Thạc Sĩ Khảo sát ảnh hưởng của bề mặt tự do lên động học của nguyên tử trong mô hình sắt vô định hình

Mở đầu

Chúng tôi sử dụng phương pháp mô phỏng động lực học phân tử (phương pháp MD) để nghiên cứu ảnh hưởng của bề mặt tự do lên cơ chế nguyên tử của quá trình hình thành sắt vô định hình, cũng như lên cấu trúc của sắt vô định hình. Chúng tôi tiếnmhành làm lạnh mô hình (từng bước qua các nhiệt độ trung gian) từ trạng thái lỏng (ởmnhiệt độ nóng chảy) để thu được trạng thái vô định hình (ở nhiệt độ phòng). Trên cơ sởmđó, chúng tôi thực hiện mô phỏng tính toán các đại lượng vật lý đặc trưng cho cấu trúcmvà động học của sắt với bề mặt tự do ở các nhiệt độ khác nhau rồi so sánh các kết quảmthu được với các kết quả của vật liệu khối, các kết quả thực nghiệm và các kết quả mômphỏng khác cũng như các kết quả nghiên cứu liên quan để rút ra các kết luận khoa họcmcho đề tài.
Luận văn bao gồm bốn chương chính: Ở chương 1, chúng ta sẽ tìm hiểu tổngmquan về các nghiên cứu về sắt lỏng và sắt vô định hình bằng thực nghiệm và mô phỏngmở Việt Nam cũng như trên thế giới, và tầm quan trọng của khảo sát chuyển pha từ lỏngmsang vô định hình trong hệ có bề mặt tự do. Sang chương 2, chúng tôi sẽ giới thiệu vềmphương pháp mô phỏng, gồm cơ sở của phương pháp, phương pháp động lực học phântử, thế tương tác và các chi tiết kỹ thuật của mô hình. Chúng ta sẽ thảo luận về các kết quả thu được ở chương 3 như các tính chất nhiệt động học, những thay đổi của cấu trúc khi làm lạnh từ mô hình lỏng, cơ chế nguyên tử của quá trình hình thành sắt vô định hình. Cuối cùng, chương 4 sẽ trình bày về các kết luận thu được và hướng phát triển của đề tài.
Thông qua thực hiện đề tài này, chúng tôi đã thu được các kết quả điển hình như sau: Bề mặt tự do làm giảm đáng kể nhiệt độ chuyển pha của sắt từ lỏng sang vô định hình; Không tồn tại lớp hoàn toàn lỏng ở bề mặt tự do của sắt vô định hình ở nhiệt độ vài độ dưới nhiệt độ chuyển pha g T ; Cung cấp thêm một số thông tin đặc trưng cho cấu trúc của sắt vô định hình với bề mặt tự do cũng như cơ chế nguyên tử của quá trình hình thành sắt vô định hình với bề mặt tự do.

Mục lục

Trang phụ bìa
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Mục lục i
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt iii
Danh mục các hình vẽ, các đồ thị iv
Danh mục các bảng biểu v
Mở đầu 1
CHƯƠNG 1 – Tổng quan 3
1.1. Các nghiên cứu về sắt lỏng và sắt vô định hình bằng thực nghiệm và
mô phỏng 3
1.2. Tầm quan trọng của khảo sát chuyển pha từ lỏng sang vô định hình
trong hệ có bề mặt tự do 4
CHƯƠNG 2 – Phương pháp mô phỏng 7
2.1. Cơ sở của phương pháp mô phỏng 7
2.2. Phương pháp động lực học phân tử 7
2.3. Thế tương tác và các chi tiết kỹ thuật của mô hình 9
CHƯƠNG 3 – Kết quả và thảo luận 12
3.1. Các tính chất nhiệt động học 12
3.1.1. Khoảng cách trung bình giữa các nguyên tử sắt ở trạng thái lỏng và
vô định hình 12
ii
3.1.2. Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của thế năng cho mỗi nguyên tử 13
3.1.3. Sự thay đổi theo thời gian của trung bình bình phương độ dịch chuyển 14
3.1.4. Sự thay đổi theo thời gian của hàm tự tán xạ 15
3.1.5. Sự phân bố theo trục z của mật độ nguyên tử và độ dịch chuyển nguyên tử
ở các nhiệt độ khác nhau 17
3.1.6. Sự thay đổi khối lượng riêng trung bình trong quá trình làm lạnh 18
3.1.7. Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của độ dịch chuyển nguyên tử 19
3.2. Những thay đổi của cấu trúc khi làm lạnh từ mô hình lỏng 20
3.2.1. Khảo sát hàm phân bố xuyên tâm trong mô hình thu được khi làm lạnh
từ mô hình lỏng ở các nhiệt độ khác nhau 20
3.2.2. Sự thay đổi theo nhiệt độ của tỷ lệ các cặp liên kết Honeycutt-Andersen 22
3.2.3. Cấu trúc vi mô của mô hình nhận được ở 300K 23
3.3. Cơ chế nguyên tử của quá trình hình thành sắt vô định hình 27
3.3.1. Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của tỷ số Lindemann 27
3.3.2. Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của tỷ lệ các nguyên tử dạng rắn và tỷ lệ
các nguyên tử dạng lỏng 29
3.3.3. Hình ảnh ba chiều của phân bố các nguyên tử dạng rắn trong mô hình
thu được ở các nhiệt độ khác nhau 31
3.3.4. Sự phân bố theo trục z của mật độ các nguyên tử dạng rắn và mật độ
các nguyên tử dạng lỏng ở các nhiệt độ khác nhau 32
CHƯƠNG 4 – Kết luận và hướng phát triển của đề tài 34
4.1. Kết luận 34
4.2. Hướng phát triển của đề tài 36
Danh mục các công trình đã công bố 37
Tài liệu tham khảo 38
Phụ lục 43