100) 晶面形核，并在向内生长前于表面扩展。而 ico 团簇因具分区结构阻碍液相生长，以对角（一角至另一角）熔化为主。使用优化 EAM 的大 ico 团簇因从不同角同时开始的对角熔化而呈现表面与对角熔化的组合。最后，计算熔化温度与熔化潜热，并与现有模型及先前研究比较，结果表明与本研究结果不同，这些模型未能预测尺寸依赖的基元交叉。