Có 7 mô hình vật liệu đã được xây dựng với áp suất khác nhau với hàm phân bố
xuyên tâm phù hợp với số liệu thực nghiệm và tính toán trước đây, những mô hình này có
thể sử dụng để nghiên cứu các tính chất vật lí khác của hệ vật liệu.
Kết quả nghiên cứu cho thấy, số phối trí của tất cả các cặp đều tăng khi áp suất tăng.
Có xu hướng chuyển pha từ cấu trúc TO5 sang TO6. Độ dài liên kết của các cặp thay đổi,
độ cao đình thứ nhất giảm. Ở áp suất thấp trong mô hình chủ yếu tồn tại dạng tứ diện,
trong khi ở áp suất cao tỉ lệ tứ diện giảm mạnh và tỉ lệ bát diện tăng lên đáng kể.
Tồn tại một số lượng lớn O-simplex trong mô hình. Phân bố bán kính của các Osimplex có giá trị từ 1,88 Å đến 4,17 Å, trong khi đó phân bố bán kính của T-simplex có
giá trị từ 1,80 Å đến 2,26 Å. Sự đông đặc của chất lỏng do số lượng O- simplex lớn giảm,
cùng với sự co lại của các T- simplex và O- simplex trong vật liệu.
8 trang |
Chia sẻ: honghp95 | Lượt xem: 527 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Mô phỏng cấu trúc của vật liệu aluminosilicate - Mai Văn Dũng, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH
TẠP CHÍ KHOA HỌC
HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF EDUCATION
JOURNAL OF SCIENCE
ISSN:
1859-3100
KHOA HỌC TỰ NHIÊN VÀ CÔNG NGHỆ
Tập 15, Số 9 (2018): 35-42
NATURAL SCIENCES AND TECHNOLOGY
Vol. 15, No. 9 (2018): 35-42
Email: tapchikhoahoc@hcmue.edu.vn; Website:
35
MÔ PHỎNG CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU ALUMINOSILICATE
Mai Văn Dũng1,3*, Nguyễn Mạnh Tuấn1, Lê Thế Vinh2
1 Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng - TP Hồ Chí Minh
2 Trường Đại học Tôn Đức Thắng
3 Trường Đại học Thủ Dầu Một
Ngày nhận bài: 20-01-2018; ngày nhận bài sửa: 24-6-2018; ngày duyệt đăng: 21-9-2018
TÓM TẮT
Cấu trúc của vật liệu aluminosilicate đã được nghiên cứu bằng phương pháp mô phỏng
động lực học phân tử. Các đặc trưng cấu trúc của vật liệu được phân tích thông qua phân bố O-
simplex và T- simplex. Bên cạnh đó, các đặc trưng khác như hàm phân bố xuyên tâm và phân bố số
phối trí ở các áp suất khác nhau cũng được xem xét và thảo luận, các kết quả nghiên cứu được so
sánh với số liệu mô phỏng và thực nghiệm trước đây.
Từ khóa: aluminosilicate, động lực học phân tử, vật liệu; vi cấu trúc.
ABSTRACT
Structural simulation of aluminosilicate
Microstructure of aluminosilicate are investigated by molecular dynamics simulation. The
local structural characteristics are analysed through the distribution O- simplex and T- simplex.
Besides, other features as the pair radial distribution functions and coordination number
distributions are also discussed. Results of this study are compared with previous simulation and
experimental results.
Keywords: aluminosilicate; molecular dynamics; materials; microstructure.
1. Giới thiệu
Hỗn hợp của silica với các ôxít MgO, Al2O3, Na2O đã được nghiên cứu trong thời
gian dài và được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực kĩ thuật [1]-[3]. Aluminosilicate là thành
phần cơ bản của cao lanh và các khoáng chất đất sét, thành phần nguyên tử gồm Al, Si, O.
Aluminosilicate đã được nghiên cứu bằng nhiều kĩ thuật thực nghiệm khác nhau như phổ
cộng hưởng từ hạt nhân, phổ hồng ngoại, phổ Raman và phổ tán xạ tia X [4]. Các nghiên cứu
này chủ yếu tập trung phân tích số nguyên tử oxy bao quanh các nguyên tử Al và nguyên tử
Si. Trong các nghiên cứu [5], [6] với mô hình Al2O3.2SiO2 chứa 1408 và 3025 nguyên tử,
các nhóm tác giả và cộng sự đã khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến cấu trúc của vật liệu.
Kết quả cho thấy, trong vật liệu hầu hết là các cấu trúc tứ diện và khoảng cách trung bình
giữa các cặp nguyên tử tương ứng là rSi-O = 1,605 Å, rAl-O = 1,66 Å, rAl-Al = 3,13 Å và rSi-Si =
3,12 Å. Các kết quả tìm được phù hợp với các kết quả nghiên cứu thực nghiệm trước đó.
Cũng với mô hình vật liệu Al2O3.2SiO2 trong công trình [7], nhóm tác giả xây dựng mô hình
* Email: maivandung79tdm@gmail.com
TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Tập 15, Số 9 (2018): 35-42
36
gồm 1100 nguyên tử ở nhiệt độ 3000 K, áp suất thay đổi theo các giá trị 0 GPa, 3 GPa, 5
GPa, 7 GPa, 9 GPa, 11 GPa, 13 GPa, 15 GPa và 20 GPa. Kết quả thu được chỉ ra rằng, độ
cao cực đại thứ nhất của các cặp Si-Si, Si-O và O-Al lần lượt là gSi-Si(r)=4,84 Å tại giá trị
r=3,18 Å, gSi-O(r)=14,12 Å tại giá trị r=1,58 Å và gO-Al(r)=7,84 Å tại r=1,64 Å.
Kết quả nghiên cứu trong công trình [8] cho thấy, cấu trúc của vật liệu
aluminosilicate chủ yếu là các đơn vị cấu trúc TOn và OTm (T= Al, Si; n=3, 4, 5, 6; m=2, 3,
4, 5). Ở áp suất thấp, cấu trúc của vật liệu chủ yếu là SiO4, AlO3, AlO4 và AlO5. Khi áp
suất tăng các đơn vị cấu trúc SiO4, AlO3 và AlO4 giảm trong khi các đơn vị cấu trúc SiO5,
SiO6 và AlO5, AlO6 tăng lên. Các kết quả nghiên cứu này hoàn toàn phù hợp với các
nghiên cứu mô phỏng và thực nghiệm trước đó. Cùng với hướng nghiên cứu này, các kết
quả nghiên cứu trong bài báo [9] cho thấy phân bố không gian của các đơn vị cấu trúc TOx
trong vật liệu không phụ thuộc vào áp suất. Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng chỉ ra rằng kích
thước của các miền với pha TO5 tăng đến giá trị cực đại trong khoảng áp suất 10- 15 GPa.
Cấu trúc của vật liệu aluminosilicate được quan tâm nhiều trong cả lí thuyết và thực
nghiệm. Tuy nhiên, cho đến nay, sự thay đổi cấu trúc, cũng như sự phân bố các O- simplex
và T- simplex dưới điều kiện nén đang là vấn đề còn nhiều tranh luận. Trong nghiên cứu
này, chúng tôi làm rõ cấu trúc của vật liệu aluminosilicate khi áp suất thay đổi từ 0-30 GPa
ở nhiệt độ 2000 K qua phân tích sự phân bố các O- simplex và T- simplex. Bên cạnh đó
các đặc trưng cấu trúc như hàm phân bố xuyên tâm và phân bố số phối trí cũng được xem
xét và phân tích một cách chi tiết.
2. Phương pháp nghiên cứu
Mô hình vật liệu Al2O3.2SiO2 gồm 2090 nguyên tử (380 nguyên tử Si, 380 nguyên tử
Al và 1330 nguyên tử O) được xây dựng bằng phương pháp mô phỏng động lực học phân
tử với điều kiện biên tuần hoàn và thế tương tác Born-Mayer,
)1()exp( ijijij
ij
ji
ij rBAr
qq
U
với i, j=Al, Si, O, r là khoảng cách tương tác, các hệ số thế Aij và Bij như Bảng 1. Trong
cấu hình ban đầu, các nguyên tử được gieo ngẫu nhiên với nhiệt độ 7000 K, sau 50.000 bước
mô phỏng hệ được đưa về trạng thái cân bằng ở nhiệt độ 2000 K. Từ trạng thái ổn định ở 0
GPa, hệ được nén ở các áp suất 5 GPa, 10 GPa, 15 GPa, 20 GPa, 25 GPa và 30 GPa sau
50.000 bước. Để tăng tính thống kê của phép đo, số liệu tính toán của các thông số đặc trưng
được lấy trung bình của 1000 lần tính với 5 bước mô phỏng được xác định một lần.
Phương pháp simplex được xác định là các quả cầu đi qua 4 nguyên tử bất kì bao gồm:
(i) Voi-simplex (VS) là quả cầu đi qua 4 nguyên tử mà trong quả cầu đó không có bất kì
nguyên tử nào (Hình 1a);
(ii) Oxy-simplex (OS) là các quả cầu đi qua 4 nguyên tử mà trong đó chỉ chứa các
nguyên tử Oxy (Hình 1b);
(iii) Cation-simplex (CS) hay T- simplex là các quả cầu đi qua 4 nguyên tử mà trong đó
TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Mai Văn Dũng và tgk
37
chỉ chứa các cation (Hình 1c);
(iv) Simplex-cluster được xác định là các cation-simplex có chung một hoặc nhiều hơn
một cation, khi đó có thể xem như chúng có một liên kết. Như vậy, một simplex-cluster sẽ
bao gồm hai hoặc nhiều hơn 2 simplex dính vào nhau tạo ra các cluster (Hình 1d).
Trong nghiên cứu này, chúng tôi chỉ xét hai loại simplex là Oxy-simplex (OS) và
Cation-simplex (CS) hay T- simplex.
Việc tính toán các simplex được thực hiện như sau: (i) xác định tất cả các O- simplex
và các T- simplex có trong mô hình, (ii) loại bỏ một số simplex nhận được bằng cách: Nếu
hai simplex có số nguyên tử khác nhau, nhưng các nguyên tử của simplex thứ nhất bao
gồm tất cả các nguyên tử của simplex thứ hai thì loại bỏ simplex thứ hai. Trong trường hợp
số nguyên tử ở hai simplex giống nhau thì loại bỏ simplex có bán kính lớn hơn.
Bảng 1. Các hệ số thế tương tác và điện tích của các ion được sử dụng trong mô hình [12]
Các cặp
Hệ số A
(eV)
Hệ số B
( -1Å )
Ion
Điện tích
(qi, qj)
Al-Al 0 0 Al
+3
Al-O 1779 3.4483
O-O 1500 3.4483 Si +4
Si-Si 0 0
Si-O 1729 3.4483 O -2
Si-Al 0 0
a) b)
c) d)
c
Hình 1. Hình ảnh các loại simplex với VS (a), OS (b), CS (c), CSC (d)
TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Tập 15, Số 9 (2018): 35-42
38
3. Kết quả và thảo luận
3.1. Phân tích hàm phân bố xuyên tâm và số phối trí
Bảng 2 và Hình 2 cho thấy khi áp suất tăng, độ dài liên kết của các cặp liên kết giữa
các nguyên tử O-O và Al-Al giảm, trong khi đó độ dài liên kết của các cặp Si-O và O-Al
tăng. Độ dài liên kết giữa các nguyên tử trong cặp Si-Si giảm khi áp suất tăng từ 0-5 GPa
và giá trị này không đổi khi áp suất tăng từ 5-30 GPa.
Bảng 2. Vị trí đỉnh thứ nhất của hàm phân bố xuyên tâm ở các áp suất khác nhau
P,GPa
Si-Si
(Å)
Si-O
(Å)
O-O
(Å)
Si-Al
(Å)
O-Al
(Å)
Al-Al
(Å)
0 3,16 1,58 2,60 3,16 1,66 3,14
5 3,14 1,58 2,62 3,16 1,68 3,14
10 3,14 1,58 2,60 3,14 1,68 3,10
15 3,14 1,60 2,58 3,14 1,70 3,10
20 3,14 1,60 2,58 3,14 1,70 3,04
25 3,14 1,60 2,56 3,10 1,72 3,08
30 3,14 1,60 2,58 3,12 1,72 3,04
Hình 2. Hàm phân bố xuyên tâm cặp của aluminosilicate ở các áp suất 0 GPa
Giá trị độ dài liên kết của các cặp Si-Si và Si-O ở áp suất thấp có giá trị tương ứng
3,16 Å và 1,58 Å. Kết quả này phù hợp với số liệu trong nghiên cứu [8] tương ứng là 3,16
Å và 1,58 Å. Khi áp suất tăng từ 5-30 GPa độ dài liên kết của cặp Si-O có giá trị 1,60 Å
kết quả này phù hợp với kết quả nghiên cứu [5] là 1,60 Å.
3 6 9 12
0
4
8
12
Si-Si
g ij
(r)
0 3 6 9 12
4
8
12
Si-O
3 6 9 12
0
4
8
12
O-O
0 3 6 9 12
4
8
12
Si-Al
0 3 6 9 12
4
8
12
O-Al
0 3 6 9 12
4
8
12
Al-Al
r
ij
(Å)
TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Mai Văn Dũng và tgk
39
Kết quả Bảng 3 cho thấy độ cao đỉnh thứ nhất của hàm phân bố xuyên tâm của hệ
aluminosilicate đều giảm khi áp suất tăng. Trong đó độ cao của đỉnh thứ nhất của hàm
phân bố xuyên tâm của các cặp liên kết Si-Si, O-Al và Al-Al có giá trị nhỏ nhất tại các giá
trị áp suất 25 GPa, 30 GPa và 15 GPa. Điều này có nghĩa là, dưới điều kiện nén trật tự cấu
trúc của hệ giảm đi.
Bảng 3. Độ cao đỉnh thứ nhất của hàm phân bố xuyên tâm ở các áp suất khác nhau
P,GPa
Si-Si
(Å)
Si-O
(Å)
O-O
(Å)
Si-Al
(Å)
O-Al
(Å)
Al-Al
(Å)
0 5,07 13,46 2,90 3,89 7,00 3,50
5 4,69 11,77 2,77 3,70 6,25 3,32
10 4,15 9,91 2,57 3,60 5,55 3,27
15 3,85 8,61 2,51 3,37 5,07 3,06
20 3,86 7,84 2,47 3,20 4,79 3,25
25 3,66 7,52 2,46 3,19 4,63 3,23
30 3,82 7,48 2,44 3,14 4,65 3,29
Số liệu về số phối trí của các cặp liên kết được trình bày trong Bảng 4. Kết quả cho
thấy rằng ở áp suất thấp, hầu hết các nguyên tử Si được bao quanh bởi 4 nguyên tử O để
hình thành đơn vị cấu trúc SiO4 khoảng 94,8%. Trong khi đó, có 5 và 6 nguyên tử O bao
quanh 1 nguyên tử Si để hình thành các đơn vị cấu trúc SiO5 và SiO6 là không đáng kể. Kết
quả này phù hợp với số liệu trong công trình [9]. Khi áp suất tăng trong mô hình bao gồm
các đơn vị cấu trúc SiO4, SiO5 và SiO6. Trong đó, tỉ lệ SiO4 giảm, trong khi tỉ lệ SiO5 và
SiO6 tăng. Điều này có nghĩa là, khi áp suất tăng, có sự biến đổi cấu trúc từ SiO4 sang cấu
trúc SiO5 và SiO6.
Đối với cặp Al-O ở áp suất thấp, hầu hết các nguyên tử Al được bao quanh bởi 3
nguyên tử O, 4 nguyên tử O và 5 nguyên tử O để hình thành các đơn vị cấu trúc tương ứng
AlO3, AlO4 và AlO5. Trong đó, đơn vị cấu trúc AlO4 chiếm tỉ lệ lớn nhất khoảng 69,5%.
Kết quả này có thể so sánh được với kết quả nghiên cứu [8]. Khi áp suất tăng tỉ lệ AlO4
giảm, trong khi đó tỉ lệ AlO5 và AlO6 tăng. Ở áp suất 25 GPa, tỉ lệ của các đơn vị cấu trúc
AlO4, AlO5 và AlO6 tương ứng là 24,5 %, 52,7 % và 20,9 %. Điều này cũng cho thấy rằng,
khi áp suất tăng có sự biến đổi cấu trúc từ đơn vị cấu trúc AlO4 sang các đơn vị cấu trúc
AlO5 và AlO6.
Cũng trong Bảng 4 cho thấy, số phối trí của cặp liên kết O-Si ở áp suất thấp chủ yếu
có 1, 2 và 3 nguyên tử Si bao quanh 1 nguyên tử O. Trong đó, bao quanh 1 nguyên tử O có
2 nguyên tử Si chiếm tỉ lệ lớn nhất khoảng 48,9 %. Khi áp suất tăng, số lượng có 1 và 2
nguyên tử Si bao quanh 1 nguyên tử O giảm, trong khi số lượng có 3 nguyên tử Si bao
quanh 1 nguyên tử O tăng và một lượng không đáng kể có 4 nguyên tử Si bao quanh 1
nguyên tử O.
TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Tập 15, Số 9 (2018): 35-42
40
Đối với cặp O-Al ở áp suất thấp có 1, 2, 3 và 4 nguyên tử Al bao quanh một nguyên
tử O và một lượng rất nhỏ có 5 nguyên tử Al bao quanh 1 nguyên tử O. Trong đó, bao
quanh 1 nguyên tử O có 2 nguyên tử Al chiếm tỉ lệ lớn nhất khoảng 36,4 %. Khi áp suất
tăng, bao quanh 1 nguyên tử O có 1 và 2 nguyên tử Si giảm, trong khi bao quanh 1 nguyên
tử O có 3, 4 và 5 nguyên tử Si tăng.
Như vậy, sự tồn tại của các liên kết OTn (T= Si, Al; n=2, 3, 4, 5) sẽ tạo nên các vùng
giàu Si và Al. Đây là nguồn gốc gây ra sự không đồng nhất trong thành phần của vật liệu.
Bảng 4. Số phối trí của các cặp liên kết ở các áp suất khác nhau
P, GPa Si-O Al-O 4 5 6 3 4 5 6 7
0 0,948 0,051 0,001 0,116 0,695 0,180 0,010 0,000
5 0,838 0,157 0,005 0,059 0,638 0,275 0,029 0,000
10 0,712 0,274 0,014 0,018 0,497 0,419 0,064 0,002
15 0,579 0,366 0,055 0,007 0,381 0,474 0,132 0,007
20 0,459 0,445 0,096 0,004 0,293 0,525 0,169 0,010
25 0,427 0,453 0,120 0,004 0,245 0,527 0,209 0,015
30 0,398 0,483 0,119 0,003 0,291 0,487 0,202 0,017
P, GPa O-Si O-Al
1 2 3 4 1 2 3 4 5
0 0,177 0,489 0,334 0,000 0,299 0,364 0,215 0,116 0,006
5 0,162 0,490 0,343 0,005 0,279 0,355 0,238 0,121 0,007
10 0,139 0,503 0,347 0,011 0,248 0,352 0,271 0,112 0,016
15 0,131 0,479 0,371 0,019 0,229 0,337 0,297 0,120 0,017
20 0,132 0,440 0,398 0,030 0,225 0,325 0,297 0,135 0,018
25 0,127 0,434 0,409 0,030 0,208 0,334 0,306 0,129 0,023
30 0,130 0,429 0,402 0,039 0,217 0,330 0,298 0,135 0,020
3.2. Phân tích phân bố O- simplex và T- simplex
Phân bố số O- simplex và phân bố bán kính của các O- simplex được trình bày trong
Bảng 5. Kết quả cho thấy rằng số O- simplex có số nguyên tử O nhỏ hơn 4 tăng khi áp suất
tăng. Trong khi đó, các O- simplex có số nguyên tử O lớn hơn 4 giảm khi áp suất tăng.
Trong đó, số O- simplex có 4 nguyên tử O chiếm tỉ lệ lớn nhất khoảng 38,1% ở áp suất 25
GPa. Điều này có nghĩa là, dưới điều kiện nén, sự đông đặc của chất lỏng là do giảm số
lượng các O- simplex lớn. Mặt khác, ở áp suất 0 GPa số O- simplex có từ 3 – 5 nguyên tử
O chiếm tỉ lệ khoảng 72,4%. Trong khi giá trị này ở áp suất 30 GPa có khoảng 85,9 %.
Điều này cho thấy, phân bố không gian của nguyên tử O là đồng nhất. Kết quả này phù
hợp với kết quả nghiên cứu [10].
Phân bố bán kính của các O- simplex trong Bảng 5 cũng cho thấy rằng bán kính của
các O- simplex giảm khi áp suất tăng. Điều này cũng cho thấy, dưới điều kiện nén, sự đông
đặc của chất lỏng chủ yếu do các O- simplex bị co lại.
TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Mai Văn Dũng và tgk
41
Bảng 5. Phân bố O- simplex
Trong đó Ns, Ms và Rs lần lượt là số nguyên tử, số O- simplex và bán kính của O- simplex
Phân bố số T- simplex và phân bố bán kính của các T- simplex được trình bày trong
Bảng 6. Kết quả cho thấy rằng các T- simplex có chứa 1, 11 và 12 nguyên tử T (Si và Al) ở
các áp suất 5 GPa, 10 GPa, 20 GPa, 25 GPa và 30 GPa cũng như các T- simplex có chứa 1,
11 và 20 nguyên tử T ở các áp suất 0 GPa và 15 GPa chiếm tỉ lệ lớn. Điều này cho thấy
rằng, ứng mỗi giá trị của áp suất sự phân bố của các nguyên tử T là không đồng nhất. Đây
là nguyên nhân làm cho phân bố không gian, cũng như cấu trúc không gian của vật liệu là
không đồng nhất.
Phân bố bán kính của các T- simplex trong Bảng 6 cũng cho thấy bán kính của các
T- simplex giảm khi áp suất tăng từ 0- 30 GPa. Điều này cho thấy dưới điều kiện nén, sự
đông đặc của chất lỏng chủ yếu do các T- simplex bị co lại.
Bảng 6. Phân bố T- simplex
Trong đó Ns, Ms và Rs lần lượt là số nguyên tử, số T- simplex và bán kính của T- simplex
Ns 0 GPa 5 GPa 10 GPa 15 GPa 20 GPa 25 GPa 30 GPa
Ms
Rs
(A0)
Ms
Rs
(A0)
Ms
Rs
(A0)
Ms
Rs
(A0)
Ms
Rs
(A0)
Ms
Rs
(A0)
Ms
Rs
(A0)
1 234 2,08 223 2,07 225 1,97 214 1,87 228 1,84 213 1,85 223 1,84
2 16 2,26 21 2,09 18 2,04 19 2,04 16 1,96 23 1,90 19 1,92
10 44 2,17 42 2,03 46 1,96 57 1,91 55 1,91 45 1,89 48 1,83
11 137 2,09 150 2,05 142 1,95 157 1,90 154 1,86 162 1,83 162 1,87
12 0 0,00 238 1,94 259 1,83 1 1,84 226 1,78 230 1,81 252 1,80
20 224 2,01 1 2,29 2 2,12 231 1,80 3 2,06 1 2,20 1 2,33
30 8 2,26 5 2,21 1 1,92 4 2,12 2 1,89 2 1,81 6 2,03
Ns 0 GPa 5 GPa 10 GPa 15 GPa 20 GPa 25 GPa 30 GPa
Ms
Rs
(A0)
Ms
Rs
(A0)
Ms
Rs
(A0)
Ms
Rs
(A0)
Ms
Rs
(A0)
Ms
Rs
(A0)
Ms
Rs
(A0)
2 42 2,10 48 1,98 70 1,92 56 1,94 72 1,90 63 1,89 81 1,88
3 573 2,24 571 2,16 722 2,08 833 2,03 851 2,00 909 2,00 829 1,98
4 1110 2,48 1173 2,38 1149 2,28 1246 2,21 1315 2,17 1320 2,16 1317 2,16
5 921 2,71 972 2,59 896 2,48 838 2,40 759 2,36 761 2,33 804 2,33
6 548 2,88 496 2,77 426 2,64 353 2,54 346 2,54 291 2,49 290 2,48
7 260 3,07 179 2,95 175 2,84 111 2,71 102 2,71 91 2,62 85 2,64
8 99 3,23 75 3,16 57 2,93 33 2,82 27 2,79 24 2,79 21 2,72
9 31 3,38 19 3,25 11 3,16 12 3,02 3 3,01 5 2,93 8 2,82
10 12 3,58 2 3,42 1 3,26 4 3,03 - - 1 2,96 - -
11 3 4,17 - - 5 3,28 - - - - - - - -
TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Tập 15, Số 9 (2018): 35-42
42
4. Kết luận
Có 7 mô hình vật liệu đã được xây dựng với áp suất khác nhau với hàm phân bố
xuyên tâm phù hợp với số liệu thực nghiệm và tính toán trước đây, những mô hình này có
thể sử dụng để nghiên cứu các tính chất vật lí khác của hệ vật liệu.
Kết quả nghiên cứu cho thấy, số phối trí của tất cả các cặp đều tăng khi áp suất tăng.
Có xu hướng chuyển pha từ cấu trúc TO5 sang TO6. Độ dài liên kết của các cặp thay đổi,
độ cao đình thứ nhất giảm. Ở áp suất thấp trong mô hình chủ yếu tồn tại dạng tứ diện,
trong khi ở áp suất cao tỉ lệ tứ diện giảm mạnh và tỉ lệ bát diện tăng lên đáng kể.
Tồn tại một số lượng lớn O-simplex trong mô hình. Phân bố bán kính của các O-
simplex có giá trị từ 1,88 Å đến 4,17 Å, trong khi đó phân bố bán kính của T-simplex có
giá trị từ 1,80 Å đến 2,26 Å. Sự đông đặc của chất lỏng do số lượng O- simplex lớn giảm,
cùng với sự co lại của các T- simplex và O- simplex trong vật liệu.
Tuyên bố về quyền lợi: Các tác giả xác nhận hoàn toàn không có xung đột về quyền lợi.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] C. A. Angell, “Formation of glasses from liquids and biopolymers,” Science 267, pp. 1924-
1935, 1995.
[2] S. Sampath, C. J. Benmore, K. M. Lantzky, et al., “Intermediate-range order in permanently
densified GeO2 glass,” Phys. Rev. Lett 90, pp.115502-1-115502-4, 2003.
[3] B. O. Mysen, D. Virgo, and F. A. Seifert, “The structure of silicate melts: implications for
chemical and physical properties of natural magma,” Rev. Geophys 20, pp.353-383, 1982.
[4] M. Okuno, N. Zotov, M. Schmücker, et al., “Structure of SiO2–Al2O3 glasses: Combined X-
ray diffraction, IR and Raman studies,” J. NonCryst. Solids 351, pp.1032-1038, 2005.
[5] A. Winkler, J. Horbach, W. Kob, et al., “Stucture and difusion in amorphous aluminum silicate
A molecular dynamics computer simulation,” J. Chem. Physic 120, pp.384-393, 2004.
[6] V. V. Hoang, N. N. Linh and N. H. Hung, “Structure and dynamics of liquid and amorphous
Al2O3.2SiO2,” Eur. Phys. J. Appl. Phys 37, pp.111-118, 2007.
[7] Nguyễn Văn Hồng, Nguyễn Thu Nhàn và Phạm Khắc Hùng, “Sự phụ thuộc cấu trúc của hệ
Al2O3.2SiO2 lỏng vào áp suất,” Tạp chí Khoa học và công nghệ các trường đại học kĩ thuật,
số 60, 2007.
[8] M. T. Lan, N. V. Yen, N. V. Hong, et al., “Visualisation-based analysis of structure and
dynamics of liquid aluminosilicate under compression,” Phys. Chem. Liq 55, pp.62-84, 2017.
[9] N. V. Hong, N. V. Yen, M. T. Lan, et al., “Coordination and polyamorphism of aluminium
silicate under high pressure: insight from analysis and visualization of molecular dynamics
data,” Can. J. Phys 92, pp.1573-1580, 2014.
[10] P. K. Hung, L. T. Vinh, T. B. Van, et al., “Insight into dynamics and microstructure of
aluminum-silicate melts from molecular dynamics simulation,” J. NonCryst. Solids 462,
pp.1-9, 2017.
[11] D. K. Belashchenko, “Computer simulation of the structure and properties of non-crystalline
oxides,” Russ. Chem. Rev 66, pp.733-762, 1997.
[12] V. V. Hoang, “Dynamical heterogeneity and diffusion in high-density Al2O3.2SiO2 melts,”
Physica B 400, pp.278-286, 2007.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- 04_044_2089320.pdf