AEML / RESEARCH TOOLS / 02

Gas-responsive nanoparticle shape기체에 따라 바뀌는 나노입자 모양

Switch the gas and watch a supported metal particle reshape: facets that bind the gas grow, and the particle wets or rises from its support.기체를 바꾸면 지지체 위 금속 입자의 모양이 바뀝니다. 기체가 잘 붙는 면이 넓어지고, 입자가 지지체에 퍼지거나 솟아오릅니다.

Illustrative parameters · Equilibrium Wulff–Winterbottom shape with one lag time · Not a material prediction설명용 매개변수 · 시정수 하나로 늦게 따라가는 Wulff–Winterbottom 평형 형상 · 특정 재료의 예측이 아님

Gas at the particle입자 위치의 기체 조성25.0mol%at t = 70 st = 70 s 시점

Facet area {111} · {100} · {110}면적 비율 {111} · {100} · {110}55 · 25 · 20%share of the free surface자유 표면 기준

Height / width높이/폭0.66on the support지지체 위 입자

Away from equilibrium평형 형상과의 차이1%0 % means the shape has caught up0%이면 평형을 따라잡음

01 Gas switching기체 전환

Initial switched-gas fraction초기 전환 기체 조성0 mol%

Switched gas fraction전환 기체 조성25 mol%

Total pressure전체 압력1.5 mbar

Transport delay수송 지연10 s

Gas mixing time τ기체 혼합 시간 τ8.0 s

Return to the initial gas after a pulse펄스 후 처음 기체로 복귀

Pulse length펄스 길이60 s

Time window시간 범위180 s

02 Particle & support입자와 지지체

Temperature온도493 K (220 °C)

Particle size (equal-volume sphere)입자 크기 (같은 부피의 구 지름)5.0 nm

Shape lag time형상 시정수15 s

Particle sits on a support지지체 위의 입자

Adhesion energy β₀부착 에너지 β₀0.60 J/m²

Advanced: binding and surface energies고급: 결합에너지와 표면 에너지

Illustrative values. Negative binding energy means the gas sticks; ΔS is the entropy lost on adsorption.설명용 값입니다. 결합에너지가 음수이면 기체가 붙고, ΔS는 흡착할 때 잃는 엔트로피입니다.

Binding energy {111}결합에너지 {111} eVBinding energy {100}결합에너지 {100} eVBinding energy {110}결합에너지 {110} eVAdsorption entropy ΔS흡착 엔트로피 ΔS meV/KGas-driven adhesion change Δβ기체에 따른 부착 변화 Δβ J/m²Clean γ⁰ {111}깨끗한 표면 γ⁰ {111} J/m²Ratio γ⁰{100}/γ⁰{111}비 γ⁰{100}/γ⁰{111} Ratio γ⁰{110}/γ⁰{111}비 γ⁰{110}/γ⁰{111} Lattice parameter a₀격자상수 a₀ nm

3D shape3D 형상

{111}{100}{110}support지지체

TEM projectionTEM 투영

Beam along an in-plane ⟨110⟩ of the contact facet (profile view).빔이 접촉면 안의 ⟨110⟩ 방향을 따릅니다(프로파일 보기).

At t = 70 s: facet energy γ (J/m², shown shape) and coverage θ (with the gas now)t = 70 s: 면 에너지 γ (J/m², 그림의 형상)와 피복률 θ (지금 기체 기준)
	{111}	{100}	{110}	γ*
γ	1.282	1.390	1.422	0.700
θ	0.15	0.64	0.85	—

Gas and facet areas over time시간에 따른 기체와 면적 비율

Valve command밸브 명령Gas at the particle (mol%)입자 위치 기체 (mol%){111}{100}{110}

Time시간70 s

Playback compresses the window into 15 seconds.전체 시간 범위를 15초로 압축해 재생합니다.

MODEL / NANOSHAPE-V1

What this model can tell you이 모델로 판단할 수 있는 것

Facet energies under gas기체 속 면 에너지

The switched gas adsorbs on each facet family as a Langmuir monolayer. Integrating the Gibbs adsorption equation lowers each facet energy:전환 기체는 면 묶음마다 Langmuir 단분자층으로 흡착합니다. Gibbs 흡착식을 적분하면 면 에너지가 이만큼 내려갑니다.

γ_i = γ⁰_i − (k_BT / a_i) · ln(1 + K_ip)K_i = exp[−(E_i − TΔS) / k_BT] / p°

p is the switched gas partial pressure at the particle, taken from the Gas TEM planner's delayed mixing model. Only one adsorbing gas, no dissociation, no reaction.p는 입자 위치의 전환 기체 분압이며 Gas TEM 계획기의 지연 혼합 모델에서 가져옵니다. 흡착 기체는 하나이고, 해리와 반응은 없습니다.

Equilibrium shape on a support지지체 위의 평형 형상

The shape is the Wulff construction (distance to each facet ∝ its energy), truncated by the support following Winterbottom. Adsorption on the metal does not change the buried interface.형상은 Wulff 작도(중심에서 면까지 거리가 면 에너지에 비례)를 Winterbottom 방식으로 지지체에서 자른 것입니다. 금속 표면의 흡착은 묻힌 계면을 바꾸지 않습니다.

h_i = λγ_i · h_contact = λ(γ⁰_contact − β)

The particle volume stays fixed. The displayed shape follows equilibrium with one lag time, so it trails the gas. A continuum model: no size effect, no edge or corner atoms, no kinetics of surface diffusion beyond the lag.입자 부피는 일정합니다. 그림의 형상은 시정수 하나만큼 평형을 늦게 따라가므로 기체보다 뒤처집니다. 연속체 모델이라 크기 효과, 모서리·꼭짓점 원자, 시정수 밖의 표면 확산 속도는 다루지 않습니다.

Sources출처

These works motivate the model and the example trends; they do not validate these illustrative parameters.아래 문헌은 모델과 예시의 경향을 뒷받침합니다. 설명용 매개변수를 검증한 자료는 아닙니다.