Đang tải... (xem toàn văn)
Khuếch tán là một quá trình cơ bản và phổ biến của tự nhiên, nó có mặt trong mọi lĩnh vực của cuộc sống và nó xảy ra trong tất cả các môi trường vật chất: Trong môi trường chất khí, chất lỏng, chất rắn, trong động vật, thực vật, trong vũ trụ,…
I HM HÀ NI 2 KHÓA LUN TT NGHII HC HÀ NI, 2014 LI CM Trong thi gian hoàn thành khóa lun tt nghic s ca các thy, cô giáo trong T Vt lí lí thuyt, Ban ch nhim Khoa Vt lý n tình ging dy tu kin giúp tôi hoàn thành khóa hc u ý kin quý báu trong thi gian nghiên cu khóa lun. c bit tôi xin bày t lòng bic ti TS. Phan Th Thanh Hng tu ý kin quý báu trong thi gian nghiên cu khóa lun. Tôi xin chân thành c Hà Nội, tháng 05 năm 2014 Sinh viên thc hin Bùi Th Hng Nhung L Khóa lun tt nghi thuyt nghiên cu v khuch tán trong tinh th ri s ng dn tn tình, nghiêm khc ca ging viên, Tin Thanh Hng. tài này là kt qu nghiên cu ca tôi và không trùng vi bt k kt qu nghiên cu ca tác gi nào khác. Hà Nội, tháng 05 năm 2014 Sinh Viên Bùi Th Hng Nhung MC LC M U 1 1. Lí do ch tài 1 2. Mu 2 ng và phm vi nghiên cu 2 u 2 c và thc tin ca khóa lun 2 6. B cc ca khóa lun 2 NG KHUCH TÁN TRONG TINH TH RN 3 1.1. Hing khuch tán 3 1.1.1. Hing khuch tán 3 1 khuch tán 4 1.1.2.1. Khái nim v khuch tán 4 1 khuch tán 4 1.2. Các nghiên cu v khuch tán trong tinh th rn 6 T NGHIÊN CU V HIN NG KHUCH TÁN TRONG TINH TH RN 9 2.1. Lí thuyt thng kê c n 9 2.2. Lí thuyt t phn ng 10 2.3. Lí thuyng lc hc 13 2.4 initio 16 2.4.1. Lí thuyt hàm m 16 2.4.2. Các ng dng ca lí thuyt hàm m 21 2.5 25 2.6ng kê mômen 27 2.6.1. Các công thc tng quát v mômen 28 2.6.2. Công thc tng t do 32 Kt lun 34 Tài liu tham kho 35 1 M U 1. Lí do ch tài Khuch tán là mn và ph bin ca t nhiên, nó có mt trong mc ca cuc sng và nó xy ra trong tt c ng vt chng cht khí, cht lng, cht rng vt, thc vì vy, nghiên c hiu các quá trình khuch tán chính là nghiên cu các quy lun ca t nhiên. Nó góp phn làm cho con i hiu rõ v các quá trình vng vt cht trong t nhiên nht là trong th ging khuch tán trong t nhiên nói chung và khuch tán trong tinh th rc s quan tâm c bit ca các nhà nghiên cu lí thuyc nghim. T u th k u rt mnh các dng khác nhau ca tinh th rn: Bán dn, kim loi, h to ra nhng vt liu mi phc v cuc sng cu c v lí thuyt ln thc nghim v s khuch tán trong tinh th rc bit là s khuch tán trong bán dn, kim loi, hp kc chính ng khuch tán là mu ri phi có các trang thit b him. V mt lí thuyt có nhi c s d nghiên cu v khu t ch kinh nghi c thành công nh t nào thc s hoàn ho, các tính toán còn b hn ch và các kt qu s i giá tr thc nghim. Vì vy, vic tìm hic s d nghiên cu v khuch tán trong tinh th rn là v c. 2 Vi tt c nha ch tài: pháp lí thuyt nghiên cu v khuch tán trong tinh th rn 2. Mu Tìm hic s d nghiên cu v hing khuch tán trong tinh th rn. 3. ng và phm vi nghiên cu Là ni dung ct nghiên cu v khuch tán trong tinh th rn, t - m ca t 4. u c các tài liu vit v thuyt nghiên cu v hing khuch tán trong tinh th r - c m ca t 5. c và thc tin ca khóa lun c thy - m ca m pháp lí thuyt và phm vi áp dng ca m 6. B cc ca khóa lun Khóa lun : Hing khuch tán trong tinh th rn. 2: t nghiên cu v hi ng khuch tán trong tinh th rn. 3 HIN NG KHUCH TÁN TRONG TINH TH RN 1.1. Hing khuch tán 1.1.1. Hing khuch tán Hi ng khuch tán ca các nguyên t trong tinh th rn là mt trong nhng v quan tr c rt nhiu nhà khoa hc quan tâm nghiên cu. Lí thuyt khuch tán xut hic mô t nh lut Fic. Tin là thc nghim v hing khuch tán c n c Roberts và Austin tin hành l n khi i ta bu ng dng v phóng x thì vic nghiên cu hing khuch tán thc s phát trin mnh m. Hàng lo cu mi: + . + n t u. + ng t ht nhân, cng gamma ht nhân, tán x noron nhi + t cht c bic áp dng rt ph bi nghiên cu các tính cht nhing ca vt rn ng khuch tán ca kim loi, hp kim, các cht bán dn, chnh hình Các nghiên cu c v lí thuyt ln thc nghi a nhn hin ng khunh lut Agrenhius: 0 exp B Q DD kT (1.1) là tha s có d Q lng kích hot, ph thuc rt ít vào nhi. là hng s Boltzmann. 4 V h, khi nghiên cu hi ng khuch tán dnh lut Agrenhius phù hp trong mt khong nhi uy nhiên, vi các c hin vùng nhi cao hoc trong mt khong hp ca nhit cao thì dn kt qu sai lch vnh lut Agrenhius. Vi nhiu khó c tp v mt lí thuyt mi ch c gii quyt trn vn, cht ch. Vì vy, v này cu và phát trin hoàn thin khi nghiên cu v hing khuch tán nói chung và hing khuch tán trong tinh th rn nói riêng. 1.1.2. khuch tán 1.1.2.1. Khái nim v khuch tán Theo tài liu [5] khuch tán là mt quá trình di chuyn ngu nhiên ca mt hay mt s loi nguyên t vt chng vt cht khác (gi là vt cht gc) i tác dng cu kit , áp sut, n - t ng và n tp ch Nu chính các nguyên t vt cht cng gc khuch tán trong ng vt chc gi là s t khuch tán (self-diffusion). 1.1.2.2. khuch tán khuch tán nói chung bao gm c quá trình khuch tán và t khuch tán. khuch tán là cách thc di chuyn ca các nguyên t bên trong mng tinh th. i ta v t rõ v quá trình khua các nguyên t vi nhau trong quá trình khuch tán. Tuy nhiên, có m u chc chn là các nguyên t trong quá trình khuch tán nhy t v trí này sang v trí kia trong mng tinh th. S dch chuyn ca các nguyên t có th thc hin bng cách dn dn lp vào ch trng trong mng tinh th. S dch chuyn này có tính chn lc, các nguyên t ng dch chuyng có ng sut tip tuyn 5 ln nht. Khi nhi ng nhit, nguyên t di khi v trí cân bn mt v trí cân bng mi. S dch chuyn ca các nguyên t trong tinh th rn có th chia làm hai c ch ch yu: xen k. khuch tán xen k khuch tán này xy ra vi các hp cht ca các loi nguyên t c khác nhau. Các nguyên t i tác dng ca nhi và ng sut có th dch chuyn t l trng này sang l trng khác trong mng tinh th. i ta có th khnh rng, các tp cht có bán kính nh gc thì có kh n là khu ch xen k. thay th khuch tán thay th này xy ra vi mi loi vt liu. ng các tinh th trong thc t là không lí ng. Trong mng s xut hin nhng nút khuyt [...]... này để nghiên cứu khuếch tán trong tinh thể rắn vẫn còn chưa thực sự hiệu quả Trong những năm gần đây, xuất hiện một phương pháp thống kê mới rất hiệu quả trong việc nghiên cứu khuếch tán trong tinh thể rắn Đó chính là phương pháp thống kê mômen 2.6 P ơ p áp ống kê mômen Phương pháp thống kê mômen do Nguyễn Tăng đề xuất đã được phát triển để nghiên cứu khuếch tán trong tinh thể rắn Bằng phương pháp thống... Tuy nhiên, đa số các nghiên cứu lí thuyết mới chỉ quan tâm đến biểu thức giải tích của năng lượng kích hoạt Q mà chưa đề cập đến việc xác định hệ số trước hàm mũ D0 Mặt khác, các nghiên cứu lí thuyết này là các phương pháp cổ điển nên còn rất nhiều hạn chế Ngày nay, khi nghiên cứu khuếch tán trong tinh thể rắn người ta thường sử dụng các phương pháp mới: phương pháp ab initio, phương pháp mô hình hóa... phản ứng, lí thuyết động lực học…Ngoài ra còn có các phương pháp như: Các phương pháp ab initio, phương pháp mô hình hóa trên máy tính…đặc biệt là phương pháp thống kê mômen Nội dung chính và các ưu nhược điểm của các lí thuyết và phương pháp này được chúng tôi trình bày trong chương 2 của khóa luận 8 CHƯ NG 2 CÁC PHƯ NG PH P LÍ THUY T NGHIÊN C U V HIỆN TƯỢNG KHU CH TÁN TRONG TINH TH R N 2.1 Lí thuy... trên thì các nguyên tử trong tinh thể rắn còn có thể khuếch tán theo cơ chế sau: a) Cơ chế phục hồi b) Cơ chế tác động c) Cơ chế hỗn hợp d) Cơ chế trao đổi trực tiếp e) Cơ chế trao đổi vòng f) Cơ chế kéo cụm lại 1.2 Các nghiên cứu về khu ch tán trong tinh thể rắn Có thể nói, lí thuyết khuếch tán bắt đầu ra đời sau khi các kết quả của A Fick được công bố vào năm 1885 Fick coi quá trình khuếch tán giống... chảy của tinh thể Cho đến nay, đã có hàng loạt công trình được công bố trên các tạp chí khoa học trong và ngoài nước trên cơ sở phương pháp thống kê mômen [1, 3, 6, 7] Dưới đây, chúng tôi xin trình bày nội dung của phương pháp thống kê mômen khi nghiên cứu khuếch tán trong tinh thể rắn 27 2.6.1 Các công thức tổng quát về mômen [3] Trong lí thuyết xác suất và lí thuyết thống kê định nghĩa về mômen được... quá trình khuếch tán trên cơ sở hiện tượng luận Chính vì thế lí thuyết khuếch tán mô tả bằng hai định luật Fick là lí thuyết khuếch tán đơn giản Trong một vài trường hợp đặc biệt với các điều kiện ban đầu đã cho, có thể giải bài toán để tìm phân bố nồng độ tạp chất Các nghiên cứu cả về mặt lí thuyết và thực nghiệm sau này đã thừa nhận rộng rãi rằng, sự phụ thuộc nhiệt độ của hệ số khuếch tán được mô... có thể được coi như không thay đổi và hệ số khuếch tán D không phụ thuộc vào nồng độ tạp chất Điều đó có nghĩa là, các quá trình kích hoạt bằng nhiệt độ sẽ tuân theo định luật Arrhenius được mô tả theo phương trình (1.4) Có rất nhiều các phương pháp cả về lí thuyết lẫn thực nghiệm được sử dụng để xác định năng lượng kích hoạt Q, hệ số khuếch tán D Về lí thuyết có: Lí thuyết thống kê cổ điển, lí thuyết. .. xét: Phương pháp động lực học cho phép ta tính được tần số của các bước nhảy và năng lượng kích hoạt tạo nên các bước nhảy khuếch tán Tuy nhiên, cũng giống như hai mô hình trên, vấn đề ảnh hưởng của hiệu ứng phi điều hòa của dao động mạng cũng chưa được đề cập Như vậy, bằng các phương pháp lí thuyết khác nhau đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về khuếch tán của nguyên tử trong tinh thể rắn Tuy nhiên,... lượng có thể đo được với độ chính xác có thể so sánh được hoặc tốt hơn sẽ là vô ích * Các ưu điểm của việc sử dụng các phương pháp ab initio - Các lực giữa các nguyên tử và các trạng thái riêng điện tử được tính từ các nguyên lí đầu tiên đòi hỏi không làm khớp với bất kì thông số ngoài nào Phương pháp có khả năng nghiên cứu các pha vật liệu khác nhau và có thể được sử dụng để mô hình hóa các môi trường... trên máy tính, phương pháp thống kê mômen… 2.4 Cá p ơ p áp ab - initio 2.4.1 Lí thuy t hàm m độ [1] Các phương pháp ab initio được sử dụng trong các tính toán động lực học phân tử (MD) của chất rắn cho phép tính chính xác và linh hoạt nhất các lực tác dụng lên các nguyên tử trong hệ mô hình, các tính chất điện tử và dao động của mô hình Một số lớn các tính toán ab initio dựa trên cơ sở lí thuyết hàm mật . th r - c m ca t 5. c và thc tin ca khóa lun c thy - m ca m pháp lí. sut, n - t ng và n tp ch Nu chính các nguyên t vt cht cng gc khuch tán trong ng vt chc gi là s t khuch tán (self-diffusion) ct nghiên cu v khuch tán trong tinh th rn, t - m ca t 4. u c các tài liu vit v thuyt