Sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến vi cấu trúc và tính chất khuếch tán của hệ (Al2O3).2(SiO2)

Nguyễn Thành Tín và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 95(07): 125 - 128

125

SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN VI CẤU TRÚC

VÀ TÍNH CHẤT KHUẾCH TÁN CỦA HỆ (Al2O3).2(SiO2)

Nguyễn Thành Tín, Lê Thái Sơn

*

, Lê Thế Vinh

Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vinh

TÓM TẮT

Mô hình (Al2O3).2(SiO2) [AS2] gồm 1650 nguyên tử được nghiên cứu bằng phương pháp mô

phỏng động lực học phân tử với thế tương tác là thế Born – Mayer. Quá trình mô phỏng được thực

hiện ở áp suất 0 GPa để khảo sát ở các nhiệt độ 300, 1000, 2000, 3000, 4000 và 5000 K. Sự ảnh

hưởng của áp suất đến vi cấu trúc và tính chất khuếch tán của hệ được khảo sát qua sự thay đổi của

các thông số vi cấu trúc, hệ số khuếch tán theo nhiệt độ. Độ nhớt động học của các nguyên tử cũng

được tính toán và thảo luận.

Từ khóa: vi cấu trúc, tính chất khuếch tán của hệ, độ nhớt động học

GIỚI THIỆU

*

Trong hệ AS2 luôn tồn tại một cấu trúc gồm 3

nguyên tử gọi là “tricluster”, nghiên cứu về

cấu trúc này hiện đang rất được quan tâm [1-

8]. Trong đó một nghiên cứu cho rằng cấu

trúc “tricluster” chỉ thay đổi theo áp suất và

không phụ thuộc và nhiệt độ [2]. Để hiểu rõ

hơn về vấn đề này, chúng tôi sẽ khảo sát hệ

AS2 ở dãy nhiệt độ rộng, từ 300 K đến

5000 K.

Về tính chất khuếch tán của hệ AS2, việc xây

dựng mô hình gồm 3025 nguyên tử ở 4200 K

[8] cho thấy hệ số khuếch tán của Al, Si và O

đạt cực đại ở khoảng áp suất 13 GPa. Tuy

nhiên, ở nhiệt độ cao hệ số khuếch tán của Al,

Si và O thay đổi như thế nào thì chưa thấy đề

cập đến trong các công trình đã công bố. Vấn

đề này cũng sẽ đươc chúng tôi đưa ra thảo

luận trong bài báo. Đồng thời để cung cấp

thêm các thông tin chi tiết về sự ảnh hưởng

của nhiệt độ đến vi cấu trúc thông qua việc

phân tích độ dài liên kết T-O, T-T và hệ số

khuếch tán của các nguyên tử Al, Si, O.

Chúng tôi nghiên cứu cấu trúc của AS2 bằng

phương pháp động lực học phân tử, tiến hành

đo độ dài liên kết T-O, T-T, khảo sát sự tồn

tại của các “tri-cluster”, số phối trí, hệ số

khuếch tán của Al, Si và O, các số liệu sẽ

được tính toán và thảo luận chi tiết.

PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

Hệ AS2 được xây dựng từ 1650 nguyên tử

(300 nguyên tử Si, 300 nguyên tử Al và 1050

*

Tel: 0912 435816

nguyên tử O) ở nhiệt độ 2500 K bằng phương

pháp mô phỏng động lực học phân tử, thế

năng sử dụng trong mô hình là thế tương tác

Born-Mayer [3]:

6 8

2

)( exp

r

D

r

C

R

r

B

r

e

u r zz

ij ij

ij

ij ji ii − −

















= + −

Hệ được gieo ngẫu nhiên vào hình hộp có

kích thước 27.97 A0

, mật độ của mô hình là

2.537g/cm3

. Từ cấu hình ngẫu nhiên ban đầu,

hệ được nung nóng đến 8000 K, sau đó được

xử lý qua 65.000 bước lập MD đến khi đạt

được trạng thái cân bằng ở nhiệt độ 2500 K,

áp suất là GPa. Từ mẫu ban đầu, hệ được đưa

đến các mẫu ở trạng thái có áp suất khác nhau

qua 25.000 bước lập cho mỗi mẫu, đối với

các mẫu ở nhiệt độ khác nhau, từ mẫu ban

đầu cho chạy khoảng 50.000 bước để ổn định

ở các nhiệt độ khác nhau. Thông qua phân

tích các mẫu thu được các thông số vi cấu

trúc, các thông số này được đưa vào tính toán

và phân tích.

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Khảo sát hệ ở áp suất 0 GPa và các nhiệt độ

khác nhau, đồ thị hàm phân bố xuyên tâm

được trình bày trên Hình 1. Số liệu từ hàm

phân bố xuyên tâm và kết quả mô phỏng

tương quan giữa các nguyên tử trong mô hình

cho thấy: khi nhiệt độ tăng, hầu như độ dài

liên kết của các cặp liên kết đều giảm, tuy

nhiên có một số liên kết không giảm tuyến

tính theo nhiệt độ mà sẽ có các cực đại, cặp

O-O có độ dài liên kết cực đại tại nhiệt độ

3000 K, cặp O-Al có độ dài liên kết cực đại

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn