可用于液态微观结构模拟表征的原子忠诚度模型研究

发布时间：2021-08-25 18:36

　　作为物质三大形态之一的液体,广泛存在于生活中的方方面面,而对于液体结构的性质及演变规律也一直是人们所研究的热点问题。目前通常采用无规密堆积、高度无序晶体、自由体积模型等来解释液体结构,以上模型都成功地描述了液态结构下的长程无序和短程有序规律。最近,这些用于研究液体的模型也被用来解释说明金属玻璃的非晶态结构。但是,无论是短程有序还是中程有序,基于无规密堆积的模型描述的仅是液体瞬间状态,结果并没有显示出在液态下原子团簇的波动变化。所有的相变,包括液-固相变和液-液相变都是随时间变化的非均相过程,因此有必要考虑到液体中原子的运动。本文设计了一种新的微观结构模型,命名为原子忠诚度模型。通过分子动力学模拟,考虑不同时间条件下原子相互配位情况,揭示在液态结构中的原子间瞬态特性以及微观团簇结构在液态中的转变。利用本模型,可以更直观的理解和描述在液态下的微观结构团簇以及团簇之间的相互转化过程,有助于理解发生在液态-液态之间的转变和液态-固态之间的转变,从而形象的理解从液态到非晶态的转变过程。通过分子动力学模拟,用铜的熔化、锆的结晶和铜锆二元合金的玻璃固化过程对该模型进行验证,模拟结果与前人结论吻合度高... 

【文章来源】：燕山大学河北省

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

Lennard-Jones势函数示意图对势

从模拟初始和最终状态的原子示意图(图3-2)中可以看出，体系已达到熔化状态，液态铜原子已杂乱无章的充斥在模拟盒子里。图3-2铜熔化模拟的初始状态(a)和最终熔化状态(b)3.2.3 熔化过程的原子忠诚度模型上图为铜的熔化过程，其中图(a)表示以0.01K/ps的加热速率获得的势能与温度的关系。红色箭头表示温度在1574 K时的熔点。图(b)表示忠诚原子率(RLA)和忠诚原子度(AL)随温度变化。在图3-3(a)中，显示出了熔化过程中势能的变化。可以看出，整个熔化过程中，势能曲线出现了明显的不连续现象，说明在这个过程中，体系出现一级相变。相变点为1574K，此处为模拟铜熔化过程中的熔点。然而，通过文献可知，晶体铜的实验熔点为1357K。我们的模拟值比实验值高出16%。这种模拟熔点高于实验结果现象叫做过热。出现的原因是由于我们模拟过程中的晶体是一种理想晶体，没有界面、没有缺陷、没有杂质

子示意图(图3-6)中可以看到，模拟盒子里的铜锆二元合金Cu50Zr50在经过从液态到玻璃态的非晶化后，体系里的原子团簇形貌没有发生什么变化。这也说明了从宏观上来看，非晶的结构与液态结构存在相似之处，这也是为什么习惯上把非晶称为- 29 -

【参考文献】：
期刊论文
[1]Structure correlation of Al71.6Ge28.4 eutectic alloy between liquid and solid states[J]. SUN JianJun 1,2,TIAN XueLei 1,ZHAN ChengWei 1 & SHI XinYing 1 1 Key Laboratory of Liquid Structure and Heredity of Materials (Ministry of Education),Shandong University,Jinan 250061,China;2 Shandong Labour Vocation and Technology College,Jinan 250022,China.  Chinese Science Bulletin. 2010(08)



本文编号：3362641