Nghiên cứu cấu trúc pha trung gian của các ôxit 2 nguyên và 3 nguyên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Trần Thùy Dương NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC PHA TRUNG GIAN CỦA CÁC ÔXIT NGUYÊN VÀ NGUYÊN Ngành: Vật lý kỹ thuật Mã số: 9520401 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS NGUYỄN VĂN HỒNG Hà Nội - 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Tất số liệu kết nghiên cứu luận án trung thực, chưa tác giả công bố cơng trình nghiên cứu khác Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Giáo viên hướng dẫn Nghiên cứu sinh PGS.TS Nguyễn Văn Hồng Trần Thùy Dương LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Văn Hồng tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi hồn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tạo điều kiện làm việc thầy cô Bộ môn Vật lý tin học, Viện Vật lý kỹ thuật Phòng Đào tạo Trường Đại học Bách khoa Hà Nội dành cho tơi suốt q trình nghiên cứu, thực luận án Cuối cùng, xin bày tỏ lịng biết ơn đến gia đình, người thân, đồng nghiệp dành nhiều tình cảm, động viên giúp đỡ tơi vượt qua khó khăn để hồn thành luận án Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Trần Thùy Dương MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ .5 MỞ ĐẦU .8 CHƯƠNG TỔNG QUAN 12 1.1 Ảnh hưởng áp suất lên cấu trúc mạng vật liệu Ôxit 12 1.1.1 Hệ GeO2 12 1.1.2 Hệ CaO.SiO2 15 1.2 Ứng dụng vật liệu ôxit việc xử lý rác thải hạt nhân 16 1.2.1 Tổng quan chung xử lý rác thải hạt nhân 16 1.2.3 SiO2 MgO.SiO2 23 1.2.4 CaO.SiO2 24 1.2.5 Al2O3.2SiO2 26 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN 29 2.1 Xây dựng mô hình 29 2.2 Phương pháp phân tích cấu trúc 33 2.2.1 Hàm phân bố xuyên tâm 33 2.2.2 Số phối trí 34 2.2.3 Phân bố khoảng cách góc liên kết 34 2.2.4 Phân bố loại ôxy cầu – ôxy không cầu 35 2.2.5 Phân bố loại liên kết góc – cạnh – mặt 36 2.2.6 Phân bố loại liên kết tricluster (A-O-B) 37 2.2.7 Phân bố đám (đám TOx, OTy, đám liên kết chung cạnh, góc, mặt) 37 CHƯƠNG ẢNH HƯỞNG CỦA ÁP SUẤT LÊN CẤU TRÚC CỦA CÁC VẬT LIỆU ÔXIT 40 3.1 Hệ GeO2 40 3.1.1 Cấu trúc trật tự gần 40 3.1.2 Cấu trúc trật tự khoảng trung 47 3.1.3 Sự tách đỉnh thứ hàm phân bố xuyên tâm 49 3.2 Hệ CaO.SiO2 53 3.2.1 Cấu trúc trật tự gần 53 3.2.2 Cấu trúc trật tự khoảng trung mối quan hệ với cấu trúc mạng 58 3.3 Kết luận chương 64 CHƯƠNG VAI TRÒ CỦA CÁC NGUYÊN TỐ ĐIỀU CHỈNH MẠNG VÀ NGUYÊN TỐ TRUNG GIAN TRONG MẠNG Si-O 66 4.1 Vai trò nguyên tố điều chỉnh mạng (Mg) mạng Si-O 66 4.2 Vai trò nguyên tố trung gian (Al) mạng Si-O 75 4.3 Cơ chế tạo điện tích âm mạng Si-O nguyên tố điều chỉnh mạng 84 4.4 Kết luận chương 88 KẾT LUẬN 90 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ĐLHPT Động lực học phân tử HPBXT Hàm phân bố xuyên tâm Si Nguyên tử Silic Ge Nguyên tử Gemani Mg Nguyên tử Magiê Ca Nguyên tử Canxi Al Nguyên tử Nhôm O Nguyên tử ôxy BO Nguyên tử ôxy cầu NBO Nguyên tử ôxy không cầu BKS OG Van Beets – Kramer – Van Santen Oganov NPT Số hạt, áp suất nhiệt độ không đổi NVE Số hạt, thể tích lượng khơng đổi NRM Cộng hưởng từ hạt nhân EXAFS Quang phổ hấp thụ tia X SRO Cấu trúc trật tự gần IRO Cấu trúc trật tự khoảng trung DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Thành phần (%) số loại thủy tinh Bảng 2.1 Các thông số hàm tương tác BKS cho hệ SiO2 Bảng 2.2 Các thông số hàm OE hệ GeO2 Bảng 2.3 Các thông số hàm tương tác cho hệ CaO.SiO2 Bảng 2.4 Các thông số hàm tương tác OGANOV cho hệ MgO.SiO2 Bảng 2.5 Các thông số hàm tương tác cho hệ Al2O3.2SiO2 Bảng 2.6 Thông số mẫu ôxit nghiên cứu luận án Bảng 3.1 Mật độ mẫu GeO2 nhiệt độ 3500K ứng với dải áp suất 0÷100 GPa Bảng 3.2 Phân bố kích thước GeO4, GeO5 (màu xanh), GeO6 (màu đỏ) áp suất khác nhau, Nc số lượng đám Na số lượng nguyên tử đám Bảng 3.3 Phân bố liên kết chung góc, chung cạnh, chung mặt áp suất khác Bảng 3.4 Phân bố kích thước đám liên kết chung cạnh (các đơn vị GeOx liên kết với thông qua liên kết chung góc) Bảng 3.5 Phân bố kích thước đám liên kết chung mặt (các đơn vị GeOx liên kết với thông qua liên kết chung mặt) Bảng 3.6 Phân bố kích thước đám SiO4 (màu đen), SiO5 (màu xanh) SiO6 (màu đỏ) áp suất khác Nc số lượng đám, Na số nguyên tử đám Bảng 3.7 Phân bố số lượng liên kết chung góc, chung cạnh chung mặt áp suất khác Bảng 3.8 Phân bố kích thước đám liên kết chung cạnh áp suất khác (Nc số lượng đám, Na số lượng nguyên tử đám) Bảng 3.9 Phân bố kích thước đám liên kết chung mặt áp suất khác (Nc số lượng đám, Na số lượng nguyên tử đám) Bảng 4.1 Phân bố số phối trí Si-O Mg-O SiO2 and MgO.SiO2 300K 3200 K Bảng 4.2 Phân bố số phối trí O-Si mạng SiO2 O-T (T=Si, Mg) mạng MgO.SiO2 300K 3200K Bảng 4.3 Phân bố ôxy tự (FO), ôxy cầu (BO), ôxy không cầu (NBO), ôxy liên kết với Si (OSi) ôxy liên kết với Si Mg (OSi, Mg) mạng MgO.SiO2 Bảng 4.4 Phân bố đám SiOx, SiO4 SiO5 mạng MgO.SiO2 nhiệt độ 300K 3200K Bảng 4.5 Phân bố liên kết chung góc chung cạnh SiO2 MgO.SiO2 nhiệt độ 300K 3200K Bảng 4.6 Phân bố số lượng kích thước mạng SiOx áp suất khác nhau, Ns số lượng mạng Na số lượng nguyên tử mạng Bảng 4.7 Phân bố số lượng kích thước mạng AlOx áp suất khác nhau, Ns số lượng mạng Na số lượng nguyên tử mạng Bảng 4.8 Phân bố số lượng kích thước đám SiO4 (màu xanh), SiO5 (đỏ), SiO6 (đen) áp suất khác nhau, Nc số lượng đám Na số nguyên tử đám Bảng 4.9 Phân bố số lượng kích thước đám AlO3, AlO4, AlO5, AlO6 áp suất khác nhau, Nc số lượng đám Na số nguyên tử đám Bảng 4.10 Phân bố quy mơ kích thước đám SiO4, SiO5 SiO6 lớn không gian ba chiều Bảng 4.11 Phân bố quy mơ kích thước đám AlO3, AlO4, AlO5 AlO6 lớn không gian ba chiều Bảng 4.12 Phân bố số lượng kích thước đám OSiy (O liên kết với Si) Nc số lượng đám Na số nguyên tử đám Bảng 4.13 Phân bố số lượng kích thước đám OAly (O liên kết với Al) Nc số lượng đám Na số nguyên tử đám Bảng 4.14 Phân bố loại liên kết OTm chủ yếu (%) mạng MgO.SiO2 nhiệt độ khác Bảng 4.15 Phân bố loại liên kết OTm chủ yếu (%) mạng CaO.SiO2 áp suất khác DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Vị trí đỉnh thứ thứ hai G(r) Hình 1.2 Sơ đồ khối trình thủy tinh hóa rác thải phóng xạ Hình 1.3 Mơ hình cấu trúc mạng thủy tinh đa thành phần dùng xử lý rác thải hạt nhân Hình 1.4 Đồ thị phụ thuộc tỷ lệ NBO BO vào lượng lượng P2O5 Hình 1.5 Vị trí Zn mạng thủy tinh (a); Vị trí Zr mạng thủy tinh Hình 2.1 Minh họa ơxy cầu, ơxy khơng cầu mạng silicat Hình 2.2 Minh họa loại liên kết góc, cạnh, mặt Hình 2.3 Đám SiO4 với 107 nguyên tử (trái) đám SiO5 với 36 nguyên tử 3200K, màu đen nguyên tử Si, màu vàng nguyên tử O Hình 2.4 Các đám có liên kết chung góc, chung cạnh chung mặt Hình 3.1 Hàm phân bố xuyên tâm cặp Ge-Ge, Ge-O O-O Hình 3.2 Hàm phân bố xuyên tâm cặp Ge-Ge áp suất khác Hình 3.3 Phân bố góc Ge-O-Ge phân bố khoảng cách liên kết Ge-O thay đổi theo áp suất Hình 3.4 Phân bố GeOx (x=4, 5, 6) hàm áp suất Hình 3.5 Phân bố đám GeO4 (đen), đám GeO5, đám GeO6 mơ hình áp suất 9, 12, 15 20 GPa Hình 3.6 Các đám GeOx điển hình áp suất 20 GPa Hình 3.7 Đám liên kết chung mặt đặc trưng gồm 120 nguyên tử áp suất 30 GPa (trái) đám liên kết chung góc gồm 452 nguyên tử áp suất GPa Bảng 4.15 Phân bố loại liên kết OTm chủ yếu (%) mạng CaO.SiO2 áp suất khác 0GPa 5GPa 10GPa 15GPa 20GPa Si2-O-Ca0 9,30 2,67 Si2-O-Ca1 23,27 Si1-O-Ca2 30GPa 40GPa 60Ga 80GPa 100GPa 0,57 0,33 0,10 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 20,37 12,87 7,87 5,73 2,17 1,70 0,63 0,63 0,33 28,90 11,17 3,03 1,43 0,53 0,13 0,13 0,07 0,07 0,03 Si1-O-Ca3 26,67 34,53 26,50 19,53 13,97 7,00 5,37 3,43 2,03 1,37 Si3-O-Ca1 0,00 0,60 1,97 3,53 4,20 5,07 4,93 4,43 4,10 3,50 Si0-O-Ca4 3,30 2,20 0,83 0,37 0,43 0,20 0,03 0,03 0,03 0,00 Si2-O-Ca2 5,27 17,63 26,70 27,47 26,43 21,80 16,57 12,43 9,80 7,73 Si1-O-Ca4 1,63 6,60 13,30 16,23 17,53 17,90 16,23 14,40 12,93 11,33 Si2-O-Ca3 0,13 1,80 7,97 14,83 18,50 23,70 25,40 26,83 25,77 26,23 Si3-O-Ca2 0,03 0,03 0,43 1,63 2,43 4,23 5,43 6,50 7,97 8,37 Si1-O-Ca5 0,00 0,43 1,13 2,13 3,33 6,10 7,27 8,77 9,83 10,77 Si2-O-Ca4 0,00 0,03 0,73 1,43 2,93 7,47 11,93 15,27 18,27 20,17 Si3-O-Ca3 0,00 0,00 0,03 0,07 0,40 0,77 1,83 3,20 4,50 5,23 Đối với mạng CaO.SiO2 vơ định hình, áp suất môi trường phần lớn OT2 OSi2 (O2- liên kết với hai ion Si4+: Si–O–Si); phần lớn OT3 Si–O–Ca2 (O2- liên kết với ion Si4+ hai ion Ca2+) Si2–O–Ca (O2- liên kết với hai ion Si4+ ion Ca2+); phần lớn OT4 Si–O–Ca3 Si2–O–Ca2, tỷ lệ Si-O-Ca3 Si2–O–Ca2 26,67% 5,27% Điều cho thấy cation Ca2+ có xu hướng liên kết với ơxy không cầu (NBO) Ở áp suất cao, phần lớn OT4 Si–O–Ca3, Si2–O–Ca2 Si–O–Ca3; hầu hết OT5 Si–O–Ca4, Si2–O–Ca3 Si3–O–Ca2; phần lớn OT6 Si–O–Ca5, Si2–O–Ca4 Si3–O–Ca3 Nó có nghĩa cation Ca2+ ln có xu hướng liên kết với ion có điện tích âm cao (NBO) Tuy nhiên, áp suất cao, số lượng NBO giảm mạnh (xem hình 4.13), cation Ca2+ có xu hướng liên kết với NBO BO Đối với hệ MgO.SiO2 vơ định hình lỏng, áp suất khí quyển, cấu trúc OTy chủ yếu cấu trúc Si2-O-Mg, Si-O-Mg2 Si-O-Mg3 (xem bảng 4.14) điều chứng tỏ Mg2+ có xu hướng liên kết giống Ca2+ Hình 4.13 hiển thị phân bố số lượng BO, NBO, FO, OSi OSi, Ca hàm áp suất Có thể thấy quanh áp suất khí nồng độ BO NBO 39% 58% Trong nồng độ BO NBO MgO.SiO2 tương ứng 86 46,7% 47,8% (xem bảng 4.3), thủy tinh silic nguyên chất, hầu hết ion O2- BO Điều có nghĩa việc bổ sung CaO/MgO vào thủy tinh silica làm cho mạng Si-O bị phá vỡ, kết tạo số lượng đáng kể NBO Trong thủy tinh ôxit đa thành phần, ion kim loại Mg, Ca, Ba, Na, K, Cs, Sr, Co kết hợp vào mạng Si-O thông qua NBO Bằng chế này, kim loại nặng nguyên tố phân hạch (chất thải nguy hại chất thải phóng xạ) cố định dạng thủy tinh Đây phương pháp hiệu để xử lý chất thải kim loại chất thải hạt nhân Tuy nhiên, với số lượng lớn NBO, cấu trúc mạng SiO bị hỏng Bằng cách nén, số lượng NBO giảm điều làm cho mạng SiO có độ trùng hợp tăng Mặc dù, số lượng NBO giảm, ion Ca2+ tích hợp vào mạng Si-O Điều giải thích sau: nén, ion Si4+ với số phối trí cao xuất (SiO5 SiO6) nhiều đa diện SiO5 SiO6 có điện tích âm SiO5 SiO6 có điện tích âm lớn BO nên dễ thu hút ion Ca2+ (lưu ý đa diện SiO5, SiO6 có điện tích âm cao SiO5-, SiO62− tất ơxy có số phối trí 2) Vì vậy, nguyên tắc cố định chất thải nguy hại có mạng lưới nguyên tố tạo mạng với nhiều điện tích điểm âm Điện tích điểm âm NBO (TOx)- Điều cho thấy thay Si4+ mạng SiO4 T3+ (T nguyên tố tạo mạng với hóa trị 3+, ví dụ ngun tố Al) có đơn vị AlO4 có điện tích âm 100 90 80 Tû lÖ (%) 70 40 BO NBO FO OSi 30 OSi,Ca 60 50 20 10 0 20 40 60 80 100 P(GPa) Hình 4.13 Phân bố ôxy cầu (BO), ôxy không cầu (NBO), ôxy tự (FO), ôxy liên kết với Si (OSi) ôxy liên kết với Si Ca (OSi,Ca) mạng CaO.SiO2 theo áp suất 87 Hình 4.14 hiển thị hình ảnh ba chiều mạng Si-O thủy tinh CaO.SiO2 tách ion Ca2+ có ion Ca2+ Chúng ta thấy mạng Si-O gồm nhiều NBO FO, liên kết vào mạng Si-O, ion Ca2+ có xu hướng nằm vị trí gần NBO FO cụm SiOx Hình 4.14 Minh họa mạng Si-O với nhiều NBO lấy từ mạng thủy tinh CaO.SiO2 (trái) cấu trúc mạng thủy tinh CaO.SiO2 với ion Ca2+ liên kết với mạng Si-O thơng qua NBO (phải) Trong màu đỏ Si, xanh da trời O, xanh Ca 4.4 Kết luận chương Việc bổ sung nguyên tố điều chỉnh mạng Ca/Mg vào thủy tinh silica làm mức độ trật tự cấu trúc trật tự gần trật tự khoảng trung mạng Si-O giảm Chúng làm phá vỡ mạng Si-O nhiều NBO mạng hình thành Các ion Ca2+/Mg2+ có xu hướng liên kết vào mạng Si-O thơng qua NBO Cơ chế ứng dụng việc xử lý chất thải nguy hại cách cố định kim loại nặng đồng vị phóng xạ dạng thủy tinh Tuy nhiên, NBO khiến mạng Si-O bị hỏng Dưới áp suất nén, mạng Si-O polime hóa cao hơn, đồng thời tạo nhiều đa diện SiOx có điện tích âm Các đa diện SiOx có điện tích âm hút ion kim loại ion kim loại liên kết vào mạng Si-O Khi pha thêm nguyên tố kim loại Mg/Ca/Al vào mạng silica, hình thành khuyết tật tạo thành đám SiOx- hạt TOx- với kích thước cấu trúc khác Các cấu trúc chuyển đổi thành cấu trúc có số phối trí cao hệ silicate áp suất cao Bên cạnh đó, mạng Si-O hình thành vùng giàu kim 88 loại Mg/Ca/Al giàu Si với kích thước khác phụ thuộc vào nguyên tố Điều cho thấy khơng đồng cấu trúc tính đa hình vật liệu ơxit ba ngun Các kết chương đóng góp vào công bố đây: Lan, M T., Duong, T T., Iitaka, T., & Van Hong, N (2016) Computer simulation of CaSiO3 glass under compression: Correlation between Si–Si pair radial distribution function and intermediate range order structure Materials Research Express, 4(6), 065201 Lan, M T., Duong, T T., Huy, N V., & Van Hong, N (2016) Network structure of SiO2 and MgSiO3 in amorphous and liquid States Materials Research Express, 4(3), 035202 Van Nguyen, H., Tran, D T., & Pham, H K (2017) Structural and compositional heterogeneities in liquid aluminosilicate: insight from a grain structure model The European Physical Journal B, 90(2), 37 89 KẾT LUẬN Luận án sử dụng phương pháp mô ĐLHPT để xây dựng mơ hình GeO2 lỏng CaO.SiO2 thủy tinh dải áp suất 0÷100 GPa, mơ hình MgO.SiO2 SiO2 vơ định hình lỏng áp suất khí quyển, mơ hình Al2O3.2SiO2 lỏng áp suất 0÷20 GPa Các mơ hình xây dựng có hàm phân bố xun tâm, mật độ phân bố số phối trí phù hợp với kết thực nghiệm kết mơ nhóm nghiên cứu khác giới Bằng phương pháp phân tích cấu trúc như: Hàm phân bố xuyên tâm, Số phối trí, Phân bố khoảng cách phân bố góc liên kết, Phân tích liên kết góc – cạnh –mặt, Phân tích NBO, BO; Phân tích loại liên kết A-O-B, Phân tích đám (đám TOx, OTy, đám liên kết chung cạnh, góc, mặt ) luận án kết đây: Luận án khảo sát chuyển đổi cấu trúc vật liệu ôxit GeO2 CaO.SiO2 dải áp suất ~0÷100 GPa, qua tính đa hình khơng đồng cấu trúc thành phần vật liệu Luận án giải thích nguồn gốc phân tách đỉnh hàm phân bố xuyên tâm cặp Ge-Ge Si-Si thay đổi cấu trúc vật liệu áp suất cao, cụ thể gia tăng số lượng liên kết chung cạnh chung mặt Luận án khảo sát khác cấu trúc mạng silicate chứa nguyên tố có vai trò điều chỉnh mạng nguyên tố trung gian Ca, Mg Al Qua đó, luận án làm rõ vai trò nguyên tố chế cố định kim loại mạng silica Các kết nghiên cứu luận án cơng bố 04 cơng trình tạp chí: Journal of Non-Crystalline Solids (1 bài), Materials Research Express (2 bài), The European Physical Journal B (1 bài) 90 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Duong, T T., Iitaka, T., Hung, P K., & Van Hong, N (2016) The first peak splitting of the Ge-Ge pair RDF in the correlation to network structure of GeO2 under compression Journal of Non-Crystalline Solids, 459, 103-110 Lan, M T., Duong, T T., Iitaka, T., & Van Hong, N (2016) Computer simulation of CaSiO3 glass under compression: Correlation between Si–Si pair radial distribution function and intermediate range order structure Materials Research Express, 4(6), 065201 Lan, M T., Duong, T T., Huy, N V., & Van Hong, N (2016) Network structure of SiO2 and MgSiO3 in amorphous and liquid States Materials Research Express, 4(3), 035202 Van Nguyen, H., Tran, D T., & Pham, H K (2017) Structural and compositional heterogeneities in liquid aluminosilicate: insight from a grain structure model The European Physical Journal B, 90(2), 37 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hailian Li, O.M Yaghi (1998), Transformation of Germanium Dioxide to Microporous Germanate 4-Connected, Nets, J Am Chem Soc 120-10569– 10570 [2] C.A Angell (1995), Formation of glasses from liquids and biopolymers, Science 267 (5206) 1924–1935 [3] P.S Salmon, A.C Barnes, R.A Martin, G.J Cuello (2007), Structure of glassy GeO2, J Phys Condens Matter 19- 415110 [4] M Micoulaut, L Cormier, G.S Henderson (2006), The structure of amorphous, crystalline and liquid GeO2, J Phys Condens Matter 18, R753–R784 [5] K.V Shanavas, N Garg, S.M Sharma (2006), Classical molecular dynamics simulations of behavior of GeO2 under high pressures and at high temperatures, Phys Rev B 73-094120 [6] C.H Polsky, K.H Smith, G.H Wolf (1999), Effect of pressure on the absolute Raman scattering cross sections of SiO2 and GeO2 glasses, J Non-Cryst Solids 248- 259 [7] P.F McMillan, M.C Wilding (2009), High pressure effects on liquid viscosity and glass transition behaviour, polyamorphic phase transitions and structural properties of glasses and liquids J Non-Cryst Solids 355 722–732 [8] M Wilding, M Guthrie, C.L Bull, M.G Tucker, P.F McMillan (2008), Feasibility of in situ neutron diffraction, studies of non-crystalline silicates up to pressures of 25 GPa J Phys Condens Matter 20, 244122 [9] D Marrocchelli, M Salanne, P.A Madden (2010), High-pressure behaviour of GeO2: a simulation study J Phys Condens Matter 22 152102 (8pp) [10] X Hong, L Ehm, T.S Duffy (2014), Polyhedral units and network connectivity in GeO2 glass at high pressure: an X-ray total scattering investigation Appl Phys Lett 105- 081904 [11] J.P Itie, A Polian, G Calas, J Petiau, A Fontaine, H Tolentino (1989), Pressure-induced coordination changes in crystalline and vitreous GeO2 Phys Rev Lett 63 398 92 [12] M Guthrie, C.A Tulk, C.J Benmore, J Xu, J.L Yarger, D.D Klug, J.S Tse, H.K Mao, R.J Hemley (2004) Formation and structure of a dense octahedral glass, Phys Rev Lett 93 (11) 115502 [13] M Baldini, G Aquilanti, H.K Mao, W Yang, G Shen, S Pascarelli, W.L Mao (2010), Highpressure EXAFS study of vitreous GeO2 up to 44 GPa Phys Rev B 81 (2) 024201 [14] P.S Salmon, A Zeidler (2015), Networks under pressure: the development of in situ highpressure neutron diffraction for glassy and liquid materials J Phys Condens Matter 27 133201 (32pp) [15] Q Mei, S Sinogeikin, G Shen, S Amin, C.J Benmore, K Ding (2010), High- pressure X-ray diffraction measurements on vitreous GeO2 under hydrostatic conditions Phys Rev B 81 (17) 174113 [16] P.S Salmon, J.W.E Drewitt, D.A.J Whittaker, A Zeidler, K Wezka, C.L Bull, M.G Tucker, M.C Wilding, M Guthrie, D Marrocchelli (2012), Densitydriven structural transformations in network forming glasses: a high-pressure neutron diffraction study of GeO2 glass up to 17.5 GPa J Phys Condens Matter 24 (41) 415102 [17] J.W.E Drewitt, P.S Salmon, A.C Barnes, S Klotz, H.E Fischer, W.A Crichton (2010), Structure of GeO2 glass at pressures up to 8.6 GPa Phys Rev B 81 014202 [18] N.V Hong, M.T Lan, N.T Nhan, P.K Hung (2013), Polyamorphism and origin of spatially heterogeneous dynamics in network-forming liquids under compression: insight from visualization of molecular dynamics data Appl Phys Lett 102, 191908 [19] Y Kono, C Kenney-Benson, D Ikuta, Y Shibazaki, Y Wang, G Shen (2016), Ultrahigh-pressure polyamorphism in GeO2 glass with coordination number N6 PNAS 113 (13) 3436–3441 [20] Shimoda, K., & Okuno, M (2006), Molecular dynamics study of CaSiO3– MgSiO3 glasses under high pressure Journal of Physics: Condensed Matter, 18(28), 6531 [21] Serghiou, G C., & Hammack, W S (1993), Pressure‐induced amorphization of wollastonite (CaSiO3) at room temperature The Journal of chemical physics, 98(12), 9830-9834 93 [22] Shim, S H., & Catalli, K (2009), Compositional dependence of structural transition pressures in amorphous phases with mantle-related compositions Earth and Planetary Science Letters, 283(1-4), 174-180 [23] Mead, R N., & Mountjoy, G (2006), A molecular dynamics study of densification mechanisms in calcium silicate glasses CaSi2O5 and CaSiO3 at pressures of and 10 GPa The Journal of chemical physics, 125(15), 154501 [24] Lin, C C., & Shen, P (2016), Pressure-induced metastable phase transformations of calcium metasilicate (CaSiO3): A Raman spectroscopic study Materials Chemistry and Physics, 182, 508-519 [25] Petitgirard, S (2017), Density and structural changes of silicate glasses under high pressure High Pressure Research, 37(2), 200-213 [26] Kapoor, S., Wondraczek, L., & Smedskjaer, M M (2017), Pressure-induced densification of oxide glasses at the glass transition Frontiers in Materials, 4, [27] L L Hench and D E ClarK (1984), High level waste immobilization forms J Nuclear and chemical waste management, Vol 5, pp 149-173 [28] P Stoch, J Suwalski, P Zachariasz, T Wójcik (2007), Structure and properties of 137Cs containing waste glass Condensed Matter Physics (Annual report) [29] F.M Ezz-Eldin (2001), Leaching and mechanical properties of cabal glasses developed as matrices for immobilization high-level wastes Nucl Instr and Meth in Phys Res B 183 285-300 [30] Jollivet, P., Den Auwer, C., Simoni, E., (2002), Evolution of the uranium local environment during alteration of SON68 glass Journal of Nuclear Materials 301, 142-152 [31] Committee on Waste Forms Technology and Performance (2011), Waste Forms Technology and Performance: Final Report, The National Academies Press, Washington, D.C ISBN- 978-0-309-18733-6 [32] M.I Ojovan, O.G Batyukhnova, Glasses for Nuclear Waste Immobilization, WM’07 Conference, February 25-March 1, 2007, Tucson, AZ [33] Ferlat, G., Cormier, L., Thibault, M H., Galoisy, L., Calas, G., Delaye, J M., & Ghaleb, D (2006), Evidence for symmetric cationic sites in zirconium-bearing oxide glasses Physical Review B, 73(21), 214207 94 [34] Calas, G., Galoisy, L., Cormier, L., Ferlat, G., & Lelong, G (2014), The structural properties of cations in nuclear glasses Procedia Materials Science, 7, 23-31 [35] Rustad J R, Yuen D A and Spera F J (1990), Molecular dynamics of liquid SiO2 under high pressure Phys Rev A 42 2081 [36] Badro J, Gillet P and Barrat J L (1997), A strong to fragile transition in a model of liquid silica Mol Simul 20 17–25 [37] Meade C, Hemley R J and Mao H K (1992), High pressure x-ray diffraction of SiO2 glass Phys Rev Lett 69 [38] Hung P K and Hong N V (2009), Simulation study of polymorphism and diffusion anomaly for SiO2 and GeO2 liquid Eur Phys J B 71 105–110 [39] Sato T and Funamori N (2008), Sixfold-coordinated amorphous polymorph of SiO2 under high pressure Phys Rev Lett 101 255502 [40] Sato T and Funamori N (2010), High-pressure structural transformation of SiO2 glass up to 100 GPa Phys Rev B 82 184102 [41] Hong N V, Ha N T T, Hung H V, Lan M T and Hung P K (2013), Dynamics and diffusion mechanism in network forming liquid under high pressure: a new approach Mater Chem Phys 138 154e161 [42] Koziatek P, Barrat J L and Rodney D (2015), Short- and medium-range orders in as-quenched and deformed SiO2 glasses: an atomistic study J Non-Cryst Solids 414 7–15 [43] San L T, Hong N V and Hung P K (2016), Polyamorphism of liquid silica under compression based on fve order-parameters and two-state model: a completed and unifed description High Press Res 36 187–97 [44] N.V Hong, N.V Yen, M.T Lan, P.K Hung (2014), Coordination and polyamorphism of aluminium silicate under high pressure: insight from analysis and visualization of molecular dynamics data Canadian Journal of Physics, 92(12): 1573-1580 [45] Lehlohonolo Mongalo a, Anton S Lopis b, Gerhard A Venter (2016), Molecular dynamics simulations of the structural properties and electrical conductivities of CaO–MgO–Al2O3–SiO2 melts Journal of Non-Crystalline Solids 452 194–202 95 [46] Massiot, D., Fayon, F., Montouillout, V., Pellerin, N., Hiet, J., Roiland, C., Florian, P., Coutures, J P., Cormier, L., Neuville, D R (2008), Structure and dynamics of oxide melts and glasses: A view from multinuclear and high temperature NMR Journal of Non-Crystalline Solids 354, 249-254 [47] Dean Nevins, Frank J Spera, and Mark S Ghiorso (2009), Shear viscosity and diffusion in liquid MgSiO3: Transport properties and implications for terrestrial planet magma oceans American Mineralogist, Volume 94, pages 975–980 [48] Farnan, I., Stebbins, J.F (1994), The nature of the glass-transition in a silica- rich oxide melt Science 265, 1206-1209 [49] Wildinga M C, Benmoreb C J, Tangemanc J A and Sampath S (2004), Evidence of different structures in magnesium silicate liquids: coordination changes in forsterite- to enstatite-composition glasses Chem Geol 213 281–91 [50] Guignard M and Cormier L (2008), Environments of Mg and Al in MgO– Al2O3–SiO2 glasses: a study coupling neutron and x-ray diffraction and reverse Monte Carlo modeling Chem Geol 256 111–8 [51] Wilding M C, Benmore C J and Weber J K R (2008), In situ diffraction studies of magnesium silicate liquid.s J Mater Sci 43 4707–13 [52] Lina C-C, Chenb S-F, Liua L-G and Lia C-C (2007), Anionic structure and elasticity of Na2O–MgO–SiO2 glasses J Non-Cryst Solids 353 413–25 [53] Cormier L and Cuello G J (2011), Mg coordination in a MgSiO3 glass using neutron diffraction coupled with isotopic substitution Phys Rev B 83 224204 [54] San L T, Hong N V, Iitaka T and Hung P K (2016), Structural organization, micro-phase separation and polyamorphism of liquid MgSiO3 under compression Eur Phys J B 89 73 [55] Suna Y, Li A, Xub F and Qiu D (2013), A low-temperature sol–gel route for the synthesis of bioactive calcium silicates Chin Chem Lett.24 170–2 [56] Chehlatt S, Harabi A, Oudadesse H and Harabi E (2015), In vitro bioactivity study of pure wollastonite prepared from lo cal raw materials Acta Phys Pol A 127 925–7 [57] Shaw S, Clark S M and Henderson C M B (2000), Hydrothermal formation of the calcium silicate hydrates tobermorite (Ca5Si6O16(OH)2· 4H2O) and xonotlite (Ca6Si6O17(OH)2): an in situ synchrotron study Chem Geol 167 129–40 96 [58] Gaboreau S, Grangeon S, Pre D, Montouillout V, Maubec N, Ory S, Blanc P, Vieillard P and Henocq P (2016), Distribution of water in synthetic calcium silicate hydrates Langmuir 32 6794–805 [59] Othenbach B and Nonat A (2015), Calcium silicate hydrates: solid and liquid phase composition Cem Concr Res 78 57–70 [60] Hou D, Zhao T, Ma H and Li Z (2015), Reactive molecular simulation on water confned in the nanopores of the calcium silicate hydrate gel: structure, reactivity, and mechanical properties J Phys Chem C 119 1346–58 [61] Fan G, Diao J, Jiang L, Zhang Z and Xie B (2015), Molecular dynamics analysis of the microstructure of the CaO–P2O5–SiO2 slag system with varying P2O5/SiO2 ratios Mater Trans 56 655–60 [62] Zheng K, Zhang Z T, Yang F H and Sridhar S (2012), Molecular dynamics study of the structural properties of calcium aluminosilicate slags with varying Al2O3/SiO2 ratios ISIJ Int 52 342349 [63] Zheng K, Yang F, Wang X and Zhang Z (2014), Investigation of self diffusion and structure in calcium aluminosilicate slags by molecular dynamics simulation Mater Sci Appl 73–80 [64] Stebbins J F, Oglesby J V and Kroeker S (2001), Oxygen triclusters in crystalline CaAl4O7 (grossite) and in calcium aluminosilicate glasses O-17 NMR Am Mineral 86 13071311 [65] Mongalo L, Lopis A S and Venter G A (2016), Molecular dynamics simulations of the structural properties and electrical conductivities of CaO–MgO–Al2O3– SiO2 melts J Non-Cryst Solids 452 194–202 [66] Gin S (2013), An international initiative on long-term behavior of high-level nuclear waste glass Mater Today 16 243–8 [67] Loiseau P and Caurant D (2010), Glass–ceramic nuclear waste forms obtained by crystallization of SiO2–Al2O3–CaO–ZrO2–TiO2 glasses containing lanthanides (Ce, Nd, Eu, Gd, Yb) and actinides (Th): study of the crystallization from the surface J Nucl Mater 402 38–54 [68] XUE, Xianyu; Kanzaki, Masami (1999), NMR characteristics of possible oxygen sites in aluminosilicate glasses and melts: an ab initio study The Journal of Physical Chemistry B, 103.49: 10816-10830 97 [69] Weigel, C., et al, (2008), Intermediate-range order in the silicate network glasses NaFex Al1− x Si2O6 (x= 0, 0.5, 0.8, 1): A neutron diffraction and empirical potential structure refinement modeling investigation Physical Review B, 78.6: 064202 [70] Salmon, Philip S.; Zeidler, Anita (2015), Networks under pressure: the development of in situ high-pressure neutron diffraction for glassy and liquid materials Journal of Physics: Condensed Matter, 27.13: 133201 [71] Landron, C., et al (2001), Liquid alumina: detailed atomic coordination determined from neutron diffraction data using empirical potential structure refinement Physical review letters, 86.21: 4839 [72] Hung, P K.; Hong, N V (2009), Simulation study of polymorphism and diffusion anomaly for SiO2 and GeO2 liquid The European Physical Journal B, 71: 105 [73] Tossell, J A.; Cohen, R E (2001), Calculation of the electric field gradients attricluster'-like O atoms in the polymorphs of Al2SiO5 and in aluminosilicate molecules: models for tricluster O atoms in glasses Journal of Non-Crystalline Solids, 286.3: 187-199 [74] Winkler, Anke, et al (2004), Structure and diffusion in amorphous aluminum silicate: A molecular dynamics computer simulation The Journal of chemical physics, 120.1: 384-393 [75] Petkov, V., et al (2000), Polyhedral units and network connectivity in calcium aluminosilicate glasses from high-energy X-ray diffraction Physical Review Letters, , 85.16: 3436 [76] Mai, Lan Thi, et al (2017), Visualisation-based analysis of structure and dynamics of liquid aluminosilicate under compression Physics and Chemistry of Liquids, 55.1: 62-84 [77] Neuville, D R., et al (2008), Environments around Al, Si, and Ca in aluminate and aluminosilicate melts by X-ray absorption spectroscopy at high temperature American Mineralogist, 93.1: 228-234 [78] Henderson, Grant S.; Calas, Georges; Stebbins, Jonathan F (2006), The structure of silicate glasses and melts Elements, 2.5: 269-273 98 [79] Stebbins, Jonathan F (1988), Effects of temperature and composition on silicate glass structure and dynamics: Si-29 NMR results Journal of Non-Crystalline Solids, 106.1-3: 359-369 [80] Stebbins, Jonathan F (1995), Dynamics and structure of silicate and oxide melts: nuclear magnetic resonance studies Structure, dynamics and properties of silicate melts 32: 191-246 [81] Van Beest, B W H.; Kramer, Gert Jan; Van Santen, R A, (1990), Force fields for silicas and aluminophosphates based on ab initio calculations Physical Review Letters, , 64.16: 1955 [82] Offner, R D., Elliott, S R, (1998), Interatomic potential for germanium dioxide empirically fitted to an ab initio energy surface Physical Review B, 58.22: 14791 [83] Shi-Ping, Huang, et al, (2000), A molecular dynamics simulation of CaSiO3 melt under an electric field Chinese Physics Letters, 17.4: 279 [84] Spera, Frank J.; Ghiorso, Mark S.; Nevins, Dean, (2011), Structure, thermodynamic and transport properties of liquid MgSiO3: Comparison of molecular models and laboratory results Geochimica et Cosmochimica Acta, 75.5: 1272-1296 [85] Van Hoang, Vo (2007), Dynamical heterogeneity and diffusion in high-density Al2O3·2SiO2 melts Physica B: Condensed Matter, 400.1-2: 278-286 [86] K Wezka, P.S Salmon, A Zeidler, D.A Whittaker, J.W Drewitt, S Klotz, H.E Fischer, D Marrocchelli (2012), Mechanisms of network collapse in GeO2 glass: high-pressure neutron diffraction with isotope substitution as arbitrator of competing models J Phys Condens Matter 24 (50) 502101 [87] J Peralta, G Gutierrez (2014), Pressure-induced structural transition in amorphous GeO2: a molecular dynamics simulation., Eur Phys J B 87 (257) [88] Y Kono, C Kenney-Benson, D Ikuta, Y Shibazaki, Y Wang, G Shen (2016), Ultrahigh-pressure polyamorphism in GeO2 glass with coordination number, N6 PNAS 113 (13) 3436–3441 [89] C.E Stone, A.C Hannon, T Ishihara, N Kitamura, Y Shirakawa, R.N Sinclair, N.Umesaki, A.C Wright, (2001), The structure of pressure-compacted vitreous germania J Non-Cryst Solids 293–295 769 99 [90] G Lelong, L Cormier, G Ferlat, V Giordano, G.S Henderson, A Shukla, G Calas (2012), Evidence of fivefold-coordinated Ge atoms in amorphous GeO2 under pressure using inelastic X-ray scattering Phys Rev B 85 134202 [91] Godfrin P D, Castañeda-Priego R, Liu Y and Wagner N J (2013), Intermediate range order and structure in colloidal dispersions with competing interactions J Chem Phys 139 154904 [92] Benmore C J, Weber J K R, Wilding M C, Du J and Parise J B, (2010), Temperature-dependent structural heterogeneity in calcium silicate liquids Phys Rev B 82 224202 [93] Bajgain S K, Ghosh D B and Karki B B, (2015), First principles simulation.s of CaO and CaSiO3 liquids: structure, thermodynamics and diffusion Phys Chem Miner 42 393–404 [94] Godfrin P D, Castañeda-Priego R, Liu Y and Wagner N J (2013), Intermediate range order and structure in colloidal dispersions with competing interactions J Chem Phys 139 154904 [95] Valadez-Perez N E, Castaneda-Priego R and Liu Y (2013), Percolation in colloidal systems with competing interactions: the role of longrange repulsion RSC Adv 25110 [96] Kubicki, J D., Hemley, R J., & Hofmeister, A M (1992), Raman and infrared study of pressure-induced structural changes in MgSiO3, CaMgSi2O6, and CaSiO3 glasses American Mineralogist, 77(3-4), 258-269 100 ... 9GPa 12 Gpa 15 Gpa 20 Gpa Na Nc Na Nc Na Nc Na Nc 23 62 85 137 8÷9 20 8? ?20 49 8÷9 34 13? ?17 21 ? ?29 12? ?17 22 21 28 31 ? ?35 21 ? ?37 10 4 039 37 49÷85 49 43 26 22 107÷ 127 96 9÷19 29 19 21 4 35 20 ? ?28 11 10? ?21 ... 10? ?21 12 14 10÷18 13 33? ?87 11 31 14 10÷ 32 21 145 73 336 6 59 148 11÷18 27 48 27 88 156 20 ? ?28 11 11÷19 23 12 186 31 ÷48 20 ÷86 27 11? ?37 13 21 2 131 3 021 34 9 20 1 59 11? ?28 25 45 GPa 12 GPa 15 GPa 20 GPa... cấu trúc ôxit hai nguyên ba nguyên (GeO2, CaO.SiO2, SiO2, MgO.SiO2, Al2O3.2SiO2) xảy chuyển đổi cấu trúc sang pha cấu trúc khác so với pha cấu trúc ban đầu hệ Các pha cấu trúc gọi pha trung gian