Ảnh hưởng của công nghệ chế tạo đến chiết suất của sio2

Ƣ NGUYỄ Ả Ă ÂM ƢỞNG CỦA CÔNG NGHỆ CHẾ T O ẾN CHIẾT SUẤT CỦA SiO2 LUẬ Ă SĨ ẬT LÝ Nghệ An, năm 2015 Ƣ NGUYỄ Ả Ă ÂM ƢỞNG CỦA CÔNG NGHỆ CHẾ T O Ê ẾT SUẤT CỦA SiO2 Chuyên ngành: Quang học Mã số: 60.44.01.09 LUẬ Ă SĨ ẬT LÝ gƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ THẾ VINH Nghệ An, năm 2015 b L I CẢM Ơ Tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS Lê Thế Vinh, ngƣời thầy tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ tơi trình thực luận văn Xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tạo điều kiện làm việc cán Phịng thí nghiệm mơ Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Vinh suốt trình làm việc Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới Phòng Đào tạo Sau đại học, Khoa Vật lý – Công nghệ thầy cô giáo giảng dạy, giúp đỡ cho tác giả trình học tập thực luận văn Cuối xin bày tỏ lịng biết ơn đến gia đình, ngƣời thân, đồng nghiệp tập thể anh chị em học viên Lớp cao học K21 Quang học dành tình cảm, động viên giúp đỡ tơi vƣợt qua khó khăn để hồn thành luận văn Nghệ An, tháng năm 2015 Tác giả Nguyễn ăn âm c M CL C Trang CHƢƠNG - TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan kết nghiên cứu vật liệu SiO2 1.2 Mô SiO2 Kết luận chƣơng CHƢƠNG - PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phƣơng pháp động lực học phân tử 2.2 Xác định thông số vi cấu trúc thông số quang học 12 2.2.1 Hàm phân bố xuyên tâm, số phối trí độ dài liên kết 12 2.2.2 Xác định phân bố góc 16 2.2.3 Xác định chiết suất quang học 17 Kết luận chƣơng CHƢƠNG - MÔ PHỎNG VI CẤU TRÚC VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA VI CẤU TRÚC ĐẾN CHIẾT SUẤT CỦA SiO2 18 19 3.1 Xây dựng mơ hình 19 3.2 Kết mơ tính chất vi cấu trúc SiO2 22 3.3 Ảnh hƣởng Quy trình đến vi cấu trúc chiết suất 29 Kết luận chƣơng 30 KẾT LUẬN CHUNG 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO 32 d DANH M C CÁC BẢNG, HÌNH VẼ Trang Bảng Các đặc tính cấu trúc SiO2 lỏng Bảng Thơng số tương tác cặp Bảng Đặc tính cấu trúc SiO2 với quy trình làm nguội khác 22 Bảng Số phối trí cặp Si-O mẫu khác 24 Bảng Số phối trí cặp O-Si mẫu khác 25 Bảng Phân bố góc O-Si-O mơ hình khác 27 Bảng Phân bố góc Si-O-Si mơ hình khác 28 Bảng Giá trị mật độ chiết suất quy trình khác 30 Hình 3.0 Thế BKS BKS hiệu chỉnh 20 Hình 3.1 Đồ thị quy trình xây dựng mơ hình vật liệu khác 21 Hình 3.2 Hàm phân bố xuyên tâm SiO2 23 Hình 3.3 Đồ thị số phối trí cặp Si-O mẫu khác quy 24 trình khác Hình 3.4 Đồ thị số phối trí cặp O-Si với mẫu khác 25 Hình 3.5 Đồ thị phân bố góc quy trình khác 29 e MỞ ẦU Lý chọn đề tài Sự phát triển mạnh ngành công nghệ thơng tin làm cho giới có phát triển vƣợt bậc kinh tế - xã hội Đặc biệt xuất thông tin quang, giúp cho dung lƣợng đƣờng truyền tăng cách đột biến Từ năm 1960, nhiều sở nghiên cứu quan tâm đến vấn đề kỹ thuật phát, truyền thu tin hiệu quang học Vì vậy, cơng nghệ chế tạo quang sợi, đƣờng truyền tín hiệu quang đƣợc đầu tƣ nghiên cứu Thành phần quang sợi silicate (SiO2) đặc trƣng liên quan đến khả truyền tải thông tin chiết suất, yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến việc truyền thông tin dƣới dạng xung ánh sáng theo mode truyền dẫn sợi quang Quy trình cơng nghệ chế tạo ảnh hƣởng trực tiếp đến chất lƣợng truyền dẫn sợi quang, đề tài đƣợc nhiều sở nghiên cứu ngồi nƣớc quan tâm Đây lí để chọn đề tài luận văn “Ảnh hƣởng công nghệ chế tạo đến chiết suất SiO2” Mục đích, nội dung nghiên cứu Xem xét nghiên cứu mối quan hệ quy trình chế tạo đến vi cấu trúc, tính chất quang học vật liệu SiO2 Luận văn tập trung nghiên cứu vấn đề sau: + Xây dựng mơ hình vật liệu theo quy trình cơng nghệ khác + Xác định tính chất quang học vật liệu + Khảo sát đặc trƣng tính chất vi cấu trúc vật liệu + Nghiên cứu mối quan hệ vi cấu trúc tính chất quang học SiO2 ối tƣợng phạm vi nghiên cứu Luận văn nghiên cứu vật liệu SiO2 phƣơng pháp mô động lực học phân tử Các mơ hình vật liệu đƣợc xây dựng quy trình gia cơng nhiệt khác Phƣơng pháp nghiên cứu Trong trình nghiên cứu đề tài luận văn sử dụng phƣơng pháp sau: + Phƣơng pháp mô động lực học phân tử f + Phƣơng pháp phân tích cấu trúc Ý nghĩa luận văn Đề tài nghiên cứu phụ thuộc chiết suất sợi quang vào quy trình công nghệ chế tạo khác nhau, cung cấp thông tin dự báo, định hƣớng cho cơng trình thực nghiệm, góp phần hồn thiện cơng nghệ chế tạo sợi quang Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu kết luận, luận văn gồm có chƣơng Chƣơng trình bày tổng quan mơ hệ ơxít Những kết nghiên cứu gần vi cấu trúc tính chất vật lý ơxít đƣợc tổng kết phân tích Chƣơng trình bày nội dung phƣơng pháp mô sử dụng luận văn gồm phƣơng pháp ĐLHPT phƣơng pháp xác định các thông số vi cấu trúc vật lý thông số quang học mơ hình ĐLHPT Chƣơng mơ vi cấu trúc, mối quan hệ vi cấu trúc chiết suất SiO2 g ƢƠ TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan kết nghiên cứu vật liệu SiO2 SiO2 loại vật liệu phổ biến tự nhiên, có nhiều cơng trình khoa học nghiên cứu vật liệu tính ứng dụng khoa học, cơng nghiệp, y học đời sống nhƣ:Truyền thông tin sợi quang, phẩu thuật nội soi, trang trí.v.v Khi nghiên cứu vật liệu SiO2 cơng trình [1] Tác giả sử dụng phƣơng pháp mơ hình hóa động học phân tử, xây dựng mơ hình SiO2 lỏng vơ định hình với SiO2 lỏng tác giả thực mơ hình gồm 1998 nguyên tử SiO2 gồm 666 nguyên tử Si 1332 nguyên tử O tiến hành đo hệ áp suất khác giá trị đƣợc thể bảng sau Bảng 1: Các đặc tính cấu trúc SiO2 lỏng Rij, gij vị trí độ cao dỉnh thứ hàm phân bố xuyên tâm thành phần ; Z ij- số phối trí cặp trung bình cặp 1-1 Si-Si; cặp 1-2 cặp Si-O; 2-1 cặp O- Si 2-2 cặp O-O P,GPa rij gij Zij 1-1 1-2 2-2 1-1 1-2 2-2 1-1 1-2 2-1 2-2 -0.10 3.10 1.60 2.60 2.89 9.12 2.75 4.49 4.07 2.03 8.17 4.87 3.08 1.60 2.56 2.57 7.22 3.48 5.71 4.40 2.20 11.13 9.83 3.08 1.60 2.50 2.42 6.14 2.40 6.90 4.78 2.39 12.95 15.73 3.08 1.62 2.50 2.38 5.67 2.41 7.96 5.08 2.54 13.91 20.15 3.08 1.62 2.46 2.36 5.42 2.43 8.42 5.31 3.65 14.61 25.20 3.08 1.64 2.44 2.35 5.29 2.46 8.98 5.50 2.75 15.20 Độ dài liên kết Si-O 1.60 đến 1.62 (Ǻ) khoảng cách liên kết O-O 2.44 đến 2.60 (Ǻ)Si-Si 3.08 đến 3.10 (Ǻ) Kết độ dài liên kết khác phù hợp với thực nghiệm Từ bảng ta thấy áp suất -0.1 G Pa phần lớn nguyên tử Si đƣợc bao quanh nguyên tử O, phần lớn nguyên tử O liên kết với hai nguyên tử Si Khi áp suất tăng số phối trí tất cặp (Si-Si, Si-O, O-O) tăng Kết phù hợp với kết nghiên cứu khác Với kết nghiên cứu SiO2 vơ định hình tác giả đƣa kết luận: Giá trị cực đại hàm phân bố xuyên tâm thành phần giảm mật độ mơ hình tăng, áp suất GPa mật độ SiO2 vơ định hình có giá rị nhỏ 2.698(g/cm3) giá trị cực đại gij cặp (Si-Si, Si-O, O-O) tƣơng ứng 4.00; 20.02 4.10 áp suất nén 20 GPa mật độ mơ hình có giá trị lớn 3.159 ( g/cm3) giá trị cực đại gij cặp (Si-Si, Si-O, O-O) tƣơng ứng 3.38, 12.89 3.28 số phối trí trung bình tất cặp tăng mật độ tăng, mật độ 2.698 ( g/cm3) số phối trí trung bình Z ij cặp (Si-Si, Si-O, O-Si, O-O) tƣơng ứng 4.33; 4.07; 2.03; 10.06 mật độ 3.159 (g/cm3) Z ij cặp (Si-Si, Si-O, O-Si, O-O) tƣơng ứng 5.58; 4.45; 2.23 12.11 Kết cho thấy mơ hình mật độ thấp, cấu trúc mạng SiO2 vơ định hình đƣợc tạo thành chủ yếu từ đơn vị cấu trúc SiO4 (mạng tứ diện) tứ diện SiO4 liên kết với thông qua nguyên tử cầu ôxy Phần lớn nguyên tử O kết nối với hai tứ diện SiO4 Tuy nhiên mơ hình mật độ cao, cấu trúc SiO2 vơ định hình đƣợc tạo thành từ đơn vị cấu trúc SiOx (x=4,5,6) đa diện SiOx Liên kết với thơng qua ngun tử cầu ơxy Ngồi nguyên tử ôxy liên kết với hai đa diện SiOx xuất nguyên tử oxy liên kết với chí đa diện SiOx (số nguyên tử oxy liên kết với Si ít) Trong cơng trình [2] tác giả thực mô hệ SiO2 lỏng gồm 450 nguyên tử (150 nguyên tử O 300 nguyên tử Si) nhiệt độ từ 2500K đến 6000K mật độ từ 1800 kg/m3 đến 4200 kg/m3 hệ số khuêch tán đạt cực đại mật độ khoảng 3.2 đến 3.5 (g/cm3) nhiệt độ lớn 4000K đồ thị phụ thuộc hệ số khuếch tán vào mật độ xuất cực tiểu mật độ 2.0 (g/cm3) giải thích tƣợng dị thƣờng hệ số khuếch tán, tác giả cho mật độ trung bình khoảng 3.0 ( g/cm3) Trật tự cấu trúc hệ bị phá vở, động lực học trở nên nhanh hệ số khuếch tán tăng tới mật độ khoảng 4.0 (g/cm3), hệ số khuếch tán bắt đầu giảm mạnh, kết nén với áp suất cao hệ chuyển từ trạng thái có trật tự cấu trúc bị phá vỡ sang trạng thái có trật tự cấu trúc đƣợc thiết lập Cơng trình [3] tác giả mô phụ thuộc hệ số khuếch tán Si O hệ SiO2 lỏng phƣơng pháp động lực học phân tử với mơ hình 450 ngun tử SiO2 (150 Si 300 nguyên tử O) kết thu đƣợc tƣơng tự nhƣ cơng trình [2] Cơng trình [4] tác giả Winkler cộng thành công việc xây dựng mơ hình A2S lỏng vơ định hình phƣơng pháp động lực học phân tử Mơ hình đƣợc xây dựng tƣơng tác BKS(1.1) có thay đổi cho phù hợp với mơ hình:  ij  qi q j e r  Aij exp(  Bij r )  Cij (1.1) r6 Mơ hình đƣợc xây dựng chứa 1408 nguyên tử ( với 256 nguyên tử Al, 256 nguyên tử Si 896 nguyên tử O) có dạng hình lập phƣơng với cạnh L = 26,374 (Ǻ) Từ trạng lỏng ban đầu nhiệt độ 6100K tác giả tiến hành hạ nhiệt độ đến trạng thái vơ định hình 350k với tốc độ làm lạnh 1.42.1012 K/s q trình tính tốn với triệu bƣớc lấy trung bình qua mơ hình xây dựng khác Bằng phƣơng pháp tính song song, tác giả khảo sát tinh chất cấu trúc, nhƣ tính chất tƣợng khuếch tán Bảng 1: Thông số tương tác cặp Cặp Al-O Si-O O-O Aij (eV) 8856.5434 18003.7572 1388.7730 4.66222 4.87318 2.76 73.0193 133.5381 175.0 -1 Bij (Ǻ ) cịj (eV.Ǻ-6) Từ kết thu đƣợc hệ A2S với tƣơng tác cặp vi mô nguyên tử hệ Các tác giả đƣa cách nhìn tổng quan cấu trúc tính chất động học hệ A2S lỏng vô định hình Cấu trúc A2S thơng qua ƢƠ MƠ PHỎNG VI CẤU TRÚC VÀ Ả ƢỞNG CỦA VI CẤU Ú ẾN CHIẾT SUẤT CỦA SiO2 3.1 Xây dựng mô hình Mơ hình SiO2 đƣợc tạo từ 1998 ngun tử 666 nguyên tử Si 1332 nguyên tử O Đề tài xây dựng 15 mẫu vật, chúng đƣợc chia làm ba nhóm, nhóm gồm mẫu trạng thái lỏng nhiệt độ 3000K đƣợc làm nguội đến nhiệt độ ổn định : với nhiệt độ tƣơng ứng 2500K ; 2000K ; 1500K ; 1000K tiếp tục làm lạnh đến nhiệt độ ổn định 2: 300K Ba quy trình với tốc độ tƣơng ứng 5K/bƣớc, 10K/bƣớc 15K/bƣớc, thời gian ổn định tƣơng ứng 3400bƣớc, 700bƣớc, 1200bƣớc Đƣợc xây dựng với tƣơng tác van BeestKramer-van Santen (BKS), điều kiện biên tuần hoàn q q i j Thế tƣơng tác có dạng: U ij   A exp(  B r )  ij ij ij r ij C ij r6 ij (3.1) Các số hạng biểu thức (3.1) lần lƣợt tƣơng tác Coulomb, tƣơng tác đẩy tƣơng tác Vander-Waals Trong : qi qj điện tích ion i j, với ion Si qSi =+2,4e ion O qO= -1,2e (e điện tích nguyên tố), r khoảng cách tƣơng tác ion i j, A, B C số tìm thấy [14] đƣợc cho Bảng Thế BKS có đặc trƣng phi vật lý, lƣợng tƣơng tác cặp O-O, Si-O tiến tới -∞ khoảng cách tƣơng tác nguyên tử tiến tới Để tránh hiệu ứng phi vật lý khoảng cách gần này, hiệu chỉnh BKS cách cộng thêm tƣơng tác Lennard-Jones vào BKS Việc hiệu chỉnh không làm thay đổi dạng BKS khoảng cách xa Thế BKS ban đầu BKS hiệu chỉnh đƣợc trình bày (hình 3.0) Kết cho thấy hai hầu nhƣ trùng khít khoảng cách r > 1,3 Å tƣơng tác Si-O r > 1,7 Å tƣơng tác O-O 19 20 15 10 U(r)(eV) Hình 3.0 Thế BKS BKS hiệu chỉnh (1) BKS tương tác O-O; (2) BKS hiệu chỉnh tương tác O-O; (3) BKS tương tác Si-O (4) BKS hiệu chỉnh tương tác Si-O).[1] -5 r (Å) Chúng tơi sử dụng thuật tốn Verlet để lấy tính phân phƣơng trình chuyển động Bƣớc thời gian mô 0,477804 10-14(s) đƣợc xác định nhƣ sau: t = h to (3.3) Trong h = 0,885.10 , t o  -2 mo ro2  (3.3) Với ro = 1,0 Å;  = 1eV = 1,6.10-19 J; mo  msi  28, 085 28,085.10-3 (g)  (kg ) ; NA = 6,02214 x 1023 số Avơgađrơ NA NA Từ ta xác định đƣợc to= 5,39892.10-14 (s) hay t = 4,77804.10-14(s) Các thông số vi cấu trúc nhƣ hàm phân bố xuyên tâm, số phối trí…của mơ hình đƣợc tính tốn, phân tích thảo luận Quy trình xây dựng mơ hình vật liệu đƣợc mơ tả đồ thị Hình 3.1 20 3.5 T, 1000K QTr1 QTr2 QTr3 2.5 QTr1 1.5 QTr3 bước mp, x1000 QTr2 0.5 0 Hình 3.1 Đồ thị quy trình xây dựng mơ hình vật liệu khác Hình 3.1 trình bày ba quy trình chế tạo vật liệu, có q trình làm nguội khác Cụ thế: + Quy trình (QTr1): Mơ hình ban đầu nhiệt độ 3000K, đƣợc làm nguội đến nhiệt độ T (T= 2500, 2000, 1500, 1000 K), đƣợc giữ ổn định khoảng thời gian t1, sau tiếp tục làm nguội đến nhiệt độ 300K đƣợc ổn định khoảng thời gian t2 Nhóm mơ hình thứ đƣợc làm nguội với tốc độ K / bƣớc + Quy trình (QTr2): Mơ hình ban đầu nhiệt độ 3000K, đƣợc làm nguội đến nhiệt độ T (T= 2500, 2000, 1500, 1000 K), đƣợc giữ ổn định khoảng thời gian t1, sau tiếp tục làm nguội đến nhiệt độ 300K đƣợc ổn định khoảng thời gian t2 Nhóm mơ hình thứ hai đƣợc làm nguội với tốc độ 10 K / bƣớc + Quy trình (QTr3): Mơ hình ban đầu nhiệt độ 3000K, đƣợc làm nguội đến nhiệt độ T (T= 2500, 2000, 1500, 1000 K), đƣợc giữ ổn định khoảng thời gian t1, sau tiếp tục làm nguội đến nhiệt độ 300K đƣợc ổn định 21 khoảng thời gian t2 Nhóm mơ hình thứ ba đƣợc làm nguội với tốc độ 15 K / bƣớc, với t1 , t2 ba quy trình có giá trị khác 3.2 Kết mơ tính chất vi cấu trúc SiO2 Kiểm tra độ tin cậy mơ hình: Bảng Đặc tính cấu trúc SiO2 với quy trình làm nguội khác rij,gij- vị trí độ cao đỉnh thứ HPBXT thành phần Zij- số phối trí trung bình Mẫu Si-Si Các mẫu nhóm M1 3.12 M2 3.10 M3 3.12 M4 3.10 M5 3.12 Các mẫu nhóm M1 3.12 M2 3.10 M3 3.12 M4 3.12 M5 3.12 Các mẫu nhóm M1 3.10 M2 3.12 M3 3.12 M4 3.12 M5 3.08 [1] 3.10 [15] 3.12 rij,Å Si-O O-O Si-Si gij, Si-O Zij O-O Si-Si Si-O O-Si O-O 1.60 1.60 1.60 1.60 1.60 2.58 2.58 2.58 2.58 2.58 4.00 4.17 4.06 4.08 4.05 24.67 24.71 24.56 25.26 25.02 4.22 4.38 4.35 4.30 4.29 5.11 5.14 5.15 5.04 5.08 4.14 4.13 4.14 4.14 4.13 2.07 2.07 2.07 2.07 2.06 10.68 10.58 10.68 10.63 10.55 1.60 1.60 1.60 1.60 1.60 2.56 2.58 2.58 2.58 2.56 4.20 4.16 4.05 4.13 4.12 25.47 25.31 25.26 25.00 25.14 4.24 4.25 4.23 4.15 4.23 5.03 5.05 5.08 5.04 5.04 4.14 4.13 4.14 4.13 4.13 2.07 2.06 2.07 2.07 2.06 10.55 10.57 10.60 10.60 10.52 1.60 1.60 1.60 1.60 1.60 1.60 1.60 2.58 2.56 2.58 2.58 2.56 2.57 2.58 4.07 3.95 4.04 4.14 4.14 3.91 25.54 25.79 25.46 25.15 25.91 24.55 4.20 4.28 4.25 4.38 4.28 3.59 5.14 5.12 5.04 5.08 5.08 4.82 4.15 4.14 4.13 4.16 4.14 4.27 2.08 2.07 2.06 2.08 2.07 2.13 10.63 10.62 10.55 10.61 10.56 11.13 11,58 Bảng 3.Các quy trình làm nguội khác độ dài liên kết cặp liên kết có thay đổi nhƣng so sánh giá trị mẫu 1(làm nguội từ 1000K 300K) mẫu (làm nguội từ 3000K 300K), Độ dài liên kết Si-O 1.60 (Ǻ) khoảng cách liên kết O-O 2.56 đến 2.58 (Ǻ), Si-Si 3.08 đến 3.12 (Ǻ) Kết độ dài liên kết khác phù hợp với thực nghiệm Đồ thị biểu diễn độ cao đỉnh thứ gj(r) độ dài liên kết rj quy trình nhƣ sau: 22 4.5 Si-Si 3.5 g(r) 2.5 1.5 0.5 -0.5 10 15 (r) 20 4.5 g(r) O-O 3.5 2.5 1.5 0.5 -0.5 10 15 20 (r) 30 25 g(r) Si-O 20 15 10 0 10 12 -5 14 (r) 16 Hình 3.2 Hàm phân bố xuyên tâm SiO2 23 Nhìn chung Trong liên kết cặp Si-O có đỉnh cao Giá trị rj cặp Si-Si, Si-O O-O chênh lệch không lớn (Hình 3.2) Bảng Số phối trí cặp Si-O mẫu khác Quy trình Quy trình Quy trình M1 M2 M3 M4 M5 M1 M2 M3 M4 M5 M1 M2 M3 M4 M5 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.862 0.880 0.865 0.868 0.878 0.868 0.879 0.873 0.871 0.877 0.860 0.863 0.880 0.854 0.867 0.133 0.107 0.132 0.123 0.117 0.126 0.116 0.118 0.123 0.117 0.129 0.131 0.111 0.135 0.127 0.006 0.013 0.004 0.009 0.005 0.006 0.006 0.009 0.005 0.006 0.011 0.006 0.009 0.012 0.007 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 Hình 3.3 Đồ thị số phối trí cặp Si-O mẫu khác quy trình khác Từ kết bảng 4, nhận thấy SiO2 chủ yếu tồn dạng tứ diện SiO4 , dạng SiO5 bát diện SiO6 tồn với tỉ lệ thấp hơn, mẫu khác tỷ lệ thay đổi không đáng kể, đồ thị có hình dạng giống 24 Bảng Số phối trí cặp O-Si mẫu khác 0.002 0.002 0.001 0.001 0.002 0.002 0.002 0.002 0.003 0.002 0.001 0.002 0.001 0.002 0.001 M1 M2 M3 M4 M5 M1 M2 M3 M4 M5 M1 M2 M3 M4 M5 0.925 0.929 0.928 0.928 0.934 0.927 0.932 0.928 0.928 0.931 0.923 0.925 0.934 0.918 0.929 0.074 0.068 0.071 0.071 0.065 0.071 0.066 0.070 0.068 0.067 0.076 0.072 0.065 0.080 0.071 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.000 0.000 0.001 0.000 0.000 0.000 10 11 12 13 14 15 1.1 0.9 0.7 0.5 0.3 0.1 -0.1 Hình 3.4 Đồ thị số phối trí cặp O-Si với mẫu khác Số phối trí cặp O-Si chủ yếu tập trung số phối trí Bảng Ta nhận thấy bao quanh nguyên tử O có 1,2,3 nguyên tử Si có lƣợng nhỏ nguyên tử Si chiếm tỷ lệ lớn vẩn nguyên tử Si 25 tỷ lệ giảm mẫu khác nhau, Nhìn chung quy trình khác tỷ lệ có biến động ít, vá tỷ lệ nhìn chung đồng Thơng tin hữu ích hình dáng kích thƣớc SiOx kết nối chúng đƣợc suy từ phân bố góc Ảnh hƣởng quy trình đến phân bố góc cấu trúc SiO2 đƣợc thể bảng bảng - Các phân bố góc O-Si-O thay đổi khoảng từ 800 đến 1450 , Phân bố góc cho ta thơng tin kết nối đơn vị cấu trúc Nó đạt đỉnh cao 1050 giá trị tƣơng ứng với mẫu đƣợc mô - Các phân bố góc Si-O-Si thay đổi khoảng từ 900 đến 1750 , Nó đạt đỉnh cao giá trị 1350 ; 1400 1450 giá trị tƣơng ứng với mẫu đƣợc mô - Trong cơng việc chúng tơi tính góc O-Si-O góc Si-O-Si Để kiểm tra thay đổi khối đa diện SiOx, chúng tơi tính tốn phân bố góc OSi-O riêng cho SiO4, SiO5 SiO6 Các phân bố góc O-Si-O Si-O-Si đƣợc biểu diễn (Hình 3.5) nhiên mức độ thay đổi mơ hình vi cấu trúc khơng đáng kể 26 Bảng phân bố góc O-Si-O mơ hình khác M1 QT 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.002 0.015 0.086 0.207 0.258 0.212 0.122 0.058 0.025 0.009 0.003 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.002 0.002 0.018 0.090 0.203 0.256 0.204 0.126 0.060 0.026 0.009 0.003 0.001 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 M2 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.002 0.003 0.016 0.087 0.205 0.254 0.208 0.124 0.059 0.027 0.009 0.004 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.001 0.014 0.088 0.206 0.262 0.210 0.121 0.059 0.026 0.009 0.002 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.002 0.002 0.017 0.090 0.205 0.254 0.204 0.123 0.062 0.025 0.010 0.003 0.001 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 M3 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.002 0.002 0.017 0.088 0.201 0.258 0.211 0.124 0.058 0.025 0.010 0.003 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.002 0.015 0.088 0.204 0.263 0.208 0.121 0.059 0.025 0.009 0.003 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.002 0.002 0.016 0.089 0.204 0.257 0.205 0.124 0.061 0.027 0.009 0.003 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 M4 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.002 0.002 0.017 0.088 0.207 0.256 0.206 0.121 0.061 0.028 0.010 0.002 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.002 0.014 0.086 0.205 0.263 0.211 0.124 0.060 0.025 0.008 0.002 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.002 0.002 0.017 0.090 0.205 0.254 0.205 0.123 0.062 0.024 0.009 0.003 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 M5 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.002 0.016 0.088 0.202 0.264 0.207 0.122 0.061 0.025 0.009 0.002 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.002 0.002 0.015 0.088 0.205 0.260 0.206 0.122 0.060 0.025 0.009 0.004 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.002 0.002 0.017 0.090 0.204 0.256 0.206 0.121 0.061 0.025 0.010 0.003 0.001 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.002 0.017 0.087 0.206 0.257 0.208 0.122 0.058 0.026 0.011 0.003 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 27 Bảng Phân bố góc Si-O-Si mơ hình khác Góc QT 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 M1 M2 M3 M4 M5 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.004 0.003 0.003 0.007 0.027 0.063 0.106 0.135 0.124 0.118 0.107 0.102 0.085 0.060 0.040 0.014 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.002 0.003 0.003 0.004 0.011 0.030 0.065 0.109 0.120 0.126 0.117 0.110 0.100 0.082 0.062 0.041 0.014 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.001 0.003 0.002 0.003 0.010 0.031 0.073 0.107 0.125 0.121 0.116 0.104 0.093 0.083 0.066 0.044 0.016 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.003 0.002 0.004 0.007 0.026 0.067 0.108 0.124 0.120 0.117 0.109 0.101 0.088 0.065 0.041 0.016 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.001 0.005 0.002 0.004 0.012 0.031 0.065 0.105 0.122 0.123 0.124 0.110 0.097 0.082 0.063 0.039 0.013 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.002 0.002 0.002 0.003 0.012 0.032 0.070 0.100 0.133 0.124 0.111 0.106 0.099 0.084 0.068 0.041 0.012 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.001 0.001 0.003 0.010 0.032 0.068 0.102 0.124 0.130 0.119 0.107 0.095 0.083 0.067 0.042 0.015 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.002 0.004 0.002 0.003 0.013 0.032 0.065 0.101 0.128 0.128 0.122 0.107 0.095 0.083 0.061 0.040 0.015 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.002 0.002 0.004 0.002 0.003 0.009 0.028 0.069 0.104 0.127 0.127 0.115 0.108 0.098 0.085 0.061 0.042 0.015 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.002 0.002 0.004 0.004 0.012 0.030 0.064 0.100 0.124 0.132 0.118 0.104 0.100 0.081 0.062 0.043 0.015 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.002 0.002 0.002 0.004 0.013 0.033 0.066 0.103 0.123 0.130 0.120 0.110 0.103 0.081 0.057 0.037 0.013 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.002 0.004 0.006 0.014 0.033 0.067 0.098 0.113 0.123 0.127 0.109 0.096 0.086 0.069 0.043 0.011 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.001 0.004 0.004 0.004 0.009 0.027 0.067 0.106 0.122 0.127 0.121 0.115 0.096 0.081 0.060 0.042 0.015 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.002 0.003 0.002 0.003 0.013 0.030 0.063 0.103 0.124 0.128 0.121 0.112 0.097 0.081 0.061 0.043 0.014 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.001 0.002 0.003 0.003 0.009 0.030 0.066 0.100 0.135 0.133 0.120 0.102 0.096 0.080 0.063 0.042 0.016 28 0.140 Si-O-Si O-Si-O 0.120 0.100 0.080 0.060 0.040 0.020 0.000 40 60 80 100 120 140 160 180 0.020 Hình 3.5 Đồ thị phân bố góc quy trình khác 3.3 Ảnh hƣởng quy trình đến vi cấu trúc chiết suất Qua cơng trình [1,2,4,16] cho thấy thay đổi phân bố phối trí, thay đổi phân bố góc, thay đổi khoảng cách ( thể tích mẫu nghiên cứu ) làm thay đổi mật độ mẫu điều ảnh hƣởng đến chiết suất mẫu làm thay đổi chiết suất vật liệu SiO2 Chính thay đổi chiết suất ảnh hƣởng trực tiếp đến phổ hấp thụ quang học mẫu mà cụ thể ảnh hƣởng đến vạch phổ phát xạ dãy quang phổ liên tục Khi xây dựng nghiên cứu mơ hình với 1998 ngun tử chứa 666 Si 1332 O áp suất, nhiệt độ 3000K với tốc độ làm lạnh khác thời gian ủ nhiệt khác nhiệt độ 300K Kết cho thấy: Vi cấu trúc SiO2 15 mẫu mơ phân bố phối trí, phân bố góc…có thay đổi nhƣng khơng đáng kể vây mật độ chiết suất mẫu có giá trị thay đổi nhƣng không đáng kể kết thu đƣợc bảng số liệu (Bảng 8) 29 Bảng Giá trị mật độ chiết suất quy trình khác Mẫu vật liệu Mật độ  (g/cm3) Chiết suất n M1 2.226 1.504 M2 2.211 1.500 M3 2.226 1.504 M4 2.211 1.500 M5 2.207 1.499 M6 2.207 1.499 M7 2.203 1.497 M8 2.205 1.498 M9 2.209 1.499 M10 2.196 1.496 M11 2.217 1.502 M12 2.211 1.502 M13 2.203 1.497 M14 2.217 1.502 M15 2.217 1.502 Kết tính tốn phù hợp với số liệu cơng trình nghiên cứu [16] KẾT LUẬ ƢƠ G Chƣơng trình bày kết nghiên cứu ảnh hƣởng quy trình cơng nghệ chế tạo vật liệu SiO2 vào tính chất quang học vi cấu trúc Các tốc độ làm nguội khác đƣợc khảo sát Kết nghiên cứu cho thấy thay đổi quy trình cơng nghệ đƣa vật liệu SiO2 từ nhiệt độ 3000K xuống 300K áp suất 0GPa chiết suất vật liệu biến đổi không đáng kể 30 KẾT LUẬN CHUNG Luận văn đạt đƣợc số kết nhƣ sau: Đã xây dựng đƣợc 15 mơ hình vật liệu SiO2 ứng với quy trình gia cơng nhiệt khác nhau, có hàm phân bố xun tâm phù hợp với số liệu thực nghiệm Những mơ hình sử dụng để nghiên cứu tính chất vật lý khác vật liệu SiO2 Kết khảo sát từ quy trình chế tạo vật liệu khác cho thấy số phối trí cặp Si -O có giá trị khoảng 4,13 - 4,16 điều chứng tỏ phần lớn đơn vị cấu trúc mơ hình SiO2 tứ diện Với độ dài liên kết cặp Si-Si, Si-O O-O tƣơng ứng khoảng 3,08 - 3,12Å, 1,60 2,56-2,58 Å Đặc biệt kết tính tốn phân bố góc O-Si-O SiO4 thu đƣợc có đỉnh 1050 Giá trị chiết suất mẫu vật liệu thu đƣợc có giá trị biến đổi khoảng 1,496 - 1,504 Với quy trình cơng nghệ khác đƣợc xem xét, hai kết đƣợc tìm thấy là: - Mối quan hệ mật thiết vi cấu trúc nhƣ phân bố góc, độ dài liên kết, số phối trí đến tính chất quang học đặc biệt chiết suất - Sự ảnh hƣởng tốc độ làm nguội, thời gian ổn định trình xây dựng mơ hình vật liệu đến tính chất quang học không đáng kể 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Hồng Mơ Oxit vơ định hình nguyên tử (2009) Luận án tiến sĩ vật lý, Đại học Bách khoa Hà Nội [2] Shell M scott, Pablo G deleredetti and Athanassios Panagiotopoulos (2002) “Molecular structural older and anomalies in liquid silica” Phys, Reve, 66,011.202 [3] Sharma Ruchi, Mudi Anirban, chakravarty charusita(2006) “ Diffusional anomaly and network dynamics in liquid silica” T,chem phys, 125,4, 0454 705 [4] A.Winkler, J hỏbach, W.kob.k binder(2004) “ stucture and difusion in amorphous aluminum silicate A molecular dynamics computer simulation” J.chem phý,120,384 [5] Phạm Ngọc Nguyên (1996), „„Nghiên cứu cấu trúc số tính chất vật lý kim loại hợp kim vơ định hình sở sắt coban phƣơng pháp mơ hình hố‟‟, Luận án tiến sĩ tốn lí, ĐHBK Hà nội [6] Lê Thế Vinh (2008), “Mô vi cấu trúc số tính chất vật lý hệ Al2O3, GeO2 trạng thái lỏng vơ định hình”, Luận án tiến sĩ, ĐHBK Hà Nội [7] P K Hùng, P N Nguyên, T B Văn, V V Hoàng, L H Bắc, D Q Tuấn, L K Hoàng, N T Nhàn, “ Phân tích cấu trúc địa phƣơng hợp kim vơ định hình hai ngun CoB, CoP, FeB FeP”, Tuyển tập cơng trình khoa học (89-94), 2001 [8] Liping H And K.John (2004), “Amorphous-Amorphous transitions in silica glass: Reversible transitions and thermo mechanical anomalies”, Phys Rev B, 69, 224203 (4) [9] Lamparter P., Nold E., Rainer-Harbach G., et.al (1995), “X-ray and neutron diffraction studies on amorphous transition metal-boron alloys” (Fe-B, Co-B, NiB), Z Naturforsch, V.A 36 (N02), p 165 [10] Lamparter P., Steeb S J (1995), “Structure of the metallic glass Dy44Ni56 by computer simulation of the experimental pair correlation functions”, Non-Cryst Solids 192-193, p578-584 [11] Meyer M Pontikis V (1991), “Computer simulation in materials science”, p.546 [12] Naoyuki Kitamura, Yutaka Toguchi, Shigeki Funo, Hiroshi Yamashita (1992) 32 [13] T.B.Van, P.N.Nguyen, P.K.Hung (1997), “Computer modeling of local structure and thermodynamic properties of amorphous Co75B25 alloys”, Proc of National Centre for Sci and Tech of Vietnam [14] B.W.H Van beest, G L.Kramer, R.A.van Santen, Phys Rev Lett 54, (1990) 1955 [15] Mơ hình hóa q trình chuyễn pha cấu trúc ơxít silic vơ định hình Tiểu ban vật lý Chất rắn 1, trƣờng cao đẳng Sƣ phạm Kỷ Thuật Vinh Nghệ An 2005 [16] Molecular dynamics simulations of SiO2 melt and glass: Ionic and covalent models J D Kusrcxlo, A C Lls.lcl Department of Geology and Geophysics, Yale University, New Haven, Connecticut 065 I l, U.S.A 33 ... nghiên cứu vật liệu SiO2 song việc tìm hiểu cơng nghệ chế tạo ảnh hƣởng đến chiết suất chúng chƣa có cơng trình cơng bố Đề tài ? ?Ảnh hưởng công nghệ chế tạo đến chiết suất vật liệu SiO2? ?? góp phần giải... mật độ mẫu điều ảnh hƣởng đến chiết suất mẫu làm thay đổi chiết suất vật liệu SiO2 Chính thay đổi chiết suất ảnh hƣởng trực tiếp đến phổ hấp thụ quang học mẫu mà cụ thể ảnh hƣởng đến vạch phổ phát... định chiết suất quang học 17 Kết luận chƣơng CHƢƠNG - MÔ PHỎNG VI CẤU TRÚC VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA VI CẤU TRÚC ĐẾN CHIẾT SUẤT CỦA SiO2 18 19 3.1 Xây dựng mơ hình 19 3.2 Kết mơ tính chất vi cấu trúc SiO2