Mô phỏng hiện tượng biến đổi cấu trúc trong al2o3 và al2o3 2sio2 ở trạng thái lỏng và vô định hình

LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi đến GS.TS Võ Văn Hoàng kính trọng lòng biết ơn sâu sắc Cảm ơn thầy tận tình hướng dẫn giúp đỡ trình thực luận án Sự nghiêm khắc thầy giúp ngày trưởng thành trình học tập làm việc Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Hoàng Dũng giúp đỡ tạo điều kiện tốt để hoàn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Trương Quang Nghĩa, thầy Trần Quang Trung, cô Vũ Thị Phát Minh dạy bảo suốt thời gian học tập Thầy cô khuyến khích, động viên lúc gặp khó khăn Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô, anh chị, bạn đồng nghiệp khoa Vật Lý giúp đỡ trình học tập làm việc Xin chân thành cảm ơn anh chị đồng nghiệp, bạn, em sinh viên Phòng Vật Lý Tính Toán – Trường ĐHKHTN tạo điều kiện để chạy chương trình tính toán Xin chân thành cảm ơn chị Thu, chị Giang Phòng Đào tạo sau đại học – Trường ĐHKHTN tận tình hướng dẫn, hỗ trợ mặt thủ tục suốt thời gian qua Xin cảm ơn gia đình, người thân bạn bè hết lòng giúp đỡ, tạo điều kiện tốt giúp vượt qua khó khăn sống, giúp có thêm niềm tin nghị lực để hoàn thành luận án LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa công bố công trình mà không tham gia Tác giả Nguyễn Hoàng Hưng i MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục .i Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt .iv Danh mục hình vẽ, đồ thị v Danh mục bảng ix MỞ ĐẦU Chương – TỔNG QUAN .4 1.1 Tầm quan trọng vật liệu Al2O3, Al2O3-SiO2 lỏng vô định hình 1.1.1 Tổng quan cấu trúc tính chất vật lý 1.1.1.1 Ôxít nhôm (Alumina - Al2O3) 1.1.1.2 Alumino-silicat (Al2O3.2SiO2) 1.1.2 Tầm quan trọng mặt ứng dụng 10 1.1.2.1 Ôxít nhôm (Alumina - Al2O3) 10 1.1.2.2 Alumino-silicat (Al2O3.2SiO2) 10 1.2 Các nghiên cứu vật liệu Al2O3, Al2O3.2SiO2 lỏng vô định hình thực nghiệm .11 1.2.1 Ôxít nhôm (Alumina - Al2O3) 11 1.2.2 Alumino-silicat (Al2O3.2SiO2) .12 1.3 Các nghiên cứu Al2O3, Al2O3.2SiO2 lỏng vô định hình phương pháp mô 15 1.3.1 Nhôm ôxít (Alumina - Al2O3) 15 1.3.2 Alumino-silicat (Al2O3.2SiO2) .17 1.4 Vật liệu Al2O3 vô định hình có kích thước nano .20 1.4.1 Các nghiên cứu phương pháp thực nghiệm .20 1.4.2 Các nghiên cứu phương pháp mô 23 ii Chương – PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG 30 2.1 Phương pháp Động lực học phân tử 30 2.1.1 Nội dung phương pháp 30 2.1.2 Thuật toán .30 2.1.3 Các bước chương trình 30 2.1.4 Sơ đồ khối .31 2.1.5 Thế tương tác dùng mô 32 2.1.6 Giới hạn phương pháp .37 2.2 Phương pháp xác định đặc trưng cấu trúc 37 2.2.1 Hàm phân bố xuyên tâm 38 2.2.2 Phân bố số phối vị 41 2.2.3 Phân bố góc liên kết 41 2.3 Mô vật liệu khối vật liệu có kích thước nano .42 2.3.1 Điều kiện biên .42 2.3.2 Mô vật liệu khối 44 2.3.2.1 Xây dựng mô hình Al2O3 lỏng vô định hình 46 2.3.2.2 Xây dựng mô hình Al2O3.2SiO2 lỏng vô định hình 49 2.3.3 Mô vật liệu có kích thước nano 51 Chương – KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CHO VẬT LIỆU KHỐI 57 3.1 Mô cấu trúc Al2O3 lỏng vô định hình 57 3.1.1 Những đặc trưng cấu trúc .57 3.1.2 Khảo sát biến đổi cấu trúc ảnh hưởng yếu tố áp suất 59 3.1.2.1 Biến đổi cấu trúc Al2O3 lỏng 64 3.1.2.2 Biến đổi cấu trúc Al2O3 vô định hình .77 3.1.3 Khảo sát biến đổi cấu trúc ảnh hưởng trình nung 82 3.2 Mô cấu trúc Al2O3.2SiO2 lỏng vô định hình .89 3.2.1 Những đặc trưng cấu trúc .89 3.2.2 Khảo sát thay đổi cấu trúc làm lạnh .90 3.2.3 Khảo sát biến đổi cấu trúc ảnh hưởng yếu tố áp suất 97 iii 3.2.3.1 Biến đổi cấu trúc Al2O3.2SiO2 lỏng 97 3.2.3.2 Biến đổi cấu trúc Al2O3.2SiO2 vô định hình .105 Chương – KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CHO VẬT LIỆU CÓ KÍCH THƯỚC NANO 120 4.1 Mô cấu trúc hạt Al2O3 vô định hình có kích thước nano 120 4.1.1 Ảnh hưởng kích thước hạt nano lên cấu trúc .120 4.1.2 Ảnh hưởng kích thước hạt nano lên cấu trúc phần lõi phần vỏ 127 4.2 Sự biến đổi cấu trúc hạt Al2O3 vô định hình ảnh hưởng yếu tố áp suất .133 4.2.1 Sự thay đổi cấu trúc toàn hạt .133 4.2.2 Sự thay đổi cấu trúc phần lõi lớp bề mặt hạt 135 KẾT LUẬN .137 A/ Kết luận 137 B/ Hướng phát triển đề tài 140 DANH MỤC BÀI BÁO KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 141 TÀI LIỆU THAM KHẢO 142 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT A2S Alumino-Silicat (Al2O3.2SiO2) AFM Kính hiển vi lực nguyên tử (Atomic Force Microscope) BFI Ảnh trường sáng (Bright Field Image) BKS Thế tương tác van Beeest, Kramer van Santen đưa DFT Lý thuyết hàm mật độ (Density Functional Theory) EXAFS (Extended X-ray Absorption Fine Structure) EXELFS (Electron Extended X-ray Energy Loss Fine Structure) hda Vật liệu vô định hình mật độ cao (high density amorphous) HRTEM Kính hiển vi điện tử độ phân giải cao (High-Resolution Transmission Electron Microscopy) MD Động lực học phân tử (Molecular Dynamics) lda Vật liệu vô định hình mật độ thấp (low density amorphous) LAXS (Low Angle X-ray Scattering) NMR Cộng hưởng từ hạt nhân (Nuclear Magnetic Resonance) PRDF Hàm phân bố xuyên tâm (Partial Radial Distribution Functions) SAED Phương pháp nhiễu xạ điện tử lựa chọn vùng (Selected Area Electron Diffraction) SEM Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy) TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscopy) XRD Nhiễu xạ tia X (X-Ray Diffraction) VĐH Vô định hình v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Chương Trang Hình 1.1 Cấu trúc ôxít nhôm Hình 1.2 Cấu trúc corundum Hình 1.3 Sơ đồ mô tả hai lớp xếp cấu trúc gamma alumina Hình 1.4 Sơ đồ mô tả hai lớp xếp cấu trúc kappa alumina ions Al Octahedral màu đen, tetrahedral màu xám Hình 1.5 Sơ đồ vòng liên kết tricluster 13 Hình 1.6 Ảnh TEM BFI (a) SAED (b) Al2O3 vô định hình 20 Hình 1.7 Ảnh TEM BFI (a) SAED (b) thể rõ tinh thể 21 hóa Hình 1.8 Ảnh TEM BFI Al2O3 21 Hình 1.9 Ảnh TEM miêu tả lõi γ-Al2O3 lớp vỏ vô định hình 22 Hình 1.10 Hình ảnh bề mặt mô hình ôxít nhôm với độ sâu 5Å 24 Hình 1.11 Hình ảnh lớp ôxy hóa nhôm 25 Hình 1.12 Tương quan cấu trúc ba vùng lớp vỏ hạt 26 Hình 1.13 Hình ảnh lớp Å mô hình bề mặt ôxít nhôm VĐH 27 Hình 1.14 Phân bố góc Al-O-Al cho lớp bề mặt Å lớp bên 28 Hình 1.15 Hàm phân bố xuyên tâm cho lớp dày Å cho toàn mẫu 28 Hình 2.1 Sơ đồ khối phương pháp động lực học phân tử 32 Hình 2.2 Minh họa đa diện Voronoi 38 Hình 2.3 Mô tả cách tính hàm phân bố xuyên tâm g(r) 40 Hình 2.4 Mô tả điều kiện biên tuần hoàn không gian hai 42 Chương chiều vi Chương Hình 3.1 Hàm phân bố xuyên tâm mô hình Al2O3 lỏng mô 57 thực nghiệm Hình 3.2 Hàm phân bố xuyên tâm mô hình Al2O3 vô định hình 58 mô thực nghiệm Hình 3.3 Hàm phân bố xuyên tâm Al2O3 lỏng nhiệt độ 3500 K 64 nén mật độ khác Hình 3.4 Phân bố số phối vị Al2O3 lỏng nhiệt độ 3500 K 66 Hình 3.5 Phân bố góc liên kết Al2O3 lỏng nhiệt độ 3500 K 67 nén mật độ khác Hình 3.6 Hàm phân bố xuyên tâm Al2O3 lỏng nhiệt độ 3500 K 70 giải nén mật độ khác Hình 3.7 Phân bố số phối vị Al2O3 lỏng nhiệt độ 3500 K 71 giải nén mật độ khác Hình 3.8 Phân bố góc liên kết Al2O3 lỏng nhiệt độ 3500 K 74 giải nén mật độ khác Hình 3.9 Sự phụ thuộc áp suất theo mật độ 74 Hình 3.10 Sự phụ thuộc áp suất theo thể tích 75 Hình 3.11 Hàm phân bố xuyên tâm Al2O3 VĐH nhiệt độ K 77 nén mật độ khác Hình 3.12 Phân bố số phối vị Al2O3 VĐH nhiệt độ K nén 80 mật độ khác Hình 3.13 Phân bố góc liên kết Al2O3 VĐH nhiệt độ K 81 nén mật độ khác Hình 3.14 Hàm phân bố xuyên tâm Al2O3 VĐH nhiệt độ 84 khác Hình 3.15 Phân bố số phối vị Al2O3 VĐH nhiệt độ khác 85 vii Hình 3.16 Phân bố góc liên kết Al2O3 VĐH nhiệt độ 86 khác Hình 3.17 Sự phụ thuộc Enthalpy vào nhiệt độ 87 Hình 3.18 Sự phụ thuộc mật độ theo nhiệt độ 88 Hình 3.19 Hàm phân bố xuyên tâm toàn phần hệ A2S mô 89 hình tính toán thực nghiệm Hình 3.20 Sự thay đổi hàm phân bố xuyên tâm hệ A2S theo nhiệt 90 độ Hình 3.21 Sự phụ thuộc phân bố khuyết tật theo nhiệt độ ứng với số 95 phối vị ZSi-O = ZAl-O = Hình 3.22 Phân bố số phối vị ZO-(Al+Si) nhiệt độ 350 K phụ thuộc tỷ lệ nguyên tử ôxy có số phối vị ZO-(Al+Si ) 96 = (tricluster) theo nhiệt độ Hình 3.23 Hàm phân bố xuyên tâm hệ A2S lỏng nhiệt độ 4200 K 99 nén mật độ khác Hình 3.24 Phân bố góc hệ A2S lỏng nhiệt độ 4200 K nén 103 mật độ khác Hình 3.25 Hàm phân bố xuyên tâm hệ A2S VĐH nhiệt độ 350 K 110 nén mật độ khác Hình 3.26 Phân bố góc nén mật độ khác 111 Hình 3.27 Hàm phân bố xuyên tâm hệ A2S VĐH nung 114 nhiệt độ khác Hình 3.28 Phân bố góc hệ A2S VĐH nung nhiệt độ khác 118 Chương Hình 4.1 Hàm phân bố xuyên tâm hạt nano Al2O3 VĐH 120 350 K với kích thước khác mô hình vật liệu khối Hình 4.2 Phân bố số phối vị hạt nano Al2O3 VĐH 350 K với kích thước khác 122 viii Hình 4.3 Phân bố góc liên kết hạt nano Al2O3 VĐH 350 K với 125 kích thước khác Hình 4.4 Sơ đồ mô tả lớp bề mặt phần lõi hạt nano (hình tròn 128 đen phần lõi hạt, vòng tròn trắng bao quanh lớp bề mặt) Hình 4.5 Phân bố số phối vị phần lõi hạt nano Al2O3 VĐH 130 350 K với kích thước khác Hình 4.6 Phân bố số phối vị lớp bề mặt hạt nano Al2O3 VĐH 131 350 K với kích thước khác Hình 4.7 Hàm phân bố xuyên tâm hạt nano Al2O3 VĐH 350 K 133 nén mật độ khác Hình 4.8 Phân bố số phối vị hạt nano Al2O3 VĐH 350 K nén mật độ khác 134 137 KẾT LUẬN A/ Kết luận Bằng phương pháp động lực học phân tử, xây dựng mô hình hệ Al2O3 Al2O3.2SiO2 lỏng vô định hình dạng vật liệu khối Các mô hình xây dựng có dạng hình lập phương với điều kiện biên tuần hoàn Mật độ nguyên tử mô hình tương ứng với mật độ thực loại vật liệu Thế tương tác cặp sử dụng trình mô Born-Mayer Với vật liệu ôxít nhôm vô định hình có kích thước nano, bước đầu tiến hành khảo sát cấu trúc, phân tích đặc trưng cấu trúc Vật liệu có kích thước nano xây dựng với điều kiện biên không tuần hoàn Các hạt ôxít nhôm có dạng khối cầu tồn độc lập Kết mô chủ yếu nhận sau: Khảo sát cấu trúc Al2O3 hệ Al2O3.2SiO2 dạng vật liệu khối 1.1 Thế tương tác cặp Born – Mayer với thông số chọn thích hợp cho hệ Al2O3 Al2O3.2SiO2 khảo sát đặc trưng cấu trúc 1.2 Mô cách chi tiết đặc trưng cấu trúc hệ Al2O3 Vật liệu Al2O3 trạng thái lỏng vô định hình có đơn vị cấu trúc dạng tứ diện lệch 1.3 Mô cách chi tiết đặc trưng cấu trúc hệ Al2O3.2SiO2 Cấu trúc hệ A2S kết kết hợp hai đơn vị cấu trúc AlO4 SiO4, đơn vị cấu trúc tương tự ôxít SiO2 Al2O3 1.4 Cấu trúc hệ A2S chứa khuyết tật tương tự hệ ôxít SiO2 Al2O3 Tuy nhiên, hệ A2S có đơn vị cấu trúc quan trọng tricluster Khảo sát biến đổi cấu trúc Al2O3 hệ Al2O3.2SiO2 dạng vật liệu khối 2.1 Dưới ảnh hưởng áp suất cao 2.1.1 Trong Al2O3 vô định hình có chuyển pha từ cấu trúc tứ diện sang cấu trúc bát diện mật độ thay đổi từ 2,84 g/cm3 đến 5,00 g/cm3 Trong Al2O3 lỏng 138 có chuyển đổi cấu trúc từ dạng mạng tứ diện sang dạng mạng bát diện ngược lại mật độ thay đổi khoảng từ 3,6 g/cm3 đến 4,5 g/cm3 Quá trình biến đổi cấu trúc mô hình Al2O3 lỏng nhiệt độ 3500 K tiến hành nén giải nén trình bất thuận nghịch 2.1.2 Trong hệ Al2O3.2SiO2: với mô hình có khối lượng riêng thay đổi từ 2,6 g/cm3 4,2 g/cm3, chuyển pha cấu trúc hệ trạng thái lỏng vô định hình giống Tại mật độ mô hình thấp ban đầu ρ = 2,6 g/cm3, nguyên tử mô hình xếp theo dạng tứ diện tứ diện liên kết với theo dạng liên kết đỉnh tứ diện Khi mật độ cao số phối vị tăng lên, ρ = 4,2 g/cm3 cấu trúc hệ A2S lỏng vô định hình chuyển từ cấu trúc dạng liên kết tứ diện sang cấu trúc bát diện Các đơn vị cấu trúc bát diện liên kết với thông qua cạnh đơn vị cấu trúc mặt đơn vị cấu trúc Theo kết tính toán tricluster đóng vai trò quan trọng cấu trúc tính chất động học alumino silicat Cụ thể hơn, tricluster làm tăng tốc độ khuếch tán nguyên tử vật liệu bị nén dẫn đến tượng khuếch tán dị thường 2.2 Dưới ảnh hưởng nhiệt độ cao 2.2.1 Có chuyển đổi cấu trúc từ dạng bát diện sang dạng tứ diện Al2O3 vô định hình nhiệt độ tăng dần từ nhiệt độ K Dạng cấu trúc tứ diện nhận có biến dạng chút so với dạng cấu trúc tứ diện mô hình không nén ban đầu mật độ 2,84 g/cm3 Nhiệt độ chuyển pha hai dạng cấu trúc hệ Al2O3 vào khoảng 1200 K 2.2.2 Trong chuyển pha từ pha có khối lượng riêng thấp (ở áp suất thấp) sang pha có khối lượng riêng cao (ở áp suất cao) H2O, SiO2 vô định hình có thay đổi đột ngột thể tích (chuyển pha loại I) theo kết chúng tôi, Al2O3 Al2O3.2SiO2 vô định hình, trình liên tục Không loại trừ ảnh hưởng tương tác dùng mô hình 139 Khảo sát cấu trúc hạt Al2O3 vô định hình có kích thước nano 3.1 Mô hình có dạng khối cầu với đường kính nm, nm, nm, nm với điều kiện biên không tuần hoàn chứa số nguyên tử tương ứng với mật độ thực ôxít nhôm Tương tác nguyên tử mô hình thể qua tương tác cặp dạng Born−Mayer, kết mô cho thấy tương tác thể tốt cấu trúc mô hình Al2O3 vô định hình có kích thước nano 3.2 Khảo sát hạt nano với kích thước nm, nm, nm nm cho thấy có khác biệt đáng kể cấu trúc kích thước hạt thay đổi Số phối vị trung bình tất cặp nguyên tử giảm đáng kể kích thước hạt giảm Đơn vị cấu trúc hạt có cấu trúc tứ diện lệch giống cấu trúc đơn vị mô hình vật liệu khối với diện đơn vị cấu trúc bậc cao Tuy nhiên, với kích thước hạt nhỏ, tỉ lệ khuyết tật cấu trúc xuất nhiều tượng đứt gãy liên kết bề mặt hạt nano 3.3 Có khác biệt cấu trúc rõ rệt lớp vỏ bề mặt lớp lõi bên hạt Số phối vị trung bình nguyên tử lớp vỏ nhỏ lõi yếu tố bề mặt Kết tính toán cho thấy lớp vỏ chứa phần lớn lượng khuyết tật hạt Al2O3 có kích thước nano Lượng khuyết tật đóng vai trò quan trọng cấu trúc tính chất vật lý – hóa học hạt Bên cạnh đó, cấu trúc lớp vỏ phụ thuộc mạnh vào kích thước hạt nano Trong đó, cấu trúc phần lõi xem thay đổi với kích thước hạt lõi có cấu trúc tương tự vật liệu khối 3.4 Khi mật độ thay đổi từ 3,00 g/cm3 đến 5,10 g/cm3, biến đổi cấu trúc hạt nano xảy chậm so với vật liệu khối 3.5 Cấu trúc bề mặt hạt nano biến đổi khác so với cấu trúc phần lõi mật độ thay đổi 140 B/ Hướng phát triển đề tài Đề tài phát triển hướng sau: Tìm hiểu dạng tương tác khác có khả mô toàn diện tính chất vật lý vật liệu khối Khảo sát lượng liên kết trung bình, lượng bề mặt hạt nano Khảo sát động học nguyên tử bề mặt nguyên tử bên hạt nano Khảo sát ảnh hưởng hình dạng hạt nano lên cấu trúc tính chất nhiệt động học Bước đầu tính cấu trúc điện tử hạt nano phương pháp ab initio calculation 141 DANH MỤC BÀI BÁO KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ [1] Vo Van Hoang, Nguyen Hoang Hung, Temperature – induced phase transition in simulated amorphous Al2O3, Physica Status Solidi (b) 243, 416 (2005) [2] Vo Van Hoang, Nguyen Hoang Hung, Nguyen Ngoc Linh, Liquid - liquid phase transition in simulated liquid Al2O3.2SiO2, Physica Scripta 74, 697 (2006) [3] Vo Van Hoang, Nguyen Ngoc Linh and Nguyen Hoang Hung, Structure and dynamics of simulated liquid and amorphous Al2O3.2SiO2, European Physical Journal Applied Physics 37, 111 (2007) [4] Vo Van Hoang, Nguyen Ngoc Linh, Nguyen Hoang Hung, Pressure and temperature induced structural changes in simulated amorphous Al2O3.2SiO2, Physica Status Solidi B 244, 3074 (2007) [5] Nguyen Hoang Hung, Vo Van Hoang, Hoang Zung, Size effects on structure of amorphous Al2O3 Nanoparticles, Advances in Natural Sciences Journal, No &4, Vol 8, 457 (2007) [6] Nguyen Hoang Hung, Vo Van Hoang, Hoang Zung, Pressure-induced structural changes in amorphous Al2O3 nanoparticles, Advances in Natural Sciences, No 1, Vol 10 (2009) 142 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Huỳnh Tuấn Anh (2007), Mô cấu trúc tính chất động học GeO2 lỏng vô định hình, Luận án Tiến sĩ Vật Lý, trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên, Tp Hồ Chí Minh Lê Công Dưỡng (1997), Vật liệu học, NXB KH&TK Võ Văn Hoàng (2004), Mô Vật lý, NXB ĐHQG, Tp HCM Nguyễn Đức Lợi, Vũ Diễm Hương, Nguyễn Khắc Xương (1998), Vật liệu kỹ thuật nhiệt kỹ thuật lạnh Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội Hoàng Nhâm, Hóa học vô (1999), Nhà xuất giáo dục, Hà Nội Đào Đình Thức (2002), Hóa lý I, NXB KH&KT, Hà Nội Phạm Văn Trí, Dương Đức Hồng, Nguyễn Công Cẩn (1999), Lò công nghiệp, Nhà xuất Khoa học-Kỹ thuật, Hà Nội Tiếng Anh S Aasland and P.F McMillan (1994), “Density-driven liquid-liquid phase separation in the system Al2O3-Y2O3” , Nature, 369, 633 S.P Adiga, P Zapol, and L.A Curtiss (2006), “Atomistic simulations of amorphous alumina surfaces”, Phys Rev B, 74, 064204 10 L.J Alvarez, J Fernández Sanz, M.J Capitán, and J.A Odriozola (1992), “Molecular-Dynamics Studies of the Structure of γ-Alumina”, Chem Phys Lett, 192, 463 11 L.J Alvarez, J Fernández Sanz, M.J Capitán, M.A Centeno, J.A Odriozola (1993), “Surface models for γ-Al2O3 from molecular dynamics simulations”, Chem Soc, Faraday Trans, 89, 3623 12 L.J Alvarez, J Fernández Sanz, M.J Capitán, and J A Odriozola (1994), “Surface structure of cubic aluminum oxide”, Phys Rev B, 50, 2561 143 13 L.J Alvarez, L.E León, J Fernández Sanz, M.J Capitán, and J.A Odriozola (1995), “Computer Simulation of gamma-Al2O3 Microcrystal”, J Phys Chem, 99, 17872 14 S Alavi, J.W Mintmire, and D.L Thompson (2005), “Molecular Dynamics Simulations of the Oxidation of Aluminum Nanoparticles”, J Phys Chem B, 109, 209 15 A.V Bandura, J D Kubick (2003), “Derivation of Force Field Parameters for TiO2−H2O Systems from ab Initio Calculations”, J Phys Chem B, 107, 11072 16 D.K Belashchenko (1997), “Computer simulation of the structure and properties of non-crystalline oxides”, Russ Chem Rev, 66, 733 17 D.K Belashchenko (2004), “Computer Simulation of Liquid Silica Using the BELION Algorithm”, Inorganic Materials, 40, 241 18 L Bosio, G.P Johari and J Teixera (1986), “X-ray study of high-density amorphous water”, Phys Rev Lett, 56, 460 19 A.J Bourdillon, S.M El-Mashri, and A.J Forty (1984), “Application of TEM extended electron energy loss fine structure to the study of aluminium oxide films”, Philos Mag A, 49, 341 20 T.J Campbell, G Aral, S Ogata, R.K Kalia, A Nakano, and P Vashishta (2005), “Oxidation of aluminum nanoclusters”, Phys Rev B, 71, 205413 21 D Coster, A.L Blumenfeld and J.J Fripiat (1994), “Lewis acid sites and surface aluminum in aluminas and zeolites: A high-resolution NMR study”, J Phys Chem, 98, 6201 22 S.M El-Mashri, R.G Jones, and A.J Forty (1983), “An electron-yield EXAFS study of anodic-oxide and hydrated-oxide films on pure aluminium”, Philos Mag A, 48, 665 23 J.R Errington and P.G Debenedetti (2001), “Relationship between structural order and the anomalies of liquid water”, Nature, 409, 318 144 24 J Freund and E Umbach, eds (1993), “Adsorption on Ordered Surfaces of Ionic Solids and Thin Films”, Springer Series in Surface Science, Berlin Vol 33 25 N Giovambattista, E.G Stanley and F Sciortino (2005), “Phase diagram of amorphous solid water: Low-density, high-density, and very-high-density amorphous ices”, Phys Rev E, 72, 031510 26 J.N Glosli, F.H Ree (1999), “Liquid-liquid phase transition in carbon”, Phys Rev Lett, 82, 4569 27 G.N Greaves, W Smith, E Giulotto and E Pantos (1997), “Local structure, microstructure and glass properties”, J Non-Cryst Solids, 222, 13 28 A.A Gribb, J.F Banfield (1997), “Particle size effects on transformation kinetics and phase stability in nanocrystalline TiO2”, American Mineralogy, 82, 717 29 M Grimsditch (1984), “Polymorphism in amorphous SiO2”, Phys Rev Lett, 52, 2379 30 V Gruver, J.J Fripiat (1994), “Lewis acid sites and surface aluminum in aluminas and mordenites: an infrared study of CO chemisorption”, J Phys Chem, 98, 8549 31 M Guthrie, C.A Tulk, C.J Benmore, J Xu, J.L Yarger, D.D Flug, J.S Tse, H.K Mao and R.J Hemley (2004), “Formation and structure of a dense octahedral glass”, Phys Rev Lett, 93, 115502 32 G Gutiérrez, A.B Belonoshko, R Ahuja and B Johansson (2000), “Structural properties of liquid Al2O3 a Molecular Dynamics study”, Phys Rev E, 61, 2723 33 G Gutiérrez, A Taga, and B Johansson (2001), “Theoretical structure determination of γ-Al2O3”, Phys Rev B, 65, 012101 34 G Gutiérrez (2002), “Atomistic Simulation of densified amorphous alumina”, Rev Mex Fis, 48 S3, 60 145 35 G Gutiérrez and B Johansson (2002), “Molecular Dynamics study of structural properties of amorphous Al2O3”, Phys Rev B, 65, 104202 36 G Gutiérrez and J Rogan (2004), “Structure of liquid GeO2 from a computer simulation model”, Phys Rev E, 69, 031201 37 S Harrington, R Zhang, P.H Polle, F Sciortino and H.E Stanley (1997), “Liquid-liquid phase transition: evidence from simulations”, Phys Rev Lett, 78, 2409 38 V.V Hoang, D.K Belashchenko, and V.T.M Thuan (2004), “Computer simulation of the structural and thermodynamics properties of liquid and amorphous SiO2”, Physica B, 384, 249 39 V.V Hoang and S.K Oh (2004), “Simulation of structural properties and structural transformation of amorphous Al2O3”, Physica B: Condensed Matter, 352, 73 40 V.V Hoang and S.K Oh (2004), “Structure and diffusion simulation of liquid Al2O3”, Physica B: Condensed Matter, 352, 342 41 V.V Hoang (2004), “Molecular dynamics study on structure and properties of liquid and amorphous Al2O3”, Phys Rev B, 70, 134204 42 V.V Hoang and S.K Oh (2005), “Simulation of pressure-induced phase transition in liquid and amorphous Al2O3”, Phys Rev B, 72, 054209 43 V.V Hoang (2005), “About an order of liquid–liquid phase transition in simulated liquid Al2O3”, Phys Lett A, 335, 439 44 V.V Hoang, N.T Hai, and H Zung (2006), “Tetrahedral ↔ octahedral network structure transition in simulated vitreous SiO2”, Phys Lett A, 356, 246 45 V.V Hoang (2007), “Molecular dynamics simulation of amorphous SiO2 nanoparticles”, J Phys Chem B, 111, 12649 46 V.V Hoang (2007), “Structural properties of simulated liquid and amorphous TiO2”, Phys Stat Sol B, 224, 1280 146 47 V.V Hoang, H Zung, N.H.B Trong (2007), “Structural properties of amorphous TiO2 nanoparticles”, European Physical Journal D, 44, 515 48 V.V Hoang (2007), “Local environments of oxygen in Al2O3- SiO2 melts”, Phys Lett A, 368, 499 49 V.V Hoang, N.H Tuan Anh, H Zung (2008), “Structural properties of amorphous GeO2 nanoparticles”, Phys Stat Sol (b), 245, No 8, 1505 50 J Horbach and W Kob (1999), “Static and dynamic properties of a viscous silica melt”, Phys Rev B, 60, 3169 51 L Huang and J Kieffer (2004), “Amorphous-amorphous transitions in silica glass II Irreversible transitions and densification limit”, Phys Rev B, 69, 224204 52 N.T Huff, E Demiralp, T Cagin and W A Goddard III (1999), “Factors affecting molecular dynamics simulated vitreous silica structures”, J NonCryst Solids, 253, 133 53 J.P Itie, A Polian, G Calas, J Petiau, A Fontaine and H Tolentino (1989), “Pressure-induced coordination changes in crystalline and vitreous GeO2”, Phys Rev Lett, 63, 398 (1989) 54 K Kamiya, T Yoko, Y Itoh, S Sakka (1986), “X-ray diffraction study of Na2O-GeO2 melts”, J Non-Cryst Solids, 79, 285 55 Y Katayama, T Mizutani, W Utsumi, O Shimomura, M Yamakata, and Ken-ichi Funakoshi (2000), “A first-order liquid–liquid phase transition in phosphorus”, Nature, 403, 170 56 S Kawasaki, O Ohtaka and Y Yamanaka (1994), “Structural change of GeO2 under pressure”, Phys Chem Minerals, 20, 531 57 D.A Keen and R.L McGreevy (1990), “Structural modelling of glasses using reverse Monte Carlo simulation”, Nature, 344, 423 58 E.D Lacy (1963), “Aluminum in glasses and melts”, Phys Chem Glasses, 4, 234 147 59 P Lamparter and R Kniep (1997), “Structure of amorphous Al2O3”, Physica B, 234, 405 60 C Landron, A.K Soper, T.E Jenkins, G.N Greaves, L Hennet and J.P Countures (2001), “Measuring neutron scattering structure factor for liquid alumina and analysing the radial distribution function by empirical potential structure refinement”, J Non-Cryst Solids, 293-295, 453 61 C Landron, L Hennet, T.E Jenkins, G.N Greaves, J.P Coutures, and A.K Soper (2001), “Liquid Alumina: Detailed Atomic Coordination Determined from Neutron Diffraction Data Using Empirical Potential Structure Refinement”, Phys Rev Lett, 86, 4839 62 C.G Levi, V Jayaram, J.J Valencia, R.J Mehrabian (1988), “Phase selection in electrohydrodynamic atomization of alumina”, J Mater Res, 3, 969 63 N.N Linh, V.V Hoang (2008), “Structural properties of amorphous Al2O3.2SiO2 nanoparticles”, Molecular Simulation, 34, 29 64 D.A Litton and S.H Garofalini (1997), “Vitreous silica bulk and surfade self-diffusion analysis by molecular dynamics”, J Non-Cryst Solids, 217, 250 65 M Matsui, M Akaogi (1991), “Molecular Dynamics Simulation of the Structural and Physical Properties of the Four Polymorphs of TiO2”, Molecular Simulation, 6, 239 66 J.M McHale, A Auroux, A.J Perrotta, A Navrotsky (1997), “Surface Energies and Thermodynamic Phase Stability in Nanocrystalline Aluminas”, Science, 277, 788 67 E Menéndez-Proupin and G Gutiérrez (2005), “Electronic properties of bulk-Al2O3”, Phys Rev B, 72, 035116 68 M Micoulaut (2004), “Structure of densified amorphous germanium dioxide”, J Phys Condens Matt., 16, L131 148 69 O Mishima, L.D Calvert, and E Whalley (1984), “ 'Melting ice' I at 77 K and 10 kbar: a new method of making amorphous solids”, Nature, 310, 393 70 O Mishima, L.D Calvert, and E Whalley (1985), “An apparently first-order transition between two amorphous phases of ice induced by pressure”, Nature, 314, 76 71 O Mishima, K Takemura, and K Aoki (1991), “Visual observations of the amorphous-amorphous transition in H2O under pressure”, Science, 245, 406 72 O Mishima (1994), “Reversible first-order transition between two H2O amorphs at ~0.2 GPa and ~135 K”, Chem Phys, 100, 5910 73 T Morishita (2005), “Anomalous diffusivity in supercooled liquid silicon under pressure, Phys Rev E, 72, 021201 74 G.D Mukherjee, S.N Vaidya (2001), “Direct observation of amorphous to amorphous apparently first-order phase transition in fused quartz”, Phys Rev Lett, 87, 195501 75 A Nukui, U.Shimizugawa and S Inoue (1992), “A structural study of Y2O3Al2O3-SiO2 glass employing partial RDFs obtained by anomalous scattering”, J Non-Cryst Solids, 150, 376 76 Y Oka, T Takahashi, K Okada, and S ichi Iwai (1979), “Structural analysis of anodic alumina films”, J Non-Cryst Solids, 30, 349 77 M Okuno, N Zotov, M Schmücker and H Schneider (2005), “Structure of SiO2–Al2O3 glasses: Combined X-ray diffraction, IR and Raman studies”, J Non-Cryst Solids, 351, 1032 78 C Pan, P Shen, S.H Chen (2007), “Condensation, crystallization and coalescence of amorphous Al2O3 nanoparticles”, J of Crystal Growth, 299, 393 79 Tao Pang (2006), An Introduction to Computational Physics, Cambridge University Press, NewYork 149 80 P Pfleiderer, J Horbach, K Binder (2006), “Structure and transport properties of amorphous aluminium silicates: computer simulation studies”, Chem Geol, 229, 186 81 B.J Poe, P.F McMillan, B Coté, D Massiot, J.P Coutures (1992), “SiO2Al2O3 liquids: in situ study by high temperature 27Al NMR spectroscopy and molecular dynamics simulation”, J Phys Chem, 96, 8220 82 A Polian and M Grimsditch (1990), “Room-temperature densification of a-SiO2 versus pressure”, Phys Rev B, 41, 6086 83 A Roder, W Kob, and K Binder (2001), “Structure and dynamics of amorphous silica surfaces”, J Chem Phys, 114, 7602 84 R.J Rustad, D.A Yuen (1990), “Molecular dynamics of liquid SiO2 under high pressure”, Phys Rev A, 42, 2081 85 S Sampath, C.J Benmore, K.M Lantzk, J Neuefeind, K Leinenweber, D.L Price and J.L Yarger (2003), “Intermediate-range order in permanently densified GeO2 glass”, Phys Rev Lett, 90, 115502 86 M.A San Miguel, J Fernandez, L.J Alvarez, and J.A Odriozola (1998), “Molecular dynamics study of structural properties of amorphous Al”, Phys Rev B, 58, 2369 87 H Sato, S Endo, M Sugiyama, T Kikegawa, O Shimomura, K Kusaba (1991), “Baddeleyite-Type High-Pressure Phase of TiO2”, Science, 251, 786 88 M Schmücker, H Schneider, K.J.D Mac Kenzie (1999), “Comparative Al NMR and LAXS studies on rapidly quenched aluminosilicate glasses”, J Eur Cer Soc, 19, 99 89 M Schmücker, H Schneider (2002), “New evidence for tetrahedral triclusters in aluminosilicate glasses”, J Non-Cryst Solids, 311, 211 90 I.V Schweigert, K.E.J Lehtinen, M.J Carrier, M.R Zachariah (2002), “Structure and properties of silica nanoclusters at high temperatures”, Phys Rev B, 65, 235410 150 91 M Scott Shell, Pablo G Debenedetti (2002), “Molecular structural order and anomalies in liquid silica”, Phys, Rev E, 66, 011202 92 J.F Stebbins and P McMillan (1989), “Five- and six- coordinated Si in K2Si4O9 glass quenched from 1.9 GPa and 1200 C”, Am Mineral, 74, 965 93 F.H Streitz and J.W Mintmire (1994), “Electrostatic potentials for metaloxide surfaces and interfaces”, Phys Rev B, 50, 11996 94 M.J Toplis, D.B Dingwell, K.U Hess, T Lenci (1997), “Viscosity, fragility, and configurational entropy of melts along the join SiO2NaAlSiO4”, Am Mineral, 82, 979 95 J.S Tse and M.L Klein (1987), “Pressure-induced phase transformations in ice”, Phys Rev Lett, 58, 1672 96 J.S Tse, D.D Klug and Y.L Page (1992), “High-pressure densification of amorphous silica”, Phys Rev B, 46, 5933 97 S Tsuneyuki and Y Matsui (1995), “Molecular dynamics study of pressure enhancement of ion mobilities in liquid silica”, Phys Rev Lett, 74, 3197 98 S Tsuneyuki, M Tsukada, H Aoki, and Y Matsui (1988), “First-Principles Interatomic Potential of Silica Applied to Molecular Dynamics”, Phys Rev Lett, 61, 869 99 K Vollmayr, W Kob and K Binder (1996), “Cooling rate effects in amorphous silica: a computer-simulation study”, Phys Rev B, 54, 15808 100 A Winkler, J Horbach, W Kob, K Binder (2004), “Structure and diffusion in amorphous aluminum silicate: A molecular dynamics computer simulation“, J Chem Phys, 120, 384 101 Q Williams, R.J Hemley, and R Jeanloz (1993), “High-pressure infrared spectra of a-quartz, coesite, stishovite and silica glass”, J Geophys Res, 98, 22157 102 Q Williams, R Jeanloz (1988), “Spectroscopic Evidence for PressureInduced Coordination Changes in Silicate Glasses and Melts”, Science, 239, 902 151 103 L.V Woodcock, C.A Angell, and P.A Cheeseman (1976), “Molecular dynamics studies of the vitreous state: simple ionic systems and silica”, J Chem Phys, 65, 1565 104 X Xue, J.F Stebbins, M Kanzaki, and R.G Tronnes (1989), “Silicon Coordination and Speciation Changes in a Silicate Liquid at High Pressures”, Science, 245, 962 105 H.Z Zhang, J.F Banfield (1998), “Thermodynamic analysis of phase stability of nanocrystalline titania”, J Mater Chem., 8, 2073 [...]... pháp mô phỏng động lực học phân tử, chúng tôi đã tiến hành khảo sát các nội dung sau: i) Chọn dạng thế tương tác phù hợp cho hệ Al2O3 và Al2O3. 2SiO2 ii) Khảo sát cấu trúc vi mô của vật liệu khối Al2O3 và Al2O3. 2SiO2 ở trạng thái lỏng và vô định hình So sánh với số liệu thực nghiệm và mô phỏng được công bố trước đây iii) Nghiên cứu hiện tượng biến đổi cấu trúc dưới ảnh hưởng của yếu tố áp suất cho hệ Al2O3. .. áp suất cho hệ Al2O3 và Al2O3. 2SiO2 iv) Nghiên cứu hiện tượng biến đổi cấu trúc dưới ảnh hưởng của yếu tố nhiệt độ cho hệ Al2O3 và Al2O3. 2SiO2 v) Mô phỏng cấu trúc các hạt Al2O3 vô định hình có kích thước nano Khảo sát ảnh hưởng của kích thước hạt và yếu tố áp suất lên cấu trúc của hạt Ý nghĩa khoa học của luận án: i) Việc xác định được thế tương tác phù hợp cho hệ Al2O3 và Al2O3. 2SiO2 có ý nghĩa rất... loại vật liệu này ở nhiệt độ cao và áp suất cao cung cấp các thông tin hữu ích về mặt cấu trúc và động học liên quan đến thành phần cấu tạo của lớp vỏ trái đất Nhằm góp phần hoàn thiện những hiểu biết về loại vật liệu này và tổng kết thành những luận điểm khoa học, tác giả đã tiến hành đề tài: Mô phỏng hiện tượng biến đổi cấu trúc trong Al2O3 và Al2O3. 2SiO2 ở trạng thái lỏng và vô định hình Để đạt mục... diện sang dạng bát diện Chi tiết hơn về ảnh hưởng của mật độ lên cấu trúc được thể hiện trong [34] Kết quả cho thấy cấu trúc của ôxít nhôm vô định hình tương tự như ở trạng thái lỏng Ở trạng thái vô định hình, ôxít nhôm có cấu trúc giống như cấu trúc bề mặt gamma alumina ở nhiệt độ phòng Với việc khảo sát mô hình ở ba mật độ khác nhau: 3,0 g/cm3; 3,175 g/cm3; và 3,3 g/cm3, kết quả tính toán cho thấy khi... còn nếu mẫu là vô định hình (do chỉ có trật tự gần) thì hình ảnh là các vòng tròn nhưng không rõ nét Cấu trúc các hạt nhận được cho thấy có sự phân cách giữa lớp lõi và lớp vỏ của hạt, trong khi lõi hạt bị tinh thể hóa với cấu trúc γ -Al2O3 thì lớp vỏ có cấu trúc vô định hình Điều này được thể hiện rõ nét trên hình 1.8 và hình 1.9 Hình 1.9 Ảnh TEM miêu tả lõi γ -Al2O3 và lớp vỏ vô định hình [78] Dạng... Cấu trúc γ -Al2O3 trong vùng kích thước nano có năng lượng bề mặt thấp nhưng entropy cao hơn cấu trúc α -Al2O3 [66] Ôxít nhôm ở trạng thái vô định hình thông thường có thể nhận được từ phương pháp làm lạnh nhanh với tốc độ làm lạnh vào khoàng 105 K/s, với tốc độ này, các hạt ôxít nhôm nhận được có cấu trúc gần tương tự với cấu trúc γ -Al2O3 [62] Hình 1.6 Ảnh TEM BFI (a) và SAED (b) của Al2O3 vô định hình. .. trình bày toàn bộ kết quả nghiên cứu mô phỏng của chúng tôi về cấu trúc của hệ Al2O3 và Al2O3. 2SiO2 lỏng và vô định hình iv) Chương 4 trình bày toàn bộ kết quả nghiên cứu mô phỏng của chúng tôi về cấu trúc các hạt Al2O3 vô định hình có kích thước nano Cuối cùng là danh mục 06 công trình nghiên cứu đã công bố và 105 tài liệu tham khảo Kết quả của luận án đã được công bố trong 06 bài báo khoa học bao gồm:... hóa giữa ba pha cấu trúc là như nhau Tuy nhiên, độ rộng vùng cấm nhỏ có thể là nguyên nhân làm cho cấu trúc gamma alumina bị biến dạng 1.3.2 Alumino-silicat (Al2O3. 2SiO2) Winkler và các cộng sự của mình đã thành công trong việc dựng mô hình A2S lỏng và vô định hình bằng phương pháp động học phân tử [100] Mô hình được xây dựng bằng thế tương tác BKS (1.1) có thay đổi cho phù hợp với mô hình ϕij = q i... với nhiều cấu trúc đa thù hình khác nhau Tùy thuộc vào trạng thái ổn định nhiệt động mà chúng có cấu trúc bền vững hay không bền vững Chẳng hạn như ôxít nhôm tồn tại trong corundum với cấu trúc bền vững hcp Trong khi đó, với cấu trúc fcc (gần giống cấu trúc spinel), γ -Al2O3 có rất nhiều ứng dụng trong công nghiệp như làm chất xúc tác, tạo lớp phủ bề mặt hay chất mài mòn bởi do kích thước hạt và hoạt... vị cấu trúc (AlO4)5-, tuy nhiên vẫn còn hơn 16 60% nguyên tử nhôm có 4 nguyên tử ôxy bao xung quanh thể hiện một cấu trúc tứ diện bị biến dạng trong các mô hình Kết quả nhận được cũng khẳng định rằng không có sự khác biệt nhiều về mặt cấu trúc khi khảo sát ở ba nhiệt độ khác nhau này Cũng với các phương pháp mô phỏng động lực học phân tử, cấu trúc ôxít nhôm lỏng đã được khảo sát trong [81], cấu trúc