Nghiên cứu cơ chế khuếch tán của na trong vật liệu na2o 3sio2 vô định hình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO UBND TỈNH THANH HÓA TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC LÊ THỊ PHƯỢNG NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ KHUẾCH TÁN CỦA Na TRONG VẬT LIỆU Na2O-3SiO2 VƠ ĐỊNH HÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ THANH HÓA, NĂM 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO UBND TỈNH THANH HÓA TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC LÊ THỊ PHƯỢNG NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ KHUẾCH TÁN CỦA Na TRONG VẬT LIỆU Na2O-3SiO2 VƠ ĐỊNH HÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết vật lý toán Mã số: 8440103 Người hướng dẫn khoa học: CB hướng dẫn 1: TS Luyện Thị San CB hướng dẫn 2: TS Nguyễn Thị Thảo THANH HÓA, NĂM 2022 Danh sách Hội đồng đánh giá luận văn Thạc sỹ khoa học (Theo Quyết định số 1470 / QĐ- ĐHHĐ ngày 04 tháng 07 năm 2022 Hiệu trưởng Trường Đại học Hồng Đức) Học hàm, học vị Chức danh Cơ quan Công tác Họ tên Hội đồng PGS.TS Trần Thị Hải Trường ĐH Hồng Đức Chủ tịch HĐ PGS.TS Mai Thị Lan Trường ĐHBK Hà Nội UV Phản biện TS Nguyễn Thị Dung Trường ĐH Hồng Đức UV Phản biện PGS.TS Lê Viết Báu Trường ĐH Hồng Đức Uỷ viên TS Đoàn Quốc Khoa Trường CĐSP Quảng Trị Thư ký Xác nhận Người hướng dẫn Học viên chỉnh sửa theo ý kiến Hội đồng Ngày tháng năm 2022 Người hướng dẫn thứ Người hướng dẫn thứ hai TS Luyện Thị San TS Nguyễn Thị Thảo LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn đề tài “Nghiên cứu chế khuếch tán Na vật liệu Na2O-3SiO2 vô định hình” cơng trình nghiên cứu cá nhân tơi hướng dẫn trực tiếp TS Luyện Thị San TS Nguyễn Thị Thảo Mọi số liệu sử dụng phân tích luận văn kết nghiên cứu tơi tự tìm hiểu, phân tích cách khách quan, trung thực, có nguồn gốc rõ ràng chưa cơng bố hình thức Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm có không trung thực thông tin sử dụng cơng trình nghiên cứu Tác giả luận văn Lê Thị Phượng i LỜI CẢM ƠN Sau hai năm theo học chương trình cao học Vật lý lý thuyết vật lí tốn trường Đại Học Hồng Đức Tôi chọn đề tài “Nghiên cứu chế khuếch tán Na vật liệu Na2O-3SiO2 vơ định hình” để nghiên cứu làm luận văn thạc sĩ Để hồn thành luận văn trước tiên tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy cô giáo giảng dạy Bộ mơn Vật lí, lãnh đạo khoa KHTN thầy giáo cơng tác Phịng đào tạo sau đại học, Trường Đại Học hồng Đức tạo điều kiện, thời gian đóng góp ý kiến q báu cho tơi suốt q trình học tập nghiên cứu Đặc biệt, xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới người Cô Tôi TS Luyện Thị San TS Nguyễn Thị Thảo – Người trực tiếp hướng dẫn tận tình chu đáo, động viên, khích lệ tơi vượt qua khó khăn cơng việc, giúp tiến hành hoạt động nghiên cứu khoa học để hồn thành luận văn Sau tơi xin tỏ lòng biết ơn đến cha mẹ, người thân bạn bè luônn ủng hộ, động viên sống, tạo điều kiện thời gian vật chất để tơi hồn thành phần luận văn Trong luận văn, chắn tránh khỏi hạn chế thiếu sót Tơi mong muốn nhận nhiều đóng góp quý báu đến từ thầy cô, ban cố vấn bạn đọc để đề tài hồn thiện có ý nghĩa thiết thực áp dụng thực tiễn sống Trân trọng cảm ơn! Thanh Hoá ngày 04 tháng 06 năm 2022 Tác giả luận văn Lê Thị Phượng ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC .iii CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ vii MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Dự kiến kết Nhiệm vụ nghiên cứu Cấu trúc nội dung luận văn Chương1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU SODIUM SILICATE 1.1 Cấu trúc vật liệu sodium silicate 1.1.1 Cấu trúc vật liệu SiO2 1.1.2 Cấu trúc vật liệu sodium silicate 1.2 Động học vật liệu sodium silicate 1.2.1 Động học vật liệu SiO2 1.2.2 Động học vật liệu sodium silicate 11 1.3 Ứng dụng vật liệu sodium silicate 13 1.3.1 Phương pháp sản xuất 13 1.3.2 Ứng dựng sodium silicate 14 1.3.3 Lưu ý sử dụng 16 Chương PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN 18 2.1 Phương pháp động lực học phân tử 18 2.2 Xây dựng mơ hình động lực học phân tử 20 2.2.1 Thế tương tác 20 2.2.2 Mơ hình động lực học phân tử 22 2.3 Phương pháp phân tích đặc trưng cấu trúc 23 iii 2.3.1 Hàm phân bố xuyên tâm, hàm phân bố góc, số phối trí 23 2.3.2 Kỹ thuật trực quan hoá 25 2.3.3 Đa diện Voronoi 27 2.4 Phương pháp phân tích đặc trưng động học 31 Chương KẾT QUẢ 33 3.1 Mơ hình vật liệu 33 3.2 Cấu trúc vật liệu 34 3.3 Cơ chế khuếch tán Na 37 KẾT LUẬN 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 iv CÁC CHỮ VIẾT TẮT VĐH Vô định hình BO Ơxy cầu NBO Ơxy khơng cầu FO Ngun tử O tự ĐLHPT Động lực học phân tử PBXT Phân bố xuyên tâm ĐVCT Đơn vị cấu trúc v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 2.1 Các thông số cho hệ sodium silicate 21 Bảng 3.1 Khoảng cách liên kết trung bình nguyên tử 35 xác định từ hàm phân bố xuyên tâm cặp Bảng 3.2 Tỉ phần loại đa diện, tỉ phần nguyên tử Na phân bố 36 loại đa diện thể tích loại đa diện Với nPG , nNaPG VPG : số lượng đa diện PG, tổng số lượng nguyên tử Na định xứ toàn đa diện PG tổng thể tích đa diện PG khơng gian mơ phỏng; nO , nNa V: tổng số nguyên tử ôxy, tổng số nguyên tử Na thể tích tồn khơng gian mơ Bảng 3.3 Tỉ phần loại đa diện tương ứng với số nguyên tử Na khác Với x: số lượng nguyên tử Na; nPSix , nPBOx nPNBFx : số lượng đa diện PSi, PBO PNBF có x nguyên tử Na định xứ bên trong; nSi nO : tổng số nguyên tử Si O vi 37 đỉnh xác định cắt mặt phẳng ngồi mặt phẳng xác định đỉnh này, đỉnh bị loại khỏi danh sách cuối (iv) Lặp lại tất đa diện nguyên tử xác định 2.4 Phương pháp phân tích đặc trưng động học Một số nghiên cứu cho tượng động học túy động học, nhận biết thơng qua biến động học như: i) Theo dõi chuyển động hạt linh động; ii) Các mơ hình quỹ đạo tham số khơng có dạng Gauss; iii) Xét thời gian sống liên kết; iv) Phương trình tương quan đa điểm Một số nghiên cứu khác lại cho tượng động học cấu trúc địa phương có mối liên hệ với Khuếch tán đặc tính động học thu hút quan tâm nhiều nhà nghiên cứu Với chất lỏng có cấu trúc mạng SiO2 lỏng, thực nghiệm tìm thấy chứng trình phá vỡ tái hợp liên kết Kết hoàn toàn phù hợp với giả thuyết chế khuếch tán xảy thông qua trình nhảy nguyên tử O từ cầu phối trí nguyên tử Si tới cầu phối trí nguyên tử Si khác bên cạnh (jumplike diffusion) Loại chuyển động khuếch tán hoàn toàn trái ngược so với chất lỏng thông thường, mà khuếch tán q trình liên tục diễn thơng qua va chạm nguyên tử Theo phương pháp tính truyền thống, hệ số khuếch tán 𝐷 xác định thơng qua phương trình Einstein có dạng: 〈𝑟(𝑡)2 〉 𝐷 = lim 𝑡→∞ 6𝑡 (2.18) Đại lượng 𝑟(𝑡)2 độ dịch chuyển bình phương trung bình nguyên tử theo thời gian mô t Nếu xét thời gian mô đủ lớn, phụ thuộc 𝑟(𝑡)2 thời gian mơ t có dạng tuyến tính Giá trị hệ số khuếch tán D xác định thông qua độ dốc đường thẳng biểu diễn phụ thuộc độ dịch chuyển bình phương vào thời gian mô Trong số nghiên cứu trước, nhóm nghiên cứu thực nghiên cứu chế khuếch tán thơng qua q trình chuyển đổi đơn vị phối trí Khảo sát q trình 31 chuyển đổi ĐVCT SiOx →SiOx’ OSiy→OSiy’ thấy phần lớn chuyển đổi thuộc dạng |𝑥 − 𝑥 ′ | = |𝑦 − 𝑦 ′ | = Các dạng chuyển đổi khác xảy SiO4 →SiO6 tương ứng với trình nguyên tử O chuyển động vào ĐVCT hình thành liên kết với nguyên tử trung tâm Si SiO6 →SiO4 tương ứng với trình nguyên tử O phá vỡ liên kết với nguyên tử Si trung tâm chuyển động ĐVCT Tuy nhiên, dạng chuyển đổi chiếm tỉ lệ nhỏ, bỏ qua Cần ý trình chuyển đổi SiOx→SiOx’ OSiy→OSiy’ ln diễn đồng thời Với hệ vật liệu silicate sodium silicate, vấn đề trung tâm nghiên cứu trình động học chế khuếch tán nguyên tử Na Trong luận văn này, sử dụng phương pháp đa diện Voronoi nhằm chia không gian mô thành phần không gian nhỏ hơn, tồn xung quanh nguyên tử Si O hệ Sự định xứ dịch chuyển nguyên tử Na gắn liền với đa diện Voronoi 32 Chương KẾT QUẢ Trong chương này, chúng tơi trình bày kết nghiên cứu thu với hệ Na2O-3SiO2 nhiệt độ 300 K áp suất 0,1 Mpa Các kết nghiên cứu liên quan tới cấu trúc động học, cụ thể phân bố nguyên tử Na loại đa diện Voronoi khác nhau, chế dịch chuyển ngun tử Na đa diện 3.1 Mơ hình vật liệu Trong khoảng thời gian mô 150 ps, chúng tơi xây dựng 76 cấu hình khác nhau, cấu hình cách ps Trạng thái nguyên tử O (BO, NBO hay FO) không thay đổi khoảng thời gian khảo sát Ở nghiên cứu này, ngun tử ơxy thuộc nhóm NBO FO gộp chung kí hiệu NBF Cấu trúc địa phương vật liệu khảo sát thông qua hàm phân bố xuyên tâm cặp nguyên tử O-O, O-Si, O-Na, Si-Si, Si-Na Các đa diện Voronoi xây dựng cho nguyên tử Si O, chúng lấp đầy không gian mơ tồn thời gian khảo sát Các đa diện giống lỗ hổng, nơi nguyên tử Na định xứ bên Đa diện Voronoi nguyên tử trung tâm G , kí hiệu PGx với x số nguyên tử Na định xứ đa diện này, G Si, O, BO, NBO, FO NBF (bao gồm NBO FO) Ví dụ, với kí hiệu PBO1 hiểu đa diện Voronoi có nguyên tử BO trung tâm có nguyên tử Na định xứ đa diện Các nguyên tử Na định xứ đa diện dịch chuyển từ đa diện sang đa diện khác Theo dõi trình dịch chuyển Na đa diện cấu hình liên tiếp từ chúng tơi xác định q trình hình thành chuyển đổi PGx  PGx', ví dụ như: PG0 + Na → PG1 (ở thời điểm t ps, đa diện A khơng có ngun tử Na định xứ bên trong, tới thời điểm t+2 ps, có nguyên tử Na nhảy vào) Số lượng nguyên tử Na trung bình 33 loại đa diện đó, xác định cách lấy trung bình số lượng nguyên tử Na tất đa diện loại PSi0 PNBF0 Si BO PBO0 PBO1 PNBF1 PNBF2 NBF Na Hình 3.1: Hình mơ tả đa diện PGx 3.2 Cấu trúc vật liệu Câu trúc vật liệu Na2O-3SiO2 khảo sát thông qua hàm phân bố xun tâm cặp Hình 3.2 mơ tả hàm phân bố xuyên tâm cặp nguyên tử O-O, O-Si, O-Na, Si-Si, Si-Na Vị trí đỉnh cực đại thứ đồ thị hàm phân bố xuyên tâm tương ứng với khoảng cách liên kết trung bình cặp nguyên tử tương ứng, giá trị liệt kê bảng 3.1 Khoảng cách liên kết trung bình cặp nguyên tử O-O 2,60 Å; cặp O-Si 1,60 Å; cặp O-Na 2,30 Å; cặp Si-Si 3,10 Å cặp Si-Na 3,30 Å Các giá trị phù hợp với cơng trình thực nghiệm [2, 28] mô [13] Như vậy, mẫu vật liệu Na2O-3SiO2 nhiệt độ 300 K áp suất 0,1 Mpa xây dựng đáng tin cậy để sử dụng cho phân tích sâu cấu trúc động học 34 gO-O 30 gO-Si 25 gO-Na gSi-Si g(r) 20 gSi-Na 15 10 0 10 r(Å) Hình 3.2: Hàm phân bố xuyên tâm cặp nguyên tử O-O, O-Si, O-Na, Si-Si, Si-Na Bảng 3.1: Khoảng cách liên kết trung bình nguyên tử xác định từ hàm phân bố xuyên tâm cặp 𝑟𝑆𝑖−𝑂 , Å Luận văn 1.60 𝑟𝑂−𝑂 , Å 𝑟𝑆𝑖−𝑆𝑖 , Å 𝑟𝑁𝑎−𝑂 , Å 2.60 3.10 2.30 2.67 3.14 2.42 [28] 1.64 [2] 1.65 2.35 [13] 1.62 2.37 𝑟𝑁𝑎−𝑆𝑖 , Å 3.30 3.10- 3.14 Cũng giống vật liệu SiO2 tinh khiết, với Na2O-3SiO2 nguyên tử Si có số phối trí 4, điều có nghĩa nguyên tử Si bao quanh nguyên tử O với khoảng cách liên kết trung bình 1,60 Å Tuy nhiên, cấu trúc mạng Si-O, với kết nối liên tục tứ diện SiO4 không gian bị phá vỡ xuất nguyên tố phá vỡ cấu trúc mạng Na, dẫn tới phần BO chuyển thành NBO FO với tỉ phần tương ứng 28,39 0,10 % 35 Khảo sát phân bố nguyên tử Na loại đa diện Voronoi khác bảng 3.2 Kết khảo sát cho thấy, có tới 90,82 % nguyên tử Na phân bố đa diện PNBF, tương ứng với 33,02 % thể tích khơng gian mơ Trái ngược lại, tỉ lệ đa diện PBO chiếm tới 54,61 % thể tích không gian mô chứa 9,18 % lượng nguyên tử Na Như vậy, tỉ lệ lớn nguyên tử Na phân bố phần không gian nhỏ chứa đa diện PNBF Bảng 3.2: Tỉ phần loại đa diện, tỉ phần nguyên tử Na phân bố loại đa diện thể tích loại đa diện Với 𝑛𝑃𝐺 , 𝑛𝑁𝑎𝑃𝐺 𝑉𝑃𝐺 : số lượng đa diện PG, tổng số lượng nguyên tử Na định xứ toàn đa diện PG tổng thể tích đa diện PG không gian mô phỏng; 𝑛𝑂 , 𝑛𝑁𝑎 𝑉: tổng số nguyên tử ôxy, tổng số nguyên tử Na thể tích tồn khơng gian mơ PG 𝑛𝑃𝐺 /𝑛𝑂 𝑛𝑁𝑎𝑃𝐺 /𝑛𝑁𝑎 𝑉𝑃𝐺 /𝑉 PSi - - 12.37 PBO 71.51 09.18 54.61 PNBF 28.49 90.82 33.02 Tiếp tục, khảo sát cụ thể phân bố Na loại đa diện PSi, PBO PNBF, số liệu bảng 3.3 Kết cho thấy, với nguyên tử Si, 100% đa diện PSi không chứa Na Các nguyên tử Na định xứ bên đa diện nguyên tử O với tỉ phần khác Với đa diện PBO, gần 68,88 % đa diện không chứa Na, 2,64 % đa diện chứa nguyên tử Na, tỉ phần không đáng kể đa diện chứa nguyên tử Na Trong đó, với đa diện PNBF, đa diện chứa nguyên tử Na có tỉ phần cao (14,46 %), đa diện khơng chứa Na có tỉ phần tương đối nhỏ, 8,37 % Đặc biệt, tồn lượng nhỏ đa diện chứa 2, nguyên tử Na, với tỉ phần tương ứng 5,49; 0,15 0,01% 36 Bảng 3.3: Tỉ phần loại đa diện tương ứng với số nguyên tử Na khác x: số lượng nguyên tử Na; nPSix , nPBOx nPNBFx : số lượng đa diện PSi, PBO PNBF có x nguyên tử Na định xứ bên trong; nSi nO : tổng số nguyên tử Si O 𝑥 𝑛𝑃𝑆𝑖𝑥 /𝑛𝑆𝑖 𝑛𝑃𝐵𝑂𝑥 /𝑛𝑂 𝑛𝑃𝑁𝐵𝐹𝑥 /𝑛𝑂 1.00 68.88 08.37 - 02.64 14.46 - - 05.49 - - 00.15 - - 00.01 3.3 Cơ chế khuếch tán Na Để làm rõ chế khuếch tán Na, đánh dấu nguyên tử Na theo dõi trình chuyển động chúng đa diện Kết minh họa hình 3.3 3.4 Những nguyên tử Na lại, dịch chuyển đa diện Voronoi hiểu sau: Giả sử thời điểm t ps, đa diện Voronoi PG có chứa nguyên tử Na đánh số 1, Tới thời điểm t+2 ps, đa diện PG chứa nguyên tử Na đánh số 2, Như vậy, hai thời điểm t t+2 ps, nguyên tử Na đánh số lại đa diện, nguyên tử Na đánh số nhảy khỏi đa diện, nguyên tử Na đánh số nhảy vào đa diện Hình 3.2 mô tả thay đổi tỉ phần nguyên tử Na lại đa diện PBO, dịch chuyển từ PBO → PBO dịch chuyển từ PBO → PNBF (các tỉ phần tính so với tổng số nguyên tử Na) thời điểm mô khác Tỉ phần có thăng giáng thời điểm khác nhau, nhiên giá trị chênh lệch không đáng kể 37 5.5 5.0 4.5 Tỉ phần(%) 4.0 NaSB NaBB NaBN 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 -10 10 20 30 40 50 60 70 80 Thời gian x 2ps Hình 3.3: Tỉ phần nguyên tử Na tham gia vào dịch chuyển đa diện Với NaSB, NaBB NaBN tương ứng tỉ phần nguyên tử Na lại đa diện PBO, tỉ phần nguyên tử Na dịch chuyển từ PBO tới PBO tỉ phần nguyên tử Na dịch chuyển từ PBO tới PNBF 50 NaSN NaNN NaNB Tỉ phần (%) 40 30 20 10 -10 10 20 30 40 50 60 70 80 Thời gian x 2ps Hình 3.4: Tỉ phần nguyên tử Na tham gia vào dịch chuyển đa diện Với NaSN, NaNN NaNB tương ứng tỉ phần nguyên tử Na lại đa diện PNBF, tỉ phần nguyên tử Na dịch chuyển từ PNBF tới tỉ phần nguyên tử Na dịch chuyển từ PNBF tới PBO 38 Tương tự, hình 3.4, tỉ phần nguyên tử Na lại PNBF, dịch chuyển từ PNBF → PNBF dịch chuyển từ PNBF → PBO có thăng giáng khơng đáng kể Ở cấu hình, trung bình khoảng 2,11 % nguyên tử Na lại đa diện PBO 51,14 % nguyên tử Na lại đa diện PNBF Các nguyên tử Na khơng đóng góp vào q trình khuếch tán Na Tỉ lệ nguyên tử Na dịch chuyển từ PBO → PNBF PNBF → PBO gần tương đương, với tỉ phần trung bình tương ứng 4,56 4,48 % Các nguyên tử Na dịch chuyển đa diện PBO với tỉ phần trung bình khoảng 2,63 %, tỉ phần trung bình nguyên tử Na dịch chuyển đa diện PNBF lên tới 35,08 % Do dịch chuyển nguyên tử Na đa diện, dẫn tới số lượng nguyên tử Na định xứ đa diện thay đổi cấu hình khác Quá trình gọi trình chuyển đổi Kết khảo sát cho thấy, loại chuyển đổi chủ yếu là: PG0 + Na → PG1 PG1 - Na → PG0 (a) PG1 + Na → PG2 PG2 - Na → PG1 (b) PGx → PGx’ với |𝑥 − 𝑥′| > (c) Cụ thể, với đa diện PBO, chủ yếu chuyển đổi loại (a) Trong đó, với đa diện NBF, tồn loại chuyển đổi (a), (b) (c) Tỉ phần loại chuyển đổi minh họa hình 3.5 Tỉ phần loại chuyển đổi thời điểm khác xác định tỉ số số lượng chuyển đổi tổng số loại đa diện tượng ứng Ví dụ: tỉ phần chuyển đổi PBO0↔PBO1 xác định số lượng đa diện PBO có số nguyên tử Na thay đổi từ thành từ thành chia cho tổng số đa diện PBO Kết từ hình 3.5 cho thấy, số lượng loại chuyển đổi có thăng giáng nhẹ theo thời gian, không đáng kể Với đa diện PBO, tồn loại chuyển đổi PBO0↔PBO1 với tỉ phần nhỏ, cỡ 5,70 %, tương ứng với dạng chuyển đổi (a) Trái ngược lại, tỉ phần đa diện PNBF so với PBO, tỉ phần loại chuyển đổi với đa diện PNBF lớn Có tới 26,88 % 39 đa diện PNBF tồn dạng chuyển đổi PNBF0↔PNBF1 (dạng chuyển đổi (a)), 18,67 % đa diện tồn dạng chuyển đổi PNBF1↔PNBF2 (dạng chuyển đổi (b)) Đặc biệt, khoảng 7,19 % đa diện PNBF xảy dạng chuyển đổi khác, tương ứng với dạng chuyển đổi (c) 30 Tỉ phần (%) 25 20 15 BO0110 NBF0110 NBF1221 10 NBF# -10 10 20 30 40 50 60 70 80 Thời gian x 2ps Hình 3.5: Tỉ phần loại chuyển đổi đa diện Khi chuyển đổi (a) (b) xảy ra, tương ứng với trình nguyên tử Na nhảy vào nhảy đa diện Quá trình tương ứng với dịch chuyển đơn lẻ nguyên tử Na Một phần nhỏ đa diện PBO xảy trình chuyển đổi (a) Như đa diện PBO, tồn dịch chuyển đơn lẻ nguyên tử Na Với đa diện PNBF, xảy hai loại chuyển đổi (a) (b) phần lớn đa diện Đặc biệt, tồn lượng đa diện PNBF trải qua trình chuyển đổi (c) Với trình chuyển đổi này, có nguyên tử Na nhảy vào nhảy đa diện hai cấu hình liên tiếp Quá trình ứng với dịch chuyển tập thể nguyên tử Na Như vậy, trình khuếch tán nguyên tử Na chủ yếu xảy đa diện PNBF Có hai trình chuyển đổi đa diện đóng góp vào trình 40 khuếch tán Na, bao gồm: trình dịch chuyển nguyên tử Na đơn lẻ trình dịch chuyển tập thể nguyên tử Na 41 KẾT LUẬN Sử dụng mô ĐLHPT, luận văn xây dựng thành công mẫu vật liệu Na2O-3SiO2 nhiệt độ 300 K áp suất 0,1 Mpa có thơng số cấu trúc phù hợp với cơng trình thực nghiệm mơ khác Thơng qua phương pháp đa diện Voronoi, luận văn thu số kết đáng ý sau:  Sự phân bố nguyên tử Na loại đa diện không đồng Các nguyên tử Na không phân bố đa diện PSi  Các đa diện PBO chiếm tới 54,61 % thể tích khơng gian mô chứa 9,18 % lượng nguyên tử Na Với đa diện PBO, gần 68,88 % đa diện PBO không chứa Na, 2,64 % đa diện chứa nguyên tử Na, tỉ phần không đáng kể đa diện PBO chứa nguyên tử Na Trái ngược lại, có tới 90,82 % nguyên tử Na phân bố đa diện PNBF, tương ứng với 33,02 % thể tích khơng gian mơ Các đa diện PNBF chứa nguyên tử Na có tỉ phần cao (14,46 %), đa diện PNBF khơng chứa Na có tỉ phần tương đối nhỏ, 8,37 % Đặc biệt, tồn lượng nhỏ đa diện PNBF chứa 2, nguyên tử Na, với tỉ phần tương ứng 5,49; 0,15 0,01 % Như vậy, tỉ lệ lớn nguyên tử Na phân bố phần không gian nhỏ chứa đa diện PNBF  Quá trình dịch chuyển Na dẫn tới hình thành loại chuyển đổi: + PG0 + Na → PG1 PG1 - Na → PG0; PG1 + Na → PG2 PG2 - Na → PG1: hai loại chuyển đổi ứng với dịch chuyển nguyên tử Na đơn lẻ + PGx → PGx’ với |𝑥 − 𝑥′| > 1: ứng với dịch chuyển tập thể nguyên tử Na Như vậy, nguyên tử Na dịch chuyển đơn lẻ đa diện PBO Trong đó, với đa diện PNBF, nguyên tử Na dịch chuyển theo hai kiểu: đơn lẻ tập thể 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Akira Takada, Robert G Bell, C Richard A Catlow (2016), “Molecular dynamics study of liquid silica under high pressure”, J Non-Cryst Solids, pp 17871 [2] A.O Davidenkoa, V.E Sokol’skiia, A.S Roika, I.A.Goncharovb (2014), Structural Study of Sodium Silicate Glasses and Melts, Inorganic Mater, 50, 12, pp.1289-1296 [3] A Takada (2018), “Voronoi tessellation analysis of SiO2 systems based on oxygen packing”, J Non Cryst Solids, 499, pp 309–327 [4] Chengde Huang and A N Cormack (1990), “The structure of sodium silicate glass”, The Journal of Chemical Physics, 93(11), pp 8180-1886 [5] E A Lazar, J Han, and D J Srolovitz (2015), “Topological framework for local str ucture analysis in condensed matter”, Proc Natl Acad Sci U S A.,112(43), pp E5769–E5776 [6] Greaves, G.N., Ngai, K.L (1995), “Reconciling ionic-transport properties with atomic structure in oxide glasses”, Phys Rev B, 52, pp.6358–6380 [7] H Jabraoui, E.M Achhal, A Hasnaoui, J.L Garden, Y Vails, S Ouaskit (2016), “Molecular dynamics simulation of thermodynamic and structural properties of silicate glass: effect of the alkali oxide modifiers”, J NonCryst Sol., 448, pp.16–26 [8] H.W Nesbitt, G.S Henderson, G.M Bancroft, R Ho (2015), “Experimental evidence for Na coordination to bridging oxygen in Nasilicate glasses: implications for spectroscopic studies and for the modified random network model”, J Non-Cryst Solids, 409, pp.139–148 [9] I.Saika-Voivod, F.Sciortino and P.H.Poole (2000), “Computer simulations of liquid silica: Equation of state and liquid–liquid phase transition”, Phys Rev E, 63, pp 011202(9) [10] J Du, A.N Cormack (2004), “The medium range structure of sodium silicate glasses: a molecular dynamics simulation”, J Non-Cryst Solids, 349, pp 66–79 43 [11] Jurgen Horbach, Walter Kob, Kurt Binder (2001), “Structural and dynamical properties of sodium silicate melts: an investigation by molecular dynamics computer simulation”, Chemical Geology, 174, pp 87-101 [12] J.Sarnthein, A.Pasquarello and R.Car (1995), “Model of vitreous SiO2 generated by an ab initio molecular-dynamics quench from the melt”, Phys Rev B, 52, pp 12690-12695 [13] K Konstantinou, D.M Duffy, A.L Shluger (2016), “Structure and luminescence of intrinsic localized states in sodium silicate glasses”, Phys Rev B, 94, pp.174202(8) [14] Meyer A., Horbach J., Kob W., Kargl F and Schober H (2004), “Channel formation and intermediate range order in sodium silicate melts and glasses”, Phys Rev Lett, 93(2), pp.027801–027811 [15] L T San, N V Yen, N T Thao, P K Hung, and Fumiya Noritake (2021), “Displacing of sodium between Voronoi O-centered polyhedrons in sodium tetrasilicate glass”, Eur Phys J B, 94:241 [16] M.Wu, Y.Liang, J.Z.Jiang and S.T.John (2012), “Structure and properties of dense silica glass”, Sci Rep., 2, pp 398(6) [17] Ojovan, M.I Mass (2016), “Spectrometric evidencing on modified random network microstructure and medium range order in silicate glasses”, J Non-Cryst Solids, 434, pp.71–78 [18] P Jund, W Kob, R Jullien (2001), “Channel diffusion of sodium in a silicate glass”, Phys.Rev B, 64, pp.134303 [19] P K Hung, N T T Ha, and N V Hong (2012), “Correlation effect for dynamics in silica liquid”, Physical Review E, 86, pp 041508 [20] Q.Mei, C.J.Benmore, and J.K.R.Weber (2007), “Structure of Liquid SiO2: A Measurement by High-Energy X-Ray Diffraction”, Phys Rev Lett, 98, pp 057802(4) [21] R.Sharma, A.Mudi, and C.Chakravarty (2006), “Diffusional anomaly and network dynamics in liquid silica”, J Chem Phys., 125, pp 044705(10) 44 [22] S.Tsuneyuki and Y.Matsui (1995), “Molecular Dynamics Study of Pressure Enhancement of Ion Mobilities in Liquid Silica”, Phys Rev Lett., 74, pp 3197-3200 [23] Takashi Uchino and Toshinobu Yoko (1998), “Structure and Vibrational Properties of Sodium Disilicate Glass from ab Initio Molecular Orbital Calculations”, Journal of Chemical Physics, 102 (43), pp 8372-8378 [24] T.M.Clark, P.J.Grandinetti, P.Florian, J.F.Stebbins (2004), “Correlated structural distributions in silica glass”, Phys Rev B, 70, pp 064202(8) [25] T.Sato and N Funamori (2008), “Sixfold-coordinated amorphous polymorph of SiO2 under high pressure”, Phys Rev Lett., 101, pp 255502(4) [26] X Li, W Song, M M Smedskjaer, J C Mauro, and M Bauchy (2019), “Quantifying the internal stress in over-constrained glasses by molecular dynamics simulations”, J Non-Crystalline Solids X, 1, pp 100013 [27] Y.Liang, C.R.Miranda and S.Scandolo (2007), “Mechanical strength and coordination defects in compressed silica glass: Molecular dynamics simulations”, Phys Rev B, 75, pp 024205(5) [28] Y Saito, T Yonemura, A Masuno, H Inoue, K Ohara, S Kohara (2016), J Ceram Soc Jpn., 124, pp.717–720 [29] Y Yang, H Tokunaga, M Ono, K Hayashi, and J C Mauro (2019), “Understanding the molar volume of alkali-alkaline earth-silicate glasses via Voronoi polyhedra analysis”, Scr Mater.,166, pp 1–5 [30] W Smith, G N Greaves, and M J Gillan (1995), “Computer simulation of sodium disilicate glass”, The Journal of Chemical Physics, 103(8), pp 3091-3097 45