0958 nghiên cứu đặc trưng cấu trúc và động học của các vật liệu sio2 và mgsio3 lỏng luận văn tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNGĐẠI HỌCBÁCHKHOAHÀNỘI LUYỆNTHỊSAN NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VÀ ĐỘNG HỌC CỦACÁCVẬTLIỆUSiO2VÀMgSiO3LỎNG LUẬN ÁNTIẾNSĨVẬTLÝKỸTHUẬT HÀNỘI- 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNGĐẠI HỌCBÁCHKHOAHÀNỘI LUYỆNTHỊSAN NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VÀ ĐỘNG HỌC CỦACÁCVẬTLIỆUSiO2VÀMgSiO3LỎNG Chuyênngành:VẬTLÝKỸTHUẬTMã số:62520401 LUẬN ÁNTIẾNSĨVẬTLÝKỸTHUẬT NGƯỜIHƯỚNGDẪNKHOAHỌC: PGS.TS.NGUYỄNVĂNHỒNG GS.TS.VŨVĂNHÙNG HÀNỘI-2017 LỜICAMĐOAN Tơixincamđoanđâylàcơngtrìnhnghiêncứucủatơi.Tấtcảcácsốliệuvàkết quảnghiêncứutrongluậnánlàtrungthực,chưatừngđượcaicơngbốtrongbấtkỳcơngtrìnhnghiêncứunàokhác Thaymặttậpthểhướngdẫn PGS.TSNguyễnVănHồng Nghiêncứusinh LuyệnThị San LỜICẢMƠN Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS TS Nguyễn Văn Hồng GS.TS Vũ Văn Hùng, người thầy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi hồn thànhluậnán Tơi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tạo điều kiện làm việc Bộ mônVật lý tin học, Viện Vật lý kỹ thuật phòng đào tạo Sau đại học Trường Đại họcBáchkhoaHàNộidànhchotơitrongsuốtqtrìnhnghiêncứu,thựchiệnluậnán Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến gia đình, người thân, nhữngđồngnghiệpđãdànhnhữngtìnhcảm,độngviêngiúpđỡtơivượtquanhữngkhókhănđể hồnthànhluậnán HàNội,ngày2t h n g 11năm2017 LuyệnThịSan MỤCLỤC Danhmụccáctừviếttắtvàkýhiệu Danhmụccácbảngbiểu Danhmụccáchìnhvẽvàđồthị MỞĐẦU CHƯƠNG1.TỔNG QUANVỀHAI VẬTLIỆUSiO2VÀMgSiO3 1.1 TổngquanvậtliệuSiO2 11 1.1.1 Cấutrúc 11 1.1.2 Hiệntượngđathùhình 14 1.1.3 Cáchiệntượngđộnghọc 17 1.2 TổngquanvậtliệuMgSiO3 22 CHƯƠNG2.PHƯƠNGPHÁPTÍNH TỐN 2.1 Phươngphápmôphỏngđộnglựchọcphântử 28 2.2 Xâydựngmơhìnhđộnglựchọcphântử 31 2.2.1 Thếtươngtác 31 2.2.2 Mơhìnhđộnglựchọcphântử 33 2.3 Phântíchcấutrúc .35 2.3.1 Hàmphânbốxuyêntâm 35 2.3.2 Sốphốitrívàđơnvịphốitrí 37 2.3.3 Phânbốgóc 38 2.3.4 Kỹthuậttrựcquanhóa 39 2.4 Phântíchđộnghọc 39 CHƯƠNG3.CẤUTRÚCVÀĐỘNGHỌCCỦASiO2LỎNG 3.1 Hiệntượngđathùhình 43 3.2 Hiệntượngđộnghọc 51 3.2.1 Cơchế khuếchtán 51 3.2.2 Độnghọckhôngđồngnhất 63 CHƯƠNG4.C Ấ U TRÚCCỦAMgSiO3LỎNG 4.1 CấutrúcđịaphươngcủaSivàMg 72 4.2 Hiệntượngtáchphavimô 79 KẾTLUẬN 90 DANHMỤCCÁCCƠNGTRÌNHĐÃCƠNGBỐ 92 TÀILIỆUTHAM KHẢO 93 DANHMỤCCÁCTỪVIẾTTẮTVÀKÝHIỆU ĐLHPT Độnglựchọc phântử PBXT Phânbốxuntâm VĐH Vơđịnhhình ĐVPT Đơnvịphốitrí BO Nguntử ơxycầu NBO Nguntử ôxykhôngcầu BKS VanBeets –Kramer – VanSanten OG Oganov NPT Sốhạt,ápsuấtvànhiệt độkhơngđổi NVE Sốhạt,thể tíchvà lượngkhơngđổi Si Nguntửsilíc O Nguntử ôxy NRM Cộnghưởngtừhạtnhân DANHMỤCCÁCBẢNGBIỂU Trang Bảng2.1 Cácthông sốthế BKS đốivớihệ SiO2 31 Bảng2.2 CácthôngsốthếOGđốivớihệMgSiO3 33 Bảng3.1 Đặctrưngcấutrúccủa SiO2lỏngởnhiệtđộvàápsuấtkhác 44 nhau:r lklàvịtrícủađỉnhthứnhấthàmPBXTthànhphần, TN:Thựcnghiệm,MP:mơphỏng Bảng3.2 SựphânbốOSi 3vàmốiliênkếtgiữacácĐVPTSiO xliền 47 kềt h ô n g quacáccạnhdùngchung(Ne)vàcácmặtdùng chung(Nf)trongSiO2lỏng Bảng3.3 TốcđộchuyểnđổigiữacácĐVPTởnhiệtđộ khácnhau 64 Bảng4.1 ĐặctrưngcấutrúccủaMgSiO 3lỏngởápsuấtkhácnhau: 73 rlkjlàvịtrícủađỉnhthứnhấthàmPBXTthànhphần Bảng4.2 Sựp h â n b ố BO ĐVPT SiO4 áp suất 84 khácnhau Bảng4.3 Sựphân BO ĐVPT SiO5 áp suất 84 BO ĐVPT SiO6 áp suất 84 bốkhácnhau Bảng4.4 Sựphân bốkhácnhau DANHMỤCCÁCHÌNHVẼVÀĐỒ THỊ Trang Hình2.1 Minhhọađiềukiệnbiêntuầnhồn 30 Hình2.2 HàmPBXTchohệ1thànhphần 36 Hình2.3 HàmPBXTcặpchohệhaithànhphần 36 Hình2.4 HàmPBXTcặpSi-OtronghệMgSiO3lỏngởT=3500K,P= 37 30GPa Hình2.5 Sốlượngchuyểnđổiphụthuộcvàothời gian 41 Hình2.6 MinhhọađámhìnhthànhgiữanguyêntửSivàO.Khốicầumàu 42 đenlàSi, màuvànglà O Hình3.1 NămĐVPT cấu thànhmạng SiO2lỏng:SiO4(a);SiO5(b);SiO6 45 (c);OSi 2(d);OSi 3(d).KhốicầunhỏlàOvàkhốicầulớnlàSi Hình3.2 Sự phânbốtỉphầnĐVPTSiOxvàOSiyởápsuấtkhácnhau 45 Hình3.3 PhânbốgócSi-O-Sivàkhoảngcáchliênkết O-Sitrong 46 ĐVPTOSi2vàOSi3 Hình3.4 LiênkếtgiữacácĐVPTSiOxvàđámđượchìnhthànhbởiSiOx 48 (khốicầulớnlàSivànhỏlàO):LiênkếtgiữacácĐVPTSiOx thơngquamộtBO(a); LiênkếtgiữacácĐVPTSiOxthơngqua 2BO(b); OSi3(c);ĐámcủaSiO4hìnhthànhpha mậtđộthấp (d);ĐámcủaS i O 5vàSiO 6hìnhthànhphamậtđộcao(e) Hình3.5 Sựphânbốcác ĐVPTSiOxvàOSiytrong SiO2lỏng(T=3200 49 K)ởápsuất5,15và25GPa.KhốicầulớnlàSi,khốicầunhỏlà O Hình3.6 Sựphụthuộccủa mậtđộvàốpsuấttrongSiO2lỏng 50 Hình3.7 Độdịchchuyểnbìnhphươngtrungbìnhcủacácnguntửtrung 52 tâmvớigiátrịkkhácnhau Hình3.8 Hình3.9 Sựphụthuộccủavàothờigianmơphỏng Độdịchchuyểnbìnhphươngtrungbình/1 nguntử chonhóm 53 54 nguntử thứ nhấtvàthứ hai Hình3.10 Sốlượngđámtạobởicácnguntử thuộcnhómnguntửA1, 55 Hình3.11 A2vàA3tạicácthờiđiểmmơphỏngkhácnhau Kíchthướcđámlớn nhấttạicácthờiđiểmmơ phỏngkhácnhau, 56 P=0GPa Hình3.12 Độdịchchuyểnbìnhphươngtrung bìnhvà sốlượngđámtạobởi 57 nguntửnhómA2vàA3;A2vàA3đượclựachọnởthờiđiểmtd =47.8psvàápsuấtP=0GPa Hình3.13 Sốlượngđámtạobởicácnguntử thuộcn h ó m nguyên tử A1, 59 A4vàA5t i cácthờiđiểmmôphỏngkhácnhau Hình3.14 Sốlượngchuyểnđổitrungbìnhcho1ngun tử vàđộdịch 60 chuyểnbìnhphươngtrungbìnhcủacácnguntử nhómA1,A4 vàA5ởP= 0GPa Hình3.15 SốchuyểnđổitrungbìnhvàsốphốitrítrungbìnhZDtại cácthời 61 điểmmơphỏngkhácnhau;P= 0GPa,T=3000K Hình3.16 Minhhọachuyểnđộngcủacácnguntử.Khốicầumàu đen 63 ứngvớicácđámcứng.Khốicầuđỏvàxanhứngvớicácngun tửlinhđộng.Khốicầu màuđỏứngvớicácnguntử thuộccác siêuphântử Hình3.17 a)Chuyển đổicóích;b)Chuyểnđổikhơngcó 64 Hình3.18 Sựphụthuộcápsuấtcủahệsốkhuếchtán(a)vàtốcđộchuyển 65 đổi(b),T=3000K Hình3.19 Sựphụthuộc của= Mbt/Mbovàosốlượngchuyểnđổi,T= 66 3000K Hình3.20 Minhhọaquátrìnhdịchchuyểncủacácnguyêntử:A)Một 68 nguntửdịch chuyển quakhoảng khơng giữahaingun tửđể tới mộtvị trí mới;B)Sựdịchchuyểncủa nhómnguntử Hình3.21 HệsốkhuếchtáncủaSivàOchocáchệ nhiệtđộvàápsuấtkhác 68