Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến cấu trúc, sự không đồng nhất cấu trúc và động học của silica lỏng

Trong bài báo này, các tác giả sử dụng phương pháp mô phỏng động lực học phân tử để khảo sát sự thay đổi cấu trúc và tính chất động học trong vật liệu silica lỏng. Cụ thể, kết quả nghiên cứu hàm phân bố xuyên tâm (HPBXT), số phối trí, các đặc trưng của domain và năng lượng trung bình trên một nguyên tử cho thấy, silica trải qua 3 vùng cấu trúc khác nhau khi nhiệt độ tăng từ 2000 đến 6000 K.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến cấu trúc, sự không đồng nhất cấu trúc và động học của silica lỏng DOI: 10.31276/VJST.64(3).43-49 Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến cấu trúc, sự không đồng nhất cấu trúc và động học của silica lỏng Giáp Thị Thùy Trang1*, Phạm Hữu Kiên1, Dương Thị Lan1, Trịnh Văn Hà2 1 Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên Trường Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền thông, Đại học Thái Nguyên 2 Ngày nhận bài 1/9/2021; ngày chuyển phản biện 6/9/2021; ngày nhận phản biện 4/10/2021; ngày chấp nhận đăng 8/10/2021 Tóm tắt: Trong bài báo này, các tác giả sử dụng phương pháp mô phỏng động lực học phân tử để khảo sát sự thay đổi cấu trúc và tính chất động học trong vật liệu silica lỏng. Cụ thể, kết quả nghiên cứu hàm phân bố xuyên tâm (HPBXT), số phối trí, các đặc trưng của domain và năng lượng trung bình trên một nguyên tử cho thấy, silica trải qua 3 vùng cấu trúc khác nhau khi nhiệt độ tăng từ 2000 đến 6000 K. Trong đó, quá trình thay đổi cấu trúc xảy ra mạnh nhất ở khoảng nhiệt độ 4500-5000 K. Thêm nữa, các tác giả đã khảo sát hàm liên kết đám của các loại nguyên tử linh động (NTLĐ), không linh động và ngẫu nhiên. Kết quả khẳng định, nhiệt độ càng cao thì cấu trúc của silica lỏng càng đồng nhất và hiện tượng không đồng nhất cấu trúc chỉ xảy ra ở nhiệt độ dưới 3500 K. Cuối cùng, nghiên cứu chỉ ra nguyên tử O trong vật liệu có linh động hơn nguyên tử Si. Từ khóa: domain, hàm liên kết đám, không đồng nhất, nhiệt độ, silica lỏng. Chỉ số phân loại: 2.5 Đặt vấn đề của silica lỏng dịch phải so với thủy tinh từ 1,597 đến 1,626 Å. Tức là, độ dài liên kết trung bình Si-O trong silica lỏng Vật liệu silica có nhiều ứng dụng quan trọng trong sản lớn hơn so với trong thủy tinh. Ngoài ra, sự bất thường về xuất cáp quang, gốm kỹ thuật điện tử, gốm sứ gia dụng và mật độ của silica cũng đã được phát hiện: khi nhiệt độ tăng, đồ thủy tinh mỹ nghệ. Thêm nữa, silica và các hợp chất của mật độ của vật liệu không giảm mà tăng theo. Điều này đã nó là thành phần chủ yếu của lớp vỏ trái đất. Vì vậy, hiểu được chỉ ra trong các nghiên cứu thực nghiệm [2, 6]. Cụ thể, biết chi tiết về cấu trúc, các tính chất vật lý đặc trưng và trong khoảng nhiệt độ tăng từ 1373 đến 1753 K, nhóm tác cơ chế động học ở mức nguyên tử của các loại vật liệu này giả [2] phát hiện mật độ của silica tăng từ 2,201 đến 2,204 dưới tác động của nhiệt độ, áp suất là rất cần thiết, góp phần g/cm3. Quy luật này cũng được phát hiện ở vùng nhiệt độ không nhỏ trong sự phát triển công nghệ chế tạo vật liệu có 1273-1773 K [6]. Nhóm tác giả [3] cho rằng, hiện tượng dị các tính chất mong muốn và cung cấp thông tin về các hoạt thường về mật độ này có nguyên nhân từ sự bẻ gãy liên kết động địa chất của lớp vỏ trái đất. Do có tầm quan trọng như Si-O-Si, dẫn đến chuyển đổi cấu trúc từ SiO4 sang SiO5 khi vậy nên trong các thập kỷ gần đây vật liệu ôxít này đã thu nhiệt độ tăng ở vùng trên nhiệt độ chuyển pha thủy tinh. hút được sự quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học Trong vật liệu silica, các nguyên tử Si và O luôn chuyển trong nước và trên thế giới trong cả hai lĩnh vực nghiên cứu động không ngừng, ngay cả khi ở trạng thái rắn. Nguyên tử cơ bản và ứng dụng. Một số phương pháp thực nghiệm điển Si và O trở nên linh động hơn khi nhiệt độ silica tăng. Độ hình như nhiễu xạ tia X, phổ Raman, phổ tán xạ Rutherfor linh động của các nguyên tử giảm rõ rệt khi nhiệt độ giảm (RBS) và phân tích phản ứng hạt nhân (NRA) đã thu được xuống gần nhiệt độ chuyển pha thủy tinh với hệ số khuếch các thông tin cơ bản về silica lỏng [1-5]. Trong công trình tán 10-13-10-19 cm2/s. Điều này đã được biết đến qua các [1], nhóm tác giả đã xác định thừa số cấu trúc bằng phương nghiên cứu thực nghiệm [4, 5, 7]. Dựa trên mối liên hệ giữa pháp nhiễu xạ tia X với các mẫu silica ở 298, 1873 và 2373 năng lượng và sự khuếch tán, nhóm nghiên cứu [5] đã xác K, kết quả cho thấy, thừa số cấu trúc ở cả 3 nhiệt độ này khá định được hệ số khuếch tán của silicon lỏng cỡ 10-9 cm2/s. giống nhau. Điều đó cho thấy sự tương tự về cấu trúc của Nhóm nghiên cứu [7] đã tính toán hệ số khuếch tán của silica lỏng và thủy tinh. Khác với chất lỏng thông thường, silicon trong dải nhiệt độ 1673-1873 K với silica được tạo ra silica lỏng gồm các khối tứ diện SiO4 có trật tự gần tương tự dạng epitaxy có độ dày h, thông qua độ dịch chuyển xc của như thủy tinh và tinh thể quartz. Tuy nhiên, khảo sát HPBXT nguyên tử trên một trục trong khoảng thời gian nhất định ở nhiệt độ 298 và 2373 K [1] cho thấy, vị trí đỉnh đầu tiên ( xc = 2 D t , xc=0,5-5 giờ) có giá trị khoảng 10-13-10-16 * Tác giả liên hệ: Email: giapthuytrang@dhsptn.edu.vn 64(3) 3.2022 43 Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ nhiệt độ đến quá trình khuếch tán cũng được khảo ...