Nghiên cứu cấu trúc và quá trình tinh thể hóa của hạt nano Fe và FeB bằng phương pháp mô hình hóa. (Luận án tiến sĩ)

Nghiên cứu cấu trúc và quá trình tinh thể hóa của hạt nano Fe và FeB bằng phương pháp mô hình hóa. (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu cấu trúc và quá trình tinh thể hóa của hạt nano Fe và FeB bằng phương pháp mô hình hóa. (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu cấu trúc và quá trình tinh thể hóa của hạt nano Fe và FeB bằng phương pháp mô hình hóa. (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu cấu trúc và quá trình tinh thể hóa của hạt nano Fe và FeB bằng phương pháp mô hình hóa. (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu cấu trúc và quá trình tinh thể hóa của hạt nano Fe và FeB bằng phương pháp mô hình hóa. (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu cấu trúc và quá trình tinh thể hóa của hạt nano Fe và FeB bằng phương pháp mô hình hóa. (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu cấu trúc và quá trình tinh thể hóa của hạt nano Fe và FeB bằng phương pháp mô hình hóa. (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu cấu trúc và quá trình tinh thể hóa của hạt nano Fe và FeB bằng phương pháp mô hình hóa. (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu cấu trúc và quá trình tinh thể hóa của hạt nano Fe và FeB bằng phương pháp mô hình hóa. (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu cấu trúc và quá trình tinh thể hóa của hạt nano Fe và FeB bằng phương pháp mô hình hóa. (Luận án tiến sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ THẢO NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ Q TRÌNH TINH THỂ HĨA CỦA HẠT NANO Fe VÀ FeB BẰNG PHƯƠNG PHÁP MƠ HÌNH HĨA LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ THẢO NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ Q TRÌNH TINH THỂ HĨA CỦA HẠT NANO Fe VÀ FeB BẰNG PHƯƠNG PHÁP MƠ HÌNH HĨA Chun ngành: VẬT LÝ KỸ THUẬT Mã số: 62520401 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1) PGS TS LÊ VĂN VINH 2) PGS TS LÊ THẾ VINH HÀ NỘI - 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu Tất số liệu kết nghiên cứu luận án trung thực, chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu khác Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Thảo LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS TS Lê Văn Vinh PGS.TS Lê Thế Vinh, người thầy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi hồn thành luận án Xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tạo điều kiện làm việc Bộ môn Vật lý tin học, Viện Vật lý kỹ thuật Trường Đại học Bách khoa Hà Nội dành cho tơi suốt q trình nghiên cứu, thực luận án Xin cảm ơn Viện Đào tạo Sau Đại học, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Trường Đại học Sư phạm Hà nội tạo điều kiện cho suốt thời gian làm việc nghiên cứu Cuối cùng, xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, người thân, đồng nghiệp dành tình cảm, động viên giúp đỡ tơi vượt qua khó khăn để hồn thành luận án Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Nguyễn Thị Thảo MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ THĂNG GIÁNG MẬT ĐỘ ĐỊA PHƯƠNG VÀ QUÁ TRÌNH TINH THỂ HÓA CỦA VẬT LIỆU Fe VÀ FeB 1.1 Tổng quan hệ vật liệu Fe khối Fe nano, FeB nano 12 1.1.1 Hệ vật liệu sắt 12 1.1.2 Hệ vật liệu nano FeB 16 1.2 Thăng giáng mật độ địa phương 18 1.3 Quá trình tinh thể hóa 19 1.3.1 Cách tiếp cận nhiệt động học 21 1.3.2 Cách tiếp cận động học 25 CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH CẤU TRÚC 2.1 Xây dựng mơ hình động lực học phân tử 31 2.1.1 Thế tương tác 31 2.1.2 Mô vật liệu sắt khối 32 2.1.3 Mô vật liệu nano Fe 33 2.1.4 Mô vật liệu nano FeB 34 2.2 Phương pháp phân tích cấu trúc 35 2.2.1 Hàm phân bố xuyên tâm 35 2.2.2 Phương pháp phân tích lân cận chung (CNA) 37 2.3 Kĩ thuật trực quan hóa 39 2.4 Mô thăng giáng mật độ địa phương 40 CHƯƠNG III: THĂNG GIÁNG MẬT ĐỘ ĐỊA PHƯƠNG TRONG VẬT LIỆU SẮT KHỐI 3.1 Hàm phân bố xuyên tâm 44 3.2 Nhiệt độ chuyển pha thủy tinh 45 3.3 Hệ số khuếch tán 46 3.4 Thăng giáng mật độ địa phương động học vật liệu sắt khối 48 3.4.1 Thăng giáng mật độ địa phương 48 3.4.2 Mối liên hệ thăng giáng mật độ địa phương động học 52 CHƯƠNG IV: Q TRÌNH TINH THỂ HĨA TRONG VẬT LIỆU NANO SẮT 4.1 Nhận biết q trình tinh thể hóa vật liệu nano Fe 4.1.1 Hàm phân bố xuyên tâm hạt nano Fe nhiệt độ 300K 900K 61 4.1.2 Sự phụ thuộc nguyên tử theo thời gian 63 4.1.3 Sự phụ thuộc số lượng nguyên tử tinh thể theo thời gian 64 4.2 Quan sát q trình tinh thể hóa hạt nano Fe 66 4.2.1 Sự biến đổi số lượng nguyên tử tinh thể ba vùng 66 4.2.2 Sự phân bố không gian nguyên tử 68 4.3 Cơ chế trình tinh thể hóa hạt nano Fe 69 4.3.1 Tốc độ phát triển tinh thể 69 4.3.2 Cơ chế tạo mầm q trình tinh thể hóa 71 4.3.3 Thế loại nguyên tử khác 75 4.4 Các dạng thù hình khác hạt nano Fe 78 4.5 Tinh thể hóa hạt nano Fe lỏng 81 4.5.1 Quá trình làm nguội mẫu lỏng 81 4.5.2 Ủ tinh thể hóa mẫu lỏng 87 4.5 Cơ chế tinh thể hóa mẫu nano Fe lỏng 90 CHƯƠNG V: QUÁ TRÌNH TINH THỂ HÓA TRONG VẬT LIỆU NANO FeB 5.1 Nhận biết q trình tinh thể hóa 93 5.1.1 Hàm phân bố xuyên tâm 94 5.1.2 Thế nguyên tử số lượng nguyên tử tinh thể 96 5.2 Quan sát q trình tinh thể hóa vật liệu nano FeB 98 5.3 Cơ chế tinh thể hóa vật liệu nano FeB 99 5.4 Đa thù hình hạt nano FeB 105 KẾT LUẬN 109 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 111 TÀI LIỆU THAM KHẢO 112 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ĐLHPT Động lực học phân tử PBXT Phân bố xun tâm VĐH Vơ định hình TGMĐĐP Thăng giáng mật độ địa phương CNA Phân tích lân cận chung Bcc Lập phương tâm khối Ico Cấu trúc hai mươi mặt PE Thế DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1 Các tính chất vật lí vật liệu sắt 14 Bảng 2.1 Các hệ số tương tác hệ Fe FeB 31 Bảng 3.1 Các đặc trưng mẫu mơ 52 Bảng 4.1 Các đặc trưng bốn mẫu ủ nhiệt 300 K 76 Trong ξC tỉ lệ nguyên tử tinh thể; EN nguyên tử; ECC, ECS nguyên tử tinh thể lõi nguyên tử tinh thể bề mặt; Clõi, Zlõi mật độ số phối trí trung bình lõi hạt nano; gm độ cao đỉnh thứ hàm phân bố xuyên tâm Bảng 4.2 Số lượng đám ico (Nic) số nguyên tử cụm ico lớn 84 (Nbico) mẫu nano mẫu khối Bảng 4.3 Năng lượng trung bình nguyên tử lỏng (PEli), nguyên 86 tử ico (PEico), nguyên tử tinh thể bcc (PEcry) nguyên tử (eV/nguyên tử); số lượng nguyên tử lỏng (nli), số lượng nguyên tử ico (nico) số lượng nguyên tử tinh thể bcc (ncry) lớp đới cầu tương ứng Bảng 5.1 Các đặc trưng ba dạng thù hình hạt nano: ZFe-Fe, ZFe-B tương ứng số phối trí trung bình cặp Fe-Fe Fe-B 105 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Sự biến đổi lượng tự hình thành đám tinh thể theo 22 số lượng nguyên tử [28] Hình 1.2 Mật độ kết tủa hàm thời gian ủ dung dịch 24 nhôm rắn chứa 0.18% nguyên tử Sc 300oC [28] Hình 2.1 Mơ hình hạt nano Fe 32 Hình 2.2 Mơ hình mơ tả mẫu hạt nano hỗn hợp: màu đỏ, đen, xanh xám 33 tương ứng mô tả nguyên tử CV, CB, AB AV Hình 2.3 Hàm phân bố xuyên tâm mẫu sắt lỏng vơ định hình so 35 sánh với thực nghiệm [81] Hình 2.4 Cấu trúc bề mặt- lõi hạt nano 36 Hình 2.5 Sơ đồ mơ tả loại cấu trúc địa phương theo phương pháp 38 CNA[46] Hình 3.1 Hàm phân bố xuyên tâm sắt lỏng vơ định hình 43 Hình 3.2 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ tỉ số Wendt– 44 Abraham gmin/gmax Hình 3.3 Độ dịch chuyển bình phương trung bình hạt 45 Hình 3.4 Sơ đồ mô tả thăng giáng mật độ địa phương 46 hạt chọn, đường tròn nét đứt đặc tương ứng mơ tả hình cầu thể tích VOvà hạt;a) cấu hình ban đầu; b) z8z7; c) z7z6; d) z6z7 Hình 3.5 Sự phân bố loại LDF khác mẫu với 47 nhiệt độ khác Hình 3.6 Sự biến đổi theo thời gian 48 Hình 3.7 Sự phụ thuộc độ theo 49 Hình 3.8 Sự phụ thuộc nhiệt độ ln[D(T)/D(2670)] 50 Hình 3.9 Sự phụ thuộc nhiệt độ ξ  50 Hình 3.10 Sự phân bố khơng gian TGMĐĐP: a) Sự phân bố đồng 51 nhất; b) Sự phân bố khơng đồng Hình 3.11 Sự phân bố hạt “visiting” 53 Hình 3.12 Sự phân bố TGMĐĐP theo hạt 54 Hình 3.13 Sự phân bố Mi(n) 55 Hình 3.14 Sự phụ thuộc theo nghịch đảo nhiệt độ tuyệt đối ln(F) and 56 ln[ (T)/(2670)] Hình 4.1 Hàm phân bố xuyên tâm mẫu nano Fe nhiệt độ 300 K 60 900 K Hình 4.2 Hàm phân bố xuyên tâm mẫu nano Fe nhiệt độ 700 K 61 800 K Hình 4.3 Thế nguyên tử phụ thuộc theo thời gian 61 Hình 4.4 Thế nguyên tử mẫu nhiệt độ 700 K, 800 K 62 900 K Hình 4.5 Sự phụ thuộc thời gian số lượng nguyên tử tinh thể 63 Hình 4.6 Số lượng nguyên tử tinh thể mẫu nhiệt độ 800 K 65 900 K Hình 4.7 Số lượng nguyên tử tinh thể vùng 66 Hình 4.8 Sự phân bố không gian nguyên tử: phân bố không 67 gian nguyên tử tinh thể.: A) NC=248; B) NC=271; C) NC=956; D) NC=1311; E) NC=1704 F) phân bố không gian ... Nhiều cơng trình nghiên cứu mơ vi cấu trúc q trình tinh thể hóa vật liệu nano thực Tuy nhiên chế mức nguyên tử trình tinh thể hóa hạt nano chưa làm sáng tỏ Do vậy, luận án nghiên cứu vi cấu trúc tìm... biến q trình tinh thể hóa hạt nano Fe FeB Phương pháp nghiên cứu Phương pháp mô động lực học phân tử phương pháp phân tích cấu trúc vi mơ sử dụng để xây dựng, phân tích tính tốn đặc trưng cấu trúc, ... thể hóa vật liệu nano Fe ảnh hưởng kích thước hạt nano lên q trình tinh thể hóa; 3) Q trình tinh thể hóa vật liệu nano FeB ảnh hưởng nồng độ nguyên tử B pha tạp lên q trình tinh thể hóa Luận án