Simulations on the oxidation of Al-Mg alloy nanoparticles using the ReaxFF reactive force field

雷亚克夫 材料科学 氧化物 合金 纳米颗粒 分子动力学 化学工程 氧气 扩散 相(物质) 燃烧 化学物理 纳米技术 物理化学 冶金 计算化学 热力学 有机化学 化学 原子间势 工程类 物理
作者
Le Song,Tiancheng Zhang,Yong Zhang,Bo-Cong Chen,Mingbo Wu,Su‐Qin Zhou,Zheng Mei
出处
期刊:Materials today communications [Elsevier]
卷期号:35: 106180-106180 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.mtcomm.2023.106180
摘要

Nanoalloy holds multiple complex morphologies in combustion. However, the underlying mechanism, which is crucial to advance technical application of the nanoalloy, remains a challenging mystery. Herein, we performed a ReaxFF reactive molecular dynamics simulation on Al-Mg alloy nanoparticles (AMNPs) as a case study to further analyze oxidation behavior. Results showed that the evolution of AMNPs in combustion can be divided into three stages: (1) AMNPs first undergo phase separation and aggregate into Mg and Al phases; (2) Mg atoms rapidly diffuse to the surface and are oxidized; (3) Oxygen atoms diffuse inward and oxidize Al atoms. The inward diffusion of oxygen atoms is particularly hindered at the interface between Mg oxide shell and Al oxide layer. AMNPs prefer to form internal hollow structures at lower temperature and high oxygen concentration. The outward diffusion of Mg atoms causes the core to be gradually hollowed out. The spilled Mg atoms are oxidized and attached to the surface of alumina. The structure of Mg oxide (surface layer)-Al oxide (middle layer)-hollow (core) is finally formed. In addition, micro-explosion and external Mg oxide shell inhibit the agglomeration of nanoparticles. The study provides insight into the complex interactions between Al-Mg nanoalloy and oxygen.
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