Ảnh hưởng của vi cấu trúc đến tính chất quang học của sio2, al2o3 và (al2o3) 2(sio2) luận văn thạc sỹ vật lý

B ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐAI HOC VINH NGUYỄN VĂN YÊN ẢNH HƯỞNG CỦA VI CẤU TRÚC ĐÉN TÍNH CHẤT QUANG HỌC CỦA S i02, A12 VÀ (Al2 ).2(Si02) Chuyên ngành: Quang học Mã so: 60.4401.09 LUẬN VĂN THẠC s ĩ VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ THÉ VINH Tp Hồ Chí Minh, 2013 LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Lê Thế Vinh, người thầy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ trình thực luận văn Xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tạo điều kiện làm việc cán Phòng thí nghiệm mô Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vinh suốt trình làm việc Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban chủ nhiệm khoa sau đại học, khoa vật lý, thầy cô giáo: TS Đoàn Hoài Sơn, TS Nguyễn Huy Bằng, TS Nguyễn Thị Quỳnh Hoa, NCS Bùi Danh Hào thầy cô giáo giảng dạy, giúp đỡ có nhiều ý kiến đóng góp quý báu cho tác giả trình học tập thực luận văn Cuối xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, người thân, đồng nghiệp tập thể anh chị em học viên lớp cao học 19 quang học dành tình cảm, động viên giúp đỡ vượt qua khó khăn để hoàn thành luận văn Thành phố Hồ Chí Minh, tháng Tác giả năm 2013 MỤC LỤC Trang LỜI CẢM Ơ N MỤC L Ụ C DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH V Ẽ MỞ Đ Ầ U CHƯƠNG TỐNG Q U A N 1.1 Tổng quan kết nghiên cứu ôxít .7 1.2 Mô S i0 2, АЬОз A S 14 1.3 Vấn đề đặt hướng giải q u y ết 19 CHƯƠNG I I 20 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ứ u 2.1 Phương pháp động lực học phân t 20 2.2 Xác định thông số vi cấu trú c 22 2.3 Xác định chiết suất 26 CHƯƠNG III 27 MÔ HÌNH S i0 2, АЬОз, A2S VÀ ẢNH HƯỜNG CỦA VI CẲƯ T R Ú C 27 ĐẾN C inÉ T SUẮT CÁC MÔ HÌNH 27 3.1 Xây dựng mô h ìn h 27 3.2 Vi cấu trúc hệ S i0 2, A12 3, A 2S 27 3.3 Ảnh hưởng áp suất đến vi cấu trúc chiết suất 39 KÉT LU Ậ N 43 TÀI LIỆU THAM K H Ả O 44 CÔNG TRÌNH CÔNG B Ố .44 DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ Bảng Bảng 1: Các đặc tỉnh vi cẩu triĩc Aỉ2 lỏng Гу, gij vị trí độ cao m a đỉnh thứ Bảng : Các đặc tỉnh câu tríic S ỉ0 lỏng Rự, gịj vị trí độ cao đỉnh thứ Bảng 3: Thông sô ỉương tác cặp Bảng 4: Bảng vị trí đỉnh cao trong hàm phân bổ xtryên tâm A2S 10 Bảng 5: Bảng so phoi trí tmng bình A 2S 10 Bảng : Giá trị độ nhớt loại nguyên tử 11 Bảng 7: Vị tri đình thứ hàm phân bổ xuyên tâm hệ (Si0 )x(Al2 3)]-x 11 Bảng : Độ cao đỉnh thứ hàm phân bổ xuyên tâm ảm hệ (Si0 2)x(AỈ2 о з)].х 12 Bảng 9: Phân bổ phổi trí (SiO2)x(AỈ2 ị) nồng độ khác 12 Bảng 10: Phân bo phoi trí (Si0 )x(AỈ2 3)j.x nong độ khác 12 Bảng 11: Vị trí đỉnh thứ hàm phân b o .13 Bảng : Vị /rỉ đỉnh thứ hàm phân bổ xuyên tâm hệ (Si0 2)x(AÎ2 3)].x 13 Bảng 13: Độ dài ỉiên kết Гу (Ấ) hệ AS2 13 Bảng 14: Độ cao đỉnh thứ gỊj (Ấ) hàm phân bổ xuyên tâm hệ A2S 14 Bảng 15: Sổ phoi trí tnmg bình aìa cặp liên kết hệ A2S áp s u ấ t 14 Bảng 16: Thế tích riêng (ĩ áp suất (p'), lượng (E) vị /rỉ đình thứ 16 Bảng 17: Phân bổ so phoi trí (SPT) ỉon AI о 17 Bảng 18: Đặc trung tôpô cấu trúc А Ю3 17 Bảng 19: vị trí đỉnh thứ Гу (Ả), độ cao đỉnh thứ (Ả), số phối trí 27 Bảng 20: Sổ phổi trí ảm cặp liên kết О-Si theo áp suất khác 28 Bảng 21: Sổ phổi trí ảm cặp liên kết Si-О theo áp suất khác 28 Bảng 22: vị trí đỉnh thứ Tý (Ấ), độ cao đỉnh thứ (Ẳ), sổ phổi trí 30 Bảng 23: Sổ phổi trí ала cặp liên kết О-Al theo áp suất khác 31 Bảng 24: Số phối trí cặp liên kết A Ỉ-0 theo áp suất khác 31 Bảng 25: Vị trí đỉnh thứ rtj (Ẳ) hàm phân bồ xuyên tâm hệ AS2 theo 33 Bảng 26: Độ cao đỉnh thứ gij(r) ảm hàm phân bổ Xĩíyên tăm hệ AS theo 33 Bảng 27: Sổ phổi trí trưng bình m a cặp liên kết hệ A2S áp suất khác 34 Bảng 28: So phổi trí cặp liên kết A l - theo áp suất khác .34 Bảng 29: Số phổi trí ảm cặp liên kết O-AÌ theo áp suất khác 35 Bảng 30: So phổi trí ảm cặp liên kết Si-О theo áp suất khác 35 Bảng 31: So phổi trí ảm cặp liên kết о -Si theo áp suất khác .36 Bảng 32: Sổ phổi trí ала hệ S i0 A h O ỉ ,A S mật độ thấp cao 38 Bảng 33: Mật độ chiết suất áp suất khác nhan S i0 39 Bảng 34: Mật độ chiết suất áp suất khác AỈ2 O3 40 Bảng 35: Mật độ chiết suẩt áp suất khác A2S 41 j x Hình Hình : Hàm phân bổ xuyên tâm ảm S i0 áp suất (Gpa) 30 Hình 2: Hàm phân bổ X ĩỉ y ê n tâm AỈ2 O áp suất (Gpa) .32 Hình 3: Hàm phân bổ Xĩíyên tâm A2S áp suất (Gpa) 38 Hình 4: Đồ thị biếu diễn phụ thuộc chiết suất vào áp suất S i0 40 Hình 5: Đồ thị biểu dien phụ thuộc chiết suất vào áp suatAU0 41 Hình : Đồ thị biếu dien phụ thuộc chiết suất vào áp suất củaA2S 42 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Vật liệu S1 O2 , AI2 O , (Al2 ).2 (Si0 2) (được viết tắt A2S) có nhiều ứng dụng công nghiệp thực tế ngành hóa dầu vật liệu zeolit chất hấp thụ, chất xúc tác, trao đổi ion, tách làm khí, tách ion phóng xạ từ chất thải phóng xạ, đặc biệt xúc tác cho nhiều trình chuyển hóa hidrocacbon Kaolin (2 H2 O.AI2 O3 S1 O ) ứng dụng Ngành công nhiệp hóa hoc, công nghiệp cao su sản xuất vật liệu chuyên dụng gạch men, da giày nhân tạo Hiện cấu trúc vi mô, tính chất quang học, công nghệ chế tạo vật liệu đề tài mang tính thời nhiều sở khoa học nước quan tâm nghiên cứu Tuy nhiên, thông tin chi tiết chất cấu trúc mức độ nguyên tử, ảnh hưởng yếu tố công nghệ nhiệt độ, áp suất đến tính, lý tính, tính chất quang học vật liệu đến vẩn hạn chế Vì chọn đề tài “Ánh hưởng vi cẩu triic lên tỉnh chất quang học vật liệu S ỉ0 2, ẢỈ2 O , A S ” Bằng phương pháp mô động lực học phân tử tính chất cấu trúc vi mô mối quan hệ vi cấu trúc tính chất quang học vật liệu ngiên cứu Phạm vi nghiên cún + X â y dựng mô hình vật liệu S1O2, AI2O3, A S, kiểm tra độ tin cậy mô hình cách so sánh số liệu tính toán với số liệu thực ngiệm + Nghiên cứu cấu trúc vi mô, ảnh hưởng nhiệt độ, áp suất đến vi cấu trúc, tính chất quang học vật liệu + Xác định tính chất quang học vật liệu hệ SÌO2 , AI2 O , A2S + Khảo sát phụ thuộc vi cấu trúc tính chất quang học hệ vật liệu Dối tượng phạm vi nghiên cún + Luận văn nghiên cứu hệ vật liệu S1O , AI2 O , A2S, + Nghiên cứu thông số vi cấu trúc hệ tính chất quang học hệ I Nghiên cứii phục thuộc vi cấu trúc tính chất quang học hệ Phương pháp nghiên cứu ỉ Đe tài luận văn sử dụng phương pháp mô động lực học phân tử, kết họp với phương pháp phân tích vi cấu trúc Ý nghĩa khoa học đề tài Luận văn nghiên cứu cung cấp thông tin chi tiết cấu trúc vi mô tính chất quang học vật liệu SÌO2 , AI2 O , A2S, điều kiện áp suất khác Các mô hình vật liệu xây dựng sử dụng để nghiên cứu nhiều tính chất vật lý khác 6 cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu kết luân, luận văn gồm có chương Chương trình bày tổng quan kết nghiên cứu vật liệu S i02, AI2O3 A2S Mô vi cấu trúc tính chất vật lý vật liệu Si02, AI2O3 A2S Chương trình bày nội dung phương pháp mô sử dụng luận văn gồm phương pháp động lực học phân tử phương pháp xác định các thông số vi cấu trúc vật lý mô hình động lực học phân tử Chương nghiên cứu cấu trúc ba hệ vật liệu ảnh hưởng áp suất đến tính chất vật liệu, đặc biệt mối quan hệ vi cấu trúc chiết suất S1O 2, AI2O A2S CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Tống quan kết nghiên cún ôxít Trong công trình [1] tác giả đưa mô hình AI2O3 lỏng vô định hình tác giả thực hệ 0 nguyên tử hình hộp lập phương với điều kiện biên tuần hoàn Với việc lựa chọn tương tác cặp Born - Mayer Với mô hình NPT, nhiệt độ 3000K mô hình vật liệu ổn định sau 200.000 bước mô Bảng 1: Các đặc tỉnh cấu triic Al2 lỏng, rự, g,Ịj vị trí độ cao dỉnh thứ hàm phân bổ xuyên tâm thành phần ; z ij- so phổi trí cặp trung bình, cặp 1-1 làAl-AỈ; cặp - cặp A l-0 ; - cặp O-AỈ - cặp O-O P,GPa 0.14 1.28 2.47 3.16 6.32 11.58 16.38 19.01 23.20 27.66 32.08 37.35 45.41 56.65 rii z ịi gii -1 -2 - -1 -2 - 3.14 3.14 3.10 3.14 3.10 3.06 3.06 3.04 3.04 3.02 3.02 3.02 2.94 2.90 1.70 1.70 1.70 1.70 1.70 1.72 1.72 1.74 1.74 1.74 1.74 1.72 1.74 1.74 2.78 2.76 2.74 2.76 2.72 2.87 2.82 2.84 2.77 2.78 2.83 2.85 2.89 2.87 2.92 2.94 2.90 5.73 5.61 5.42 5.30 5.05 4.85 4.58 4.51 4.49 4.46 4.39 4.37 4.32 4.33 2.36 2.34 2.36 2.32 2.31 2.33 2.40 2.43 2.42 2.49 2.46 2.57 2.61 2.62 2.62 2.60 2.56 2.54 2.56 2.56 2.54 2.50 8 2.96 -1 7.93 8.16 8.67 9.05 9.99 10.92 12.08 12.16 12.45 12.69 12.76 12.81 13.12 13.06 -2 4.31 4.44 4.48 4.51 4.76 4.93 5.21 5.31 5.46 5.49 5.57 5.69 5.83 5.92 - 2.87 2.96 2.99 3.00 3.17 3.29 3.47 3.54 3.64 3.66 3.71 3.79 3.89 3.95 - 10.54 11.08 11.64 0 12.34 13.43 13.65 14.46 14.73 15.01 14.98 15.64 15.97 15.96 Từ số liệu bảng ta nhận thấy nguyên tử AI bao quanh 7.93 nguyên tử AI khác 4.31 nguyên tử o, nguyên tử o bao quanh 2.87 nguyên tử AI 10.54 nguyên tử o khác Kết nối đa diện AIO4 , AIO5 ,A106 có góc 120 phân bố góc O-Al-O thay đổi theo áp suất, chuyển pha cấu trúc có thay đổi mạnh tỷ lệ cân đối đơn vị cấu trúc thay đổi trật tự gần đa diện Với góc Al-O-Al ta thấy đỉnh có độ cao giảm dần theo áp suất Vị trí đỉnh dịch 120 đến 90 áp suất tăng Cấu trúc A I O vô định hình có AI bao quanh 8.02 nguyên tử AI khác v 4.35 nguyên tử o Trong nguyên tử o bao quanh 2.9 nguyên tử AI 10.68 nguyên tử О khác Phân bố phối trí (SPT) cặp Al-O có đỉnh cao số phối trí 4(65.70 % X 29% nguyên tử AI có số phối trí có 2.68 % SPT 0.03 % SPT với cặp О-Al hầu hết chúng có SPT 3(80.66 %) tiếp số phối trí 2( 14.63 %) có 4.62 % có SPT Trong công trình [2] tác giả xây dựng mô hình Si02 lỏng vô định hình Với S i02 lỏng tác giả thực mô hình gồm 1998 nguyên tử Si02 gồm 666 nguyên tử Si 1332 nguyên tử о tiến hành đo hệ áp suất khác giá trị thể bảng sau Bảng : Các đặc tính cẩu tríỉc S i0 lỏng Rij, gij vị trí độ cao dỉnh thứ hàm phân bo xưyên tâm thành phần ; z ij- so phoi trí cặp trưng bình, cặp 1-1 Si-Si; cặp 1-2 cặp S ỉ-0 ; 2-1 cặp O- Sỉ 2-2 cặp O-O P,GPa -0.10 4.87 9.83 15.73 20.15 25.20 1-1 3.10 3.08 3.08 3.08 3.08 3.08 rũ 1-2 1.60 1.60 1.60 1.62 1.62 1.64 2-2 2.60 2.56 2.50 2.50 2.46 2.44 1-1 2.89 2.57 2.42 2.38 2.36 2.35 gii 1-2 9.12 7.22 6.14 5.67 5.42 5.29 Z4 2-2 2.75 3.48 2.40 2.41 2.43 2.46 1-1 4.49 5.71 6.90 7.96 8.42 8.98 1-2 4.07 4.40 4.78 5.08 5.31 5.50 2-1 2.03 2.20 2.39 2.54 3.65 2.75 2-2 8.17 11.13 12.95 13.91 14.61 15.20 Độ dài liên kết Si-Si 1.60 đến 1.62 (Ấ)khoảng cách liên kết - 2.44 đến 2.60 (Ả)Si-Si 3.08 đến 3.10 (Ả) Kết độ dài liên kết khác phù hợp với thực nghiệm Từ bảng ta thấy áp suất -0.1 G Pa phần lớn nguyên tử Si bao quanh nguyên tử o, phần lớn nguyên tử о liên kết với hai nguyên tử Si Khi áp suất tăng số phối trí tất cặp (Si-Si, Si-O, -0 ) tăng Kết phù hợp tốt với kết nghiên cứu khác Với kết nghiên cứu Si02 vô định hình tác giả đưa kết luận Giá trị cực đại hàm phân bố xuyên tâm thành phần giảm mật độ mô hình tăng, áp suất GPa mật độ Si02 vô định hình có giá rị nhỏ 2.698(g/cm3) giá trị cực đại gịj cặp (Si-Si, Si-O, -0 ) tương ứng 4.00; 20.02 4.10 áp suất nén 20 GPa mật độ mô hình có giá trị lớn 3.159 ( g/cm3) giá trị cực đại gịj cặp (Si-Si, Si-O, -0 ) tương ứng 3.38, 12.89 3.28 số phối trí trung bình tất cặp tăng mật độ tăng, mật độ 2.698 ( g/cm3) số phối trí trung bình Zịj cặp (Si-Si, Si-О, O-Si, -0 ) tương ứng 4.33; 4.07; 2.03; 10.06 mật độ 3.159 (g/cm3) Zÿ cặp (Si-Si, Si-О, O-Si, -0 ) tương ứng 5.58; 4.45; 2.23 12.11 Kết cho thấy mô hình mật độ thấp, cấu trúc mạng Si02 vô định hình tạo thành chủ yếu từ đơn vị cấu trúc S1O4 (mạng tứ diện) tứ diện S1 O liên kết với thông qua nguyên tử cầu ôxy Phần lớn nguyên tử о kết nối với hai tứ diện S1O4 Tuy nhiên mô hình mật độ cao, cấu trúc S1 O vô định hình tạo thành từ đơn vị cấu trúc SiOx (x=4,5,6) đa diện SiOx Liên kết với thông qua nguyên tử cầu ôxy Ngoài nguyên tử ôxy liên kết với hai đa diện SiOx xuất nguyên tử oxy liên kết với chí đa diện SiOx (số nguyên tử oxy liên kết với Si ít) Trong công trình [3] tác giả thực mô hệ Si0 lỏng gồm 450 nguyên tử (150 nguyên tử o 300 nguyên tử Si) nhiệt độ từ 2500K đến 6000K mật độ từ (g/cm3) đến 4.2 (g/cm3) hệ số khuêch tán đạt cực đại mật độ khoảng 3.2 đến 3.5 (g/cm3) nhiệt độ lớn 4000K đồ thị phụ thuộc hệ số khuêch tán vào mật độ xuất cực tiểu mật độ (g/cm3) giải thích tượng dị thường hệ số khuêch tán, tác giả cho mật độ trung bình khoảng 3.0 ( g/cm3) Trật tự cấu trúc hệ bị phá vở, động lực học trở nên nhanh hệ số kliuêch tán tăng tới mật độ khoảng 4.0 (g/cm3), hệ số khuêch tán bắt dầu giảm mạnh, kết nén với áp suất cao hệ chuyển từ trạng thái có trật tự cấu trúc bị phá vỡ sang trạng thái có trật tự cấu túc thiết lập Công trình [4] tác giả mô phụ thuộc hệ số khuêch tán Si o hệ silica lỏng phương pháp động lực học phân tử với mô hình 450 nguyên tử Si0 (150 Si 300 nguyên tử O) kết thu tương tự công trình [3] Công trình [5] tác giả Winkler cộng thành công việc xây dựng mô hình A2S lỏng vô định hình phương pháp động lực học phân tử Mô hình xây dựng tương tác BKS(1.1) có thay đổi cho phù hợp với mô hình: = + A exp(_£ r) r ( 1 ) r Mô hình xây dựng chứa 1408 nguyên tử ( với 256 nguyên tử Al, 256 nguyên tử Si 896 nguyên tử O) có dạng hình lập phương với cạnh L=26,374 (Ả) Từ trạng lỏng ban đầu nhiệt độ 6100K tác giả tiến hành hạ nhiệt độ đến trạng thái vô định hình 350K với tốc độ làm lạnh 1.42.1012 K/s trình tính toán với triệu bước lấy trung bình qua mô hình xây dựng khác Bằng phương pháp tính song song, tác giả khảo sát tinh chất cấu trúc, tính chất tượng khuêch tán Bảng 3: Thông sổ tương tác cặp Cặp ,(eV) Cịj (eVẢ) Al-O 8856.5434 Si-O 18003.7572 1388.7730 4.66222 4.87318 2.76 73.0193 133.5381 175.0 - Từ kết thu hệ A2S với tương tác cặp vi mô nguyên tử hệ Các tác giả đưa cách nhìn tổng quan cấu trúc 31 Bảng 23: Số phổi trí ảm cặp liên kết O-AỈ theo áp suất khác PGPa 0 0 0 0 0.252 0.062 0 0 0 0.131 0.741 0.127 0 0 0 0 0.084 0.715 0.198 15 0 0 0 0.056 6 0.270 0 0 0 0 0.026 0.557 0.404 25 0 0 0.017 0.501 0.465 30 0 0 0 0.440 0.526 Bảng 23 áp suất thấp chủ yếu bao quanh AI có khoảng 25,2% có AI quanh lượng nhỏ có AI bao quanh áp suất cao, Al, 5AI quanh chủ yếu, so với pha mật độ thấp AI bao quanh giảm, bao quanh tăng mạnh Bảng 24: Số phổi trí ảm cặp liên kểtAl-O theo áp suất khác P,GPa 0.051 0.693 0.246 0 0 0 0.518 0.407 0.055 0 0 1 0.406 0.477 0.104 0 15 0.005 0.308 0.533 0.150 0.003 0 0 0.189 0.523 0.276 25 0 0.134 0.518 0.335 30 0 0.475 0.401 0 Kết bảng 24 cho thấy có lượng nhỏ AI2O3 tồn dạng A103và AlOy chủ yếu tồn dạng AIO4, AIO5 A106 AIO4 chiếm tỷ lệ cao áp suất thấp với 69.3% tỷ lệ giảm mạnh áp suất tăng với A10 tỷ lệ tăng áp suất tăng với AIO5 có thay đổi tỷ lệ tăng áp suất tăng từ OGpa đến 15Gpa giảm áp suất tăng từ 20Gpa đến 30Gpa 32 Hình 2: Hàm phân bổ xityên tâm AỈ203 áp suất (Gpa) 33 3.2.3 Vi cấu trúc (Al20 3).2Si02 Bảng 25: Vị trí đỉnh thứ Ỵịị (Ầ) hàm phân bổ xuyên tâm hệ AS2 theo áp suất p, GPa Si-Si Si-O Si-Al O-Al Al-Al 3.16 1.60 2.64 3.16 6 3.16 3.14 1.58 2.58 3.14 6 3.10 3.16 1.62 2.50 3.18 1.76 3.12 15 3.14 1.60 2.54 3.08 1.72 3.06 3.12 1.62 2.54 3.06 1.72 3.04 25 3.12 1.64 2.50 3.06 1.74 3.02 30 3.14 1.64 2.48 3.06 1.74 3.00 - Đặc trưng cấu trúc mô hình АЬОз trình bày bảng 25 Các số liệu cho thấy áp suất OGPa vị trí đỉnh thứ HPBXT thành phần Al-Al, Al-O Oo 3.10, 1.70 2.72 Kết phù họp với kết công trình [8 ] với Га1_а1= (Л), rAi_o= 1.8(Ấ), r0 -0 =2 (Ấ) Ngoài ra, số phối trí trung bình 7.90 cho cặp Al-Al, 4.21 cho cặp Al-O vàl 1.77 cho cặp - áp suất tăng lên cặp liên kết Al-Al, Al-O, -A l,0 -0 tăng Riêng cặp Al-Al,0-0 tăng mạnh, đặc biệt cặp Al-O có xu từ tứ diện AIO4 sang dạng AIO5 Bảng 26: Độ cao đỉnh thứ gij(r) hàm phân bổ xuyên tâm hệ AS2 theo áp suất p, GPa S1 -S1 S1 - 0 - Si-Al O-Al Al-Al 5.13 14.38 3.07 4.18 7.82 3.50 4.31 11.46 3.70 3.25 4.12 6.59 2.38 3.49 4.37 3.85 15 3.48 6.98 2.42 3.35 4.53 2.96 34 3.72 6.26 2.40 3.16 4.33 3.06 25 3.53 2.48 3.29 4.09 3.03 30 3.55 5.91 2.50 3.29 4.17 2.92 Bảng 26 cho thấy độ cao đỉnh thứ hàm phân bố xuyên tâm tất cặp giảm áp suất tăng lên Bảng 27: Sổ phổi trí trưng bình cặp liên kết hệ Á2S áp suất khác S1 -S1 S1 - Si-Al - O-Al Al-Si Al-O Al-Al 3.28 5.01 3.30 2.15 2.06 3.30 4.72 4.15 3.44 5.13 3.94 2.18 9.53 2.19 3.94 5.16 4.80 3.72 5.28 4.39 2 10.53 2.26 4.39 5.42 5.24 15 4.48 5.66 5.36 2.33 12.30 2.41 5.36 5.94 5.99 5.09 5.61 2.43 13.05 2.48 5.61 6.17 6.46 25 5.25 6.17 2.48 13.45 2.54 6.39 6.41 30 5.32 6.19 2 2.48 13.67 2.57 2 6.49 6.47 p, GPa -S1 Bảng 27 số phối trí trung bình tất cặp tăng áp suất tăng Riêng cặp Si-О có xu chuyển từ SÌO5 sang bát diện Si0 áp suất tăng, cặp Al-O có xu chuyển từ AIO4 sang A106 Bảng 28: Sổ phổi trí ала cặp liên kết A l —O theo áp suất khác P,GPa 0 0 0.986 0.013 0 0 0 0 0.877 0.117 0.006 0 0 0 0.733 0.250 0.017 0 35 15 0.001 0.436 0.463 0.100 0.000 0 0 2 0.541 0.237 0 25 0 0.141 0.551 0.306 0 30 0 0.135 0.541 0.321 0 Bảng 28 cho thấy AI -O chủ yếu tồn tứ diện AIO4 , bát diện A106 AIO5 pha áp suất thấp tỷ lệ tứ diện chiếm nhiều với 98.6% phần nhỏ dạng AIO5 A106 áp suất tăng lên tỷ lệ tứ diện giảm mạnh A106 AIO5 tăng riêng AIO5 tăng mạnh với tỷ lệ cao đạt 54.1% Quy luật giống với cấu trúc hai nguyên A Ỉ O Bảng 29: Sổ phổi trĩ ала cặp liên kết О-Al theo áp suất khác 0.178 0.498 0.324 0 0 0 0.156 0.513 0.327 0.004 0 0.142 0.500 0.351 0.007 0 15 1 0.477 0.377 0.034 0 0.105 0.424 0.404 0.067 0 25 0.097 0.393 0.447 0.063 0 30 0.085 0.412 0.438 0.064 0 P,GPa Bảng 29 thể số nguyên tử AI tồn xung quanh nguyên tử o Bao quanh о chủ yếu có nguyên tử AI có lượng đáng kể AI bao quanh о lượng nhỏ nguyên tử AI bao quanh o tỷ lệ cao đạt 6.4% tỷ’ lệ nguyên tử AI bao quanh о chiếm tỷ lệ lớn tỷ lệ đồng với áp suất khác áp suất tăng tỷ lệ thay đổi mạnh có xu hướng giảm nhẹ, từ 49.8% xuống 41.2%, với nguyên tử bao quanh о ngược lại tỷ lệ có có tăng nhẹ đồng Bảng 30: Số phổi trí ảm cặp liên kết Si-О theo áp suất khác P,GPa 0 0 0.335 0.614 0.051 0 0 0.067 0.713 0.208 0 1 36 10 0.000 0.033 0.555 0.372 0.039 15 0 0.005 0.290 0.481 2 0 0 0.004 0.171 0.498 0.303 25 0 0 0 1 0.440 0.401 30 0 0 0 0.084 0.414 0.431 Bảng 30 ta thấy Si-О chủ yếu tồn dạng SÌO3, Si0 ,Si0 ,Si0 chiếm tỷ lệ nhiều dạng tứ diện S1O4 với S1O3 tỷ lệ giảm mạnh áp suất tăng, dạng bát diện Si0 tăng 0% lên 43.1% với Si0 ,Si0s có thay đổi S1 O5 tăng dều áp suất 15 GPa, bắt đầu giảm xuống áp suất 20Gpa 30Gpa Bảng 31: So phoi tri đỉa cặp liên kết О-Si theo áp suất khác P,GPa 0.308 0.417 0.180 0.094 0 0.276 0.380 0.230 0.107 0.007 0.257 0.349 0.274 0.116 0.005 15 0.205 0.335 0.322 0.119 0.019 0.182 0.337 0.328 0.126 0.026 25 0.140 0.366 0.334 0.137 0.023 30 0.138 0.341 0.360 0.136 0.024 Bảng 31 ta nhận thấy bao quanh nguyên tử о có 1,2,3,4 nguyên tử Si có lượng nhỏ nguyên tử Si chiếm tỷ lệ lớn vẩn nguyên Si tỷ lệ giảm áp suất tăng lên, 41.7% đến 34.1% tỷ lệ bao quanh nguyên tử Si giảm từ 30.8% đến 13.8% tỷ lệ 3, nguyên tử Si bao quanh nguyên tử о tăng, tỷ lệ nguyên tử О tăng 9.4% đến 13.6% Nhìn chung áp suất thay đổi tỷ lệ có biến động ít, vá tỷ lệ nhìn chung đồng 37 38 Hình 3: Hàm phân bổ xuyên tâm A2S áp suất (Gpa) 3.2.4 Thảo luận thay đổi vi cấu trúc hệ Si02, AI2O3 A2S Bảng 32: So phổi trí m a hệ S i ,AI203 ,A2S mật độ thấp cao p (GPa) O(GPa) số phối trí Si0 95.5 3.1 A12 69.2 SiCb a i2o 30(GPa) 15.2 46.2 35.4 24.5 1 47.5 40.0 61.3 5.1 8.4 41.4 43.1 98.6 13.2 13.5 54.1 32.1 6 A2S 39 З.2.4.1 Xét hệ mật độ thấp (P^OGPa) Phần lớn mẫu AI2O3 tồn dạng tứ diện AIO4, lượng nhỏ dạng AIO5, bát diện, điều với SÌO2 với tỷ lệ S1 O4 chiếm tới 95.5% dạng bát diện lại không tồn tại, phần tồn dạng S1 O5 Khi hòa trộn mẫu Si02, AI2O3 thành A2S ta vẩn không thấy xuất dạng bát diện Tỷ lệ tứ diện S1O4 AIO4 vẩn chiếm phần chủ yếu điều n ày không thay đổi có hòa trộn với S1O4 tỷ lệ n ày giảm đáng kể AIO4 lại có xu ngược lại 3.2.4.2 Xét mật độ cao (P= 30GPa) Với mau S1 O2 dạng tứ diện chiếm tỷ lệ nhỏ phần lớn tồn dạng S1O5 ,Si06 Điều lại lần cho mẫu AI2 O với tỷ lệ tứ diện chiếm 10.1% AIO5 chiếm 47.5% Khi có pha trộn tỷ lệ tứ diện có biến động nhẹ Trong S1O4 giảm АЮ lại tăng S1O5, АЮ có giảm chúng vẩn chiếm tỷ lệ nhiều 3.2.4.3 So sánh hệ mật độ thấp mật độ cao Nhìn vào hai pha mật độ ta thấy rỏ tỷ lệ cấu trúc có thay đổi hoàn toàn, TO4 giảm TO5, T O ố tăng lên, với TO5, TC>6 tăng vừa phải TO4 giảm mạnh Với S1 O4 giảm từ 95.5% xuống 15.2% Điều có sir kết hợp Như lập lại cấu trúc cho ta thấy ảnh hưởng áp suất đến vi cấu trúc 3.3 Anh hưởng áp suất đến vi cấu trúc chiết suất Ở nhiệt độ 7000 К với áp suất thay đổi từ OGPa, 5GPa, lOGPa, 15GPa, 20 GPa, 25GPa, 30GPa thấy ảnh hưởng trực tiếp đến chiết suất mẫu đưa nghiên cứu Sự thay đổi áp suất dẩn đến thay đổi độ dài liên kết, độ cao đỉnh, số phối trí góc làm thay đổi mật độ mẫu điều làm ảnh hưởng đến chiết suất hệ làm thay đổi đến phổ háp thụ mẫu cụ thể làm ảnh hưởng đến vạch phổ phát xạ dãy quang phổ liên tục Bảng 33: Mật độ chiết suất áp suất khác Sỉ02 P(Gpa) Mật độ(g/cm3) Chiết suất(n) 2.057932 2.21294 2.24497 2.33809 2.582267 2.54097 15 3.035798 2.78285 40 20 3.300985 2.91271 25 3.525459 3.01739 30 3.693571 3.09309 Chiết suất tăng theo mật độ có tuyến tính, áp suất thấp mật độ thấp mât độ tăng áp suất tăng Điều phụ hợp với thực tế, từ bảng số liệu nhận thấy áp suất tăng chiết suất tăng lên, giá trị lớn đạt 30Gpa Hình 4: Đồ thị biến diễn phụ thuộc chiết suất vào áp suất củaSỉ02 Trên hình thấy mật độ chiết suất tăng tuyến tính Sự thay đổi áp suất làm thay đổi mật độ, cụ thể mật độ tăng lên Vậy thay đổi áp suất gián tiếp ảnh hưởng đến thay đổi chiết suất Bảng 34: Mật độ chiết suất áp suất khác AỈ203 P(Gpa) Mật độ(g/cm3) Chiết suất(n) 2.767061 2.4201 3.113725 2.59237 3.312564 2.68448 15 3.466177 2.75292 3.662482 2.83738 25 3.772688 2.88347 30 3.864951 2.92138 41 Từ bảng 34 ta nhận thấy phù họp áp suất, mật độ, chiết suất Cũng giống phụ thuộc áp suất, mật độ, chiết suất nguyên tử Si02, áp suất tăng lên mật độ tăng chiết suất tăng lên Giá trị cao chiết suất đạt 30Gpa Hình 5: Đồ thị biếu diến phụ thuộc chiết suất vào áp suất Aỉ 203 Từ thay đổi áp suất trực tiếp ảnh hưởng đến thay đổi khoảng cách Ao Sự thay đổi góc A-O-A mẫu dẩn đến khác phân bố lượng mẫu nguyên AxBy Chính lượng hình thành ảnh hưởng đến phổ hấp thụ vạch dãy quang hấp thụ Bảng 35: M ật độ chiết suất áp suất khác A2S P(Gpa) Mật độ(g/cm3) Chiết suất(n) 2.152064 1.685277 2.599281 1.714617 2.892535 1.744309 15 3.378895 1.803999 3.608345 1.835014 25 3.765273 1.856916 30 3.835315 1.866835 Số liệu bảng 34 35 ta thấy phụ thuộc chiết suất vào mật độ áp suất, nguyên tử Si0 ,Al2 chúng độc lậpvà hai nguyên tử kết họp để tạo thành A2S dường phụ thuộc không thay đổi Có 42 khác mặt giá trị hàm số cách mà phụ thuộc lẩn vẩn vẩn phụ thuộc tuyến tính mật độ chiết suất P(g/cm 3) Hình : Đồ thị biếu diến phụ thuộc chiết suất vào áp suất củaA2S Chúng ta nhận thấy phụ thuộc chiết suất vào mật độ hàm tăng Khi mật độ tăng lên giá trị chiết suất tăng Sự phụ thuộc mô giống với phụ thuộc mật độ chiết suất nguyên tử Si02và AI2 O 43 KÉT LUẬN Luận văn thực mô ba hệ vật liệu ôxít gồm АЬОз, S i0 A2S, với mô hình xây dựng, số liệu hàm phân bố xuyên tâm tính toán phù họp với số liệu thực nghiệm Các mô hình sử dụng để nghiên cứu tính chất vật lý khác thời gian tới Với mẫu Si0 áp suất tăng số phối trí cặp tăng thể chuyển pha cấu trúc từ S1O4 lên S1O5, đồng thời độ dài liên kết thay đổi, độ cao đỉnh thứ giảm, giảm mạnh cặp Si-O Với mẫu AI2O3 áp suất thấp có cấu trúc tứ diện AIO4 Khi áp suất tăng lên tỷ lệ tứ diện giảm, AIO5 tăng mạnh độ dài liên kết tăng ít, độ cao đỉnh hàm phân bố xuyên tâm giảm mạnh Với mau A2S số phối trí tất cặp tăng lên tăng áp suất, có xu chuyển pha từ cấu trúc TO5 sang T độ dài liên kết cặp thay đổi, độ cao đỉnh thứ giảm Khi tăng áp suất, chiết suất tăng điều với hệ SÌO2 , AI2O3 A2S cấu trúc chuyển pha từ S1O4 đến S1O5, AIO4 đến A 106, thay đổi áp suất làm thay đổi cấu trúc hệ khoảng cách T-О, góc T-O-T làm thay đổi mật độ Sự phụ thuộc chiết suất vào áp suất thông số vi cấu trúc ba hệ khảo sát, nghiên cứu Ket cho thấy, áp suất tăng chiết suất mô hình tăng Đặc trưng vi cấu trúc cho thấy, với hệ có cấu trúc tứ diện, chiết suất hệ thấp, ngược lại với hệ có cấu trúc bát diện chiết suất cao 44 CÔNG TRÌNH CÔNG BÓ Nguyễn Văn Yên1, Bùi Danh Hào2, Doãn Thị Thanh Bình3, Lê Thế Vinh2 “Chưyển pha cẩu tníc S i0 2, ẢỈ2 O (Al2 0s).2(Si02)” tạp chí khoa học công nghệ Đại học Bách khoa Hà Nội TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Thế Vinh (2008) Mô vi cấu trúc số tính chất vật lý hệ AI2 O , GeO' trạng thái lỏng vô định hình, Luận án tiến sĩ Vật lý, Đại học Bách khoa Hà Nội [2] Nguyễn Văn Hồng Mô Oxit vô định hình nguyên tử (2009) Luận án tiến sĩ vật lý, Đại học Bách khoa Hà Nội [3] shell M scott, Pablo G deleredetti and Athanassios Panagiotopoulos (2002) “Molecular structural older and anomalies in liquid silica” Phys, Reve, 66,011.202 [4] Sharma Ruchi, Mudi Anirban, chakravarty charusita(2006) “ Diffusional anomaly and network dynamics in liquid silica” T,chem phys, 125,4, 0454 705 [5] A.Winkler, J hỏbach, w.kob.k binder(2004) “ stucture and difusion in amorphous aluminum silicate A molecular dynamics computer simulation” J.chem phý, 120,384 [6] Nguyễn Hoàng Hưng Mô tượng biến đổi cấu trúc AI2O3 AI2 O SÌO2 trạng thái lỏng vô định hình Luận án tiến sĩ [7] N.T.Tin, L.T.Son, L.T.Vinh “ ảnh hưởng nhiệt độ đến vi cấu trúc tính chất khuêch tán hệ AI2 O3 S1 O2 tạp chí khoa học công nghệ tập 95 số 2 [8 ] N.T.Nhàn, “mô hình hoá hệ oxit hai nguyên ba nguyên” Luận án tiến sĩ Vật lý, Đại học Bách khoa Hà Nội [9] N.T.Nhan, L.T.Vinh and P.K.Hung(2006) “structure and dynamic study ò melt alumina-silica sýtem, proceeding ò the Internationl confrence on Engineering physics, Hanoi [10] Nguyễn Thành Tín “nghiên cứu vi cấu trúc tính chất khuêch tán hệ 45 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH Người hướng dẩn khoa học: TS Lê Thế Vinh Phản biện 1: TS Nguyễn Thị Quỳnh Hoa, Trường ĐH VINH- Nghệ An Phản biện 2: TS Nguyễn Huy Bằng, Trường ĐH VINH- Nghệ An Luận văn bảo vệ hội đồng chấm luận văn thạc sỹ họp Trường Đại Học Sài Gòn vào hồi lOh ngày 16 tháng năm 2013 [...]... nhiều công trình nghiên cứu về từng ôxít song vi c tìm hiểu về mối quan hệ giữa vi cấu trúc và tính chất quang học thông qua chiết suất của chúng đưa ra những so sánh về vi cấu trúc của ba hệ AI2 O3 , Si0 2 và A2S thì chưa có công trình nào công bố để tìm hiểu rỏ bản chất của mối liên hệ của chúng Đề tài Ảnh hưởng của vỉ cẩu triic lên tính chẩt quang học của vật liệu S ỉ0 2>A I 2 O 3 , A 2 S ” góp phần... số liệu tính toán cho thấy tại nhiệt độ cao, các liên kết cấu trúc trong hệ A2S rất gần với cấu trúc tứ diện chuẩn Tuy nhiên khi nhiệt độ giảm thì cấu trúc này bị lệch khỏi cấu trúc tứ diện chuẩn Sự thay đổi này được chứng minh thông qua phân bố số phối trí và phân bố góc trong mô 11 hình Ngoài ra tác giả cũng nhận thấy sự khác biệt giữa cấu trúc vi mô của hệ ôxit A2S với các ôxit AI2 O 3 và Si02 Sự... nguyên nhân dẩn đến sự dể dàng tạo thành pha thủy tinh khi làm lạnh Si0 2 ở điều kiện thường trong không khí Đe nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước, các mô hình Si0 2 VĐH lớn với số hạt 648, 5184 và 41472 có cùng mật độ 2,2 g/cm3 thừa số cấu trúc của mô hình tính toán được phù hợp với số liệu tán xạ nơtrôn Sự phù hợp của HPBXT cũng tốt kết quả này chứng tỏ kích thước của hệ không ảnh hưởng đến hình dạng... Chương này trình bày thuật toán của chương trình động lực học phân tử và kỹ thuật tính một số tính chất vật lý của các vật liệu SÌ02, A1203 và A2S 2.1 Phương pháp động lực học phân tử Sử dụng hệ thức Newton vi t cho hệ có N nguyên tử: d 2f — m i ^ t = F Á h (2 1) Trong đó, Fj là lực tổng hợp tác dụng lên nguyên tử thứ i từ các nguyên tử còn lại; mi, a1 là khối lượng và gia tốc nguyên tử thứ i; Fj được... 30GPa Những mô hình mới này được ổn định sau 25.000 bước mô phỏng Các thông số vật lý được tính toán lần lượt cho từng mô hình, để tăng tính thông kê, số liệu tính toán các thông số vật lý được lấy trung bình của 1000 lần tính, với 5 bước mô phỏng được xác định một lần 3.2 Vi cấu trúc của các hệ S1O2, AI2O3, A 2 S 3.2.1 Mẩu vật liệu SỈO2 Bảng 19: vị trí đỉnh thứ nhất rụ (Ẳ),độ cao đỉnh thứ nhất g (Ẳ),... tia X và nơtrôn của màng AI2O3 VĐH Đặc biệt, họ cũng đã tính HPBXT bằng phương pháp Monte-Carlo đảo (RMC) Theo số liệu tính toán của họ, có 20% nguyên tử AI có số phối trí 3 có 56% có số phối trí 4 và 22% có số phối trí 5 Nhiều thông tin vi cấu trúc hữu ích của nhôm lỏng và VĐH có thể được cung cấp bằng mô hình hóa máy tính Một công mô phỏng khác cũng chỉ ra sự tồn tại hai loại phối trí tứ diện và bát... thông số vi cấu trúc Các đại lượng vật lý liên quan trực tiếp đến quá trình xây dựng mô hình như năng lượng, nhiệt độ, áp suất, độ dài dịch chuyển bình phương trung bình, các thông số quang học như phố hấp thụ, khúc xạ, nhiểu xạ, truyền qua V.V Đã được giới thiệu Ở phần này chúng tôi trình bày một số khái niệm vật lý từ mô hình động lực học phân tử đạt trạng thái ổn định Các đại lượng vật lý sẽ được...10 tính chất động học của hệ A2S lỏng và vô định hình, cấu trúc A2S thông qua trình làm lạnh nhanh tại các nhiệt độ khác nhau, hầu hết đều có cấu trúc dạng tứ diện Các giá trị của khoảng cách trung bình các nguyên tử và số phối vị trung bình lần lượt được xác định thông qua các đồ thị hàm phân bố xuyên tâm và phân bố phối vị của từng cặp các nguyên tử - Khoảng cách... sẽ bị phản xạ trở lại bên trong vật mẫu + Biên tự do: nguyên tử di chuyển ra khỏi biên xem như đã di chuyển ra khỏi mẫu vật Trong luận văn này chúng tôi sẽ sử dụng điều kiện biên tuần hoàn, mục đích là hạn chế đến mức thấp nhất sự ảnh hưởng của tổng số hạt trong mô hình lên các tính chất của hệ Phương pháp sử dụng để nghiên cứu hệ A2S là phương pháp mô phỏng động lực học phân tử với thế tương tác là... với số lượng nguyên tử lớn ở áp suất và nhiệt độ cao mà trong thực nghiệm rất khó đạt được Bằng phương pháp này ta có thể khảo sát, tính chất vật lý của các hệ vật liệu trong dãi nhiệt độ rộng dưới các điều kiện áp suất khác nhau Tuy nhiên, nhưng ưu điểm của phương pháp này vẫn chưa được khai thác hết vì nhiều lí do khác nhau: do điều kiện vật chất, máy tính có cấu hình không đủ mạnh để mô phỏng hệ ... chất quang học vật liệu + Xác định tính chất quang học vật liệu hệ SÌO2 , AI2 O , A2S + Khảo sát phụ thuộc vi cấu trúc tính chất quang học hệ vật liệu Dối tượng phạm vi nghiên cún + Luận văn nghiên... tỉnh chất quang học vật liệu S ỉ0 2, ẢỈ2 O , A S ” Bằng phương pháp mô động lực học phân tử tính chất cấu trúc vi mô mối quan hệ vi cấu trúc tính chất quang học vật liệu ngiên cứu Phạm vi nghiên... tiết chất cấu trúc mức độ nguyên tử, ảnh hưởng yếu tố công nghệ nhiệt độ, áp suất đến tính, lý tính, tính chất quang học vật liệu đến vẩn hạn chế Vì chọn đề tài “Ánh hưởng vi cẩu triic lên tỉnh chất