气体低温形核与生长的分子动力学研究

发布时间：2016-11-07 21:40

  本文关键词：气体低温形核与生长的分子动力学研究，由笔耕文化传播整理发布。

《北京科技大学》 2015年

气体低温形核与生长的分子动力学研究

张会军  

【摘要】：晶体的形核与生长过程一直以来都受到许多领域科研人员的关注,如材料,化学,物理,以及生命科学。能够有效的控制这个过程也成为这些科学家所追求的目标。一般来讲,形核过程是一个快速发生的稀有事件,并且有的需要在相对极端的条件下才能发生,这就在一定程度上限制了通过常规实验手段来研究的可行性。而分子动力学作为一种理论模拟方法可以跟踪微观情况下体系中各个粒子在极短时间内的运动过程,并且对于形核过程所需的条件也可以很方便进行模拟。本论文利用分子动力学研究了惰性气体(勒纳德-琼斯势)均质与异质形核的微观过程。 首先,论文构建了一个缺陷诱导模型阐述了均质形核过程中多形态晶体的产生机理：对于我们的研究体系,只有具有堆垛缺陷的晶核才能跨过形核势垒并持续长大,根据堆垛缺陷的不同,临界晶核最终演化为五重轴对称和单方向层状堆垛的两种晶体团簇。通过对几种临界晶核形成能的计算,我们发现这些多形态晶体都决定于晶体的形核阶段。 论文接着讨论了虚拟表面上的形核与结晶过程,我们发现界面吸引力逐渐增加对结晶行为影响存在三个有趣的临界现象：首先,当第一个临界值出现时,结晶的密排面从相交于表面变成平行于表面；其次,随着作用力进一步增大,这些平行于表面的密排面的前两层的结晶过程会超前于体相的结晶过程；最后,当吸引力增加到足够大时,靠近界面的前两层的结晶过程从一级相变转变成连续相变,而此时体相的结晶过程将不会随着吸引力的变化有较大的转变。 在讨论了虚拟平滑的界面后,论文进一步研究了具有面心立方(111)面取向的界面上的结晶行为。对于靠近界面的前两层,我们在液相到固相的转变过程中观察到了中间态的六角相(Hexatic phase)。值得注意的是,中间相到固相是连续转变过程,而液相到中间相的转变却是通过一级相变来完成的,而这两个转变点也会随着吸引力的增加向高温方向移动。由于这两个温度转变点对吸引力的依赖程度不同,导致了中间相的稳定温度范围也会随着吸引力的增加而增加。

【关键词】：
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O469
【目录】：

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