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Mémoire de Maîtrise
DOI
10.11606/D.18.2016.tde-03082016-165618
Document
Auteur
Nom complet
Douglas Godoy de Souza
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Carlos, 2016
Directeur
Jury
Oliveira, Marcelo Falcão de (Président)
Albuquerque, Rodrigo Queiroz de
Santos, Ricardo Paupitz Barbosa dos
Titre en portugais
Estudo das propriedades energéticas e estruturais dos sistemas ZrCu, ZrAl, CuAl e ZrCuAl por meio de simulação computacional
Mots-clés en portugais
Basin-hopping Monte Carlo
Clusters
Nanoclusters
Nanoligas
Potencial do átomo imerso
Revised basin-hopping Monte Carlo
Resumé en portugais
Clusters e nanoclusters têm recebido grande atenção devido à suas propriedades físicas e químicas, as quais divergem bastante dos materiais na fase bulk. Essas propriedades podem variar de acordo com a composição e tamanho do cluster. Uma compreensão da evolução das propriedades em relação a estes parâmetros é de grande importância para potencializar diversas aplicações, entretanto, esse entendimento permanece insatisfatório. Este trabalho foi dividido em duas etapas, em que a primeira busca investigar parâmetros energéticos, por meio do cálculo da energia de excesso, e estruturais, analisando parâmetro de ordem química, função de distribuição radial central, comprimento médio de ligação e número de coordenação efetiva, dos sistemas ZrnCum-n, ZrnAlm-n, CunAlm-n e ZrnCunAlm-2n para n = 55 e 561 átomos com o incremento n tomado de 1 em 1 para o sistema de 55 átomos e de 20 em 20 para os sistemas de 561 átomos. A segunda etapa consiste de investigar como variam as propriedades energéticas e estruturais do sistema ZrCu em função da evolução do tamanho do sistema. Para alcançar os objetivos propostos, neste trabalho foi usado o algoritmo de otimização global de clusters e nanopartículas basin-hopping Monte Carlo revisado. O potencial de interação atômica utilizado é o método do átomo imerso, que é bastante utilizado na descrição de sistemas metálicos. Os resultados obtidos sugerem que: (i) os sistemas puros apresentaram energia de coesão mais alta que seu análogo material na fase bulk, sugerindo que estes tendem a aglomerar-se formando estruturas bulk. Para os sistemas binários e ternários, foi identificado que todas as composições são energeticamente estáveis devido aos valores negativos obtidos pelo excesso de energia e, para o sistema ZrCu verificou-se a presença de efeitos de tamanho. (ii) Com relação à estrutura, as composições puras estudadas apresentaram simetria icosaédrica. Para o estudo da evolução do tamanho do sistema, Zr e Cu apresentaram estrutura com simetria icosaédrica até a composição de 561 átomos, além deste tamanho a simetria icosaédrica é quebrada. Para os sistemas binários e ternários foi obtido que os átomos tendem a distribuir-se dentro do nanocluster além de apresentarem quebra da simetria icosaédrica apresentando ausência de camadas atômicas ordenadas acompanhada de redução da coordenação efetiva. Os sistemas ZrCu e ZrAl demonstraram seguir a lei de Vegard, enquanto que os sistemas CuAl e ZrCuAl apresentaram desvio da lei de Vegard providos por efeitos eletrônicos, além de apresentarem a presença de efeitos de tamanho.
Titre en anglais
Study of energetic and structural properties of ZrCu, ZrAl, CuAl and ZrCuAl systems by computer simulation
Mots-clés en anglais
Basin-hopping Monte Carlo
Clusters
Embedded atom method
Nanoalloys
Nanoclusters
Revised basin-hopping Monte Carlo
Resumé en anglais
Clusters and nanocluster have attracted great attention due to their physical and chemical properties, very different from their analogous bulk. These properties can vary with composition and size cluster. An understanding of the properties evolution with respect these parameters is essential to improve several applications. However, this understanding is not complete. This study was piecemeal in two stage, being the first the investigation of energetic properties, by excess energy analisys, and structural properties, by chemical order parameter, radial distribution function, effective coordination number and average bond length, from ZrnCum-n, ZrnAlm-n, CunAlm-n and ZrnCunAlm-2n systems, where n = 55, 561 atoms and the increment n vary in one unit for 55-atoms system and twenty unit for 561-atoms system. The second stage is the investigation of how vary the energetic and structural properties from the size evolution ZrCu system. To do this study, was employed the global optimization algorith for cluster and nanoparticle Revised basin-hopping Monte Carlo, were this method use the classical calculation to determine the total energy of the system. The interatomic potential used was the embedded atom method, that was very usefull to describe metallic systems. Our results suggest: (i) the unary systems present cohesive energy higher than their analogous bulk, that indicate the trend of clusters to form bulk. To the binary and ternary systems, we had that all systems are favorable to form nanoalloys by negative value of excess energy. From ZrCu system, the stability decrease when increase the size of system. With respect the structure, the unary compounds present icosahedral symmetry. From the size-evolution study, the unary compounds present icosahedral symmetry until 561-atoms composition, after this size the icosahedral symmetry is broken. To binary and ternary systems, the atoms trend form mixture into the nanocluster, the icosahedral symmetry is broken with respect the unary compounds and presenting absence of ordered layers followed by effective coordination reduction. The ZrCu and ZrAl systems follow the Vegard law, while the CuAl and ZrCuAl systems present deviation from Vegard law, because electronic effects.
 
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Date de Publication
2016-08-10
 
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