Mô phỏng cấu trúc và quá trình chuyển pha của các vật liệu fe, feb và sio2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Giáp Thị Thùy Trang MÔ PHỎNG CẤU TRÚC VÀ QUÁ TRÌNH CHUYỂN PHA CỦA CÁC VẬT LIỆU Fe, FeB SiO2 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ KỸ THUẬT Hà Nội - 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Giáp Thị Thùy Trang MƠ PHỎNG CẤU TRÚC VÀ Q TRÌNH CHUYỂN PHA CỦA CÁC VẬT LIỆU Fe, FeB SiO2 Ngành: Vật lý kỹ thuật Mã số: 9520401 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TSKH PHẠM KHẮC HÙNG PGS.TS PHẠM HỮU KIÊN Hà Nội - 2020 LỜI CAM ĐOA LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan luận án cơng trình nghiên cứu Tất số liệu kết nghiên cứu luận án trung thực chưa tác giả khác công bố Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Tập thể hướng dẫn Nghiên cứu sinh PGS TSKH Phạm Khắc Hùng Giáp Thị Thùy Trang PGS TS Phạm Hữu Kiên i LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến PGS.TSKH Phạm Khắc Hùng PGS.TS Phạm Hữu Kiên, người Thầy tận tình giảng dạy, hướng dẫn tơi hồn thành luận án Tơi xin trân trọng cảm ơn lãnh đạo thầy cô Bộ môn Vật lý Tin học, Viện Vật lý Kỹ thuật, Phòng Đào tạo - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện, giúp đỡ cho suốt trình học tập, làm việc thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm Khoa Vật lý, Ban giám hiệu Trường Đại học Sư Phạm – Đại học Thái Nguyên bạn đồng nghiệp tạo điều kiện thuận lợi cho thời gian học nghiên cứu sinh Lời cảm ơn sau xin dành cho gia đình, người thân bạn tôi, người động viên, giúp đỡ tơi vượt qua khó khăn suốt trình học tập Nghiên cứu sinh Giáp Thị Thùy Trang ii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT………………………………… DANH MỤC CÁC BẢNG………………………………………………………… DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ…………………………………………… MỞ ĐẦU………………………………………………………… CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Chuyển pha …………………… 14 1.1.1 Lý thuyết chuyển pha………………………………………… 14 1.1.2 Lý thuyết tinh thể hóa………………………………………… 15 1.1.3 Chuyển pha ảnh hưởng áp suất 21 1.2 Các hạt nano kim loại hợp kim 23 Hạt nano kim loại hạt nano Fe…………………………… 23 1.2.2 Hạt nano hợp kim hạt nano FeB…… …… 27 1.3 Cấu trúc, động học chuyển pha vật liệu SiO2…… ………… 29 1.3.1 Cấu trúc động học ………………………………………… 29 1.3.2 Quá trình chuyển pha ………………………………………… 34 1.2.1 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN 2.1 Phương pháp mơ động lực học phân tử………………………… 39 2.2 Xây dựng mơ hình…………………………………………………… 40 2.2.1 Hạt nano Fe, FeB…………………………………………… 40 2.2.2 Vật liệu SiO2………………………………………………… 43 2.3 Các phương pháp phân tích cấu trúc động học……………………… 45 2.3.1 Phân tích hàm phân bố xuyên tâm, số phối trí, góc liên kết, độ 45 dài liên kết đơn vị cấu trúc…………………………… 2.3.2 Phương pháp trực quan hóa………………………………… 48 2.3.3 Phân tích lân cận chung tần xuất cấu trúc động học……… 50 2.3.4 Phân tích hạt lõi-vỏ…………………………………………… 53 2.3.5 Phân tích domain Voronoi………………………………… 55 iii 2.3.6 Phân tích động học……………………………………… 57 CHƯƠNG CẤU TRÚC VÀ QUÁ TRÌNH TINH THỂ HÓA CỦA CÁC HẠT NANO Fe, FeB 3.1 Hạt nano Fe……………………………………………………… 61 3.1.1 Cấu trúc ……………………………………………………… 61 3.1.2 Quá trình tinh thể hóa ………………………………… 66 3.2 Hạt nano FeB…… ………………………………………………… 77 3.2.1 Cấu trúc ……………………………………………………… 77 3.2.2 Q trình tinh thể hóa ……………………………………… 79 Kết luận chương 88 CHƯƠNG CẤU TRÚC, ĐỘNG HỌC VÀ QUÁ TRÌNH CHUYỂN PHA CỦA SiO2 4.1 Cấu trúc động học SiO2 lỏng……………………….………… 90 4.1.1 Hạt lõi/vỏ vùng vi mô tinh khiết 90 4.1.2 Nguyên tử bền vững mạng Si-O bền vững 92 4.1.3 Nguyên tử linh động không linh động 97 4.1.4 Đám hạt lõi/vỏ bền vững vùng bền vững 100 4.2 Quá trình chuyển pha SiO2 lỏng ảnh hưởng áp suất 104 4.2.1 Đặc trưng đơn vị cấu trúc 104 4.2.2 Đặc trưng hạt lõi/vỏ đám hạt lõi/vỏ 108 4.2.3 Đặc trưng domain 113 4.2.4 Thể tích voronoi loại nguyên tử domain 118 4.3 Q trình chuyển pha SiO2 vơ định hình ảnh hưởng áp 122 suất 4.3.1 Đặc trưng đơn vị cấu trúc domain 122 4.3.2 Thể tích voronoi loại nguyên tử 130 Kết luận chương 131 KẾT LUẬN 133 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN…… 135 TÀI LIỆU THAM KHẢO 136 iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ĐLHPT Động lực học phân tử VĐH Vơ định hình HPBXT Hàm phân bố xun tâm ĐVCT Đơn vị cấu trúc NTBV Nguyên tử bền vững NTNN Nguyên tử ngẫu nhiên MSDA Độ dịch chuyển bình phương trung bình NAVBU Số lượng nguyên tử nguyên tử phối trí CNA Phân tích lân cận chung SPFA Hình cầu qua bốn nguyên tử CP Đám hạt lõi/vỏ COS Đám hạt lõi/vỏ O CSP Đám hạt lõi/vỏ bền vững CSOP Đám hạt lõi/vỏ O bền vững SLD Vùng bền vững MS Tập hợp nguyên tử linh động IMS Tập hợp nguyên tử không linh động SRA Tập hợp nguyên tử ngẫu nhiên BO Oxy nối cầu NBO Oxy không nối cầu DACP Mật độ nguyên tử lõi hạt lõi/vỏ DASP Mật độ nguyên tử vỏ hạt lõi/vỏ SSLA Mạng nguyên tử bền vững NCr Số lượng nguyên tử tinh thể DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU TRONG LUẬN ÁN Trang Bảng 1.1 Một số đặc trưng cấu trúc SiO2 vơ định hình thu 31 từ thực nghiệm Bảng 1.2 Đặc trưng cấu trúc mơ hình SiO2 áp suất 37 Bảng 2.1 Các hệ số tương tác cặp Pak-Doyama hạt 41 nano Fe Bảng 2.2 Hệ số tương tác cặp nguyên tử Pak-Doyama đối 41 với hạt nano FeB Bảng 2.3 Các thông số tương tác cặp BKS với hệ SiO2 43 Bảng 2.4 Các thông số đặc trưng mơ hình SiO2 lỏng tạo áp 44 suất Bảng 2.5 Các thông số đặc trưng mơ hình SiO2 VĐH tạo áp 44 suất Bảng 2.6 Phương pháp CNA nhận diện cấu trúc số tinh thể 50 Bảng 3.1 Đặc trưng nhóm nguyên tử A1 A2 61 Bảng 3.2 Phân bố nguyên tử lớp cầu nhiệt độ 300, 62 450 600 K Bảng 3.3 Đặc trưng loại nguyên tử khác hạt nano 65 tinh thể Bảng 3.4 Phân bố nguyên tử lớp cầu hạt nano 65 tinh thể hóa: a) Tất nguyên tử; b) Các nguyên tử đám lớn Bảng 3.5 Đặc điểm nhóm nguyên tử mẫu hạt nano tinh 73 thể 750 K thời điểm khác trình ủ nhiệt Bảng 3.6 Phân bố nguyên tử nhóm B3 lớp cầu: a) Tất nguyên tử B3; b) Các nguyên tử B3 đám 73 Bảng 3.7 Các đặc điểm bốn mẫu hạt nano FexB100-x vơ định hình 77 tinh thể Bảng 3.8 Thời gian sống trung bình mầm số lượng 81 nguyên tử tinh thể lõi (nCV) nhận khoảng thời gian quan sát Bảng 4.1 Phân bố kích thước đám hạt lõi/vỏ Si O 91 Bảng 4.2 Tỉ phần ĐVCT nguyên tử O cầu, với mBO số 93 lượng nguyên tử O cầu Bảng 4.3 Các thông số đặc trưng NTBV NTNN 93 Bảng 4.4 Đặc trưng mạng hình thành nguyên tử 93 bền vững nguyên tử ngẫu nhiên Bảng 4.5 Phân bố kích thước mạng SiO hình thành 99 nguyên tử linh động (MS), không linh động (IMS) ngẫu nhiên (SRA) áp suất Bảng 4.6 Đặc trưng hạt bền vững, đám hạt O bền vững 103 (CSOP) vùng bền vững (SLD) Bảng 4.7 Thông số đám nguyên tử Si 111 Bảng 4.8 Thông số đám nguyên tử O 111 Bảng 4.9 Phân bố kích thước domain nén 115 Bảng 4.10 Tỉ lệ loại nguyên tử Os, với nOs số lượng 116 loại nguyên tử Os Bảng 4.11 Số lượng domain có kích thước lớn 200 nguyên tử 117 áp suất Bảng 4.12 Các thông số đặc trưng Domain áp suất 10 30 117 GPa Bảng 4.13 Phân bố kích thước đám hạt lõi/vỏ O 122 Bảng 4.14 Phân bố kích thước domain theo áp suất 126 Bảng 4.15 Tỉ phần loại nguyên tử Os, với nOs số lượng nguyên 128 tử Os, , tỉ phần Os = nOs/nO DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG LUẬN ÁN Trang Hình 1.1 Sự biến đổi lượng nguyên tử trình 19 chuyển pha Hình 1.2 Cơ chế phát triển tinh thể theo lớp 20 Hình 1.3 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ tốc độ chuyển pha (A) 21 thời gian chuyển pha (B) Hình 2.1 Thế Pak-Doyama cặp nguyên tử Fe-Fe, Fe-B B- 42 B phụ thuộc vào khoảng cách nguyên tử Hình 2.2 Minh họa xác định HPBXT hạt nano (A); 46 Lõi bề mặt hạt nano (B) Hình 2.3 Minh họa đơn vị cấu trúc mạng Si-O 48 Hình 2.4 Hình ảnh trực quan cầu lỗ hổng mẫu SiO2 49 VĐH [100] Hình 2.5 Minh họa cách xác định nguyên tử tinh thể hạt nano 51 Hình 2.6 Minh họa cách xác định tinh thể fcc phương pháp CNA 51 Hình 2.7 Mơ hình hạt nano Fe FeB 52 Hình 2.8 (A) Minh họa hạt lõi/vỏ (B) Minh họa hai hạt lõi/vỏ 54 chồng lên loại bỏ hạt lõi/vỏ Hình 2.9 (A) Đám nguyên tử Si; (B) Đám nguyên tử O 55 Hình 2.10 Minh họa loại nguyên tử Oxx, Oxy domain Dx 56 Hình 2.11 Minh họa thể tích BD domain Dx 56 Hình 2.12 Sự thay đổi SiOx thời điểm t1 < t2 < t3 < t4 57 Hình 2.13 MSDA phụ thuộc vào NAVBU 58 Hình 3.1 Minh họa phân bố nguyên tử hạt nano Fe vô định 63 hình Hình 3.2 Hàm phân bố xuyên tâm phân bố góc hạt nano tinh thể hóa 800K mạng bcc lý tưởng 64 D4 D5 D6; điểm 10 30 GPa (với SiO2 lỏng), 15 GPa (với SiO2 VĐH), cấu trúc hệ gồm domain D4&D5 D5&D6 Cơ chế đậm đặc hóa SiO2 lỏng vơ định hình thực cách: tăng mật độ nguyên tử vỏ lõi hạt lõi/vỏ; hạt O lớn vỡ thành nhiều hạt O nhỏ Đồng thời giảm thể tích Voronoi nguyên tử, domain xảy biến đổi Si4 → Si5, Si5 → Si6 O2 → O3 Kết chương công bố 05 cơng trình: 01 cơng trình Materials Research Express 6, pp 085201 (2019); 01 cơng trình The European Physical Journal B, pp 92: 166 (2019); 01 cơng trình Journal of Non-Crystalline Solids 530, pp 119780 (2020); 01 công trình TNU Journal of Science and Technology 204(11), pp 181 – 186 (2019); 01 cơng trình IOP Conf Series: Journal of Physics: Conf Series (2020) 132 KẾT LUẬN Luận án sử dụng phương pháp mô ĐLHPT để xây dựng mơ hình hạt nano Fe FeB có 5000, 10000 ngun tử nhiệt độ 300÷900 K, mơ hình lớn chất lỏng SiO2 bao gồm 20000 nguyên tử nhiệt độ 3000, 3500 K áp suất 0÷45 GPa mơ hình SiO2 VĐH gồm 5000 nguyên tử nhiệt độ 500 K, áp suất 0÷100 GPa Các mơ hình xây dựng có hàm phân bố xuyên tâm, mật độ phân bố số phối trí phù hợp với kết thực nghiệm kết mơ nhóm nghiên cứu khác Bằng phương pháp phân tích cấu trúc phổ biến (hàm phân bố xuyên tâm, phân bố phối trí, phân bố góc liên kết, khảo sát đơn vị cấu trúc) phương pháp (tần số cấu trúc động học , phân tích hạt lõi/vỏ, phân tích domain), luận án kết sau: Cấu trúc hạt nano Fe VĐH gồm: ngun tử có số phối trí thấp (A1) lớp vỏ nguyên tử số phối trí cao (A2) lõi Cấu trúc hạt nano Fe tinh thể gồm: lớp lõi nguyên tử tinh thể bcc (C3), lớp nguyên tử tinh thể bcc biến dạng (C2) lớp vỏ nguyên tử VĐH (C3) Quá trình tinh thể hóa hạt nano Fe trải qua trạng thái trung gian khác nhau, lớn lên đám nguyên tử tinh thể hạt nano Fe xảy song song với biến đổi cấu trúc thành tinh thể bcc hồn hảo Kích thước đám ngun tử tinh thể tới hạn 120 nguyên tử Trong q trình tinh thể hóa hạt nano FexB100-x, lớn lên đám nguyên tử tinh thể bắt nguồn từ xếp lại nguyên tử vùng biên pha vơ định hình pha tinh thể Mầm tinh thể Fe hình thành bền vững phát triển nơi có nồng độ B thấp Ngun tử B có vai trị cản trở q trình tinh thể hóa hạt nano FexB100-x Kết bề mặt hạt nano Fe95B5 tinh thể hóa không đồng cấu trúc so với mẫu Fe90B10: hạt nano Fe95B5 tinh thể hóa gồm tinh thể Fe bcc lõi, bề mặt tinh thể Fe bcc FeB vơ định hình; cịn hạt nano Fe90B10 tinh thể hóa gồm tinh thể Fe bcc lõi FeB vơ định hình vỏ SiO2 lỏng khơng đồng hóa học cấu trúc Dựa khái niệm hạt lõi/vỏ, SiO2 lỏng tồn vùng vi mơ tinh khiết, chứa nguyên tử O Si Dựa khái niệm domain, cấu trúc SiO2 lỏng (hoặc VĐH) gồm 133 domain Dx (x = 4, 6) chiếm vùng không gian tách biệt, ranh giới domain domain biên, domain Dx domain biên tương ứng vùng mật độ cao mật độ thấp Động học SiO2 lỏng không đồng Cụ thể, SiO2 lỏng tồn đám hạt lõi/vỏ (đám nguyên tử) bền vững không bền vững Kết cho thấy, mức độ không đồng giảm theo áp suất thời gian quan sát Khi áp suất tăng, silica lỏng vơ định hình xảy chuyển đổi cấu trúc từ domain D4 sang domain D6 thông qua domain D5, kèm theo hai trình song song chia tách hợp domain Trong khoảng áp suất (  10,10  30, 30  45 GPa , với SiO2 lỏng) (  5,  15,15  100 GPa , với SiO2 VĐH), SiO2 có cấu trúc gồm domain D4 D5 D6; điểm 10 30 GPa (với SiO2 lỏng), 15 GPa (với SiO2 VĐH), cấu trúc hệ gồm domain D4&D5 D5&D6 Cơ chế đậm đặc hóa SiO2 lỏng vơ định hình diễn sau: tăng mật độ nguyên tử vỏ lõi hạt; hạt O lớn số vỡ thành nhiều hạt O nhỏ Đồng thời thể tích Voronoi nguyên tử, domain giảm Kết chế đậm đặc hóa kéo theo biến đổi Si4 → Si5, Si5 → Si6 O2 → O3 134 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Kien Pham Huu, Trang Giap Thi Thuy, and Hung Pham Khac (2017), “The study of separation of crystal Fe and morphology for FeB nanoparticle: Molecular dynamics simulation”, AIP Advances 7, 045301 P K Hung, N V Hong, G T T Trang and Toshiaki Iitaka (2019), “Topological analysis on structure and dynamics of SiO2 liquid with the help of Si-particle and O-particle statistics” Materials Research Express 6, 085201 Pham K Hung, Le T Vinh, Nguyen V Hong, Giap T.T Trang, and Nguyen T Nhan (2019), “Insight into microstructure and dynamics of network forming liquid from the analysis based on shell-core particles”, The European Physical Journal B 92, 166 Giáp Thị Thùy Trang, Phạm Hữu Kiên, Phạm Khắc Hùng, Dương Thị Hà (2019), “Nghiên cứu biến đổi vi cấu trúc theo áp suất mơ hình kích thước lớn silica lỏng”, TNU Journal of Science and Technology 204(11), pp 181 – 186 Giap Thi Thuy Trang, Pham Khac Hung and Pham Huu Kien (2019), “About microstructure and crystallization pathway in iron nanoparticle under temperature”, CASEAN-6 Proceedings, pp 165-171 P.K Hung, L.T Vinh, N.T Ha, G.T.T Trang, N.V Hong (2020), “Domain structure and oxygen-pockets in the silica melt under pressure”, Journal of Non-Crystalline Solids 530, 119780 G T T Trang, P H Kien, P K Hung and N T T Ha (2020), “Molecular dynamics simulation of microstructure and atom-level mechanism of crystallization pathway in iron nanoparticle”, IOP Publishing, Journal of Physics: Conference Series 1506, 012020 G T T Trang, P H Kien, P K Hung and N V Hong (2020), “Molecular dynamics simulation of amorphous silica under pressures”, IOP Publishing, Journal of Physics: Conference Series 1506, 012021 135 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Reiss, Howard (1965), “Methods of Thermodynamics”, Dover Publications ISBN 0-486-69445-3 [2] Avrami, M (1940), “Kinetics of Phase Change II Transformation-Time Relations for Random Distribution of Nuclei”, Journal of Chemical Physics (2), pp 212–224 [3] M Volmer and A Weber (1926), “Nucleus formation in supersaturated systems, Z Phys”, Chem (Leipzig) 119, pp 277-301 [4] L Farkas (1927), “The velocity of nucleus formation in supersatuarated vapors”, Z Phys Chem (Leipzig) 125, pp 236-242 [5] E Clouet, A Barbu L Laé, and G Martin (2005), “Precipitation Kinetics of Al3Zr and Al3Sc in Aluminum Alloys Modeled with Cluster Dynamics”, Acta Mater 53, pp 2313-2325 [6] T R Waite (1958), “General Theory of Bimolecular Reaction Rates in Solids and Liquids”, J Chem Phys.28, pp 103-106 [7] D T Wu (1992), “The Time Lag in Nucleation Theory”, J Chem Phys 97, pp 2644-2650 [8] V A Shneidman and M C Weinberg (1992), “Transient Nucleation Induction Time from the Birth-Death Equations”, J Chem Phys 97, pp 3629-3638 [9] Nguyễn Văn Hồng (2010), “Mô oxit hai nguyên trạng thái vô định hình lỏng”, Luận án tiến sĩ vật lý, Đại học Bách Khoa Hà Nội [10] Debouttiere, P J., Roux, S., Vocanson, F., Billotey, C., Beuf, O., Favre‐ Reguillon, A., & Tillement, O (2006), “Design of gold nanoparticles for magnetic resonance imaging”, Advanced Functional Materials, 16(18), pp 2330-2339 [11] Xing, Y., Smith, A M., Agrawal, A., Ruan, G., & Nie, S (2006), “Molecular profiling of single cancer cells and clinical tissue specimens with semiconductor quantum dots”, International journal of nanomedicine, 1(4), pp 473-481 136 [12] Zhu, W., Song, W L., & Wang, J J (2013), “Atomic Simulation of Size Effect and Surface Properties of Aluminum Nanoparticles”, In Advanced Materials Research, Trans Tech Publications 680, pp 8-14 [13] Liu, Y., RamaRao, N., Miller, T., Hadjipanayis, G., & Teplyakov, A V (2013), “Controlling physical properties of iron nanoparticles during assembly by “Click Chemistry”, The Journal of Physical Chemistry C 117(39), pp 19974-19983 [14] Wei-xian Zhang (2003), “Nanoscale iron particles for environmental remediation: An overview”, Journal of Nanoparticle Research 5, pp 323– 332 [15] Van Hoang, V., & Ganguli, D (2012), “Amorphous nanoparticles— Experiments and computer simulations”, Physics Reports 518(3), pp 81140 [16] Kien, P H., Lan, M T., Dung, N T., & Hung, P K (2014), “Annealing study of amorphous bulk and nanoparticle iron using molecular dynamics simulation”, International Journal of Modern Physics B 28(23), 1450155 (pp 1-17) [17] Pan, C., Shen, P., & Chen, S Y (2007), “Condensation, crystallization and coalescence of amorphous Al2O3 nanoparticles”, Journal of crystal growth 299(2), pp 393-398 [18 Ozgen, S., & Duruk, E (2004), “Molecular dynamics simulation of solidification kinetics of aluminium using Sutton–Chen version of EAM”, Materials Letters, 58(6), pp 1071-1075 [19] Xiaohua Li, Jinfan Huang (2003), “Molecular dynamics studies of the kinetics of phase changes in clusters III: structures, properties, and crystal nucleation of iron nanoparticle Fe331” Journal of Solid State Chemistry 176, pp 234–242 [20] K J Carroll, J A Pitts, Kai Zhang, A K Pradhan, and E E Carpenter (2010), “Nonclassical crystallization of amorphous iron nanoparticles by radio frequency methods”, Journal of Applied Physics 107, 09A302 (pp 13) 137 [21] Huber, D L (2005), “Synthesis, properties, and applications of iron nanoparticles”, Small 1(5), pp 482-501 [22] Nguyễn Thị Thảo (2017), “Nghiên cứu cấu trúc q trình tinh thể hóa hạt nano Fe FeB phương pháp mơ hình hóa”, Luận án tiến sĩ vật lý, Đại học Bách Khoa Hà Nội [23] Yamamoto, R., Mihara, T., Taira, K., & Doyama, M (1979), “Amorphous structures of iron obtained by quenching of the liquid state”, Physics Letters A 70(1), pp 41-43 [24] Belashchenko, D K (1985), “Structural model of amorphous iron”, Fizika Metallov i Metallovedenie 60(4), pp 1076-1080 [25] A.V Evteev, A.T Kosilov, E.V Levchenko, O.B Logachev (2006), “Influence of Liquid-Glass Transition on Diffusion and Nucleation in Computer-Simulated Iron”, Defect Diffusion Forum 249, pp 97-104 [26] X Li, M Ma, J Huang (2005), “Structures and Properties of Nanometer Size Materials III Structures and Physical Properties of Iron Nanoparticles”, Chin J Chem 23, pp 693–702 [27] Vo Van Hoanga, Dibyendu Ganguli (2012), “Amorphous nanoparticles — Experiments and computer simulations”, Physics Reports 518, pp 81–140 [28] Van Hoang, V (2009), “Molecular dynamics simulation of liquid and amorphous Fe nanoparticles”, Nanotechnology 20(29), 295703 (pp 1-7) [29] V Barinov, G Dorofeev, L Ovechkin, E Elsukov, A Ermakov (1991), “Structure and magnetic properties of the a-FeB phase obtained by mechanical working”, Phys.Status Solidi (a) 123, pp 527–534 [30] B Oprea, L Martínez, E Román, A Espinosa, M Ruano, D Llamosa, et al (2014), “Growth and characterization of FeB nanoparticles for potential application as magnetic resonance imaging contrast agent”, Mater Res Express 1, 025008 (pp 1-20) [31] S Rades, S Kraemer, R Seshadri, B Albert (2014), “Size and crystallinity dependence of magnetism in nanoscale iron boride, α-FeB”, Chem Mater 26, pp 1549–1552 138 [32] D Portehault, S Devi, P Beaunier, C Gervais, C Giordano, C Sanchez, et al (2011), “Innentitelbild: a general solution route toward metal boride nanocrystals”, Angew Chem 123, 3148 [33] M Asif Hamayun, Mykola Abramchuk, Hisham Alnasir, Mohsin Khan, Chongin Pak, Steven Lenhert, Lida Ghazanfari, Michael Shatruk, Sadia Manzoor (2018), “Magnetic and magnetothermal studies of iron boride (FeB) nanoparticles”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 451, pp 407–413 [34] P H Kien, N T Thao and P K Hung (2014), “The local structure and crystallization of FeB nanoparticle”, Modern Physics Letters B 28(31), 1450246 (pp 1-12) [35] Pieter Rein ten Wolde and Daan Frenkel (1999), “Homogeneous nucleation and the Ostwald step rule”, Phys Chem Chem Phys.1, pp 2191-2196 [36] Kelton, K F (2013), “Crystal nucleation in supercooled liquid metals”, Int J Microgravity Sci Appl 30, pp 11-18 [37] Shibuta, Y., Oguchi, K., Takaki, T., & Ohno, M (2015), “Homogeneous nucleation and microstructure evolution in million-atom molecular dynamics simulation”, Scientific reports 5, 13534 (pp 1-9) [38] Han, J., Wang, C., Liu, X., Wang, Y., Liu, Z K., & Jiang, J (2015), “Atomic‐Level Mechanisms of Nucleation of Pure Liquid Metals during Rapid Cooling”, Chem Phys Chem 16(18), pp 3916-3927 [39] Tian, Z A., Liu, R S., Dong, K J., & Yu, A B (2011), “A new method for analyzing the local structures of disordered systems”, Europhysics Letters 96(3), 36001 (pp 1-6) [40] Pan, S P., Feng, S D., Qiao, J W., Wang, W M., and Qin, J Y (2015), “Crystallization pathways of liquid bcc transition for a model iron by fast quenching”, Scientific Reports 5, 16956 (pp 1-8) [41] An, S., Li, J., Li, Y., Li, S., Wang, Q., and Liu, B (2016), “Two-step crystal growth mechanism during crystallization of an undercooled Ni50Al50 alloy”, Scientific reports 6, 31062 (pp 1-10) 139 [42] Li-li Zhou, Run-yu Yang, Ze-anTian, Yun-fei Mo, Rang-su Liu (2017), “Molecular dynamics simulation on structural evolution during crystallization of rapidly super-cooled Cu50Ni50 alloy”, Journal of Alloys and Compounds 690, pp 633-639 [43] Fatih Ahmet Celik (2013), “Cooling rate dependence of the icosahedral order of amorphous CuNi alloy: A Molecular Dynamics Simulation”, Vacuum 97, pp 30-35 [44] H.F Poulsen, J Neufiend, H.B Neumann, J.R Schneider, M.D Zeildler (1990), “Amorphous silica studied by high energy X-ray diffraction”, J Non-Cryst Solids 188, pp 63-74 [45] Martin C Wilding and Chris J Benmore (2006), “Structure of Glasses and Melts”, Reviews in Mineralogy & Geochemistry, 63, pp 275-311 [46] R.F Pettifer, R Dupree, I Farnan and U.J Sternberg (1988), “NMR Determinations of Si-O-Si Bond Angle Distributions in Silica”, Non-Cryst Solids 106, pp 408-412 [47] T.M Clark, P.J Grandinetti, P Florian and J.F Stebbins (2004), “Correlated structural distributions in silica Glass, Phys Rev B70, 064202 (pp 1-8) [48] Nakano, R.K Kalia, P Vashishta (1994), “First sharp diffraction peak and intermediate-range order in amorphous silica: finite-size effects in molecular dynamics simulations”, J Non-Cryst Solids 171, pp 157-163 [49] S K Mitra (1982), “Molecular dynamics simulation of silicon dioxide glass”, Philos Mag 45, pp 529-548 [50] Jackson I (1976), “Melting of the silica isotypes SiO2, BeF2, and GeO2, at elevated pressures”, Phys Earth Planet Int 13, pp 218–231 [51] Zhang J, Liebermann RC, Gasparik T, Herzberg CT (1993), “Melting and subsolidus relations of SiO2, at 9–14GPa”, J Geophys Res 98, pp 19,785–19,793 [52] Vollmayr-Lee K, Zippelius A (2013), “Temperature-dependent defect dynamics in the network glass SiO2”, Phys Rev E 88, 052145 (pp 1-9) 140 [53] Scott Shell M, Debenedetti PG, Panagiotopoulos AZ (2002), “Molecular structural order and anomalies in liquid silica”, Phys Rev E 66, 011202 (pp 1-8) [54] Koziatek P, Barrat JL, Rodney D (2015), Short- and medium-range orders in as-quenched and deformed SiO2 glasses: An atomistic study”, J Non Cryst Solids 414, pp 7–15 [55] Hung PK, Hong NV (2009), “Simulation study of polymorphism and diffusion anomaly for SiO2 and GeO2 liquid”, Eur Phys J B 71, pp 105–110 [56] Ralf Bruning (2003), “On the glass transition in vitreous silica by differential thermal analysis measurements”, Journal of Non-Crystalline Solids, 330, pp 13-22 [57] W Zachariasen (1932), “The atomic arrangement in glass”, J Am Chem Soc 54, pp 3841-3851 [58] R L Mozzi and B.E Warren (1969), “The Structure of vitreous silica”, J.Appl Cryst., 2, pp 164-171 [59] S.N Taraskin, S.R Elliott, M.I Klinger (1995), “Void structure in models of vitreous silica”, J Non-Cryst Solids, 192, pp 263-266 [60] Francesco Mauri et al (2000), “Si-O-Si bond-angle distribution in vitreous silica from first-principles 29 Si NMR analysis”, Phys Rev B 62 (8), pp R4786-R4789 [61] Ted M Clark and Philip J Grandinetti, (2004), “Correlated structural distributions in silica glass”, Phys Rev B 70, 064202 (pp 1-8) [62] A C Wright (1994), “Neutron-scattering from vitreous silica The structure of vitreous silica - what have we learned from 60 years of diffraction studies”, J Non-Cryst Solids 179, pp 84-115 [63] Charles Meade, R J Hemley and H.K Mao (1992), “High Pressure X-Ray Diffraction of SiO2 Glass”, Phys Rev Lett Vol 69 (9), pp 1387-1390 [64] X Xue, M Kanzaki (1999), “NMR Characteristics of Possible Oxygen Sites in Aluminosilicate Glasses and Melts: An ab Initio Study”, J Phys Chem B, 103, pp 10816-10830 141 [65] E Bourova, S.C Parker, P Richet (2000), “Atomistic simulation of cristobalite at high temperature”, Phys Rev B 62, pp 12052-12061 [66] A.E Geissberger, P.J Bray (1983) “Determination of the structure and bonding in amorphous SiO2 using "O” NMR”, J Non-Cryst Solids 54, pp 121-137 [67] F.L Galeener (1982), “Planar rings in glasses” Solid State Commun 44, pp 1037-1040 [68] G.V Gibbs G, E.P Meagher, M.D Newton, D.K Swanson (1981), “A comparison of experimental and theoretical bond length and angle variations for minerals and inorganic solids, and molecules In Structure and Bonding in Crystals”, (eds M O'Keefe and A Navrotsky), Ch Academic Press New York [69] J.Sarnthein, A.Pasquarello and R.Car (1995), “Model vitreous SiO2 generated by an ab initio molecular-dynamics quench from the melt”, Phys Rev B 52, pp 12690-12695 [70] P F Mc Millan, B T Poe, P H Gillet, and B Reynard (1994), “A study of SiO2 glass and supercooled liquid to 1950 K via high-temperature Raman spectroscopy”, Geochim Cosmochim Acta 58, pp 3653-3664 [71] Q Mei, C J Benmore, and J K R Weber (2007), “Structure of Liquid SiO2: A Measurement by High-Energy X-Ray Diffraction”, Phys Rev Lett 98, 057802 (pp 1-4) [72] E Lascaris, M Hemmati, S.V Buldyrev, H.E Stanley, C.A Angell (2014) “Search for a liquid-liquid critical point in models of silica”, J Chem Phys 140, 224502 (pp 1-10) [73] Horbach, W Kob (1999), “Static and dynamic properties of a viscous silica melt”, Phys Rev B 60, pp 3169-3181 [74] Nguyễn Thị Thu Hà (2019), “Nghiên cứu cứu cấu trúc số tính chất silica sodium Silicate”, Luận án tiến sĩ vật lý, Đại học Bách Khoa Hà Nội [75] M Grimsditch (1984), “Polymorphism in amorphous SiO2.”, Phys Rev Lett 52, 2379 142 [76] R.M Hazen and L.W.Finger (1978), “Crystal chemistry of silicon-oxygen bonds at high pressure: implications for the earth's mantle mineralogy”, Science 201(4361), pp 1122-1123 [77] H Liping, L Duffrène, K John (2004), “Structural transitions in silica glass: thermo-mechanical anomalies and polyamorphism”, J.Non-Cryst Solids 349, pp 1-9 [78] D K Belashchenko (1997), “Computer simulation of the structure and properties of non-crystalline oxides”, Russ Chem Rev 66, 733 [79] D M Teter and R J Hemley (1998), “High Pressure Polymorphism in Silica”, Phys Rev Lett 80, 2145 [80] P.K.Hung and N.V.Hong (2009), “Simulation study of polymorphism and diffusion anomaly for SiO2 and GeO2 liquid”, Eur Phys J B 71, 105 [81] T Andrea, T Paul, S.Sandro, P Alfredo, and C Roberto (2002), “Pressure-Induced Structural Changes in Liquid SiO2 from Ab Initio Simulations”, Phys Rev Lett 89, 245504 [82] C.J.Benmore, E.Soignard, S A.Amin, M.Guthrie, S.D.Shastri, P.L.Lee, and J L Yarger (2010), “Structural and topological changes in silica glass at pressure”, Phys Rev B 81, 054105 (pp 1-5) [83] M.Wu, Y.Liang, J.Z.Jiang and S.T.John (2012), “Structure and properties ofdense silica glass”, Sci Rep 2, 398 (pp 1-6) [84] T Sato and N Funamori (2008), “Sixfold-coordinated amorphous polymorph of SiO2 under highpressure”, Phys Rev Lett 101, 255502 (pp 1-4) [85] Y.Liang, C.R.Miranda and S.Scandolo (2007), “Mechanical strength and coordination defects in compressed silica glass: Molecular dynamics simulations”, Phys Rev B 75, 024205 (pp 1-5) [86] B Vessal, M Amini, H Akbarzadeh (1994), “Molecular dynamics simulation of molten silica at high pressure”, J Chem Phys 101, pp 78237827 143 [87] T Andrea, T Paul, S.Sandro, P.Alfredo, and C.Roberto (2002), “PressureInduced Structural Changes in Liquid SiO2 from Ab Initio Simulations”, Phys Rev Lett 89, 245504 (pp 1-4) [88] S Susman, K J Volin, D.L Price, et al (1991), “Intermediate range order in permanently densified vitreous SiO2: A neutron diffraction and molecular dynamics study”, Phys Rev B 43(1), pp 1194-1197 [89] T.Sato and N.Funamori (2010), “High-pressure structural transformation of SiO2 glass up to 100 GPa”, Phys Rev B 82, 184102 (pp 1-5) [90] Prescher, C., Prakapenka, V B., Stefanski, J., Jahn, S., Skinner, L B., & Wang, Y (2017), “Beyond sixfold coordinated Si in SiO2 glass at ultrahigh pressures”, Proceedings of the National Academy of Sciences 114(38), pp 10041-10046 [91] R.J Hemley, H.K Mao, P.M Bell, B.O Mysen (1986), “Raman spectroscopy of SiO2 glass at high pressure”, Phys Rev Lett 57, pp 747750 [92] R.J Hemley, C.T Prewitt, K.J Kingma (1994), “High-pressure behavior of silica In Silica: Physical Behavior, Geochemistry and Materials Properties”, Mineralogical Society of America, Washington DC, pp 41-82 [93] P.F McMillan, G.H Wolf (1995), “Vibrational spectroscopy of silicate liquids In Structure, Dynamics and Properties of Silicate Melts”, Mineralogical Society of Washington, Washington DC, pp 247-315 [94] Q Williams, R.J Hemley, M.B Kruger, R Jeanloz (1993), “High-pressure infrared spectra of a-quartz, coesite, stishovite, and silica glass”, J Geophys Res 93, pp 2280-2288 [95] Pak, H M., & Doyama, M (1969), “The calculation of a vacancy and divacancies in α-iron”, J Fac Eng Univ Tokyo B 30(2), pp 111-115 [96] B W H van Beest and G J Kramer (1990), “Force Fields for Silicas and Aluminophosphates Based on Ab Initio Calculations”, Physical Review letter 64 (16), pp 1955-1958 144 [97] Grimley, David I., Adrian C Wright, and Roger N Sinclair (1990), "Neutron scattering from vitreous silica IV Time-of-flight diffraction", Journal of Non-Crystalline Solids 119(1), pp 49-64 [98] Zanatta, M., G Baldi, R S Brusa, W Egger, A Fontana, E Gilioli, S Mariazzi, G Monaco, L Ravelli, and F Sacchetti, "Structural evolution and medium range order in permanently densified vitreous SiO2", Physical review letters 112.(4), 045501 [99] Katsuaki Kodama, Satoshi Iikubo, Tomitsugu Taguchi and Shin-ichi Shamoto (2006), “Finite size effects of nanoparticles on the atomic pair distribution functions”, Acta Cryst A62, pp 444–453 [100] Vinh V Le, Giang T Nguyen (2019), “Molecular dynamics study of mechanical behavior in silica glass under uniaxial deformation”, Computational Materials Science 159, pp 385–396 [101] Alexander Stukowski (2012), “Structure identification methods for atomistic simula tions of crysta lline materials”, Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering 20, 045021 [102] J.D Honeycutt, H.C Andersen (1987), “Molecular-dynamics study of melting and freezing of small Lennard-Jones clusters”, J Phys Chem 91, pp 4950–4963 [103] Z A Tian, R S Liu , K J Dong and A B Yu (2011), “A new method for analyzing the local structures of disordered systems”, A Letters Journal Exploring The Frontiers of Physics 96, 36001 [104] Karki, B B., Bhattarai, D., & Stixrude, L (2007), “First-principles simulations of liquid silica: Structural and dynamical behavior at high pressure”, Physical Review B, 76(10), 104205 [105] L T San, N V Hong & P K Hung (2016), “Polyamorphism of liquid silica under compression based on five order-parameters and two-state model: a completed and unified description”, High Pressure Research An International Journal, 36, pp 187-197 145 [106] Nguyen Thu Nhan, Giap Thi Thuy Trang, Toshiaki Iitaka and Nguyen Van Hong (2019), “Crystallization of amorphous silica under compression”, Canadian Journal of Physics 97, pp 1133-1139 [107] Keen, D A., and R L McGreevy (1990), "Structural modelling of glasses using reverse Monte Carlo simulation", Nature 344 (6265), pp 423-425 [108] Li, Neng, Ridwan Sakidja, Sitaram Aryal, and Wai-Yim Ching (2014), "Densification of a continuous random network model of amorphous SiO2 glass", Physical Chemistry Chemical Physics 16 (4), pp 1500-1514 146 ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Giáp Thị Thùy Trang MÔ PHỎNG CẤU TRÚC VÀ QUÁ TRÌNH CHUYỂN PHA CỦA CÁC VẬT LIỆU Fe, FeB SiO2 Ngành: Vật lý kỹ thuật Mã số: 9520401 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT... hình phân tích cấu trúc vi mơ, động học vật liệu Chương trình bày cấu trúc q trình tinh thể hóa hạt nano Fe, FeB Chương trình bày cấu trúc, động học trình chuyển pha vật liệu SiO2 Luận án tham... thường, cấu trúc SiO2 -quartz (q -SiO2) Cấu trúc q -SiO2 chuyển sang cấu trúc coesite (c -SiO2) áp suất lớn GPa chuyển sang cấu trúc stishovite (s -SiO2) áp suất GPa Tuy nhiên, SiO2 trì cấu trúc quartz