Vi cấu trúc và ảnh hưởng của vi cấu trúc lên tính chất quang của sio2

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH TRẦN TRUNG NGUYÊN VI CẤU TRÚC VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA VI CẤU TRÚC LÊN TÍNH CHẤT QUANG CỦA SiO2 LUẬN VĂN THẠC SỸ VẬT LÝ VINH, 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH TRẦN TRUNG NGUYÊN VI CẤU TRÚC VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA VI CẤU TRÚC LÊN TÍNH CHẤT QUANG CỦA SiO2 Chuyên ngành: QUANG HỌC Mã số: 66.44.11.01 LUẬN VĂN THẠC SỸ VẬT LÝ Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS LÊ THẾ VINH VINH, 2010 MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU CHƢƠNG - TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan kết nghiên cứu ơxít 1.2 Mơ SiO2 Kết luận chƣơng 14 CHƢƠNG - PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15 2.1 Phƣơng pháp động lực học phân tử 15 2.2 Xác định thông số vi cấu trúc thông số quang học 18 2.2.1 Hàm phân bố xuyên tâm, số phối trí độ dài liên kết 18 2.2.2 Xác định phân bố góc 23 2.2.3 Xác định chiết suất quang học 24 Kết luận chƣơng 25 CHƢƠNG - MÔ PHỎNG VI CẤU TRÚC VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA VI CẤU TRÚC ĐẾN CHIẾT SUẤT CỦA SiO2 3.1 Xây dựng mơ hình 26 3.2 Kết mơ tính chất vi cấu trúc SiO2 28 3.3 Mối liên hệ vi cấu trúc chiết suất 33 Kết luận chƣơng 40 KẾT LUẬN CHUNG 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn sâu sắc đến TS Lê Thế Vinh, ngƣời thầy tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ tơi q trình thực luận văn Xin chân thành cảm ơn giúp đở tạo điều kiện làm việc Phịng thí nghiệm mơ Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Vinh suốt trình làm việc Xin cảm ơn thầy cô giáo khoa Vật Lý, khoa Sau Đại học, Ban Giám Hiệu Trƣờng Đại học Vinh nhiệt tình giảng dạy, tạo điều kiện thuận lợi để tơi đƣợc hồn thành luận văn Cuối tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến gia đình, ngƣời thân, đồng nghiệp tập thể anh chị em học viên cao học khóa 16 dành tình cảm, động viên giúp đỡ tơi vƣợt qua khó khăn để hồn thành luận văn Vinh, tháng 10 năm 2010 Học viên Trần Trung Nguyên DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1 Năng lượng hệ SiO2 mơ hình kích thước khác 12 Bảng 1.2 số liệu tính tốn thực nghiệm mơ hình SiO2 13 Bảng 3.0 Các số 26 Bảng 3.1 Độ dài liên kết hệ SiO2 nhiệt độ khác 28 Bảng 3.2 Độ cao đỉnh thứ gj(r) hàm phân bố xuyên tâm cặp SiO2 nhiệt độ khác 29 Bảng 3.3 Số phối trí trung bình cặp SiO2 nhiệt độ 29 Bảng 3.4 Số phối trí Si-O nhiệt độ khác 30 Bảng 3.5 Số phối trí O-Si nhiệt độ khác 30 Bảng 3.6 Số phối trí O-O nhiệt độ khác 31 Bảng 3.7 Số phối trí Si-Si nhiệt độ khác 32 Bảng 3.8 Phân bố góc thay đổi theo nhiệt độ 34 Bảng 3.9 chiết suất mật độ nhiệt độ khác 39 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Thế BKS BKS hiệu chỉnh (1) BKS tương tác OHình 3.0 O; (2) BKS hiệu chỉnh tương tác O-O; (3) BKS tương tác Si-O (4) BKS hiệu chỉnh tương 27 tác Si-O).[1] Hình 3.1 Độ dài liên kết cặp SiO2 nhiệt độ 28 Hình 3.2 Đồ thị số phối trí cặp Si-O nhiệt độ khác 30 Hình 3.3 Đồ thị số phối trí cặp O-Si nhiệt độ khác 31 Hình 3.4 Đồ thị số phối trí cặp O-O nhiệt độ khác 32 Hình 3.5 Đồ thị số phối trí cặp Si-Si nhiệt độ khác 33 Hình 3.6 Các đơn vị cấu trúc bản: SiO4 (a); SiO5 (b); SiO6 (c); liên kết hai đơn vị cấu trúc (d) 35 Hình 3.7 Đồ thị số phân bố góc T-O-T nhiệt độ khác 35 Hình 3.8 Đồ thị số phân bố góc O-T-O nhiệt độ khác 36 Hình 3.9 Đồ thị số phân bố khoảng cách Si-Si nhiệt độ khác 36 Hình 3.10 Đồ thị số phân bố khoảng cách Si-O nhiệt độ khác 37 Hình 3.11 Đồ thị số phân bố khoảng cách O-Si nhiệt độ khác 37 Hình 3.12 Đồ thị số phân bố khoảng cách O-O nhiệt độ khác 38 Hình 3.13 Sự phụ thuộc mật độ vào nhiệt độ 39 Hình 3.14 Sự phụ thuộc chiết suất vào mật độ T thay đổi 40 MỞ ĐẦU Lý chon đề tài Hệ ơxít nhƣ SiO2 có vai trị quan trọng công nghệ chế tạo vật liệu gốm, men, thủy tinh, vật liệu quang vật liệu kỹ thuật đƣợc ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực Vì hiểu biết cấu trúc vi mơ chúng bƣớc quan trọng để hoàn thiện công nghệ chế tạo vật liệu Hiện nay, tƣợng chuyển pha thù hình tính đa thu hình ơxít đƣợc nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu Vấn đề đƣợc đặt tìm hiểu cấu trúc vi mơ mối quan hệ cấu trúc vi mơ với tính chất quang chúng Do cấu trúc trật tự nên khái niệm truyền thống nhƣ khuyết tật cấu trúc, vancancy mang tính chất đặc thù cần khảo sát cách hệ thống Tuy nhiên trạng thái khác nhƣ đặc trƣng nhƣ mật độ, ảnh nhiểu xạ tia X vấn đề chƣa rõ ràng đƣợc nghiên cứu rộng rãi, đặc biệt mối quan hệ cấu trúc vi mơ chiết suất Vì nội dung luận văn đặt nghiên cứu vi cấu trúc ảnh hƣởng vi cấu trúc đến tính chất quang học SiO2 Mục đích, đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Luận văn nghiên cứu vi cấu trúc tính chất quang học vật liệu SiO2 Đặc biệt mối liên hệ vi cấu trúc tính chất quang học hệ đƣợc phân tích thảo luận cụ thể: 1) Xây dựng mơ hình SiO2 (kiểm tra độ tin cậy mơ hình việc so sánh với thực nghiệm) 2) Khảo sát đặc trƣng tính chất vi cấu trúc ô xít SiO2 3) Xác định chiết suất xít SiO2 tìm mối quan hệ vi cấu trúc chiết suất Phƣơng pháp nghiên cứu Luận văn sử dụng phƣơng pháp mô động lực học phân tử phƣơng pháp phân tích cấu trúc vi mô Ý nghĩa khoa học thực tiển đề tài Luận văn nghiên cứu cung cấp nhiều thông tin chi tiết cấu trúc vi mơ tính chất quang vật liệu SiO2 điều kiện nhiệt độ khác Các mô hình vật liệu SiO2 đƣợc xây dựng sử dụng để nghiên cứu nhiều tính chất vật lý khác vật liệu Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu kết luân, 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 thơng số quang học mơ hình ĐLHPT Chƣơng mô vi cấu trúc, mối quan hệ vi cấu trúc chiết suất SiO2 CHƢƠNG TỔNG QUAN Trình bày tóm tắt số kết nghiên cứu năm gần liên quan đến nội dung, đối tƣợng phƣơng pháp nghiên cứu luận án 1.1 Tổng quan kết nghiên cứu ơxít Các vật liệu ơxít đƣợc nghiên cứu phƣơng pháp thực nghiệm mô Các phƣơng pháp thực nghiệm đƣợc sử dụng nhƣ nhiễu xạ tia X [1], nhiểu xạ nơtrôn [2,3 ], phổ man [4,5 ], phổ hấp thụ tia X [5, 6], cộng hƣởng từ hạt nhân Tuy nhiên phƣơng pháp mô đời sau nhƣng gần có số lƣợng lớn cơng trình nghiên cƣú sở dụng phƣơng pháp cho nhiều kết giá trị [7,8,9] Điều cho thấy phƣơng pháp nghiên cứu mạnh, có triển vọng Mơ cho phép xây dựng mẫu vật liệu khảo sát tính chất vật lý chúng Bản chất q trình mơ lại q trình nghiên cứu vật liệu phịng thí nghiệm Bởi mô đƣợc xem phƣơng pháp thực nghiệm mơ hình hay thực nghiệm máy tính Các phƣơng pháp mô thƣờng đƣợc sử dụng nhƣ liên kết chặt, động lực học phân tử, phƣơng pháp nguyên lý ban đầu dựa việc giải hệ phƣơng trình Schrodinger cho hệ nhiều điện tử không sử dụng thông số thực nghiêm Đây phƣơng pháp có nhiều triển vọng đƣợc ứng dụng rộng rãi Tuy nhiên phƣơng pháp có hạn chế áp dụng cho hệ nhỏ chứa từ vài chục đến vài trăm nguyên tử Trong phƣơng pháp nhúng cụm, việc tính tốn chuyển đổi lúc vị trí nguyên tử theo thống kê Boltzman Nhƣng phƣơng pháp liên kết chặt tính toán theo Hamintonien ma trận sở dựa số liệu thực nghiệm xét đến độ ảnh hƣởng hiệu ứng lƣợng tử 10 Phƣơng pháp áp dụng cho nhửng hệ lớn nhiều nguyên tử, đƣợc sử dụng để nghiên cứu cấu trúc điện tử Đối với phƣơng pháp động lực học phân tử, tính tốn đƣợc thực sở phƣơng trình chuyển động Newton cho nguyên tử Phƣơng pháp cho phép theo dõi chuyển động tập hợp nguyên tử theo thời gian xác định đƣợc ảnh hƣởng nhiệt độ, áp suất đến tính chất hóa lý chúng Một số tính chất vật lý nhƣ cấu trúc địa phƣơng, tính chất nhiệt động, tính chất khuếch tán, lƣợng hình thành, phổ hấp thụ quang học, chiết suất… đƣợc khảo sát phƣơng pháp động lực học phân tử Phƣơng pháp động lực học phân tử cổ điển với tƣơng tác cặp mạnh mơ tả vi cấu trúc nhƣng khơng thể mơ tả đắn tất tính chất vật lý vật liệu Điều liên quan trực tiếp đến mức độ tin cậy mô hình động lực học phân tử cổ điển nhận thấy mơ hình với tƣơng tác khác cho số liệu khác Tuy nhiên giá trị mơ hình dự báo nhiều tƣợng thú vị, có tính chất định hƣớng dẫn đến nhiều nghiên cứu phƣơng pháp khác Gần số tác giả sử dụng đồng thời hai phƣơng pháp thực nghiệm mô cho nghiên cứu [1,10] Một số tác giả kết hợp ƣu điểm nhiều phƣơng pháp mơ với để thực nghiên cứu, ví dụ cơng trình [11] tác giả kết hợp phƣơng pháp nguyên lý ban đầu động lực học phân tử để nghiên cứu tính chất cấu trúc chế khuếch tán hiđrơ SiO2 nóng chảy Khi thực nghiên cứu mô ba vấn đề ảnh hƣởng đến độ tin cậy kết thu đƣợc đặt tƣơng tác, điều kiện biên kích thƣớc mơ hình Thứ chọn tƣơng tác nguyên tử 10 36 Bảng 3.4 Số phối trí Si-O nhiệt độ khác Z, K 500 1000 1500 2000 2500 3000 0.000 0.889 0.109 0.002 0.000 0.736 0.097 0.003 0.874 0.120 0.005 0.000 0.889 0.100 0.011 0.000 0.890 0.103 0.007 0.000 0.836 0.155 0.009 0.000 0.8 500K 1000K 0.6 1500K 0.4 2000K 2500K 0.2 3000K 0 10 -0.2 Hình 3.2 Đồ thị số phối trí cặp Si-O nhiệt độ khác Về tỉ lệ nguyên tử Si bao quanh nguyên tử O, chủ yếu có từ đến nguyên tử Si bao quanh nguyên tử O, cấu trúc hầu nhƣ không thay đổi theo nhiệt độ Cũng có tỉ lệ đáng kể khơng có ngun tử Si bao quanh nguyên tử O (bảng 3.5) Tỉ lệ có xu hƣớng giảm nhiệt độ 3000K Số phối trí cặp liên kết Si-O chủ yếu và hầu nhƣ không thay đổi theo nhiệt độ Nhƣ vậy, đơn vị cấu trúc chủ yếu hệ SiO4 SiO5, nhiệt độ khoảng 3000K có xuất đơn vị cấu trúc SiO nhƣng với tỉ lệ thấp Bảng 3.5 Số phối trí O-Si nhiệt độ khác Z, K 500 1000 1500 2000 2500 3000 0.000 0.001 0.930 0.069 0.000 0.000 0.925 0.075 0.000 0.921 0.079 0.000 0.001 0.899 0.072 0.000 0.003 0.929 0.070 0.001 0.003 0.893 0.105 0.002 36 37 Số phối trí cập O-Si lại có xu hƣớng tăng nhiệt độ 3000K nhƣng chủ yếu tập trung số phối trí Sự tăng khơng đáng kể tỷ lệ tƣơng đối thấp 1.2 0.8 500K 1000K 1500K 2000K 2500K 3000K 0.6 0.4 0.2 0 10 -0.2 Hình 3.3 Đồ thị số phối trí cặp O-Si nhiệt độ khác Về cấu trúc tỉ lệ thay đổi cặp O-O thay đổi theo nhiệt độ chạy mơ hình nhiệt độ Điều cho thấy đƣợc ảnh hƣởng thay đổi nhiệt độ đến vi cấu trúc phân tử Bảng 3.6 Số phối trí O-O nhiệt độ khác Z, K 10 500 0.000 0.003 0.018 0.060 0.149 0.245 0.259 0.170 0.076 0.012 0.003 1000 0.000 0.002 0.020 0.065 0.148 0.248 0.254 0.182 0.064 0.014 0.002 1500 0.001 0.022 0.063 0.152 0.247 0.244 0.182 0.067 0.017 0.003 0.001 2000 0.005 0.023 0.071 0.164 0.236 0.258 0.145 0.071 0.015 0.004 0.001 2500 0.007 0.024 0.087 0.183 0.250 0.243 0.139 0.052 0.009 0.000 0.005 3000 0.007 0.026 0.081 0.181 0.250 0.233 0.146 0.058 0.014 0.002 0.001 37 38 0.7 0.6 0.5 500K 1000K 0.4 1500K 0.3 2000K 0.2 2500K 3000K 0.1 -0.1 10 Hình 3.4 Đồ thị số phối trí cặp O-O nhiệt độ khác Bảng 3.6 cho thấy hàm phân bố xuyên tâm thành phần số phối trí trung binh Zil thay đổi nhiệt độ tăng, nhiệt độ tăng số phối trí có xu hƣớng giảm dần Nhƣng đến nhiệt độ 3000K lại có xu hƣớng tăng trở lai Điều chứng tỏ nhiệt độ 3000K ảnh hƣởng trực tiếp đến số phối trí hàm phân bố xuyên tâm hệ vi cấu trúc Điều hoàn toàn phù hợp với thực nghiệm Bảng 3.7 Số phối trí Si-Si nhiệt độ khác Z, K 500 0.000 0.000 0.364 0.328 0.191 0.095 0.019 0.003 1000 0.000 0.000 0.353 0.325 0.217 0.083 0.020 0.003 1500 0.000 0.342 0.334 0.224 0.082 0.011 0.006 0.000 2000 0.001 0.364 0.328 0.194 0.080 0.030 0.003 0.000 2500 0.002 0.346 0.347 0.214 0.069 0.019 0.003 0.000 3000 0.001 0.334 0.337 0.230 0.084 0.010 0.002 0.001 38 39 0.8 500K 0.6 1000K 1500K 0.4 2000K 2500K 0.2 3000K 0 10 -0.2 Hình 3.5 Đồ thị số phối trí cặp Si-Si nhiệt độ khác Từ bảng 3.7 ta thấy đƣợc số phối trí Si-Si giảm dần nhiệt độ tăng tăng lên 3000K số phối trí bắt đầu tăng Điều chứng tỏ phân bố phối trí cặp mơ hình nhiệt độ khác hoàn toàn phụ thuộc vào nhiệt độ Song ta thấy thay đổi khơng có hệ thống Số phối trí cặp Si-Si đạt đỉnh cao giá trị Và ta thấy đỉnh cao phân bố phối trí nhiệt độ 1500K thấp Và đỉnh cao số phối trí cặp nằm nhiệt độ 500K Các số liệu đồ thị tƣơng đối phù hợp với số liệu tài liệu [10] Kết tính tốn số phối trí cặp trung bình cho thấy cấu trúc SiO2 đƣợc tạo thành từ đơn vị cấu trúc TOx (T=Si ; x=4, 5, 6) Mẫu vật liệu lúc đầu áp suất 0GPa 3000K có tỷ lệ đơn vị cấu trúc SiO4 chiếm khoảng 80%, tỷ lệ đơn vị cấu trúc SiO5 chiếm khoảng 19% hầu nhƣ SiO6 chiếm tỷ lệ Khi thay đổi nhiệt độ phân bố góc thay đổi ảnh hƣởng trực tiếp đến vi cấu trúc hệ SiO2 Các góc thay đổi khoảng từ 600 đến 1550 Điều đƣợc thể hiên bảng số liệu sau 39 40 góc 500K 1000K 1500k 2000k 2500K 3000K 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 0.000 0.000 0.000 0.005 0.003 0.033 0.773 5.067 12.360 15.589 13.370 7.500 3.188 1.174 0.442 0.164 0.066 0.002 0.016 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.004 0.032 0.100 0.195 0.238 0.188 0.130 0.064 0.031 0.011 0.004 0.002 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.003 0.016 0.053 0.119 0.173 0.197 0.173 0.119 0.075 0.041 0.017 0.009 0.003 0.001 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.005 0.021 0.061 0.119 0.170 0.184 0.164 0.119 0.074 0.042 0.022 0.011 0.005 0.002 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.003 0.016 0.053 0.119 0.173 0.197 0.173 0.119 0.075 0.041 0.017 0.009 0.003 0.001 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.002 0.010 0.029 0.067 0.119 0.162 0.167 0.155 0.116 0.079 0.049 0.026 0.012 0.005 0.002 0.001 0.000 Bảng 3.8 Phân bố góc thay đổi theo nhiệt độ Từ bảng số liệu thấy phân bố góc tăng khoảng 90 đến đỉnh cao 1050 sau bắt đầu giảm dần Điều hoàn toàn phù hợp với thực nghiệm [15] Phân bố góc cho ta thơng tin kết nối đơn vị cấu trúc Nó đạt đỉnh cao 1050 giá trị tƣơng ứng với nhiệt độ 500K Điều cho thấy đỉnh cao hạ dần nhiệt độ tăng lên Các giá trị làm ta hiểu rõ sâu liên kết đơn vị cấu trúc cạnh Hình 3.6 trình bày phân bố góc 2-1-2 ta thấy đỉnh xuất với góc 1050 với phân bố góc O-Si-O SiO4, có nguyên tử Si tâm bốn nguyên tử O đỉnh, so với góc O-Si-O tứ diện SiOx lý tƣởng tứ diện đƣợc xác định méo Phân bố góc 1-2-1 hình 3.7 cho ta biết liên kết đa diện SiOx có đỉnh 1450 40 41 (a) (b) (d) (c) Hình 3.6 Các đơn vị cấu trúc bản: SiO4 (a); SiO5 (b); SiO6 (c); liên kết hai đơn vị cấu trúc (d) Dựa vào số liệu bảng 3.8 hình 3.6 ta thấy chuyển pha có ảnh hƣởng đến phân bố góc đƣợc trình bày hình 3.9 Ta nhận thấy tăng lên đa diện SiO6 xuất rõ đỉnh thứ hai phân bố góc O-Si-O đa diện SiO6 Kết phù hợp với cơng trình [20] biểu trình chuyển pha, tƣơng tự nhƣ thay đổi số phối trí từ lên Điều lần khẳng định tồn đa cấu trúc mẫu vật liệu nghiên cứu 0.14 0.12 0.12 0.12 0.1 0.1 0.08 0.08 0.06 0.06 0.04 0.04 0.02 0.02 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 50 100 150 Hình 3.7 Đồ thị số phân bố góc T-O-T nhiệt độ khác 41 200 42 0.2 0.2 0.15 0.15 0.1 0.1 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0.05 0.05 0 50 100 150 -0.05 200 50 100 150 200 50 100 150 200 -0.05 -0.05 Hình 3.8 Đồ thị số phân bố góc O-T-O nhiệt độ khác Khi xây dựng mơ hình SiO2 với 1998 ngun tử, có 666 nguyên tử Si 1332 nguyên tử ôxy thấy nhiệt độ ảnh hƣởng trực tiếp đến phân bố khoảng cách, nhiên mức độ thay đổi mơ hình vi cấu trúc không đáng kể Điều cho thấy tăng nhiệt độ khoảng cách phân tử vi cấu trúc giảm, nhƣ mà làm cho mật độ mơ hình giảm điều ảnh hƣởng trực tiếp đến chiết suất mẫu Kết phù hợp với số cơng trình [9] 0.25 0.2 500K 0.15 1000K 1500K 0.1 2000K 2500K 0.05 3000K 0 0.5 1.5 2.5 -0.05 Hình 3.9 Đồ thị số phân bố khoảng cách Si-Si nhiệt độ khác 42 43 Thông tin thông số khoảng cách khác SiO2 nhiệt độ khác làm ảnh hƣởng đến cấu trúc mạng vi cấu trúc, đồng thời ảnh hƣởng trực tiếp đến khoảng cách cấu trúc mẫu mà ta xét Sự thay đổi hình 3.10 ta quan sát đƣợc khoảng cách nhiệt độ 500K đạt đỉnh cao nhất, nhiệt độ tăng ta lại thấy khoảng cách cặp Si-Si lại có xu hƣớng giảm 0.12 0.1 5000K 0.08 1000K 0.06 1500K 0.04 2000K 2500K 0.02 3000K -0.02 0.5 1.5 2.5 Hình 3.10 Đồ thị số phân bố khoảng cách Si-O nhiệt độ khác Nhƣng phân bố khoảng cách cặp Si-O có xu hƣớng giảm tăng nhiệt độ lên nhƣng mức độ giảm khơng đáng kể Điều nói lên tính ổn định vi cấu trúc 0.2 0.15 5000K 1000K 0.1 1500K 2000K 0.05 2500K 3000K 0 0.5 1.5 2.5 -0.05 Hình 3.11 Đồ thị số phân bố khoảng cách O-Si nhiệt độ khác 43 44 0.1 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 -0.01 5000K 1000K 1500K 2000K 2500K 3000K 0.5 1.5 2.5 Hình 3.12 Đồ thị số phân bố khoảng cách O-O nhiệt độ khác Từ đồ thị 3.12 3.11 nhận thấy nhiệt độ 500K phân bố khoảng cách cặp O-Si cặp O-O có đỉnh cao, nhƣng nhiệt độ 3000K khoảng cách xem nhƣ khơng thay đổi lớn Điều hoàn toàn phù hợp với thực nghiệm Vậy qua khảo sát mơ hình vi cấu trúc vật liệu vơ định hình SiO2 áp suất với áp suất 0Gpa nhiệt độ khác thấy thay đổi nhiệt độ mô hình lần lƣợt 500K, 1000K, 1500k, 2000K, 2500k 3000K : *Các kết nhận đƣợc tƣơng đối phù hợp với thực nghiệm *Ơxít SiO2 có số phối trí chủ yếu tập trung số phối trí tăng nhiệt độ có khả xuất thêm SiO3 nhƣng tỷ lệ thấp, SiO4 SiO5 khả xuất lại cao *Phân bố góc giảm dần theo nhiệt độ đạt giá trị đỉnh góc 1050 phân bố góc thay đổi từ 600 đến 1750 đƣợc khảo sát rõ đồ thị 3.7 3.8 *Phân bố khoảng cách giảm dần theo nhiệt độ thay đổi khoảng cách khơng đáng kể nhiên ảnh hƣởng đến tính chất vật lý mẫu mặt cấu trúc nhƣ tính chất vật lý khác 44 45 3.3.Mối liên hệ vi cấu trúc chiết suất Khi xây dựng nghiên cứu mơ hình với 1998 nguyên tử chứa 666 Si 1332 O áp suất nhƣng nhiệt độ thay đổi liên tục từ 500K, 1000K, 1500K, 2000K, 2500K, 3000K với cấu trúc tứ diện kích thƣớc 29.33A0 chạy liên tục 2500 bƣớc nhiệt độ nêu chúng tơi tìm thấy ảnh hƣởng trực tiếp nhiệt độ đến chiết suất mẫu nghiên cứu Sự thay đổi nhiệt độ dẫn đến 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 của SiO2 Sự 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 Kết thu đƣợc thể bảng (3.9.) T(K) Mật độ(g/cm ) Chiết suất 500 1000 1500 2000 2500 2.6598 2.6508 2.6345 2.6051 2.5814 1.5447 1.5384 1.5255 1.5015 1.4812 3000 2.5945 1.4926  Bảng 3.9 chiết suất mật độ nhiệt độ khác Từ kết thu đƣợc thấy hoàn toàn phù hợp với tài liệu [12] từ số liệu thu đƣợc ta thấy đồ thị mô tả thay đổi chiết suất nhiệt độ thay đổi phù hợp với số công trình nghiên cứu Điều lại khẳng định lại lần ảnh hƣởng nhiệt độ đến phổ hấp thụ phát xạ tính chất quang vật liệu 45 46 2.67 2.66 2.65 2.64 2.63 2.62 2.61 2.6 2.59 2.58 2.57 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Hình 3.13 Sự phụ thuộc mật độ vào nhiệt độ 1.5500 1.5400 1.5300 1.5200 1.5100 1.5000 1.4900 1.4800 1.4700 2.57 2.58 2.59 2.6 2.61 2.62 2.63 2.64 2.65 2.66 2.67 Hình 3.14 Sự phụ thuộc chiết suất vào mật độ T thay đổi Khi nhiệt độ 500K chiết suất mơ hình có cao nhất, cịn tăng nhiệt độ ta lại thấy  giảm dần kéo theo chiết suất giảm Nhƣng đến nhiệt độ 3000K chung ta lại thấy mật độ  lại có xu hƣớng tăng lên điều ảnh hƣởng đến chiết suất vật liệu Kết luận chƣơng Các thông số đƣợc xử lý cụ thể đƣợc thể thông qua bảng biểu hình vẻ Điều hồn tồn phù hợp với kết thực nghiệm Các kết đƣợc thảo luận, đánh giá đƣợc ảnh hƣởng thơng số vật lý thay đổi q trình mơ nêu lên mối liên hệ hàm mật độ chiết suất SiO2 46 47 KẾT LUẬN CHUNG * Đã xây dựng đƣợc mơ hình vật liệu SiO2 gồm 1998 nguyên tử nhiệt độ 3000K có hàm phân bố xuyên tâm phù hợp với cơng trình thực nghiệm mơ tác giả khác * Số liệu phân bố góc O-Si-O SiO4 có đỉnh 1050 chứng tỏ tứ diện méo Sự phụ thuộc số lƣợng đa diện SiOx(x=4, 5, 6) vào áp suất có thay đổi đột ngột tỷ lệ số lƣợng đa diện SiOx mẫu vật liệu, cụ thể SiO4 giảm nhanh số đa diện SiO5 tăng nhanh số đa diện SiO6 tăng Điều chứng tỏ tồn tính đa thù hình SiO2 lỏng *Vi cấu trúc SiO2 đƣợc khỏa sát phân tích thảo luận Sự ảnh hƣởng nhiệt độ đến hàm phân bố xun tâm, số phối trí, phân bố góc đƣợc nghiên cứu *Sự thay đổi nhiệt độ làm mật độ mẫu bị thay đổi Sự thay đổi mật độ làm chiết suất n mẫu thay đổi ảnh hƣởng trực tiếp phổ vạch vật liệu, cụ thể làm cho đƣờng tia sáng đơn sắc thay đổi góc lệch qua mẫu 47 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] P K Hùng, P N Nguyên, T B Văn, V V Hoàng, L H Bắc, D Q Tuấn, L K Hồng, 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 [2] 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 [3] 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 [4] Arsenault R.J., Beeler J.R., Esterling D.M (1988), “Computer simulation in materials science”, p.322 [5] Ballone P (1995), “Overview of computational methods in materials science”, Workshop on Computational Methods in material science and engineering, 12-23, June, Triest, Italy [6] Courtot-Descharles A., Paillet P., Leray J L.(1999), “Theoretical study using density functional theory of defects in amorphous silicon dioxide”, J of Non – Cryst Solids, 154 -160 [7] D K Belashchenko, Usp Fiz Nauk 42 (4) (1999) 297 [8] Emmanuel Sunyer, Philippe Jundb, Walter Koba and Romi Julliena (2002), “Molecular dynamics study of the diffution of sodium in amorphous Silica”, J of Non Cryst Solids V.307-310 48 49 [9] Kluge M., Schober H.R., (2001) “Simulation of diffusion in amorphous solids anf liquid”, , Defect and diffusion forum Vols 194-199, p.849854 [10] Krajci M., Hafner J.(1995), “Structural and electronics properties of liquid and amorphous carbon calculated via the fuzzy tight - binding Monte Carlo method”, Ninth Inter Conf on Liquid and Amorp metals (LAM-9), Chicago, Illimois, USA, Aug 27 – Sept [11] Liping H And K.John (2004), “Amorphous-Amorphous transitions in silica glass: Reversible transitions and thermo mechanical anomalies”, Phys Rev B, 69, 224203 (4) [12] 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, Ni-B), Z Naturforsch, V.A 36 (N02), p 165 [13] 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 [14] Meyer M Pontikis V (1991), “Computer simulation in materials science”, p.546 [15] Naoyuki Kitamura, Yutaka Toguchi, Shigeki Funo, Hiroshi Yamashita (1992) “ Refractive index of densified silica glass ” [16] Peter V Sushko, A Marshall Stoneham, and Alexander L Shluger (2005) “Correlation between the atomic structure energies, and optical absorption of neutral oxygen vacancies in amorphous silica ” 49 50 [17] P K Hung, P N Nguyen, D K Belashchenko, Izv Akad Nauk SSSR, Metal (1998) 118 [18] P K Hung, H V Hue, L T Vinh, “ Simulation study pores and pore cluster in amorphous alloys Co100-xBx and Co100-yPy” Journal of Non – Crystalline Solids 352 (2006) 3332 – 3338 [19] P.K.Hung, L.T.Vinh, H.V.Hue, “ Simulation study of pores and pore clusters in metal-metalloid amorphous alloys”, [20] Sprik M.(1995), “Molecular dynamics simulations in statistical mechanics and materials science”, Workshop on computational methods in Materials Science and Engineering., June, Triest Italy, 12-23 [21] 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 [22] V.V.Hoang (2005), “Thermal hystersis of a simulated Al2O3 system”, Eur Phys J B 48, 495 - 500 [23] V V Hoang, T B Van, P K Hung, J Metast Nanocryst Master.9 (2001) [24] V V Hoang, N H Hung, N H T Anh, J Metast Nan [25] V V Hoang, D K Belashchenko, V T M Thuan, Phycica B (2003) 293532 50 ... 25 CHƢƠNG - MÔ PHỎNG VI CẤU TRÚC VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA VI CẤU TRÚC ĐẾN CHIẾT SUẤT CỦA SiO2 3.1 Xây dựng mơ hình 26 3.2 Kết mơ tính chất vi cấu trúc SiO2 28 3.3 Mối liên hệ vi cấu trúc chiết suất 33...2 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH TRẦN TRUNG NGUYÊN VI CẤU TRÚC VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA VI CẤU TRÚC LÊN TÍNH CHẤT QUANG CỦA SiO2 Chuyên ngành: QUANG HỌC Mã số: 66.44.11.01... trúc đến tính chất quang học SiO2 Mục đích, đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Luận văn nghiên cứu vi cấu trúc tính chất quang học vật liệu SiO2 Đặc biệt mối liên hệ vi cấu trúc tính chất quang học hệ