(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng đặc trưng cấu trúc và cơ chế khuếch tán trong vật liệu Niken lỏng và rắn

(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng đặc trưng cấu trúc và cơ chế khuếch tán trong vật liệu Niken lỏng và rắn(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng đặc trưng cấu trúc và cơ chế khuếch tán trong vật liệu Niken lỏng và rắn(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng đặc trưng cấu trúc và cơ chế khuếch tán trong vật liệu Niken lỏng và rắn(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng đặc trưng cấu trúc và cơ chế khuếch tán trong vật liệu Niken lỏng và rắn(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng đặc trưng cấu trúc và cơ chế khuếch tán trong vật liệu Niken lỏng và rắn(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng đặc trưng cấu trúc và cơ chế khuếch tán trong vật liệu Niken lỏng và rắn(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng đặc trưng cấu trúc và cơ chế khuếch tán trong vật liệu Niken lỏng và rắn(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng đặc trưng cấu trúc và cơ chế khuếch tán trong vật liệu Niken lỏng và rắn(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng đặc trưng cấu trúc và cơ chế khuếch tán trong vật liệu Niken lỏng và rắn(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng đặc trưng cấu trúc và cơ chế khuếch tán trong vật liệu Niken lỏng và rắn(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng đặc trưng cấu trúc và cơ chế khuếch tán trong vật liệu Niken lỏng và rắn(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng đặc trưng cấu trúc và cơ chế khuếch tán trong vật liệu Niken lỏng và rắn(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng đặc trưng cấu trúc và cơ chế khuếch tán trong vật liệu Niken lỏng và rắn(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng đặc trưng cấu trúc và cơ chế khuếch tán trong vật liệu Niken lỏng và rắn(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng đặc trưng cấu trúc và cơ chế khuếch tán trong vật liệu Niken lỏng và rắn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM VŨ THỊ THANH HƯƠNG MÔ PHỎNG ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VÀ CƠ CHẾ KHUẾCH TÁN TRONG VẬT LIỆU NIKEN LỎNG VÀ RẮN LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ THÁI NGUYÊN - 2019 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM VŨ THỊ THANH HƯƠNG MÔ PHỎNG ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VÀ CƠ CHẾ KHUẾCH TÁN TRONG VẬT LIỆU NIKEN LỎNG VÀ RẮN Ngành: Vật lý chất rắn Mã ngành: 8440104 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa học: TS Phạm Mai An THÁI NGUYÊN - 2019 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài riêng tôi, tơi thực hướng dẫn TS Phạm Mai An sở nghiên cứu tài liệu tham khảo Đề tài không trùng với kết tác giả khác công bố Nếu sai tơi hồn tồn chịu trách nhiệm trước hội đồng Thái Nguyên, tháng năm 2019 Học viên Vũ Thị Thanh Hương Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Luận văn hoàn thành hướng dẫn bảo tận tình TS Phạm Mai An Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy Thầy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi suốt q trình học tập, giảng giải cho vấn đề liên quan nghiên cứu để hồn thành luận văn Tơi xin gửi lời cảm ơn tới Ban giám hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm khoa thầy cô giáo khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên, tận tình giảng dạy tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình học tập nghiên cứu đề tài luận văn Cuối xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, bạn bè bạn học viên lớp cao học Vật lý Chất rắn K25 dành tình cảm, ln động viên giúp đỡ tơi để vượt qua khó khăn để hoàn thành luận văn Thái Nguyên, tháng năm 2019 Học viên Vũ Thị Thanh Hương Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.tnu.edu.vn MỤC LỤC Danh mục ký hiệu chữ viết tắt ii Danh mục bảng biểu iii Danh mục hình vẽ đồ thị v MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VẬT LIỆU KIM LOẠI 1.1 Cấu trúc tính chất vật liệu kim loại vơ định hình……………… 1.2 Cấu trúc tinh thể kim loại lỏng…………………… 1.3 Mơ cấu trúc tính chất động học kim loại Ni Chương PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 12 2.1 Phương pháp mô vật liệu 12 2.2 Phương pháp dựng mẫu Ni 18 2.3 Phương pháp xác định hàm phân bố xuyên tâm 19 2.4 Phương pháp xác định cấu trúc đơn giản 23 2.5 Phương pháp xác cấu trúc tinh thể 25 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .30 3.1 Khảo sát cấu trúc Ni theo nhiệt độ mức độ hồi phục 30 3.2 Cơ chế tạo pha thủy tinh (rắn), tạo pha tinh thể tạo pha lỏng 37 3.3 Khảo sát chế khuếch tán kim loại Ni 47 KẾT LUẬN 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ CST Tứ diện cầu DCBPTB Dịch chuyển bình phương trung bình ĐLHPT Động lực học phân tử DSR Phân bố bán kính (Distribution of simplex radius) ĐVCT Đơn vị cấu trúc EAM Thế tương tác nhúng FCC Lập phương tâm mặt HPBXT Hàm phân bố xuyên tâm SPT Số phối trí TKHP Thống kê hồi phục TSCT Thừa số cấu trúc TSKG Thừa số không Gauss VĐH Vô định hình Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1 Vị trí tỉ lệ độ cao đỉnh HPBXT cặp, g(r) số kim loại VĐH Bảng 1.2 Khối lượng riêng số liệu hệ số cấu trúc a(K) số kim loại, K1 K2 vị trí đỉnh cao thứ thứ hai a(K) Bảng 2.1 Hệ số tương tác cặp nguyên tử Pak-Doyama 19 Bảng 2.2 Phương pháp CNA nhận diện cấu trúc tinh thể Ví dụ: nguyên 26 tử phối trí mạng hcp có liên kết loại (421) liên kết loại (422) Tức hai nguyên tử lân cận tinh thể hcp có lân cận chung mà chúng có liên kết (421) liên kết (422) Bảng 2.3 Quan hệ loại biểu đồ CNA cấu trúc tinh thể 29 fcc, bcc hcp Bảng 3.1 Đặc trưng cấu trúc Ni vơ định hình 300 K so sánh 30 với số liệu thực nghiệm cơng trình [1], [5] Ở ri and gi vị trí độ cao đỉnh thứ i HPBXT, Z số phối trí trung bình Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Thừa số cấu trúc a(K) số kim loại VĐH theo liệu thực nghiệm Leung P.K Hình 1.2 Hệ số cấu trúc Ga lỏng nhiệt độ khác nhau: a) Trường hợp 323 K, b) Trường hợp 333 K Hình 1.3 HPBXT Fe lỏng VĐH, đường Fe VĐH, đường Fe lỏng nhiệt độ 1560 K Hình 1.4 Ảnh 3D biểu diễn mầm phát triển pha tinh thể: a) t= ps; b) t= 10 ps; c) t= 110 ps; d) t= 120 ps; e) t= 130 ps; f) t= 150 ps Từ a) đến c) tạo thành mầm xếp lại khuếch tán, d) e) phát triển tinh thể chuyển động tập thể nguyên tử, f) liên kết đám khác thành tinh thể với hướng tinh thể khác Hình 2.1 Sơ đồ khối mơ tả phương pháp ĐLHPT 15 Hình 2.2 Sơ đồ khối mơ tả phương pháp TKHP 18 Hình 2.3 Các loại ĐVCT: a) 4- ĐVCT, b) 5- ĐVCT, c) 6- ĐVCT, d) 7- 24 ĐVCT, e) 8– ĐVCT Hình 2.4 Minh hoạ cấu trúc địa phương cặp nguyên tử đặc 27 trưng ba thông số kmn Các cặp nguyên tử màu xám, nguyên tử lân cận chung màu trắng Hình 2.5 Minh hoạ cấu trúc địa phương cặp nguyên tử đặc 28 trưng thông số hkmn Các cặp nguyên tử màu xám,các nguyên tử lân cận chung màu trắng Hình 3.1 Hàm phân bố xuyên tâm mẫu 300 K; 500 K 31 bước hồi phục 106, 3×106, 7×106 bước số liệu thực nghiệm Hình 3.2 Hàm phân bố xuyên tâm mẫu 650 K; 750 K 32 bước hồi phục 106, 2×106, 3×106, 4×106 , 5×106 , 6×106 bước Hình 3.3 Hàm phân bố xuyên tâm mẫu 900 K; 1000 K 34 bước hồi phục 106, 3×106, 7×106 bước Hình 3.4 Phân bố số phối trí (SPT) mẫu VĐH 300 K, 500 34 K bước hồi phục 106, 3×106, 7×106 bước Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – Đại học Thái Ngun http://lrc.tnu.edu.vn Hình 3.5 Phân bố số phối trí (SPT) mẫu 650 K, 750 K 36 106, 2×106, 3×106, 4×106 , 5×106 , 6×106 bước Hình 3.6 Phân bố số phối trí (SPT) mẫu lỏng 900 K, 1000 36 K bước hồi phục 106, 3×106, 7×106 bước Hình 3.7 Sự phụ thuộc lượng theo thời gian mẫu 37 300 K, 1000 K Hình 3.8 Sự phụ thuộc lượng theo thời gian mẫu 38 650 K, 750 K Hình 3.9 Trực quan hóa chiều xếp nguyên tử 40 mẫu 750 K: (A), (B) (C) vẽ mẫu thời gian hồi phục 106, 3×106 7×106 bước Hình 3.10 Hàm phân bố xuyên tâm mẫu Ni nhiệt độ khác 41 Hình 3.11 Phân bố số phối trí (SPT) mẫu Ni nhiệt độ 41 khác Hình 3.12 Sự phụ thuộc nhiệt lượng mẫu 42 khoảng nhiệt độ 118 K đến 1380 K Hình 3.13 Sự phụ thuộc nhiệt độ tỉ số gmin/gmax mẫu 42 khoảng nhiệt độ 118 K đến 1380 K Hình 3.14 Phân bố bán kính ĐVCT pha VĐH, pha tinh 43 thể pha lỏng Hình 3.15 Phân bố khoảng cách cạnh, aS ĐVCT pha 44 VĐH, pha tinh thể pha lỏng Hình 3.16 Trực quan hóa chiều xếp nguyên tử 46 mẫu 1380 K, 995 K 873 K: (A), (B) (C) vẽ mẫu với SPT khác 14 Hình 3.17 Trực quan hóa chiều xếp nguyên tử 46 mẫu 1380 K, 995 K 873 K: (D), (E) (F) vẽ mẫu với ngun tử có SPT 14 Hình 3.18 Khoảng cách dịch chuyển bình phương trung bình theo thời 48 gian mô pha VĐH (118 K, 336 K, 516 K, 642 K) pha tinh thể (873 K) Hình 3.19 Khoảng cách dịch chuyển bình phương trung bình theo thời 48 gian mơ pha lỏng (995 K, 1167 K, 1380 K) Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Niken (Ni) vật liệu kim loại có nhiều đóng góp quan trọng lĩnh vực khoa học ứng dụng khoa học vật liệu Nhiều nghiên cứu cấu trúc biến đổi cấu trúc thực thực nghiệm, lý thuyết mô Các kết nghiên cứu thực nghiệm cách sử dụng phương pháp tán xạ raman, nhiễu xạ tia X, nhiễu xạ neutron, hiển vi điện tử truyền qua,… cung cấp nhiều liệu quan trọng cấu trúc vật liệu kim loại thông qua phân tích hàm phân bố xuyên tâm (HPBXT) thừa số cấu trúc Những kết nghiên cứu thực nghiệm rằng, trạng thái vô định hình (VĐH), đỉnh thứ hai HPBXT tách thành hai đỉnh nhỏ, tách đỉnh thường cho liên quan đến tồn khối đa diện 20 mặt Bằng phương pháp mô phỏng, HPBXT kim loại nhơm bắt đầu có tách đỉnh cực đại thứ hai nhiệt độ 500 K Trong suốt trình làm lạnh từ từ kim loại Nhơm (Al) từ 700 xuống 300 K thấy xuất ba trạng thái: lỏng, tinh thể yếu trạng thái VĐH Tuy nhiên, nghiên cứu trình bày chưa chế khuếch tán kim loại lỏng VĐH Do chế động học kim loại vấn đề nhiều tranh luận cần có nghiên cứu Lý khiến chọn đề tài “Mô đặc trưng cấu trúc chế khuếch tán vật liệu Ni lỏng rắn” Ở đây, thực nghiên cứu cấu trúc chế khuếch tán kim loại Ni khoảng nhiệt độ từ 1380 K- 118 K tương tác cặp Pak- Doyama Mục tiêu đề tài Tạo mẫu Ni chứa 4394 10000 nguyên tử với mật độ thực Ni khoảng nhiệt độ từ 1380 K đến 118 K Phân tích vi cấu trúc Ni Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.tnu.edu.vn (A) (B) (C) N=1000 nguyên tử N=1000 nguyên tử N=1000 nguyên tử Hình 3.9 Trực quan hóa chiều xếp nguyên tử mẫu 750 K: (A), (B) (C) vẽ mẫu thời gian hồi phục 106, 3×106 7×106 bước Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.tnu.edu.vn 995 K 1167 K 1380 K g(r) 873 K 118 K 334 K 516 K 642 K 0 10 12 r (Å) Hình 3.10 Hàm phân bố xuyên tâm mẫu Ni nhiệt độ khác 0.6 118 K 334 K 516 K 642 K 0.5 995 K 1167 K 1380 K 0.4 873 K % 0.3 0.2 0.1 0.0 12 SPT 15 18 12 SPT 15 18 12 15 18 SPT Số Hình hóa bởi3.11 TrungPhân tâm Học liệuphối Công nghệ thông Đại học Nguyên http://lrc.tnu.edu.vn bố số trí (SPT) tin các– mẫu Ni Thái nhiệt độ khác Năng lượng trung bình nguyên tử(eV) -0.4 -0.5 -0.6 Vùng II -0.7 Vùng III Vùng I -0.8 -0.9 -1.0 300 600 900 1200 1500 Nhiệt độ (K) Hình 3.12 Sự phụ thuộc nhiệt lượng mẫu khoảng nhiệt độ 118 K đến 1380 K 0.24 0.20 Tg Pha tinh thể gMin/gMax 0.16 0.12 0.08 Pha lỏng Pha VĐH 0.04 Ta 0.00 300 600 900 1200 1500 Nhiệt độ (K) Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.tnu.edu.vn Hình 3.13 Sự phụ thuộc nhiệt độ tỉ số gmin/gmax mẫu khoảng nhiệt độ 118 K đến 1380 K Hình 3.12 cho thấy lượng mẫu Ni hàm theo nhiệt độ Từ hình vẽ ta thấy, khoảng nhiệt độ 118 K đến 1380 K, Ni tồn ba vùng với nhiệt độ phân bố mức lượng khác Cụ thể, vùng I có nhiệt độ từ 118 K đến 642 K, lượng từ -0,938 eV, -0,89 eV, -0,83 eV, 0,81 eV; vùng II có nhiệt độ 873 K, lượng từ -0,78 eV; vùng III có nhiệt độ từ 995 K đến 1380 K, lượng từ -0,669 eV, -0,604eV -0,54 eV Điều có nghĩa là, lượng kim loại Ni tăng nhiệt độ tăng khoảng nhiệt độ 118 K đến 1380 K, Ni tồn trạng thái, là: trạng thái VĐH, trạng thái tinh thể trạng thái lỏng 0.30 873 K 118 K 335 K 516 K 642 K 0.25 995 K 1167 K 1380 K Tỉ lệ % 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 1.2 1.6 2.0 Bán kính, Å 2.4 1.2 1.6 2.0 Bán kính, Å 2.4 1.2 1.6 2.0 2.4 Bán kính, Å Hình 3.14 Phân bố bán kính ĐVCT pha VĐH, pha tinh thể pha lỏng Để xác định nhiệt độ chuyển pha rắn- lỏng nguyên tử Ni vùng nhiệt độ khác khoảng nhiệt độ từ 118 K đến 1380 K Trong tính Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – Đại học Thái Ngun http://lrc.tnu.edu.vn tốn, chúng tơi sử dụng tỉ số Wendt-Abraham, định nghĩa tỉ số gmin/gmax Ở gmin vị trí độ cao cực tiểu thứ gmax vị trí đại thứ hàm phân bố xun tâm Tỉ số gmin/gmax tính tốn nhiệt độ khác liệu thu cho thấy hình 3.13 Có thể thấy, đường cong chia thành vùng tương tự phụ thuộc lượng theo nhiệt độ (xem hình 3.12) Cụ thể, pha VĐH nằm khoảng nhiệt độ từ 118 K đến 642 K, pha tinh thể khoảng nhiệt độ 873 K pha lỏng nằm khoảng nhiệt độ từ 995 K đến 1380 K Trước nhiệt độ Ta tỉ số gmin/gmax 0,03, 0,05, 0,056, 0.062 tương ứng với trạng thái VĐH Trong khoảng nhiệt độ từ Ta đến Tg tỉ số gmin/gmax 0,065 tương ứng với trạng thái tinh thể Sau nhiệt độ Tg tỉ số gmin/gmax 0,133, 0,16, 0,2 tương ứng với trạng thái lỏng Phân bố khoảng cách cạnh, aS 0.25 118 334 516 642 0.20 K K K K 995K 1167 K 1380 K 873 K 0.15 0.10 0.05 0.00 Khoảng cách, Å Khoảng cách, Å 4 Khoảng cách, Å Hình 3.15 Phân bố khoảng cách cạnh, aS ĐVCT pha VĐH, pha tinh thể pha lỏng Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.tnu.edu.vn Thông tin quan trọng đặc trưng cấu trúc sử dụng tính tốn chúng tơi phân bố bán kính đơn vị cấu trúc (ĐVCT) Hình 3.14 (trái) cho thấy pha VĐH, phân bố bán kính trung bình ĐVCT cỡ khoảng RT = 1,6 Å Hình 3.14 (giữa) cho biết, pha tinh thể phân bố bán kính trung bình ĐVCT cỡ khoảng RT = 1,62 Å Hình 3.14 (phải) cho biết, pha lỏng phân bố bán kính trung bình ĐVCT cỡ khoảng RT = 1,65Å Như nhiệt độ tăng, kích thước ĐVCT bị thu nhỏ đáng kể Mặt khác, trạng thái VĐH phân bố bán kính ĐVCT xuất cực đại thứ hai đặt vị trí RT = 1,806 Å Trong đó, trạng thái lỏng phân bố bán kính ĐVCT khơng xuất cực đại thứ hai Hiện tượng xuất cực đại thứ hai phát phân bố độ dài khoảng cách hai biên ĐVCT thấy phần Hình 3.15 cho thấy phân bố khoảng cách cạnh, aS ĐVCT mẫu 118 K, 334 K, 516 K, 642 K ,873 K, 995 K, 1167 K 1380 K Có thể thấy hình 3.15 (trái) trạng thái VĐH, phân bố độ dài khoảng cách cạnh có hai cực đại, cực đại đặt vị trí 2,52Å cực đại thứ hai đặt 3,46 Å Độ cao cực đại thứ 0,179 cao đáng kể so với độ cao cực đại thứ hai (0,018) Ngược lại, trạng thái lỏng hình 3.15 (phải), phân bố độ dài khoảng cách cạnh có cực đại đặt vị trí 2,6 Å Phân bố độ dài khoảng cách hai biên pha lỏng trải rộng đáng kể so với pha VĐH Hình dạng phân bố độ dài khoảng cách hai biên pha lỏng có dạng gần với dạng hàm phân bố Gauss Hơn nữa, hình 3.15 cho thấy thêm vị trí hình dạng phân bố độ dài khoảng cách hai biên thay đổi không đáng kể nhiệt độ thay đổi Ngược lại, độ cao cực đại lại thay đổi lượng đáng kể Hiện tượng xuất cực đại thứ hai thấy hình 3.15 giải thích sau: pha lỏng tồn chủ yếu ĐVCT, chúng có khoảng cách hai biên trung bình khoảng 2,60 Å Khi nhiệt độ giảm, ĐVCT bị biến dạng Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – Đại học Thái Ngun http://lrc.tnu.edu.vn mạnh kích thước bị thu nhỏ Hiện tượng cho nguyên nhân dẫn đến hình thành pha khác kim loại Ni (A) 1380 K (B) 995 K (C) 873 K Hình 3.16 Trực quan hóa chiều xếp nguyên tử mẫu 1380 K, 995 K 873 K: (A), (B) (C) vẽ mẫu với SPT khác 14 (D) 1380 K (E) 995 K (F) 873 K Hình 3.17 Trực quan hóa chiều xếp nguyên tử mẫu 1380 K, 995 K 873 K: (D), (E) (F) vẽ mẫu với nguyên tử có SPT 14 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.tnu.edu.vn Hình 3.16 (trên) hình chiều mơ tả xếp ngun tử mẫu 1380 K, 995 K 873 K với SPT khác 14 Quan sát hình thấy rằng, nhiệt độ 1380 K nguyên tử xếp khơng có trật tự Khi giảm nhiệt độ xuống 995 K ngun tử xếp có trật tự Tiếp tục giảm nhiệt độ xuống 873 K nguyên tử xếp theo trật tự định Hình 3.17 mơ tả chiều xếp nguyên tử với nguyên tử có SPT 14 mẫu 1380 K, 995 K 873 K Hình vẽ cho thấy rằng, số nguyên tử với SPT 14 tăng đáng kể nhiệt độ tăng từ 873 K đến 1380 K Điều chứng tỏ rằng, giảm nhiệt độ từ 1380 K xuống 873 K, hệ xảy chuyển pha từ pha lỏng chuyển sang pha tinh thể 3.3 Khảo sát chế khuếch tán kim loại Ni Khảo sát tính chất động học kim loại vấn đề quan trọng đề tài đề cập đến Đại lượng vật lý liên quan đến tính chất động học vật liệu dịch chuyển bình phương trung bình (DCBPTB) ngun tử Trong mục này, chúng tơi sử dụng mẫu Ni chứa 4394 nguyên tử để khảo sát tính chế khuếch tán kim loại Ni Hình 3.18 cho thấy dịch chuyển bình phương trung bình (DCBPTB) nguyên tử hàm bước thời gian ĐLHPT nhiệt độ khác từ 118 K đến 642 K (pha VĐH) Từ hình vẽ cho thấy rằng, số bước ĐLHPT tăng, DCBPTB tăng Cụ thể, nhiệt độ 118 K DCBPTB tăng khoảng từ Å đến 186 Å, nhiệt độ 336 K DCBPTB tăng từ Å đến 847 Å, nhiệt độ 516 K DCBPTB tăng từ Å đến 2200 Å, nhiệt độ 642 K DCBPTB tăng từ Å đến 2728 Å nhiệt độ 873 K DCBPTB tăng từ Å đến 9272 Å Hình 3.18 rằng, nhiệt độ cao DCBPTB tăng nhanh, đường cong trở lên dốc Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.tnu.edu.vn Độ dịch chuyển bình phương trung bình 10000 118 336 516 873 642 8000 6000 4000 2000 200000 100000 300000 400000 Thời gian, fs Hình 3.18 Khoảng cách dịch chuyển bình phương trung bình theo thời gian mơ pha VĐH (118 K, 336 K, 516 K, 642 K) pha tinh thể (873 K) Độ dịch chuyển bình phương trung bình 3000000 995 K 1167 K 1380 K 2500000 2000000 1500000 1000000 500000 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.tnu.edu.vn 0 100000 200000 Thời gian, fs 300000 400000 Hình 3.19 cho thấy DCBPTB hàm bước thời gian nhiệt độ khác từ 995 K đến 1380 K (pha lỏng) Từ hình vẽ cho thấy rằng, số bước ĐLHPT tăng DCBPTB tăng Cụ thể, nhiệt độ 995 K DCBPTB tăng khoảng từ Å đến 703356.4 Å, nhiệt độ 1167 K DCBPTB tăng khoảng từ Å đến 1568279 Å, nhiệt độ 1380 K DCBPTB tăng khoảng từ Å đến 2892888,7 Å Hình 3.19 rằng, nhiệt độ cao DCBPTB tăng nhanh, đường cong trở lên dốc nhiều so với nhiệt độ thấp (xem hình 3.18) Phân tích tương tự hình 3.18, ta nhận thấy nhiệt độ 995 K đến 1380 K, khoảng cách DCBPTB tăng mạnh theo số bước ĐLHPT Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.tnu.edu.vn KẾT LUẬN Một số kết mà luận văn thực mô đặc trưng cấu trúc chế khuếch tán vật liệu Ni lỏng rắn là: Chúng xây dựng thành công mẫu Ni chứa 10000 4394 nguyên tử, mật độ 7,72 g/cm3 dải nhiệt độ từ 118 K đến 1380 K Các mẫu Ni có cấu trúc (HPBXT SPT) phù hợp tốt với số liệu lấy từ thực nghiệm Các mẫu sử dụng để nghiên cứu cấu trúc chế khuếch tán kim loại Ni trạng thái VĐH, trạng thái tinh thể trạng thái lỏng Kết mô rằng, trạng thái VĐH, tinh thể lỏng cấu trúc Ni phụ thuộc không đáng kể vào thời gian hồi phục Dựa phương pháp phân tích cấu trúc, cụ thể đặc trưng đơn vị cấu trúc (ĐVCT), SPT, lượng trung bình ngun tử, chúng tơi giải thích chế tạo pha VĐH, pha tinh thể pha lỏng Cơ chế chuyển pha lỏng sang pha VĐH cho liên quan đến bóp méo ĐVCT Q trình tinh thể kim loại Ni phù hợp với lý thuyết mầm cổ điển Cơ chế khếch tán nguyên tử Ni trạng thái rắn, lỏng tinh thể phân tích chi tiết Kết mơ cho thấy, hệ số khuếch tán nguyên tử trạng thái lỏng xác định theo công thức Einstein Trong đó, hệ số khuếch tán nguyên tử Ni trạng thái rắn tinh Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.tnu.edu.vn thể nhỏ, chế khuếch tán trạng thái rắn tinh thể phức tạp, cần có nghiên cứu sâu CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN An Pham Mai, Huong Vu Thi Thanh, Kien Pham Huu (2018), Study of Structure Properties of Iron Nanoparticle by Simulation Method, Journal of Scientific and Engineering Research 5, 119-124 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.tnu.edu.vn TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Phạm Đức Linh (2017), “Nghiên cứu hình thành pha tinh thể thủy tinh hạt nano FeB phương pháp mô phỏng” Luận văn thạc sĩ Vật lý, Trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên [2] Phạm Hữu Kiên (2012), “Mô chế khuếch tán bubbles vật liệu kim loại vơ định hình”, Luận án Tiến sĩ Vật lý kỹ thuật, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Hà Nội [3] Trần Quốc Việt (2015), “Mô cấu trúc thăng giáng mật độ kim loại lỏng vơ định hình”, Luận văn thạc sĩ Khoa học vật chất, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, Vĩnh Phúc Tiếng Anh [4] A Rahman, F.H Stillinger, and H.L Lemberg (1975), “Study of a central force model for liquid water by molecular dynamics” J Chem Phys 63, 5223-5230 [5] Alexander Stukowski (2012), “Structure identification methods for atomistic simula tions of crysta lline materials”, Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering 20, 045021 [6] D K Belashchenko, V V Hong, P K Hung (2000), “Computer simulation of local structure and magnetic properties of amorphous Co-B alloys”, Journal of Non-Crystalline solids 276, 169-180 [7] D Bingemann, R M Allen, and S W Olesen (2011) , “Single Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.tnu.edu.vn [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] molecules reveal the dynamics of heterogeneities in a polymer at the glass transition”, J Chem Phys 134, 024513 Ichikawa T (973), “Electron diffraction study of the local atomic arrangement in amorphous Iron and Nikel films”, Physica Status Solidi A 19, 707-716 J.D Hone ycutt and H.C.Anderen (1987), “Molecular dynamics s tudy of melting and freezing of small Lennard- Jones clusters”, J Phys Chem 91, 4950-4963 Leung P.K., Wright J.G (1974), “Structural investigation of amorphous transition elenment films”, Philosophical Magazine 30, 185-194 L Verlet (1967), “Computer "Experiments" on Classical Fluids I Theromdynamical Properties of Lennard-Jones Molecules” Phys Rev 159, 98-159 L B Davies and P.J Grundy (1971), “An investigation of the structure of non-crystalline films of nickel, cobalt, and cobalt– phosphorus by electron diffraction”, Phys Stat Sol A 8, 189 Pak H.M., Doyama M (1969), “Journal of the Faculty of Engineering”, The University of Tokyo Series B 30, 111-120 Pham Huu Kien (2014), Study of Structural and Phase Transition of Nickel Metal, ISRN Materials Science, Volume, ID 253627, pages S Dalgýc., N Talip., I Qruc (2001), “Structural calculation for amorphous systems using structural diffusion model”, Journal of optoelectronics and advanced materials 3, 537-544 S Dalgýc., N Talip., I Qruc (2001), “Structural calculation for amorphous systems using structural diffusion model”, Journal of optoelectronics and advanced materials 3, 537-544 T Ichikawa (1973), “Electron Diffraction Study of Amorphous Films”, Phys Stat Sol A 19, 707-716 U Tracht, M Wilhelm, A Heuer, H Feng, K Schmidt-Rohr, and H W Spiess (1998), “Length scale of dynamic heterogeneities at Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.tnu.edu.vn [19] [20] [21] [22] the glass transition determined by multidimensional nuclear magnetic resonance”, Phys Rev Lett 81, 2727 L Wang, C Peng, Y Wang, Y Zhang, (2006), “Relating nucleation to dynamical and structural heterogeneity in supercooled liquid metal” Physics Letters A 350, 69-74 Yamamoto R, Doyama M (1979), “The polyhedron and cavity analyses of a structural model of amorphous iron”, Journal of Physics F: Metal Physics 9, 617-627 Zhang Yanning, Li Wang, and Weimin Wang (2007) “Thermodynamic, dynamic and structural relaxation in supercooled liquid and glassy Ni below the critical temperature”, Journal of Physics: Condensed Matter 19, 196106 Zhang, Y., Wang, L., & Wang, W (2008), “Relaxation, crystallization, and glass transition in supercooled liquid Ni”, Physics Letters A 372, 690-694 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.tnu.edu.vn ... SƯ PHẠM VŨ THỊ THANH HƯƠNG MÔ PHỎNG ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VÀ CƠ CHẾ KHUẾCH TÁN TRONG VẬT LIỆU NIKEN LỎNG VÀ RẮN Ngành: Vật lý chất rắn Mã ngành: 8440104 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa... chưa chế khuếch tán kim loại lỏng VĐH Do chế động học kim loại vấn đề nhiều tranh luận cần có nghiên cứu Lý khiến chúng tơi chọn đề tài Mô đặc trưng cấu trúc chế khuếch tán vật liệu Ni lỏng rắn ... pháp phân tích cấu trúc vật liệu Cấu trúc đề tài Đề tài gồm phần mở đầu, chương 1, 2, 3, kết luận tài liệu tham khảo Trong đó, chương trình bày tổng quan vật liệu kim loại như: cấu trúc, tính chất,