The interaction of a titanium carbide nanoparticle with aluminum (100), (110), and (111) substrates is investigated within the density functional theory. The nanoparticle–substrate interaction energies are determined; the electron density distribution and the electron localization function between aluminum, titanium, and carbon atoms are analyzed. It has been established that the atoms in the upper layers of the aluminum (100) and (110) substrates are significantly displaced relative to their initial positions as a result of the interaction with the nanoparticle, whereas a minor displacement of atoms is typical for the (111) substrate. The interaction between aluminum and carbon atoms at the Al–TiC interface is due to the formation of covalent Al–C chemical bonds. The aluminum atoms forming carbide bonds do not form chemical bonds with titanium atoms. The aluminum atoms that are adjacent to the titanium atoms and are not involved in the formation of carbide bonds form metallic Al–Ti bonds.
В рамках теории функционала плотности выполнено исследование взаимодействия наночастицы карбида титана с подложками алюминия (100), (110) и (111). Определены энергии взаимодействия наночастицы с подложкой, проведен анализ распределения электронной плотности и функции локализации электронов между атомами алюминия, титана и углерода. Установлено, что атомы верхних слоев подложек алюминия (100) и (110) в результате взаимодействия с наночастицей существенно смещаются относительно своих исходных позиций, в то время как для подложки (111) характерно незначительное смещение атомов. Взаимодействие между атомами алюминия и углерода на межфазной границе Al-TiC обусловлено образованием ковалентных химических связей Al-C. Образующие карбидные связи атомы алюминия не формируют химических связей с атомами титана. Атомы алюминия, расположенные по соседству с атомами титана и не участвующие в формировании карбидных связей, образуют связи Al-Ti металлического типа.