Luận Văn Mô phỏng sự thay đổi cấu trúc khi nung Al2O3 vô định hình

TÓM TẮT: Chúng tôi đã tiến hành khảo sát sự chuyển pha cấu trúc dưới ảnh hưởng
của quá trình nung trong Al2O3 vô định hình (VĐH) bằng phương pháp động lực học phân
tử (MD). Mô hình Al2O3 vô định hình được dựng trong khối lập phương với điều kiện biên
tuần hoàn chứa 3000 hạt có các cạnh tương ứng với khối lượng riêng thực tế. Thế năng
tương tác giữa các hạt trong mô hình là thế năng tương tác cặp Born-Mayer. Cấu trúc của
mô hình phù hợp tốt với thực nghiệm của Lamparter. Chúng tôi nung mô hình đã nén đến
mật độ 5,00g/cm3 tại nhiệt độ 00K và chúng tôi đã tiến hành khảo sát sự chuyển pha cấu
trúc từ vô định hình sang vô định hình trong Al2O3 với nhiệt độ tăng dần theo thời gian từ
nhiệt độ ban đầu. Nhiệt độ của hệ thay đổi theo biểu thức T(t) = T0 + γt, trong đó γ là tốc
độ nâng nhiệt. Cấu trúc của hệ được khảo sát qua việc phân tích hàm phân bố xuyên tâm
(PRDF), phân bố số phối trí và phân bố góc liên kết giữa các hạt. Kết quả nhận được cho
thấy có sự chuyển pha ngược từ cấu trúc lục giác (có sáu nguyên tử O bao quanh nguyên tử
Al) sang cấu trúc tứ diện (Al được bao xung quanh bởi bốn nguyên tử O) trong mô hình
Al2O3 vô định hình. Kết quả tính toán sự phụ thuộc của mật độ, enthalpy và phân tích cấu
trúc theo nhiệt độ cho thấy nhiệt độ chuyển pha giữa hai dạng cấu trúc này của hệ Al2O3
vào khoảng 12000K.
1. GIỚI THIỆU
Những nghiên cứu về các loại ôxít có ý nghĩa rất lớn trong lĩnh vực khoa học vật liệu,
SiO2, Al2O3, MgO, CaO, GeO2 là những ôxít thường được khảo sát trong thực nghiệm cũng
như trong lĩnh vực mô phỏng [1-5]. Gần đây, những kết quả nghiên cứu về các loại ôxít
không những cung cấp những hiểu biết về các tính chất hóa học, tính chất vật lý mà còn có
những công trình khảo sát cho kết quả xác thực về thế năng tương tác nội phân tử. Điều này
mang ý nghĩa quan trọng trong việc tìm hiểu một cách tổng quan về loại vật liệu này dựa
trên các mô hình phân tử. Ôxít nhôm là vật liệu quan trọng của vật liệu ceramic, chính vì
vậy việc nghiên cứu sự chuyển đổi cấu trúc của Al2O3 ở trạng thái vô định hình mật độ cao
là diều cần thiết. Bằng phương pháp mô phỏng chúng tôi đã tiến hành khảo sát sự chuyển
đổi cấu trúc trong hệ Al2O3 vô định hình theo nhiệt độ và áp xuất.
Trong công trình này, chúng tôi tiến hành nung mô hình Al2O3 vô định hình ở nhiệt độ
ban đầu là 00K đã được nén ở mật độ 5,00 g/cm3 lên đến nhiệt độ sau cùng là 18200K.
Trong phần khảo sát trước đây, chúng tôi đã tiến hành khảo sát cấu trúc của Al2O3 vô định
hình khi nén ở các mật độ khác nhau, tính toán đã cho thấy trong trạng thái vô định hình ở
mật độ 5,00g/cm3, Al2O3 có cấu trúc dạng lục giác chiếm ưu thế. Kết quả nhận được từ quá
trình tính toán phân bố số phối trí và phân bố góc cho thấy có sự chuyển đổi pha cấu trúc từ
dạng lục giác sang dạng tứ diện khi nhiệt độ đạt đến một giá trị nhất định. Dựa trên việc
phân tích sự phụ thuộc của enthalpy, mật độ vào nhiệt độ, và dựa trên việc phân tích cấu
trúc chúng tôi đã xác định được nhiệt độ ở đó cấu trúc Al2O3 trở lại trạng thái dạng tứ diện
gần với trạng thái ban đầu ở mật độ 2,84g/cm3.