6. Cấu trúc của đề tài
3.2.3. Giải thích cơ chế tạo thành tinh thể theo phương pháp trực quan hóa
Hình 3.15 biểu diễn năng lượng của các nguyên tử loại khác nhau như là hàm của thời gian. Như mong đợi, với giai đoạn đầu, ECr dao động mạnh xung quanh EAm không thay đổi. UCr phụ thuộc mạnh vào mức độ méo mó của đám tinh thể nó biến đổi mạnh đối với các đám nhỏ. Do đó sự thăng giáng của ECr
liên quan đến sự tạo thành các đám tinh thể không bền vững trong các vị trí khác nhau của hạt nano. Mặt khác, ECr có xu hướng giảm nhẹ theo thời gian hồi phục nó dẫn đến sự tạo thành các vùng mầm, ở đó năng lượng ECr và thời gian sống của các mầm trong vùng mầm này lớn hơn ở giai đoạn trước.
Hình 3.15. Biểu diễn năng lượng của các nguyên tử loại khác nhau (ECr, EAm, ECB and EAB) như là hàm của thời gian.
Trong giai đoạn 2, sự khác nhau giữa ECr và EAm là lớn hơn đáng kể và ECr nhỏ hơn EAm nó chỉ ra rằng các đám tinh thể bền vững tạo thành và kích thước của chúng lớn hơn giá trị tới hạn. Không giống như trạng thái ban đầu ECB nhỏ hơn EAB nhiều. Điều này cho thấy đám tinh thể thích phát triển hơn là co lại. Mặt khác, năng lượng E
0 1500 3000 4500 -2.7 -2.4 -2.1 -2.7 -2.4 -2.1 ECB EAB T he e ne rg y, e V Steps x 20000 ECr EAm A B C
biên của đám tinh thể có sự sắp xếp nguyên tử tương tự với tinh thể bcc méo. Nó có nghĩa là tốc độ của sự tạo các mầm trong vùng biên mạnh hơn nhiều bên trong pha VĐH. Thêm nữa, thể tích của vùng biên cũng tăng khi đám tinh thể tăng. Vì các hệ số này, đám tinh thể lớn nhanh. Trong giai đoạn 3 năng lượng EAm và EAB tăng nhẹ bởi vì vùng biên dịch ra bề mặt và hầu hết Am-atoms đặt trong bề mặt.
Để thấy rõ vai trò của nguyên tử B đối với sự tinh thể hóa chúng tôi tạo ra hai mẫu VĐHủ nhiệt 900K (hình 3.16 và hình 3.17). Mẫu thứ nhất được tạo ra bằng cách giống như mẫu Fe95B5. Đối với mẫu thứ 2 cấu hình ban đầu được tạo ra bằng cách đặt ngẫu nhiên 4500 nguyên tử Fe trong quả cầu bán kính 28 Å và 500 nguyên tử B trong bề mặt (Fe90B10). Sau đó hồi phục thống kê được thực hiện đến khi đạt trạng thái cân bằng. Sau đó mẫu được đun nóng lên 900K và ủ thời gian dài 9×107 bước. Không giống mẫu thứ nhất, lõi của mẫu thứ hai có nồng độ B nhỏ hơn B trên bề mặt. Tiếp theo, hai mẫu được đun nóng đến 900K và sau đó ủ nhiệt thời gian dài. Kết quả cho thấy cấu trúc của mẫu thứ nhất vẫn còn VĐH và mẫu thứ hai đã bị tinh thể hóa. Đối với mẫu thứ nhất các mầm tạo thành trong suốt quá trình ủ nhiệt. Chúng phân bố không đồng dạng trong hạt nano và biến mất trong thời gian ngắn, tốc độ tạo thành các mầm nhanh hơn. Mẫu thứ hai tinh thể hóa thông qua 3 giai đoạn. Do đó sự khác nhau liên quan duy nhất tinh thể lớn lên bị cản trở khi vùng biên chuyển đến các vị trí với nồng độ nguyên tử B cao. Do đó, sự tạo thành đám tinh thể bền vững và sự lớn lên của tinh thể Fe không thể thực hiện trong vị trí nồng độ nguyên tử B cao.
Như vậy, sự tách tinh thể Fe từ hạt nano FexB100-x VĐH có thể được mô tả như sau. Sự tinh thể hóa thực hiện thông qua 3 giai đoạn. Giai đoạn 1, ở thời điểm sớm các mầm tạo thành ngẫu nhiên và phân bố không đồng nhất trong hạt nano. Chúng không bền vững và biến mất trong thời gian ngắn. Với giai đoạn 1 hạt nano được hồi phục nó dẫn đến sự tạo thành vùng mầm, ở đó tốc độ tạo các mầm và thời gian sống của các mầm lớn hơn giai đoạn trước đó. Vùng mầm có cấu trúc địa phương tương tự với lưới tinh thể mất trật tự. Trong giai đoạn 2,
các đám tinh thể bền vững đã được tạo ra trong vùng mầm nó đặt ở trong lõi. Sau đó, mầm mới tạo thành chủ yếu trong vùng biên giữa đám tinh thể và pha VĐH. Sự phát triển của đám tinh thể bị cản trở khi vùng biên chuyển ra bề mặt hoặc các vị trí ở đó nồng độ nguyên tử B lớn. Đám tinh thể lớn theo hướng toàn bộ lõi và sau đó lan ra bề mặt. Trong giai đoạn 3 sự phát triển của đám tinh thể thực hiện chậm. Kết thúc giai đoạn 3 mẫu gồm tinh thể Fe với các sai hỏng và pha VĐH Fe100-xBx .
Hình 3.16. Ảnh chụp sự sắp xếp nguyên tử đối với mẫu Fe95B5
Trong đó: Hình A: ảnh chụp bề mặt và hình B: ảnh chụp lõi
Hình 3.17. Ảnh chụp sự sắp xếp nguyên tử của tinh thể Fe95B5 .
Hình A: ảnh chụp chụp lõi đối với nguyên tử VĐH. Hình B: ảnh chụp bề mặt đối với nguyên tử VĐH. Hình C: ảnh chụp nguyên tử tinh thể.
A) B)