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Simulation of the mechanical properties of crystalline diamond nanoparticles with an amorphous carbon shell
Indexado
WoS WOS:001445559000001
Scopus SCOPUS_ID:86000644457
DOI 10.1016/J.DIAMOND.2025.112188
Año 2025
Tipo artículo de investigación

Citas Totales

Autores Afiliación Chile

Instituciones Chile

% Participación
Internacional

Autores
Afiliación Extranjera

Instituciones
Extranjeras


Abstract



The mechanical behavior of core/shell nanoparticles (CS-NPs) with a cubic diamond crystalline core and an amorphous carbon shell was investigated through molecular dynamics simulations using indentation tests. Different CS-NPs were considered, all with a 10 nm core diameter but varying shell thicknesses ranging from 0.0 to 6.5 nm. Indentation revealed a similar elastic response followed by plastic deformation. Increasing shell thickness resulted in a softening effect, with reductions in both maximum and flow contact stress. The MultiSOM machine learning algorithm was used to detect the evolution of several phases in the initially cubic-diamond NP core. Analysis of the plastic deformation mechanisms revealed dislocation nucleation and amorphization within the core, pushing atoms at the core-shell interface and inducing shear transformation zones, which did not evolve into shear bands crossing the shell as observed in other amorphous materials. The degree of strain localization in the amorphous shell increased with shell thickness. Therefore, as shell thickness increased, amorphous shell deformation accommodated a larger fraction of the strain, decreasing dislocation nucleation but allowing more extensive amorphization in the core, with no dislocations at large strain for the thickest shell studied. These results highlight the key role of amorphous shell thickness in determining the elastic and plastic deformation behavior of CS-NPs. Shell thickness is a critical factor in both the onset of plasticity and the nature of deformation mechanisms.

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Disciplinas de Investigación



WOS
Physics, Condensed Matter
Physics, Applied
Materials Science, Multidisciplinary
Materials Science, Coatings & Films
Scopus
Chemistry (All)
Materials Chemistry
Electrical And Electronic Engineering
Electronic, Optical And Magnetic Materials
Mechanical Engineering
Physics And Astronomy (All)
SciELO
Sin Disciplinas

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Publicaciones WoS (Ediciones: ISSHP, ISTP, AHCI, SSCI, SCI), Scopus, SciELO Chile.

Colaboración Institucional



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Autores - Afiliación



Ord. Autor Género Institución - País
1 Garcia-Vidable, Gonzalo - Consejo Nacl Invest Cient & Tecn - Argentina
Univ Mendoza - Argentina
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas - Argentina
Universidad de Mendoza - Argentina
2 Amigo, Nicolas - Universidad Tecnológica Metropolitana - Chile
3 Palay, Francisco E. - Universidad Mayor - Chile
4 Gonzalez, Rafael I. - Universidad Mayor - Chile
5 Aquistapace, Franco - Univ Padua - Italia
Università degli Studi di Padova - Italia
6 Bringa, Eduardo M. - Consejo Nacl Invest Cient & Tecn - Argentina
Univ Mendoza - Argentina
Universidad Mayor - Chile
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas - Argentina
Universidad de Mendoza - Argentina

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Financiamiento



Fuente
Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico
Universidad Tecnológica Metropolitana
Fondo Nacional de Desarrollo Cientifico y Tecnologico (FONDECYT, Chile)

Muestra la fuente de financiamiento declarada en la publicación.

Agradecimientos



Agradecimiento
RG thanks the Fondo Nacional de Desarrollo Cientifico y Tecnologico (FONDECYT, Chile) under grants #1241569, #1241151 and #13240066. GGV and EMB thank grant PIDIUM 2024-2026. NA thanks the Competition for Research Regular Projects, year 2023, code LPR23-05, Universidad Tecnologica Metropolitana.
RG thanks the Fondo Nacional de Desarrollo Cient\u00EDfico y Tecnol\u00F3gico (FONDECYT, Chile) under grants #1241569, #1241151 and #13240066. GGV and EMB thank grant PIDIUM 2024-2026. NA thanks the Competition for Research Regular Projects, year 2023, code LPR23-05, Universidad Tecnol\u00F3gica Metropolitana.

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