Дефекты и напряжения в наноструктурах

Наличие протяженных межфазных границ в наноструктурах приводит к возникновению многочисленных дислокаций дефектов, и связанных сними межкластерных напряжений. Плотность межфазных границ и связанных с ними дислокаций, например для нанокристаллита 7 нм составляет 10¹⁹ см^-3. Толщина межфазных границ составляет 1 нм и включает несколько атомных слоев. Атомная плотность межфазных границ на 20-40 % меньше плотности нанокристаллитов. Причина убывания атомной плотности на межфазной границе это несоответствие структур различных кристаллитов ориентированных хаотично друг относительно друга. Несоответствие вызывает большие поля напряжений, направленные от границы к нанокристаллитам. Эти напряжения вызывают дополнительные смещения поверхностных атомов в кристаллитах. Смещения атомов и напряжения зависят от характера межкластерных взаимодействий и вида межатомного потенциала.

Межкластерное взаимодействия создают напряжения, избыточную энергию и избыточное давление на границе кластеров. Если считать, что концентрация дислокаций в кластере определяется отношением поверхности кластера к его объему, то плотность избыточной энергии кластера равна

, при

Где -энергия приходящаяся на одну дислокацию, -модуль сдвига, -вектор Бургерса, характеризует смещение атомов краевых дислокаций, -коэффициент Пуассона, -максимальное расстояние на которое сохраняется влияние дислокации, минимальный размер дислокации, -размер кластера, -толщина поверхностного слоя кластера. Максимальная концентрация дефектов относится к размерам кластеров 10-50 нм. Такие кластеры обладают максимальной избыточной энергией.

Наличие дефектов в наноструктурах и их связь с со структурными превращениями в наносистемах исследуется как макроскопическими характеристиками по скорости диффузии радиоактивной метки, через макрослой вещества или по измерению суммарной магнитной восприимчивости наносистемы, так и микроскопическими методами: аннигиляцией позитронов, или мессбауэровской спектроскопией.