Ảnh hưởng của công nghệ chế tạo đến chiết suất của SiO2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH NGUYỄN VĂN TÂM ẢNH HƯỞNG CỦA CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO ĐẾN CHIẾT SUẤT CỦA SiO2 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Nghệ An, năm 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH NGUYỄN VĂN TÂM ẢNH HƯỞNG CỦA CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO ĐÊN CHIẾT SUẤT CỦA SiO2 Chuyên ngành: Quang học Mã số: 60.44.01.09 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ THẾ VINH Nghệ An, năm 2015 b LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.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 Phòng Đào tạo Sau đại học, Khoa Vật lý – Công nghệ thầy cô giáo giảng dạy, giúp đỡ 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 K21 Quang học dành tình cảm, động viên giúp đỡ vượt qua khó khăn để hoàn thành luận văn Nghệ An, tháng năm 2015 Tác giả Nguyễn Văn Tâm MỤC LỤC c CHƯƠNG - TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan kết nghiên cứu vật liệu SiO2 1.2 Mô SiO2 Kết luận chương CHƯƠNG - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phương pháp động lực học phân tử 2.2 Xác định thông số vi cấu trúc thông số quang học 2.2.1 Hàm phân bố xuyên tâm, số phối trí độ dài liên kết 2.2.2 Xác định phân bố góc 2.2.3 Xác định chiết suất quang học Kết luận chương CHƯƠNG - MÔ PHỎNG VI CẤU TRÚC VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA VI CẤU TRÚC ĐẾN CHIẾT SUẤT CỦA SiO2 3.1 Xây dựng mô hình 3.2 Kết mô tính chất vi cấu trúc SiO2 3.3 Ảnh hưởng Quy trình đến vi cấu trúc chiết suất Kết luận chương KẾT LUẬN CHUNG TÀI LIỆU THAM KHẢO Trang 1 9 12 12 16 17 18 19 19 22 29 30 31 32 DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ Trang Bảng Các đặc tính cấu trúc SiO2 lỏng Bảng Thông số tương tác cặp Bảng Đặc tính cấu trúc SiO2 với quy trình làm nguội khác 22 d Bảng Số phối trí cặp Si-O mẫu khác 24 Bảng Số phối trí cặp O-Si mẫu khác 25 Bảng Phân bố góc O-Si-O mô hình khác 27 Bảng Phân bố góc Si-O-Si mô hình khác 28 Bảng Giá trị mật độ chiết suất quy trình khác 30 Hình 3.0 Thế BKS BKS hiệu chỉnh 20 Hình 3.1 Đồ thị quy trình xây dựng mô hình vật liệu khác 21 Hình 3.2 Hàm phân bố xuyên tâm SiO2 23 Hình 3.3 Đồ thị số phối trí cặp Si-O mẫu khác quy 24 Hình 3.4 trình khác Đồ thị số phối trí cặp O-Si với mẫu khác 25 Hình 3.5 Đồ thị phân bố góc quy trình khác 29 e MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Sự phát triển mạnh ngành công nghệ thông tin làm cho giới có phát triển vượt bậc kinh tế - xã hội Đặc biệt xuất thông tin quang, giúp cho dung lượng đường truyền tăng cách đột biến Từ năm 1960, nhiều sở nghiên cứu quan tâm đến vấn đề kỹ thuật phát, truyền thu tin hiệu quang học Vì vậy, công nghệ chế tạo quang sợi, đường truyền tín hiệu quang đầu tư nghiên cứu Thành phần quang sợi silicate (SiO2) đặc trưng liên quan đến khả truyền tải thông tin chiết suất, yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến việc truyền thông tin dạng xung ánh sáng theo mode truyền dẫn sợi quang Quy trình công nghệ chế tạo ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng truyền dẫn sợi quang, đề tài nhiều sở nghiên cứu nước quan tâm Đây lí để chọn đề tài luận văn “Ảnh hưởng công nghệ chế tạo đến chiết suất SiO2” Mục đích, nội dung nghiên cứu Xem xét nghiên cứu mối quan hệ quy trình chế tạo đến vi cấu trúc, tính chất quang học vật liệu SiO2 Luận văn tập trung nghiên cứu vấn đề sau: + Xây dựng mô hình vật liệu theo quy trình công nghệ khác + Xác định tính chất quang học vật liệu + Khảo sát đặc trưng tính chất vi cấu trúc vật liệu + Nghiên cứu mối quan hệ vi cấu trúc tính chất quang học SiO2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Luận văn nghiên cứu vật liệu SiO2 phương pháp mô động lực học phân tử Các mô hình vật liệu xây dựng quy trình gia công nhiệt khác Phương pháp nghiên cứu Trong trình nghiên cứu đề tài luận văn sử dụng phương pháp sau: + Phương pháp mô động lực học phân tử f + Phương pháp phân tích cấu trúc Ý nghĩa luận văn Đề tài nghiên cứu phụ thuộc chiết suất sợi quang vào quy trình công nghệ chế tạo khác nhau, cung cấp thông tin dự báo, định hướng cho công trình thực nghiệm, góp phần hoàn thiện công nghệ chế tạo sợi quang Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu kết luận, luận văn gồm có chương Chương trình bày tổng quan mô hệ ôxít Những kết nghiên cứu gần vi cấu trúc tính chất vật lý ôxít tổng kết phân tích Chương trình bày nội dung phương pháp mô sử dụng luận văn gồm phương pháp ĐLHPT phương pháp xác định các thông số vi cấu trúc vật lý thông số quang học mô hình ĐLHPT Chương mô vi cấu trúc, mối quan hệ vi cấu trúc chiết suất SiO2 g CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan kết nghiên cứu vật liệu SiO2 SiO2 loại vật liệu phổ biến tự nhiên, có nhiều công trình khoa học nghiên cứu vật liệu tính ứng dụng khoa học, công nghiệp, y học đời sống như:Truyền thông tin sợi quang, phẩu thuật nội soi, trang trí.v.v Khi nghiên cứu vật liệu SiO công trình [1] Tác giả sử dụng phương pháp mô hình hóa động học phân tử, xây dựng mô hình SiO lỏng vô định hình với SiO2 lỏng tác giả thực mô hình gồm 1998 nguyên tử SiO gồm 666 nguyên tử Si 1332 nguyên tử O tiến hành đo hệ áp suất khác giá trị thể bảng sau Bảng 1: Các đặc tính cấu trúc SiO lỏng Rij, gij vị trí độ cao dỉnh thứ hàm phân bố xuyên tâm thành phần ; Z ij- số phối trí cặp trung bình cặp 1-1 Si-Si; cặp 1-2 cặp Si-O; 2-1 cặp O- Si 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 rij 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 gij 1-2 9.12 7.22 6.14 5.67 5.42 5.29 Zij 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-O 1.60 đến 1.62 (Ǻ) khoảng cách liên kết O-O 2.44 đến 2.60 (Ǻ)Si-Si 3.08 đến 3.10 (Ǻ) 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 O liên kết với hai nguyên tử Si Khi áp suất tăng số phối trí tất cặp (Si-Si, Si-O, O-O) tăng Kết phù hợp với kết nghiên cứu khác Với kết nghiên cứu SiO2 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 SiO2 vô định hình có giá rị nhỏ 2.698(g/cm 3) giá trị cực đại gij cặp (Si-Si, Si-O, O-O) tương ứng 4.00; 20.02 4.10 áp suất nén 20 GPa mật độ mô hình có giá trị lớn 3.159 ( g/cm 3) giá trị cực đại gij cặp (Si-Si, Si-O, O-O) tương ứng 3.38, 12.89 3.28 số phối trí trung bình tất cặp tăng mật độ tăng, mật độ 2.698 ( g/cm 3) số phối trí trung bình Z ij cặp (Si-Si, Si-O, O-Si, O-O) tương ứng 4.33; 4.07; 2.03; 10.06 mật độ 3.159 (g/cm 3) Z ij cặp (Si-Si, Si-O, O-Si, O-O) tương ứng 5.58; 4.45; 2.23 12.11 Kết cho thấy mô hình mật độ thấp, cấu trúc mạng SiO2 vô định hình tạo thành chủ yếu từ đơn vị cấu trúc SiO4 (mạng tứ diện) tứ diện SiO liên kết với thông qua nguyên tử cầu ôxy Phần lớn nguyên tử O kết nối với hai tứ diện SiO Tuy nhiên mô hình mật độ cao, cấu trúc SiO 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 SiO x xuất nguyên tử oxy liên kết với chí đa diện SiO x (số nguyên tử oxy liên kết với Si ít) Trong công trình [2] tác giả thực mô hệ SiO lỏng gồm 450 nguyên tử (150 nguyên tử O 300 nguyên tử Si) nhiệt độ từ 2500K đến 6000K mật độ từ 1800 kg/m đến 4200 kg/m3 hệ số khuêch tán đạt cực đại mật độ khoảng 3.2 đến 3.5 (g/cm 3) nhiệt độ lớn 4000K đồ thị phụ thuộc hệ số khuếch tán vào mật độ xuất cực tiểu mật độ 2.0 (g/cm 3) giải thích tượng dị thường hệ số khuếch tán, tác giả cho mật độ trung bình khoảng 3.0 ( g/cm 3) Trật tự cấu trúc hệ bị phá vở, động lực học trở nên nhanh hệ số khuếch tán tăng tới mật độ khoảng 4.0 (g/cm 3), hệ số khuếch tán bắt đầu 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 trúc thiết lập Công trình [3] tác giả mô phụ thuộc hệ số khuếch tán Si O hệ SiO2 lỏng phương pháp động lực học phân tử với mô hình 450 nguyên tử SiO2 (150 Si 300 nguyên tử O) kết thu tương tự công trình [2] Công trình [4] 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: ϕ ij = qi q j e r + Aij exp(− Bij r ) − C ij r6 (1.1) 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 (Ǻ) 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 1.42.10 12 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 khuếch tán Bảng 1: Thông số tương tác cặp Cặp Aij (eV) Bij (Ǻ-1) cịj (eV.Ǻ-6) Al-O 8856.5434 4.66222 73.0193 Si-O 18003.7572 4.87318 133.5381 O-O 1388.7730 2.76 175.0 Từ kết thu hệ A2S với tương tác cặp vi mô nguyên tử hệ Các tác giả đưa cách nhìn tổng quan cấu trúc tính chất động học hệ A2S lỏng vô định hình Cấu trúc A2S thông qua trình làm lạnh nhanh nhiệt độ khác nhau, hầu hết có cấu trúc dạng tứ diện Các giá trị khoảng cách trung bình nguyên tử số phối vị trung bình xác định thông qua đồ thị hàm phân bố xuyên tâm phân bố phối trí cặp nguyên tử hiệu chỉnh tương tác Si-O).[1] Chúng sử dụng thuật toán Verlet để lấy tính phân phương trình chuyển động Bước thời gian mô 0,477804 10-14(s) xác định sau: ∆t = h to Trong h = 0,885.10-2, t o = (3.3) mo ro2 ε (3.3) Với ro = 1,0 Å; ε = 1eV = 1,6.10-19 J; 28, 085 28,085.10-3 mo ≈ msi = (g ) = (kg ) ; NA = 6,02214 x 1023 số Avôgađrô NA NA Từ ta xác định to= 5,39892.10-14 (s) hay ∆t = 4,77804.10-14(s) Các thông số vi cấu trúc hàm phân bố xuyên tâm, số phối trí…của mô hình tính toán, phân tích thảo luận Quy trình xây dựng mô hình vật liệu mô tả đồ thị Hình 3.1 20 Hình 3.1 Đồ thị quy trình xây dựng mô hình vật liệu khác Hình 3.1 trình bày ba quy trình chế tạo vật liệu, có trình làm nguội khác Cụ thế: + Quy trình (QTr1): Mô hình ban đầu nhiệt độ 3000K, làm nguội đến nhiệt độ T (T= 2500, 2000, 1500, 1000 K), giữ ổn định khoảng thời gian t1, sau tiếp tục làm nguội đến nhiệt độ 300K ổn định khoảng thời gian t2 Nhóm mô hình thứ làm nguội với tốc độ K / bước + Quy trình (QTr2): Mô hình ban đầu nhiệt độ 3000K, làm nguội đến nhiệt độ T (T= 2500, 2000, 1500, 1000 K), giữ ổn định khoảng thời gian t1, sau tiếp tục làm nguội đến nhiệt độ 300K ổn định khoảng thời gian t2 Nhóm mô hình thứ hai làm nguội với tốc độ 10 K / bước + Quy trình (QTr3): Mô hình ban đầu nhiệt độ 3000K, làm nguội đến nhiệt độ T (T= 2500, 2000, 1500, 1000 K), giữ ổn định khoảng thời gian t1, sau tiếp tục làm nguội đến nhiệt độ 300K ổn định 21 khoảng thời gian t2 Nhóm mô hình thứ ba làm nguội với tốc độ 15 K / bước, với t1 , t2 ba quy trình có giá trị khác 3.2 Kết mô tính chất vi cấu trúc SiO2 Kiểm tra độ tin cậy mô hình: Bảng Đặc tính cấu trúc SiO2 với quy trình làm nguội khác rij,gij- vị trí độ cao đỉnh thứ HPBXT thành phần Zij- số phối trí trung bình Mẫu Si-Si Các mẫu nhóm M1 3.12 M2 3.10 M3 3.12 M4 3.10 M5 3.12 Các mẫu nhóm M1 3.12 M2 3.10 M3 3.12 M4 3.12 M5 3.12 Các mẫu nhóm M1 3.10 M2 3.12 M3 3.12 M4 3.12 M5 3.08 [1] 3.10 [15] 3.12 rij,Å Si-O O-O Si-Si gij, Si-O Zij O-O Si-Si Si-O O-Si O-O 1.60 1.60 1.60 1.60 1.60 2.58 2.58 2.58 2.58 2.58 4.00 4.17 4.06 4.08 4.05 24.67 24.71 24.56 25.26 25.02 4.22 4.38 4.35 4.30 4.29 5.11 5.14 5.15 5.04 5.08 4.14 4.13 4.14 4.14 4.13 2.07 2.07 2.07 2.07 2.06 10.68 10.58 10.68 10.63 10.55 1.60 1.60 1.60 1.60 1.60 2.56 2.58 2.58 2.58 2.56 4.20 4.16 4.05 4.13 4.12 25.47 25.31 25.26 25.00 25.14 4.24 4.25 4.23 4.15 4.23 5.03 5.05 5.08 5.04 5.04 4.14 4.13 4.14 4.13 4.13 2.07 2.06 2.07 2.07 2.06 10.55 10.57 10.60 10.60 10.52 1.60 1.60 1.60 1.60 1.60 1.60 1.60 2.58 2.56 2.58 2.58 2.56 2.57 2.58 4.07 3.95 4.04 4.14 4.14 3.91 25.54 25.79 25.46 25.15 25.91 24.55 4.20 4.28 4.25 4.38 4.28 3.59 5.14 5.12 5.04 5.08 5.08 4.82 4.15 4.14 4.13 4.16 4.14 4.27 2.08 2.07 2.06 2.08 2.07 2.13 10.63 10.62 10.55 10.61 10.56 11.13 11,58 Bảng 3.Các quy trình làm nguội khác độ dài liên kết cặp liên kết có thay đổi so sánh giá trị mẫu 1(làm nguội từ 1000K 300K) mẫu (làm nguội từ 3000K 300K), Độ dài liên kết Si-O 1.60 (Ǻ) khoảng cách liên kết O-O 2.56 đến 2.58 (Ǻ), Si-Si 3.08 đến 3.12 (Ǻ) Kết độ dài liên kết khác phù hợp với thực nghiệm Đồ thị biểu diễn độ cao đỉnh thứ g j(r) độ dài liên kết rj quy trình sau: 22 23 Hình 3.2 Hàm phân bố xuyên tâm SiO2 Nhìn chung Trong liên kết cặp Si-O có đỉnh cao Giá trị r j cặp Si-Si, Si-O O-O chênh lệch không lớn (Hình 3.2) Bảng Số phối trí cặp Si-O mẫu khác Quy trình Quy trình Quy trình M1 M2 M3 M4 M5 M1 M2 M3 M4 M5 M1 M2 M3 M4 M5 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.862 0.880 0.865 0.868 0.878 0.868 0.879 0.873 0.871 0.877 0.860 0.863 0.880 0.854 0.867 0.133 0.107 0.132 0.123 0.117 0.126 0.116 0.118 0.123 0.117 0.129 0.131 0.111 0.135 0.127 0.006 0.013 0.004 0.009 0.005 0.006 0.006 0.009 0.005 0.006 0.011 0.006 0.009 0.012 0.007 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 24 Hình 3.3 Đồ thị số phối trí cặp Si-O mẫu khác quy trình khác Từ kết bảng 4, nhận thấy SiO chủ yếu tồn dạng tứ diện SiO4 , dạng SiO5 bát diện SiO6 tồn với tỉ lệ thấp hơn, mẫu khác tỷ lệ thay đổi không đáng kể, đồ thị có hình dạng giống Bảng Số phối trí cặp O-Si mẫu khác M1 M2 M3 M4 M5 M1 M2 M3 M4 M5 M1 M2 M3 M4 M5 0.002 0.002 0.001 0.001 0.002 0.002 0.002 0.002 0.003 0.002 0.001 0.002 0.001 0.002 0.001 0.925 0.929 0.928 0.928 0.934 0.927 0.932 0.928 0.928 0.931 0.923 0.925 0.934 0.918 0.929 0.074 0.068 0.071 0.071 0.065 0.071 0.066 0.070 0.068 0.067 0.076 0.072 0.065 0.080 0.071 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.000 0.000 0.001 0.000 0.000 0.000 25 Hình 3.4 Đồ thị số phối trí cặp O-Si với mẫu khác Số phối trí cặp O-Si chủ yếu tập trung số phối trí Bảng Ta nhận thấy bao quanh nguyên tử O có 1,2,3 nguyên tử Si có lượng nhỏ nguyên tử Si chiếm tỷ lệ lớn vẩn nguyên tử Si tỷ lệ giảm mẫu khác nhau, Nhìn chung quy trình khác tỷ lệ có biến động ít, vá tỷ lệ nhìn chung đồng Thông tin hữu ích hình dáng kích thước SiO x kết nối chúng suy từ phân bố góc Ảnh hưởng quy trình đến phân bố góc cấu trúc SiO2 thể bảng bảng - Các phân bố góc O-Si-O thay đổi khoảng từ 80 đến 1450 , Phân bố góc cho ta thông tin kết nối đơn vị cấu trúc Nó đạt đỉnh cao 105 giá trị tương ứng với mẫu mô - Các phân bố góc Si-O-Si thay đổi khoảng từ 90 đến 1750 , Nó đạt đỉnh cao giá trị 1350 ; 1400 1450 giá trị tương ứng với mẫu mô - Trong công việc tính góc O-Si-O góc Si-O-Si Để kiểm tra thay đổi khối đa diện SiOx, tính toán phân bố góc OSi-O riêng cho SiO4, SiO5 SiO6 Các phân bố góc O-Si-O Si-O-Si 26 biểu diễn (Hình 3.5) nhiên mức độ thay đổi mô hình vi cấu trúc không đáng kể 27 Bảng phân bố góc O-Si-O mô hình khác M1 QT 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.002 0.015 0.086 0.207 0.258 0.212 0.122 0.058 0.025 0.009 0.003 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.002 0.002 0.018 0.090 0.203 0.256 0.204 0.126 0.060 0.026 0.009 0.003 0.001 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 M2 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.002 0.003 0.016 0.087 0.205 0.254 0.208 0.124 0.059 0.027 0.009 0.004 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.001 0.014 0.088 0.206 0.262 0.210 0.121 0.059 0.026 0.009 0.002 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.002 0.002 0.017 0.090 0.205 0.254 0.204 0.123 0.062 0.025 0.010 0.003 0.001 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 M3 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.002 0.002 0.017 0.088 0.201 0.258 0.211 0.124 0.058 0.025 0.010 0.003 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.002 0.015 0.088 0.204 0.263 0.208 0.121 0.059 0.025 0.009 0.003 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.002 0.002 0.016 0.089 0.204 0.257 0.205 0.124 0.061 0.027 0.009 0.003 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 M4 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.002 0.002 0.017 0.088 0.207 0.256 0.206 0.121 0.061 0.028 0.010 0.002 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.002 0.014 0.086 0.205 0.263 0.211 0.124 0.060 0.025 0.008 0.002 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.002 0.002 0.017 0.090 0.205 0.254 0.205 0.123 0.062 0.024 0.009 0.003 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 M5 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.002 0.016 0.088 0.202 0.264 0.207 0.122 0.061 0.025 0.009 0.002 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.002 0.002 0.015 0.088 0.205 0.260 0.206 0.122 0.060 0.025 0.009 0.004 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.002 0.002 0.017 0.090 0.204 0.256 0.206 0.121 0.061 0.025 0.010 0.003 0.001 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.002 0.017 0.087 0.206 0.257 0.208 0.122 0.058 0.026 0.011 0.003 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 27 Bảng Phân bố góc Si-O-Si mô hình khác Góc QT 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 M1 M2 M3 M4 M5 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.004 0.003 0.003 0.007 0.027 0.063 0.106 0.135 0.124 0.118 0.107 0.102 0.085 0.060 0.040 0.014 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.002 0.003 0.003 0.004 0.011 0.030 0.065 0.109 0.120 0.126 0.117 0.110 0.100 0.082 0.062 0.041 0.014 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.001 0.003 0.002 0.003 0.010 0.031 0.073 0.107 0.125 0.121 0.116 0.104 0.093 0.083 0.066 0.044 0.016 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.003 0.002 0.004 0.007 0.026 0.067 0.108 0.124 0.120 0.117 0.109 0.101 0.088 0.065 0.041 0.016 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.001 0.005 0.002 0.004 0.012 0.031 0.065 0.105 0.122 0.123 0.124 0.110 0.097 0.082 0.063 0.039 0.013 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.002 0.002 0.002 0.003 0.012 0.032 0.070 0.100 0.133 0.124 0.111 0.106 0.099 0.084 0.068 0.041 0.012 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.001 0.001 0.003 0.010 0.032 0.068 0.102 0.124 0.130 0.119 0.107 0.095 0.083 0.067 0.042 0.015 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.002 0.004 0.002 0.003 0.013 0.032 0.065 0.101 0.128 0.128 0.122 0.107 0.095 0.083 0.061 0.040 0.015 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.002 0.002 0.004 0.002 0.003 0.009 0.028 0.069 0.104 0.127 0.127 0.115 0.108 0.098 0.085 0.061 0.042 0.015 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.002 0.002 0.004 0.004 0.012 0.030 0.064 0.100 0.124 0.132 0.118 0.104 0.100 0.081 0.062 0.043 0.015 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.002 0.002 0.002 0.004 0.013 0.033 0.066 0.103 0.123 0.130 0.120 0.110 0.103 0.081 0.057 0.037 0.013 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.002 0.004 0.006 0.014 0.033 0.067 0.098 0.113 0.123 0.127 0.109 0.096 0.086 0.069 0.043 0.011 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.001 0.004 0.004 0.004 0.009 0.027 0.067 0.106 0.122 0.127 0.121 0.115 0.096 0.081 0.060 0.042 0.015 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.002 0.003 0.002 0.003 0.013 0.030 0.063 0.103 0.124 0.128 0.121 0.112 0.097 0.081 0.061 0.043 0.014 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.001 0.002 0.003 0.003 0.009 0.030 0.066 0.100 0.135 0.133 0.120 0.102 0.096 0.080 0.063 0.042 0.016 28 Si-O-Si O-Si-O Hình 3.5 Đồ thị phân bố góc quy trình khác 3.3 Ảnh hưởng quy trình đến vi cấu trúc chiết suất Qua công trình [1,2,4,16] cho thấy thay đổi phân bố phối trí, thay đổi phân bố góc, thay đổi khoảng cách ( thể tích mẫu nghiên cứu ) làm thay đổi mật độ mẫu điều ảnh hưởng đến chiết suất mẫu làm thay đổi chiết suất vật liệu SiO Chính thay đổi chiết suất ảnh hưởng trực tiếp đến phổ hấp thụ quang học mẫu mà cụ thể ảnh hưởng đến vạch phổ phát xạ dãy quang phổ liên tục Khi xây dựng nghiên cứu mô hình với 1998 nguyên tử chứa 666 Si 1332 O áp suất, nhiệt độ 3000K với tốc độ làm lạnh khác thời gian ủ nhiệt khác nhiệt độ 300K Kết cho thấy: Vi cấu trúc SiO 15 mẫu mô phân bố phối trí, phân bố góc…có thay đổi không đáng kể vây mật độ chiết suất mẫu có giá trị thay đổi không đáng kể kết thu bảng số liệu (Bảng 8) 29 Bảng Giá trị mật độ chiết suất quy trình khác Mẫu vật liệu M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12 M13 M14 M15 Mật độ ρ (g/cm3) 2.226 2.211 2.226 2.211 2.207 2.207 2.203 2.205 2.209 2.196 2.217 2.211 2.203 2.217 2.217 Chiết suất n 1.504 1.500 1.504 1.500 1.499 1.499 1.497 1.498 1.499 1.496 1.502 1.502 1.497 1.502 1.502 Kết tính toán phù hợp với số liệu công trình nghiên cứu [16] KẾT LUẬN CHƯƠNG Chương trình bày kết nghiên cứu ảnh hưởng quy trình công nghệ chế tạo vật liệu SiO2 vào tính chất quang học vi cấu trúc Các tốc độ làm nguội khác khảo sát Kết nghiên cứu cho thấy thay đổi quy trình công nghệ đưa vật liệu SiO2 từ nhiệt độ 3000K xuống 300K áp suất 0GPa chiết suất vật liệu biến đổi không đáng kể KẾT LUẬN CHUNG Luận văn đạt số kết sau: 30 Đã xây dựng 15 mô hình vật liệu SiO2 ứng với quy trình gia công nhiệt khác nhau, có hàm phân bố xuyên tâm phù hợp với số liệu thực nghiệm Những mô hình sử dụng để nghiên cứu tính chất vật lý khác vật liệu SiO2 Kết khảo sát từ quy trình chế tạo vật liệu khác cho thấy số phối trí cặp Si -O có giá trị khoảng 4,13 - 4,16 điều chứng tỏ phần lớn đơn vị cấu trúc mô hình SiO tứ diện Với độ dài liên kết cặp Si-Si, Si-O O-O tương ứng khoảng 3,08 - 3,12 Å, 1,60 2,56-2,58 Å Đặc biệt kết tính toán phân bố góc O-Si-O SiO4 thu có đỉnh 105 Giá trị chiết suất mẫu vật liệu thu có giá trị biến đổi khoảng 1,496 - 1,504 Với quy trình công nghệ khác xem xét, hai kết tìm thấy là: - Mối quan hệ mật thiết vi cấu trúc phân bố góc, độ dài liên kết, số phối trí đến tính chất quang học đặc biệt chiết suất - Sự ảnh hưởng tốc độ làm nguội, thời gian ổn định trình xây dựng mô hình vật liệu đến tính chất quang học không đáng kể 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Hồng Mô Oxit vô định hình nguyên tử (2009) Luận án tiến sĩ vật lý, Đại học Bách khoa Hà Nội [2] Shell M scott, Pablo G deleredetti and Athanassios Panagiotopoulos (2002) “Molecular structural older and anomalies in liquid silica” Phys, Reve, 66,011.202 [3] Sharma Ruchi, Mudi Anirban, chakravarty charusita(2006) “ Diffusional anomaly and network dynamics in liquid silica” T,chem phys, 125,4, 0454 705 [4] 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 [5] Phạm Ngọc Nguyên (1996), ‘‘Nghiên cứu cấu trúc số tính chất vật lý kim loại hợp kim vô định hình sở sắt coban phương pháp mô hình hoá’’, Luận án tiến sĩ toán lí, ĐHBK Hà nội [6] Lê Thế Vinh (2008), “Mô vi cấu trúc số tính chất vật lý hệ Al2O3, GeO2 trạng thái lỏng vô định hình”, Luận án tiến sĩ, ĐHBK Hà Nội [7] P K Hùng, P N Nguyên, T B Văn, V V Hoàng, L H Bắc, D Q Tuấn, L K Hoàng, N T Nhàn, “ Phân tích cấu trúc địa phương hợp kim vô định hình hai nguyên CoB, CoP, FeB FeP”, Tuyển tập công trình khoa học (89-94), 2001 [8] Liping H And K.John (2004), “Amorphous-Amorphous transitions in silica glass: Reversible transitions and thermo mechanical anomalies”, Phys Rev B, 69, 224203 (4) [9] Lamparter P., Nold E., Rainer-Harbach G., et.al (1995), “X-ray and neutron diffraction studies on amorphous transition metal-boron alloys” (Fe-B, Co-B, NiB), Z Naturforsch, V.A 36 (N02), p 165 [10] Lamparter P., Steeb S J (1995), “Structure of the metallic glass Dy44Ni56 by computer simulation of the experimental pair correlation functions”, Non-Cryst Solids 192-193, p578-584 [11] Meyer M Pontikis V (1991), “Computer simulation in materials science”, p.546 [12] Naoyuki Kitamura, Yutaka Toguchi, Shigeki Funo, Hiroshi Yamashita (1992) 32 [13] T.B.Van, P.N.Nguyen, P.K.Hung (1997), “Computer modeling of local structure and thermodynamic properties of amorphous Co75B25 alloys”, Proc of National Centre for Sci and Tech of Vietnam [14] B.W.H Van beest, G L.Kramer, R.A.van Santen, Phys Rev Lett 54, (1990) 1955 [15] Mô hình hóa trình chuyễn pha cấu trúc ôxít silic vô định hình Tiểu ban vật lý Chất rắn 1, trường cao đẳng Sư phạm Kỷ Thuật Vinh Nghệ An 2005 [16] Molecular dynamics simulations of SiO2 melt and glass: Ionic and covalent models J D Kusrcxlo, A C Lls.lcl Department of Geology and Geophysics, Yale University, New Haven, Connecticut 065 I l, U.S.A 33 [...]... ảnh hưởng đến chiết suất của chúng thì chưa có công trình nào công bố Đề tài Ảnh hưởng của công nghệ chế tạo đến chiết suất vật liệu SiO2 góp phần giải quyết vấn đề trên CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Thuật toán động lực học phân tử và quy trình xây dựng mô hình vật liệu được trình bày Các kỹ thuật tính toán thông số vật lý hàm phân bố xuyên tâm, số phối trí, và chiết suất được trình bày trong... n.tử của mô hình: N = nA + nB) - ρ: mật độ của mô hình (gam/cm3) - Na = 6.02214 x 1023 Số Avogadro (nguyên tử / mol) Từ đó chúng ta tiến hành so sánh với kết quả thực nghiệm cho ta kết quả trong quá trình mô phỏng của chạy chương trình Điều này chứng tỏ rằng vi cấu trúc của nguyên tử ảnh hưởng đến chiết suất của nguyên tử và chính điều này ảnh hưởng trực tiếp đến phổ hấp thụ quang học của nó Mà ảnh hưởng. .. lý của các hệ vật liệu trong dải 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, cấu hình của máy tính không đủ mạnh để mô phỏng hệ có số lượng nguyên tử lớn.Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về vật liệu SiO 2 song việc tìm hiểu về công nghệ chế tạo ảnh hưởng đến chiết suất. .. trực tiếp đến các vạch hấp thụ của dãy phổ KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 * Thuật toán chương trình động lực học phân tử được trình bày * Kỹ thuật tính toán các thông số vật lý được mô tả gồm hàm phân bố xuyên tâm, số phối trí, phân bố góc và mối liên hệ giữa mật độ và chiết suất CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG VI CẤU TRÚC VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA VI CẤU TRÚC ĐẾN CHIẾT SUẤT CỦA SiO2 3.1 Xây dựng mô hình 18 Mô hình SiO2 được tạo từ 1998... Để nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước, các mô hình SiO 2 VĐH lớn với số hạt 648, 5184 và 41472 có cùng mật độ 2,2 g/cm 3 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 HPBXT thành phần của mô hình, mặc dù thừa số cấu trúc có khác nhau chút ít ở khoảng giá trị của véctơ tán... = x2 – x3; m2 = y2 – y3; n2 = z2 – z3; (2.45) 2.2.3 Xác định chiết suất quang học Như đã biết trong quang học có tồn tại hiện tượng tán sắc của ánh sáng, tức vận tốc v0 của sóng trong môi trường phụ thuộc vào tần số ω của nó, vì v0 = c c = εµ n nên chiết suất n = εµ cũng phụ thuộc vào tần số Việc xác định mật độ ρ và chiết suất n của màng SiO2 thông qua các thông số có mối liên hệ với nhau thông qua... suất của mô hình động lực học phân tử có thể điều chỉnh thông qua kích thước mô hình Mô hình NPT sẽ điều chỉnh áp suất P thông qua việc nhân tọa độ của tất cả các nguyên tử lên thừa số điều chỉnh λ Khi áp suất của hệ nhỏ hơn giá trị cho phép ta chọn λ lớn hơn 1, và ngược lại nếu áp suất lớn hơn giá trị cho trước ta chọn λ nhỏ hơn 1 Trong chương trình áp suất được điều chỉnh như sau: Nhập giá trị áp suất. .. ít, vá các tỷ lệ nhìn chung cũng khá đồng đều Thông tin hữu ích về hình dáng và kích thước của SiO x và kết nối giữa chúng có thể được suy ra từ sự phân bố góc Ảnh hưởng của các quy trình đến phân bố góc trong cấu trúc của SiO2 được thể hiện ở bảng 6 và bảng 7 - Các phân bố góc O-Si-O thay đổi trong khoảng từ 80 0 đến 1450 , Phân bố góc này cho ta thông tin về kết nối giữa các đơn vị cấu trúc Nó đạt đỉnh... dụ trong công trình [8] các tác giả đã kết hợp phương pháp nguyên lý ban đầu và động lực học phân tử để nghiên cứu tính chất cấu trúc và cơ chế khuếch tán hiđrô trong SiO2 nóng chảy Khi thực hiện các nghiên cứu mô phỏng ba vấn đề chính ảnh hưởng đến độ tin cậy của các kết quả thu được đặt ra đó là thế tương tác, điều kiện biên và kích thước mô hình Thứ nhất là chọn thế tương tác giữa các nguyên tử... độ cao của các đỉnh trong đường cong thừa số cấu trúc ở vị trí K=15 nm-1 tăng ít khi kích thước của hệ tăng(từ 1,25 đến 1,48) và hệ N=41472 cho kết quả đặc biệt phù hợp với giá trị thực nghiệm Kết luận chương 1 Phương pháp mô phỏng động lực học phân tử có ưu điểm là nghiên cứu được Hệ với các quy trình công nghệ khác nhau, quá trình làm nguội từ nhiệt độ cao xuống thấp với tốc độ khác nhau của vật ... liệu SiO song việc tìm hiểu công nghệ chế tạo ảnh hưởng đến chiết suất chúng chưa có công trình công bố Đề tài Ảnh hưởng công nghệ chế tạo đến chiết suất vật liệu SiO2 góp phần giải vấn đề CHƯƠNG... mật độ mẫu điều ảnh hưởng đến chiết suất mẫu làm thay đổi chiết suất vật liệu SiO Chính thay đổi chiết suất ảnh hưởng trực tiếp đến phổ hấp thụ quang học mẫu mà cụ thể ảnh hưởng đến vạch phổ phát... định chiết suất quang học Kết luận chương CHƯƠNG - MÔ PHỎNG VI CẤU TRÚC VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA VI CẤU TRÚC ĐẾN CHIẾT SUẤT CỦA SiO2 3.1 Xây dựng mô hình 3.2 Kết mô tính chất vi cấu trúc SiO2 3.3 Ảnh hưởng