铝硅酸盐玻璃结构的第一性原理分子动力学研究
发布时间：2021-10-31 23:59
铝硅酸盐玻璃具有良好的机械性能和高透明度,是工业生产中十分重要的体系。虽然对铝硅酸盐玻璃已有很多的研究,但是它的结构理论和性能优化仍然备受关注。近几十年来,第一性原理计算方法的准确率和效率不断提高,已成为研究新材料的重要途径。本研究应用第一性原理分子动力学模拟,对一系列用现有实验方法难以得到玻璃的组分从理论计算角度研究玻璃形成可能性及其结构,旨在获得其组分,结构和性能之间的关系,发掘其应用潜力,为开发新材料提供基础。本文首先应用第一性原理分子动力学模拟研究了含SiO2、Al2O3、B2O3、Na2O、MgO等组分的多网络形成体铝硅酸盐玻璃的结构。计算得到的各项结构性质（键长,结构因子,Qn分布）与实验得到的相应玻璃组分从固态核磁共振、高能X射线衍射得到的结果一致,说明本文采用的计算步骤和建模方法适用于铝硅酸盐体系玻璃。研究结果表明第一性原理分子动力学的热处理参数对玻璃的短程性质影响很小,对中程性质影响较大。本研究的多网络形成体铝硅酸盐...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 绪论
1.2 铝硅酸盐玻璃概要
1.2.1 铝硅酸盐玻璃的组成、结构、性能之间的关系
1.2.2 铝硅酸盐玻璃的应用
1.3 玻璃结构的表征方法
1.3.1 X射线衍射
1.3.2 高能X射线衍射
1.3.3 固态核磁共振
1.3.4 红外光谱以及拉曼光谱
1.3.5 X射线吸收精细结构
1.4 玻璃结构的理论计算介绍
1.4.1 分子动力学的思想和特点
1.4.2 第一性原理分子动力学的条件
1.4.3 分子动力学模拟在玻璃中的研究进展
1.4.4 VASP软件介绍
1.5 玻璃形成能力研究
1.5.1 基于特征温度的GFA判据
1.5.2 基于原子半径差和电负性差的GFA判据
1.5.3 基于相图计算的GFA判据
1.5.4 玻璃化转变理论
1.6 本论文立题依据与研究内容
1.6.1 本论文立题依据
1.6.2 本论文研究内容
1.6.3 本论文创新之处
第二章 理论计算方法与实验测试方法
2.1 铝硅酸盐玻璃模型的AIMD模拟步骤
2.1.1 建立计算模型
2.1.2 第一性原理分子动力学模拟生成玻璃结构
2.1.3 第一性原理计算电学性质及弹性模量
2.2 铝硅酸盐玻璃样品实验及表征
2.2.1 实验原料
2.2.2 实验设备
2.2.3 实验样品制备
2.2.4 实验样品表征
第三章 多元铝硅酸盐玻璃结构的第一性原理分子动力学研究方法探索
3.1 引言
3.2 模拟过程
3.3 计算参数对计算结果的影响
3.3.1 计算参数对近程结构的影响
3.3.2 计算参数对中程结构的影响
3.4 铝硅酸盐玻璃的结构性质与电子性质
3.4.1 结构性质
3.4.2 电子结构
3.4.3 弹性模量
3.5 本章小结
第四章 新组分铝硅酸盐玻璃结构性能的第一性原理分子动力学研究
4.1 引言
4.2 AIMD模拟过程
4.3 新组分铝硅酸盐玻璃的结构和性能
4.3.1 对分布函数和配位数
4.3.2 网络连贯性
4.3.3 弹性模量
4.4 铝硅酸盐玻璃形成能力分析
4.4.1 约化玻璃转变温度对玻璃形成能力的影响
4.4.2 能量-冷却速率关系对玻璃形成能力的影响
4.4.3 熔融实验对玻璃形成能力的验证
4.5 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
个人简历
攻读硕士学位期间所发表的学术论文和所取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]化学增强型超薄碱铝硅酸盐玻璃发展概况与展望[J]. 田英良,李俊杰,杨宝瑛,张璐,宫汝华,孙诗兵,吕锋. 燕山大学学报. 2017(04)
[2]超薄铝硅酸盐玻璃发展及应用[J]. 刘红刚,平文亮,龚锋杰,王明忠,周翔磊. 科技创新导报. 2017(21)
[3]玻璃态物质的本质[J]. 张勤远,王伟超,姜中宏. 科学通报. 2016(13)
[4]化学强化铝硅酸盐玻璃研究进展[J]. 姜良宝,厉蕾,张官理,颜悦. 材料工程. 2014(10)
[5]显示屏用薄玻璃的化学钢化及性能分析[J]. 陈福,安百江,杨宝珠. 玻璃. 2012(05)
[6]玻璃形成能力的表征与预测[J]. 纪秀林,李洪彬. 材料导报. 2011(05)
[7]离子交换法制备显示器件用化学钢化玻璃基板[J]. 韩丽. 材料导报. 2010(18)
[8]铝硅酸盐矿物和玻璃中Al的配位与局部结构[J]. 彭明生,李迪恩,张恩,彭建平. 矿物学报. 1998(04)
[9]新技术领域中的硅酸盐材料[J]. 干福熹. 硅酸盐学报. 1991(01)
博士论文
[1]同步辐射X射线成像技术研究颗粒物质堆积结构和流变特性[D]. 曹一新.上海交通大学 2017
硕士论文
[1]CaO-Al2O3-SiO2-Fe2O3体系微晶玻璃分子动力学模拟的探索研究[D]. 王明国.山东建筑大学 2014
[2]浮法高铝平板玻璃组成及性能的研究[D]. 柳叶.武汉理工大学 2011
本文编号：3469117
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 绪论
1.2 铝硅酸盐玻璃概要
1.2.1 铝硅酸盐玻璃的组成、结构、性能之间的关系
1.2.2 铝硅酸盐玻璃的应用
1.3 玻璃结构的表征方法
1.3.1 X射线衍射
1.3.2 高能X射线衍射
1.3.3 固态核磁共振
1.3.4 红外光谱以及拉曼光谱
1.3.5 X射线吸收精细结构
1.4 玻璃结构的理论计算介绍
1.4.1 分子动力学的思想和特点
1.4.2 第一性原理分子动力学的条件
1.4.3 分子动力学模拟在玻璃中的研究进展
1.4.4 VASP软件介绍
1.5 玻璃形成能力研究
1.5.1 基于特征温度的GFA判据
1.5.2 基于原子半径差和电负性差的GFA判据
1.5.3 基于相图计算的GFA判据
1.5.4 玻璃化转变理论
1.6 本论文立题依据与研究内容
1.6.1 本论文立题依据
1.6.2 本论文研究内容
1.6.3 本论文创新之处
第二章 理论计算方法与实验测试方法
2.1 铝硅酸盐玻璃模型的AIMD模拟步骤
2.1.1 建立计算模型
2.1.2 第一性原理分子动力学模拟生成玻璃结构
2.1.3 第一性原理计算电学性质及弹性模量
2.2 铝硅酸盐玻璃样品实验及表征
2.2.1 实验原料
2.2.2 实验设备
2.2.3 实验样品制备
2.2.4 实验样品表征
第三章 多元铝硅酸盐玻璃结构的第一性原理分子动力学研究方法探索
3.1 引言
3.2 模拟过程
3.3 计算参数对计算结果的影响
3.3.1 计算参数对近程结构的影响
3.3.2 计算参数对中程结构的影响
3.4 铝硅酸盐玻璃的结构性质与电子性质
3.4.1 结构性质
3.4.2 电子结构
3.4.3 弹性模量
3.5 本章小结
第四章 新组分铝硅酸盐玻璃结构性能的第一性原理分子动力学研究
4.1 引言
4.2 AIMD模拟过程
4.3 新组分铝硅酸盐玻璃的结构和性能
4.3.1 对分布函数和配位数
4.3.2 网络连贯性
4.3.3 弹性模量
4.4 铝硅酸盐玻璃形成能力分析
4.4.1 约化玻璃转变温度对玻璃形成能力的影响
4.4.2 能量-冷却速率关系对玻璃形成能力的影响
4.4.3 熔融实验对玻璃形成能力的验证
4.5 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
个人简历
攻读硕士学位期间所发表的学术论文和所取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]化学增强型超薄碱铝硅酸盐玻璃发展概况与展望[J]. 田英良,李俊杰,杨宝瑛,张璐,宫汝华,孙诗兵,吕锋. 燕山大学学报. 2017(04)
[2]超薄铝硅酸盐玻璃发展及应用[J]. 刘红刚,平文亮,龚锋杰,王明忠,周翔磊. 科技创新导报. 2017(21)
[3]玻璃态物质的本质[J]. 张勤远,王伟超,姜中宏. 科学通报. 2016(13)
[4]化学强化铝硅酸盐玻璃研究进展[J]. 姜良宝,厉蕾,张官理,颜悦. 材料工程. 2014(10)
[5]显示屏用薄玻璃的化学钢化及性能分析[J]. 陈福,安百江,杨宝珠. 玻璃. 2012(05)
[6]玻璃形成能力的表征与预测[J]. 纪秀林,李洪彬. 材料导报. 2011(05)
[7]离子交换法制备显示器件用化学钢化玻璃基板[J]. 韩丽. 材料导报. 2010(18)
[8]铝硅酸盐矿物和玻璃中Al的配位与局部结构[J]. 彭明生,李迪恩,张恩,彭建平. 矿物学报. 1998(04)
[9]新技术领域中的硅酸盐材料[J]. 干福熹. 硅酸盐学报. 1991(01)
博士论文
[1]同步辐射X射线成像技术研究颗粒物质堆积结构和流变特性[D]. 曹一新.上海交通大学 2017
硕士论文
[1]CaO-Al2O3-SiO2-Fe2O3体系微晶玻璃分子动力学模拟的探索研究[D]. 王明国.山东建筑大学 2014
[2]浮法高铝平板玻璃组成及性能的研究[D]. 柳叶.武汉理工大学 2011
本文编号：3469117
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