金红石辐照损伤的分子动力学模拟
发布时间：2021-04-17 05:38
为了研究辐照条件下金红石的耐辐照损伤能力,采用GULP软件包拟合出了与实验值吻合的势函数,并采用LAMMPS软件包计算出了金红石的离位阈能和高能粒子反冲条件下的位移级联。通过统计球坐标系下266个出射方向的离位能,利用缺陷形成概率的定义得出Ti和O原子的离位阈能分别为（78.3±1.0） eV和（42.6±2.0） eV。采用VORONOI缺陷统计方法,计算了300 K、10 keV出射能量条件下缺陷数量随辐照时间演化信息,结果表明:Ti原子作为初始出射原子产生的缺陷数量整体高于O原子产生缺陷的数量,在最大无序阶段产生的空位、填隙和不同类型反位缺陷通过空位-填隙复合作用和kick-out机制逐渐减少,有效地降低了晶体的无序度,提高了基材耐辐照损伤性能。
【文章来源】：核化学与放射化学. 2020,42(04)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
球坐标系下选取的266个初始离位方向
按照公式(1),金红石中Ti和O原子的DFP拟合结果示于图2。由图2可知:Ti原子的TDE为(78.3±1.0) eV,α和β分别为0.95和99.72;O原子TDE为(42.6±2.0) eV,α和β分别为0.11和0.20。理论上,DFP在0和100%的值应为各出射方向的最小值和最大值,然而公式(1)无法精确地拟合所有数据值,其主要目的是拟合出精确的TDE值[14]。根据模拟结果,Ti和O原子的TDE最小值分别为53 eV和31 eV,TDE最大值分别为294 eV和238 eV,这些最小和最大值严重偏离了曲线的整体趋势,其出现概率较小,并不能代表大多数原子的整体特征。因此本工作在拟合时仅选取了DFP在0～80%的数值。由图2还可知,O原子拟合后的TDE为(42.6±2.0) eV,这一拟合结果与前人[10-12]拟合结果吻合较好(30～50 eV)。Ti原子拟合后的TDE为(78.3±1.0) eV,这一结果略高于实验和模拟计算值(45～69 eV)[10,14]。当DFP为10%时,Ti和O原子的TDE分别为91.6 eV和47.9 eV;DFP为50%时,Ti和O原子的TDE分别为145.9 eV和75.4 eV。这一模拟结果与Thomas[13]和Robinson等[14]的结果非常吻合。
模拟结束时不同类型缺陷的数量列入表3。由表3可知:不同类型反位缺陷TiO和OTi数量最少,主要是因为这种类型缺陷不稳定,在驰豫阶段逐渐转变为其他类型缺陷。而同种类型反位缺陷数量最多,以Ti PKA为例,TiTi和OO数量之和占总缺陷数量的89%左右,这说明Ti和O原子在被辐照时虽然离开了初始位置,但大部分的原子被驰豫到了其他的Ti和O原子晶格位置,这种类型的缺陷并不会影响基体的性能,所以推测金红石在被辐照后具有较强的恢复能力。出现这一现象的主要原因是空位-填隙的复合作用,如IO+VO→OO和ITi+VTi→TiTi。表3 模拟结束时不同类型缺陷的数量Table 3 Number of different types of defects at the end of the simulation PKA类型 VTi VO ITi IO TiO OTi TiTi OO Ti 14 8 16 10 0 3 63 356 O 9 7 9 10 1 0 31 285
【参考文献】：
期刊论文
[1]First-principles calculations for elastic properties of rutile TiO2 under pressure[J]. 朱俊,于景新,王艳菊,陈向荣,经福谦. Chinese Physics B. 2008(06)
本文编号：3142905
【文章来源】：核化学与放射化学. 2020,42(04)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
球坐标系下选取的266个初始离位方向
按照公式(1),金红石中Ti和O原子的DFP拟合结果示于图2。由图2可知:Ti原子的TDE为(78.3±1.0) eV,α和β分别为0.95和99.72;O原子TDE为(42.6±2.0) eV,α和β分别为0.11和0.20。理论上,DFP在0和100%的值应为各出射方向的最小值和最大值,然而公式(1)无法精确地拟合所有数据值,其主要目的是拟合出精确的TDE值[14]。根据模拟结果,Ti和O原子的TDE最小值分别为53 eV和31 eV,TDE最大值分别为294 eV和238 eV,这些最小和最大值严重偏离了曲线的整体趋势,其出现概率较小,并不能代表大多数原子的整体特征。因此本工作在拟合时仅选取了DFP在0～80%的数值。由图2还可知,O原子拟合后的TDE为(42.6±2.0) eV,这一拟合结果与前人[10-12]拟合结果吻合较好(30～50 eV)。Ti原子拟合后的TDE为(78.3±1.0) eV,这一结果略高于实验和模拟计算值(45～69 eV)[10,14]。当DFP为10%时,Ti和O原子的TDE分别为91.6 eV和47.9 eV;DFP为50%时,Ti和O原子的TDE分别为145.9 eV和75.4 eV。这一模拟结果与Thomas[13]和Robinson等[14]的结果非常吻合。
模拟结束时不同类型缺陷的数量列入表3。由表3可知:不同类型反位缺陷TiO和OTi数量最少,主要是因为这种类型缺陷不稳定,在驰豫阶段逐渐转变为其他类型缺陷。而同种类型反位缺陷数量最多,以Ti PKA为例,TiTi和OO数量之和占总缺陷数量的89%左右,这说明Ti和O原子在被辐照时虽然离开了初始位置,但大部分的原子被驰豫到了其他的Ti和O原子晶格位置,这种类型的缺陷并不会影响基体的性能,所以推测金红石在被辐照后具有较强的恢复能力。出现这一现象的主要原因是空位-填隙的复合作用,如IO+VO→OO和ITi+VTi→TiTi。表3 模拟结束时不同类型缺陷的数量Table 3 Number of different types of defects at the end of the simulation PKA类型 VTi VO ITi IO TiO OTi TiTi OO Ti 14 8 16 10 0 3 63 356 O 9 7 9 10 1 0 31 285
【参考文献】：
期刊论文
[1]First-principles calculations for elastic properties of rutile TiO2 under pressure[J]. 朱俊,于景新,王艳菊,陈向荣,经福谦. Chinese Physics B. 2008(06)
本文编号：3142905
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3142905.html
