Khảo sát hiện tượng động học dị thường trong hệ thống lennard jones hai chiều bằng phương pháp mô phỏng trên máy tính

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THỊ THÙY TRANG KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG ĐỘNG HỌC DỊ THƯỜNG TRONG HỆ LENNARD – JONES HAI CHIỀU BẰNG PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG TRÊN MÁY TÍNH Chun ngành: Vật lý kỹ thuật Mã số: 60520401 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2019 CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM Cán hƣớng dẫn khoa học: GS.TS Võ Văn Hoàng, ĐH Bách Khoa Cán chấm nhận xét 1: Nguyễn Trƣơng Thanh Hiếu, ĐH Tôn Đức Thắng Cán chấm nhận xét 2: TS Trần Thị Thu Hạnh, ĐH Bách Khoa Luận văn đƣợc bảo vệ trƣờng Đại học Bách Khoa TPHCM ngày 12 tháng 01 năm 2019 Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Chủ tịch: PGS TS Huỳnh Quang Linh Thƣ kí: TS Nguyễn Thị Thúy Hằng Phản biện 1: TS Nguyễn Trƣơng Thanh Hiếu Phản biện 2: TS Trần Thị Thu Hạnh Ủy viên: TS Phạm Thị Hải Miền Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trƣởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn đƣợc sửa chữ (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƢỞNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG PGS TS Huỳnh Quang Linh PGS TS Trƣơng Tích Thiện ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Thị Thùy Trang MSHV: 1570795 Ngày, tháng, năm sinh: 23/12/1989 Nơi sinh: Long An Chuyên ngành: Vật lý kỹ thuật Mã số: 60520401 I TÊN ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT HIỆN TƢỢNG ĐỘNG HỌC DỊ THƢỜNG TRONG HỆ LENNARD - JONES HAI CHIỀU BẰNG PHƢƠNG PHÁP MÔ PHỎNG TRÊN MÁY TÍNH II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Khảo sát chế nguyên tử, tính chất nhiệt động lực học so sánh tƣợng động học dị thƣờng làm lạnh hai tốc độ khác III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 15/01/2018 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/12/2018 V CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: GS TS Võ Văn Hoàng Tp HCM, ngày… tháng… năm 2019 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) GS TS Võ Văn Hoàng TRƢỞNG KHOA (Họ tên chữ ký) PGS TS Trƣơng Tích Thiện LỜI CẢM ƠN Trong q trình thực hồn thành luận văn này, em nhận đƣợc nhiều quan tâm, giúp đỡ từ q thầy cơ, gia đình, bạn bè Đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến GS TS Võ Văn Hoàng Thầy ngƣời hƣớng dẫn, bảo có lời nhận xét tỉ mỉ, cung cấp cho em kiến thức phƣơng pháp nghiên cứu thiết yếu đầu tiên, hƣớng dẫn em hình dung đƣợc đƣờng thực cơng trình nghiên cứu khoa học Thầy ngƣời giúp đỡ em vƣợt qua khó khăn q trình thực luận văn Em xin đƣợc gửi lời cảm ơn chân thành đến ThS Nguyễn Hoàng Giang giúp đỡ em nhiều trình chạy chƣơng trình mơ phịng Vật lý tính tốn trƣờng Đại học Bách Khoa TPHCM Đồng thời, em xin cảm ơn thầy cô khoa Khoa học Ứng dụng, Trƣờng Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh tận tình giảng dạy, cung cấp cho em kiến thức tảng suốt hai năm học tập trƣờng Cuối em xin cảm ơn gia đình ngƣời bạn bên cạnh hỗ trợ em để em hồn thành tốt khóa luận Trên chặng đƣờng qua, em cảm thấy may mắn ln có gia đình, bạn bè, thầy quan tâm, động viên giúp đỡ Chúc cho tất ngƣời nhiều sức khỏe, hạnh phúc gặt hái nhiều thành công sống Em xin chân thành cảm ơn Tp HCM, ngày 12 tháng 01 năm 2019 Học viên Nguyễn Thị Thùy Trang TÓM TẮT Vật liệu hai chiều lớp nguyên tử (graphene) đƣợc chế tạo thực nghiệm Novoselov cộng năm 2004 nhận đƣợc giải Nobel năm 2010 Sau nhiều loại vật liệu hai chiều đơn nguyên tử khác đƣợc tìm thấy hứa hẹn đƣợc ứng dụng nhiều thực tế nhƣ silicene, phosphorene, ironene,… Nghiên cứu cấu trúc vi mô, khảo sát chế chuyển pha, tƣợng động lực học vật liệu hai chiều hƣớng nghiên cứu nóng giới Trong đó, tƣợng dị thƣờng mặt động học vật liệu hai chiều (2D) trạng thái lỏng làm lạnh nhanh đƣợc đặc biệt ý đƣợc nghiên cứu nhiều thực nghiệm Nhằm khảo sát rõ ràng tƣợng này, học viên tiến hành khảo sát trình kết cụm nguyên tử có độ linh động giống hay gần nhau, thay đổi cấu trúc, tính chất nhiệt động học, chế nguyên tử q trình chuyển pha mơ hình 2D đơn ngun tử tƣơng tác qua Lennard – Jones với tốc độ làm lạnh khác Đó lí học viên định thực đề tài: “Khảo sát tƣợng động học dị thƣờng hệ LennardJones chiều phƣơng pháp mơ máy tính” Cấu trúc luận văn gồm bốn chƣơng: Chƣơng Tổng quan: trình bày tổng quan nhiệt động học nhiệt động học chất lỏng làm lạnh nhanh, tổng quan nghiên cứu tƣợng dị thƣờng mô hình 3D tổng quan nghiên cứu tƣợng dị thƣờng mơ hình 2D Chƣơng Tính tốn mô phỏng: giới thiệu phƣơng pháp động lực học phân tử (MD), tƣơng tác kỹ thuật tính tốn dùng mơ Chƣơng Kết thảo luận: trình bày kết nhận đƣợc làm lạnh mơ hình, tính chất cấu trúc trình chuyển pha khác biệt tƣợng kết bó nguyên tử có độ dịch chuyển tinh thể hóa thủy tinh hóa qua đồ thị, trực quan hình ảnh Chƣơng Kết luận hướng phát triển đề tài: trình bày kết luận rút đƣợc sau thực đề tài định hƣớng phát triển đề tài nghiên cứu sau Luận văn sử dụng phƣơng pháp mô động lực học phân tử cổ điển (MD), với tƣơng tác LJ cho mô hình gồm 6400 ngun tử có khối lƣợng riêng   0.9 Làm lạnh mơ hình với hai tốc độ từ nhiệt độ T  2.0 xuống T  0.1 với 106 104 bƣớc MD Từ khảo sát đại lƣợng nhiệt động học, khảo sát thay đổi cấu trúc theo nhiệt độ trình kết bó nhóm ngun tử q trình làm lạnh LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn cơng trình nghiên cứu riêng học viên dƣới hƣớng dẫn GS TS Võ Văn Hồng Các số liệu, hình vẽ, đồ thị liên quan đến kết học viên thu đƣợc luận văn hoàn toàn trung thực, khách quan Học Viên Nguyễn Thị Thùy Trang MỤC LỤC MỤC LỤC I DANH MỤC VIẾT TẮT III DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ IV CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .1 1.1 Tổng quan nhiệt động học động học chất lỏng làm lạnh nhanh 1.2 Tổng quan nghiên cứu tƣợng dị thƣờng mơ hình 3D .2 1.3 Tổng quan nghiên cứu tƣợng dị thƣờng mơ hình 2D .7 CHƢƠNG 2: TÍNH TỐN VÀ MƠ PHỎNG 13 2.1 Phƣơng pháp động lực học phân tử 13 2.2 Các tính tốn dùng mô .16 2.2.1 Thế tƣơng tác Lennard – Jones 16 2.2.2 Điều kiện biên tuần hoàn 17 2.2.3 Đơn vị vật lý sử dụng mô 19 2.2.4 Các phần mềm đƣợc sử dụng luận văn 19 2.3 Các chi tiết mơ hình vật liệu đƣợc mơ 20 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 22 3.1 Tính chất nhiệt động học: phụ thuộc vào nhiệt độ lƣợng toàn phần nguyên tử hai tốc độ làm lạnh khác 22 3.2 Khảo sát thay đổi cấu trúc mơ hình hai tốc độ làm lạnh khác nhau.24 3.2.1 Khảo sát thay đổi hàm phân bố xuyên tâm 24 3.2.2 Sự khác biệt tỉ lệ nguyên tử có độ dịch chuyển (hay có độ dịch chuyển gần nhau) hai tốc độ làm lạnh khác 27 3.2.3 Sự khác biệt trình kết bó nguyên tử có độ dịch chuyển (hoặc có độ dịch chuyển gần nhau) hai tốc độ làm lạnh khác 29 3.2.4 Sự khác biệt thay đổi tỷ lệ nguyên tử hóa rắn nhiệt độ giảm hai tốc độ làm lạnh khác 32 I 3.2.5 Trực quan kết bó nguyên tử độ dịch chuyển hai tốc độ làm lạnh khác 33 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 37 4.1 Kết luận 37 4.2 Hƣớng phát triển đề tài 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO .39 II DANH MỤC VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nguyên văn Chú giải 2D Two dimensional Hai chiều 3D Three dimensional Ba chiều ad atomic displacements Độ dịch chuyển nguyên tử MD Molecular Dynamics Động lực học phân tử RDF Radial Distribution Function Hàm phân bố xuyên tâm g(r) VMD Visual Molecular Dynamics Phần mềm trực quan phân bố ngun tử mơ hình Rc Cutoff Radius Bán kính cắt Tg Glass Transition Temperature Nhiệt độ chuyển pha từ lỏng sang vơ định hình Tc Crystallization Temperature Nhiệt độ tinh thể hóa III đƣợc làm lạnh với tốc độ chậm, độ cao đỉnh tăng lên kèm theo định hình rõ nét đỉnh thứ Ở nhiệt độ T  0.5 (vùng gần nhiệt độ đơng đặc), có xuất nhiều đỉnh phụ RDF chứng tỏ mơ hình chuyển sang trạng thái tinh thể đỉnh cao dần q trình đơng đặc Hình 3.6 Hàm phân bố xuyên tâm phần nhiệt độ T=1.9, 1.5, 1.0, 0.8, 0.6, 0.5, 0.4, 0.1 mơ hình 3.2.2 Sự khác biệt tỉ lệ nguyên tử có độ dịch chuyển (hay có độ dịch chuyển gần nhau) hai tốc độ làm lạnh khác Để phân tích chi tiết dị thƣờng mặt động học bên hệ với hai tốc độ làm lạnh khác nhau, ta tiến hành phân tích phụ thuộc vào nhiệt độ tỉ lệ nguyên tử với độ dịch chuyển khác Từ kết Hình 3.7, Hình 3.8, nhận thấy tỉ lệ nguyên tử có độ dịch chuyển (atomic displacements, ad) khác nguyên tử có xu hƣớng tăng lên sau giảm dần khơng thơng qua vị trí cực đại, ngồi trừ ngun tử có động học chậm phù hợp với kết trƣớc cho hệ 2D [23] Ở vùng nhiệt độ cao (Hình 3.7 Hình 3.8), tỉ lệ ngun tử có độ dịch chuyển phức tạp so với vùng nhiệt độ thấp Vị trí cực đại đồ thị biểu diễn 27 phụ thuộc vào nhiệt độ tỉ lệ nguyên tử với độ dịch chuyển khác có xu hƣớng dịch chuyển hƣớng nhiệt độ giảm độ cao đỉnh tăng lên độ dịch chuyển nguyên tử giảm xuống Sự hình thành đỉnh trình làm lạnh từ xuống làm giảm số nguyên tử có độ dịch chuyển khảo sát thời gian hồi phục nhiệt độ khoảng thời gian làm tăng số nguyên tử có độ dịch chuyển khảo sát Chính ngun nhân dẫn đến hình thành đỉnh tỉ lệ nguyên tử có độ dịch chuyển khác Những ngun tử có tính động học thấp, độ dịch chuyển nguyên tử khoảng ad=[0.0-0.5), tỉ lệ nguyên tử nhỏ nhiệt độ vùng nhiệt cao Đối với mơ hình (Hình 3.7) tỉ lệ ngun tử có tính động học thấp tăng mạnh gần nhƣ tuyến tính vùng nhiệt độ 0.1  T  1.0 dẫn đến hình thành trạng thái rắn vơ định hình hệ mơ hình Hình 3.7 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ tỉ lệ nguyên tử có độ dịch chuyển khác hồi phục nhiệt độ sau 5000 bước MD mơ hình Ở mơ hình (Hình 3.8) ta thấy với độ dịch chuyển với mơ hình nhƣng đỉnh khoảng ad tƣơng ứng có vị trí đỉnh cao Đặc biệt, 28 khoảng ad=[0.0-0.5) quan sát rõ tỉ lệ nguyên tử tăng mạnh sau vùng T  1.0 tăng mạnh vùng lân cận Tc  0.56 Hình 3.8 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ tỉ lệ nguyên tử có độ dịch chuyển khác hồi phục nhiệt độ sau 5000 bước MD mơ hình 3.2.3 Sự khác biệt q trình kết bó ngun tử có độ dịch chuyển (hoặc có độ dịch chuyển gần nhau) hai tốc độ làm lạnh khác Hiện tƣợng kết bó nguyên tử có độ dịch chuyển hay có độ dịch chuyển gần đƣợc biểu diễn qua Hình 3.9 Hình 3.10 Nếu khoảng cách hai ngun tử khơng lớn bán kính cắt mặt cầu phối vị Rc  1.35 , hai nguyên tử kết hợp với thành bó Bán kính cắt mặt cầu phối vị có giá trị với vị trí cực tiểu sau đỉnh thứ hàm g (r ) trạng thái vơ định hình hay trạng thái tinh thể nhiệt độ T  0.1 Các kết thu đƣợc thông qua đồ thị nhận thấy, nguyên tử có độ dịch chuyển (hoặc có độ dịch chuyển gần nhau) có xu hƣớng kết thành bó Khi mơ hình cịn trạng thái lỏng bắt đầu làm lạnh xuống xuất cụm nhỏ nguyên tử rắn (hoặc có độ linh động thấp) Sau đó, nhiệt độ giảm kích thƣớc cụm tăng dần Đồ thị phụ thuộc vào nhiệt độ kích thƣớc kết 29 bó lớn Smax có hình dáng tƣơng tự nhƣ đồ thị phụ thuộc vào tỉ lệ nguyên tử có độ dịch chuyển khác khảo sát mục 3.2.2 (Hình 3.7 3.8) Hình 3.9 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ tỉ lệ kích thước bó trung bình (a) tỉ lệ kích thước kết bó lớn (b) với ba độ dịch chuyển ad =[0.0-0.5), ad = [1.0-1.5) ad =[3.5-4.0) mơ hình 30 Hình 3.10 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ tỉ lệ kích thước bó trung bình (a) tỉ lệ kích thước kết bó lớn (b) với ba độ dịch chuyển ad =[0.0-0.5), ad = [1.01.5) ad =[3.5-4.0) mơ hình Các đại lƣợng Smax S mơ hình ngun tử hóa rắn (hoặc tƣơng tự nhƣ rắn) nhỏ vùng nhiệt độ cao sau đại lƣợng tăng mạnh giá 31 trị lân cận nhiệt độ chuyển pha sang pha vơ định hình Tg  0.45 Dƣới nhiệt độ Tg phần lớn nguyên tử hệ hóa rắn Smax S mơ hình ngun tử hóa rắn nhỏ vùng nhiệt độ cao sau đại lƣợng tăng mạnh giá trị lân cận nhiệt độ tinh thể hóa Tc Vùng nhiệt độ lân cận Tc phần lớn nguyên tử hệ hóa rắn Đồ thị phụ thuộc vào nhiệt độ kích thƣớc kết bó lớn nguyên tử có động học thấp ad = [0.0-0.5) (đƣờng màu đen) mơ hình (Hình 3.9.b) so với mơ hình (Hình 3.10.b) có khác biệt rõ rệt Mơ hình có kích thƣớc bó lớn lớn nhiều so với mơ hình Tại nhiệt độ T  0.1 tỉ lệ Smax / N  0.993281 ( Smax  6357 ) kích thƣớc bó lớn chứa đựng hầu hết nguyên tử mơ hình Trong đó, mơ hình nhiệt độ T  0.1 tỉ lệ Smax / N  0.945 ( Smax  6048 ) mơ hình cịn tồn nhiều bó nhỏ độ dịch chuyển lân cận 3.2.4 Sự khác biệt thay đổi tỷ lệ nguyên tử hóa rắn nhiệt độ giảm hai tốc độ làm lạnh khác Hình 3.11 Sự phụ thuộc nhiệt độ tỉ lệ nguyên tử hóa rắn (ns/N) hai tốc độ làm lạnh khác 32 Đồ thị Hình 3.11 có hình dáng tƣơng tự tỉ lệ ngun tử có độ dịch chuyển mục 3.2.2 tỉ lệ kích thƣớc bó lớn mục 3.2.3 Qua quan sát đồ thị phụ thuộc nhiệt độ tỉ lệ nguyên tử hóa rắn hai tốc độ làm lạnh, ta thấy vùng nhiệt độ cao 1.0  T  1.9 tỉ lệ nguyên tử hóa rắn tốc độ làm lạnh   107 thấp tốc độ làm lạnh   105 Tuy nhiên, vùng nhiệt độ 0.1  T  1.0 tỉ lệ ngun tử hóa rắn tốc độ làm lạnh   107 tăng mạnh, nhiệt độ tinh thể hóa Tc  0.56 tỉ lệ nguyên tử hóa rắn 86.61% đạt 100% nhiệt độ T  0.1 Trong vùng nhiệt độ 0.1  T  1.0 tốc độ làm lạnh   105 tỉ lệ ngun tử hóa rắn bắt đầu tăng tuyến tính nhƣng thấp tốc độ làm lạnh   107 , nhiệt độ chuyển pha Tg  0.45 tỉ lệ nguyên tử hóa rắn 79.98% 3.2.5 Trực quan kết bó nguyên tử độ dịch chuyển hai tốc độ làm lạnh khác Hình ảnh trực quan hai mơ hình đƣợc làm lạnh với hai tốc độ khác từ trạng thái lỏng cân đƣợc hồi phục sau 5000 bƣớc MD nhiệt độ đƣợc thể bên dƣới Những nguyên tử có độ dịch chuyển (ad) khác đƣợc tơ màu khác nhau, nguyên tử có độ dịch chuyển hay độ dịch chuyển gần kết bó với đƣợc thể qua Hình 3.12 Hình 3.13 Mơ hình (Hình 3.12) qua quan sát nhận thấy vùng nhiệt độ cao 1.0  T  1.9 động học nguyên tử trạng thái lỏng đồng Tại nguyên tử có độ linh động cao có xu hƣớng kết lại thành chuỗi hình thành cụm nguyên tử có độ linh động thấp kết thành cụm nhỏ “biển” nguyên tử có độ linh động cao (Hình 3.12.a) Dị thƣờng mặt động học đƣợc tăng cƣờng nhiệt độ giảm, vùng nhiệt 0.1  T  1.0 nguyên tử có độ linh động cao dần chuyển sang nhóm nguyên tử có độ linh động kế cận (Hình 3.12 b, c) Ở lân cận vùng chuyển pha Tg  0.45 , nguyên tử có độ linh động thấp tăng mạnh (Hình 3.12 c, d, e), sau phát triển thành cụm lớn kéo dài gần nhƣ suốt mơ hình (Hình 3.12.f) phù hợp với kết nghiên cứu trƣớc hệ 2D [23] 33 (a) T=1.9 (b) T=0.8 (c) T=0.6 (d) T=0.5 (f) T=0.1 (e) T=0.4 Hình 3.12 Hình ảnh 2D nguyên tử có độ dịch chuyển (hoặc có độ dịch chuyển gần nhau) sau 5000 bước MD hồi phục nhiệt độ mơ hình 1, ngun tử tô màu sau: màu xanh dương ad = [0.0-0.5), màu đỏ ad = [0.5-1.0), màu xám ad = [1.0-1.5),màu cam ad = [1.5-2.0), màu vàng ad = [2.0-2.5), màu nâu ad = [2.5-3.0),màu bạc ad = [3.0-3.5),màu xanh ad = [3.5-4.0),màu trắng ad = [4.0-4.5) , màu hồng ad=[4.5-5.0) 34 (a) T=1.9 (b) T=0.8 (c) T=0.6 (d) T=0.5 (e) T=0.4 (f) T=0.1 Hình 3.13 Hình ảnh 2D nguyên tử có độ dịch chuyển (hoặc có độ dịch chuyển gần nhau) sau 5000 bước MD hồi phục nhiệt độ mơ hình 2, nguyên tử tô màu sau: màu xanh dương ad = [0.0-0.5), màu đỏ ad = [0.5-1.0), màu xám ad = [1.0-1.5),màu cam ad = [1.5-2.0), màu vàng ad = [2.0-2.5), màu nâu ad = [2.5-3.0),màu bạc ad = [3.0-3.5),màu xanh ad = [3.5-4.0),màu trắng ad = [4.0-4.5) , màu hồng ad=[4.5-5.0) 35 Mơ hình (Hình 3.13) giống nhƣ mơ hình ngun tử có độ linh động cao có khuynh hƣớng tăng dần vùng nhiệt 1.0  T  1.9 thấy cụm nhỏ có độ linh động thấp bị bao quanh nguyên tử có độ linh động cao (Hình 3.13.a) Tại vùng nhiệt 0.1  T  1.0 nguyên tử có độ linh động cao dần chuyển sang nhóm nguyên tử có độ linh động kế cận (Hình 3.13 b, c) Tuy nhiên, nguyên tử có độ linh động nhỏ (hay độ linh động khơng), kích thƣớc cụm tăng mạnh so với mơ hình nhiệt độ giảm, nguyên tử chuyển sang trạng thái rắn Tại vùng lân cận nhiệt độ tinh thể hóa Tc  0.56 tỉ lệ nguyên tử rắn tăng mạnh (Hình 3.13.c, d, e), nhiệt độ T  0.1 nguyên tử có độ linh động thấp chiếm tồn mơ hình hình thành trạng thái tinh thể hồn tồn (Hình 3.13 f) Sự tăng mạnh kích thƣớc cụm ngun tử hóa rắn gần nhiệt độ Tc thể chuyển pha có dạng bậc I điểm khác với chuyển pha từ lỏng sang vơ định hình mơ hình 36 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 4.1 Kết luận Trong luận văn, kết mô phƣơng pháp MD tƣợng động học dị thƣờng hệ 2D thơng qua q trình làm lạnh mơ hình với hai tốc độ khác đƣợc thể Mơ hình chứa 6400 ngun tử có khối lƣợng riêng 0.9 làm lạnh từ T  2.0 xuống nhiệt độ T  0.1 với tƣơng tác Lennard – Jones Sau đó, đề tài tiến hành phân tích tính chất nhiệt động lực học, thay đổi cấu trúc, q trình kết bó q trình làm lạnh thu đƣợc số kết quan trọng nhƣ sau: - Mơ hình đƣợc làm lạnh nhanh với tốc độ   105 bƣớc MD có nhiệt độ chuyển pha từ trạng thái lỏng sang trạng thái vơ định hình Tg  0.45 - Mơ hình làm lạnh với tốc độ chậm   107 bƣớc MD có nhiệt độ tinh thể hóa Tc  0.56 - Những nguyên tử có độ dịch chuyển hay độ dịch chuyển gần có xu hƣớng kết thành cụm Đỉnh tỉ lệ nguyên tử có độ dịch chuyển khác tăng lên nhiệt độ giảm, qua giá trị cực đại sau giảm giá trị khơng, ngoại trừ nguyên tử có động học chậm - Ở vùng nhiệt cao nguyên tử độ linh động cao (hay gần nhau) có khuynh hƣớng tăng dần, chiếm tỉ lệ cao chứng tỏ mơ hình trạng thái lỏng Tại vùng nhiệt thấp nguyên tử có độ linh động cao dần chuyển sang nhóm nguyên tử có độ linh động kế cận Riêng số nguyên tử có độ linh động nhỏ ad=[0.0-0.5) (hay độ linh động không) tăng dần nhiệt độ giảm, vùng lân cận nhiệt độ chuyển pha Tg  0.45 nhiệt độ tinh thể hóa Tc  0.56 tỉ lệ nguyên tử rắn đột ngột tăng đột biến Tại nhiệt độ T  0.1 hình trạng thái vơ định hình trạng thái tinh thể - Vùng nhiệt 0.1  T  1.0 tăng đột biến kích thƣớc bó lớn có độ linh động thấp ad=[0.0-0.5) hai tốc độ làm lanh khác   105   107 Đối với nguyên tử có độ linh động nhỏ (hay độ linh động khơng), kích thƣớc bó lớn 37 mơ hình tốc độ làm lạnh   107 tăng mạnh so với mơ hình tốc độ làm lạnh   105 nhiệt độ giảm Và kích thƣớc bó nhóm lớn tốc độ làm lạnh   107 nhiệt độ T  0.1 gần nhƣ chiếm tồn mơ hình, tốc độ làm lạnh nhanh   105 cịn tồn nhiều bó nhỏ với độ linh động ad=[0.5-1.0], ad=[1.0-1.5] Đây điều khác biệt cho hai loại chuyển pha - Ở vùng nhiệt độ cao 1.0  T  1.9 hình thành nguyên tử hóa rắn tốc độ làm lạnh   107 thấp tốc độ làm lạnh   105 Tuy nhiên, vùng nhiệt độ 0.1  T  1.0 tỉ lệ ngun tử hóa rắn tốc độ làm lạnh   107 tăng mạnh, nhiệt độ tinh thể hóa Tc tỉ lệ nguyên tử hóa rắn 86.61% đạt 100% nhiệt độ T  0.1 Đối với tốc độ làm lạnh   105 , vùng nhiệt độ 0.1  T  1.0 tỉ lệ ngun tử hóa rắn bắt đầu tăng tuyến tính nhƣng thấp tốc độ làm lạnh   107 , nhiệt độ chuyển pha Tg tỉ lệ nguyên tử hóa rắn 79.98% 4.2 Hƣớng phát triển đề tài - Tiếp tục khảo sát dị thƣờng mặt động học vật liệu 2D với tƣơng tác khác - Khảo sát thêm việc ảnh hƣởng tốc độ làm lạnh ảnh hƣởng đến trình hình thành kích thƣớc hình dáng kết bó 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] J.M Ziman, Models of disorder, Cambridge Univ Press, (1979) [2] S.R Elliott, Physics of amorphous materials, Longman, London, (1990) [3] J.D Bernal, A geometrical approach to the structure of liquids, Nature 183, 141 (1959) [4] Võ Văn Hồng, Mơ Vật lý, NXB Đại học Quốc Gia Tp HCM, Tp Hồ Chí Minh, (2004) [5] P.G Debenedetti and F.H Stillinger, Supercooled liquids and the glass transition, Nature 410, 259 (2001) [6] W Kob, C Donati, S.J Plimpton and P.H Poole, Dynamical heterogeneities in a supercooled Lennard-Jones liquid, Phys Rev Lett 79, 2827 (1997) [7] C Donati, S C Glotzer, P H Poole, W Kob and S J Plimpton, Spatial Correlations of Mobility and Immobility in a Glass-Forming Lennard-Jones Liquid, Phys Rev E: Stat Phys., Plasmas, Fluids, Relat Interdiscip Top 60, 3107 - 3119 (1999) [8] S C Glotzer and C Donati, Quantifying spatially heterogeneous dynamics in computer simulations of glass-forming liquids, J Phys Matter 11 (1999) [9] W.K Kegel and A.V Blaaderen, Direct observation of dynamical heterogeneities in colloidal hard-sphere suspensions, Science 287, 290 (2000) [10] E R Weeks, J C Crocker, Andrew C Levitt, Andrew Schofield and D A Weitz, Three – Dimensional direct imaging of Structural Relaxation near the Colloidal glass transition, Science 287, 627 (2000) [11] A Heuer and K Okun, Heterogeneous and homogeneous dynamics in a simulated polymer melt: Analysis of multi-time correlation functions, J Chem Phys 106, 6176 (1997) 39 [12] Sharon C Glotzer , Spatially heterogeneous dynamics in liquids: insights from simulation, J Non-Cryst Solids 274 (2000) [13] V V Hoang and T Q Dong, Free surface effects on thermodynamics and glass formation in simple monatomic supercooled liquids, Phys Rev B 84, 174204 (2011) [14] G Adam and J H Gibbs, On the temperature dependence of cooperative relaxation properties in glass-forming liquids, J Chem Phys 43, 139 (1965) [15] M.M Hurley and P Harrowell, Kinetic structure of a two-dimensional liquid, Phys Rev E 52, 1694 (1995) [16] R L Leheny, N Menon, S R Nagel, D L Price, K Suzuya and P Thiyagarajan, Structural studies of an organic liquid through the glass transition, J Chem Phys 105, 7783 (1996) [17] J.T Fourkas, D Kivelson, U Mohanty and K.A Nelson, Supercooled liquids: Advances and novel applications (American Chemical Society, Washington, 1997) [18] Bianxiao Cui, Binhua Lin and Stuart A Rice, Dynamical heterogeneity in a dense quasi-two-dimensional colloidal liquid, J Chem Phys 114, 9142 (2001) [19] Takeshi Kawasaki, Takeaki Araki and Hajime Tanaka, Correlation between Dynamic Heterogeneity and Medium-Range Order in Two-Dimensional Glass-Forming Liquids, Phys Rev Lett 99, 215701 (2007) [20] E Flenner, H Staley and G Szamel, Universal Features of Dynamic Heterogeneity in Supercooled Liquids, Phys Rev Lett.112, 097801 (2014) [21] H Sillescu, Heterogeneity at the glass transition: a review, J Non-Cryst Solids 243, 81 (1999) [22] R Richert, Heterogeneous dynamics in liquids: fluctuations in space and time, J Phys Condens Matter 14, R703 (2002) 40 [23] V.V Hoang, V Teboul and T Odagaki, New scenario of dynamical heterogeneity in supercooled liquid and glassy states of 2D monatomic system, J Phys Chem B 119, 15752 (2015) [24] B J Alderand and T E Wainwright, Studies in Molecular Dynamics I General Method, J Chem Phys 31, 459 (1959) [25] B J Alder and T E Wainwright, Phase Transition for a Hard Sphere System, J Chem Phys 27, 1208 (1957) [26] Allen and Tildesley, Computer Simulation of Liquids, Oxford University Press, Walton Street, Oxford Ox26DP, (1991) [27] K Nishio, J Koga, T Yamaguchi, and F Yonezawa, Confinement-Induced Stable Amorphous Solid of Lennard–Jones Argon, J Phys Soc Jpn 73, 627 (2004) [28] J E Lennard-Jones, Proc R Soc Lond A 106, 463 (1924) [29] T F Middleton and J Hernadez-Rojas, P N Mortenson, D J Wales, Crystals of binary Lennard-Jones solids, Phys Rev B 64, 184201 (2001) [30] S Yip (ed.), Handbook of Materials Modeling, Springer, Dordrecht, (2005) [31] S L Roux and V Petkov, ISAACS – interactive structure analysis of amorphous and crystalline systems, J Appl Cryst 43, 181 (2010) [32] V V Hồng, Ngơn ngữ lập trình Fortran, NXB Giáo dục, Tp Hồ Chí Minh, (2007) [33] W Humphrey, A Dalke and K Schulten, VMD: Visual Molecular Dynamics, J Mol Graphics 14, 33-38 (1996) [34] V Van Hoang and N T Hieu, Formation of Two-Dimensional Crystals with Square Lattice Structure from the Liquid State, J Phys Chem C 120, 18340– 18347 (2016) 41 ... THƢỜNG TRONG HỆ LENNARD - JONES HAI CHIỀU BẰNG PHƢƠNG PHÁP MÔ PHỎNG TRÊN MÁY TÍNH II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Khảo sát chế nguyên tử, tính chất nhiệt động lực học so sánh tƣợng động học dị thƣờng... tƣợng động học dị thƣờng hệ Lennard - Jones hai chiều phƣơng pháp mơ máy tính? ?? 12 CHƢƠNG 2: TÍNH TỐN VÀ MƠ PHỎNG 2.1 Phƣơng pháp động lực học phân tử Phƣơng pháp mô động lực học phân tử cổ điển (Molecular... nguyên tử tƣơng tác qua Lennard – Jones với tốc độ làm lạnh khác Đó lí học viên định thực đề tài: ? ?Khảo sát tƣợng động học dị thƣờng hệ LennardJones chiều phƣơng pháp mô máy tính? ?? Cấu trúc luận văn