非晶态金属Al中微团簇多面体结构及其演变规律的模拟研究

对50 000个金属Al原子从液态急冷形成非晶态结构的过程进行了分子动力学模拟研究.采用原子键型和原子团簇类型指数法,发现在其微观结构的转变过程中,与不断增加的1551键型密切相关的二十面体及其缺陷结构的形成起了非常突出的作用.通过各种键型原子团簇的计算,获得团簇多面体结构的分布数据.在可视化的显示下,得到一幅十分清晰的关于团簇多面体结构的特征及其演变的图景.建立了一种简单而有效的团簇多面体结构研究方法.同时也对模拟计算结果的微观机理给出了相应的讨论,这对于深入理解非晶态结构的形成机制及其微观过程,将有重     

二元液态金属Cu-Ni和Ag-Cu凝固过程的分子动力学模拟研究

用Quantum Sutton-Chen多体势对Ag6Cu4和CuNi液态金属凝固过程进行了分子动力学模拟研究.在冷却速率2×1012到2×1014K/s范围内,CuNi总是形成fcc晶体结构,而Ag6Cu4总是形成非晶态结构.考虑到CuNi及AgCu中原子半径之比分别为1.025和1.13,那么模拟结果证实了原子的尺寸差别是非晶态合金形成的一个主要影响因素.此外采用键对及原子多面体类型指数法对凝固过程中微观结构组态变化的分析,不但能说明二十面体结构在非晶态合金形成和稳定性中所起的关键作用,又有助于对液态金属的凝固过程、非晶态结构特征的深入理解.     

液态金属Al快速凝固过程中团簇结构的形成特性

采用分子动力学方法 ,对含有 10 5个Al原子的液态金属大系统在快凝过程中团簇结构的形成特性进行了模拟研究 ,并采用原子团类型指数法 (CTIM )来描述各种类型的团簇结构组态 .研究结果显示 ,二十面体原子团 (12 0 12 0 )及其组合在微观结构转变中起着最重要的作用 .发现纳米级大团簇 (含有 10 4个原子 )是由一些中等原子团相互结合而成 ,而中等原子团又是由基本原子团结合组成 .这种结构与由热蒸发、离子溅射等方法所获得的以某一个原子为中心、按八面体结构堆积起来的多壳层晶体结构的纳米级大团簇完全不同 .组成这种大团簇结构的基本原子团的中心原子是彼此以单线或扭结的形式相互成键连接的 .这种结构的角隅正好可以成为液态金属凝固过程中形成支晶的起点 .     

工科物理概念结构体系现代化

 根据原国家教委布置,当前我国工程教育改革的基本思路是加强基础、淡化专业、提高素质、培养宽口径科技人才,以便同国际工程教育接轨。国家教委在“面向２１世纪工程教育教学内容课程体系改革计划”中确定了４项目标：①要使学生的素质和知识结构适应２１世纪我国社会主义建设的需要;②要使教学内容和课程体系达到或接近世界先进水平;③要使教学手段、教学方法现代化;④要使学生的创新能力和工程实践能力有比较大的加强。总而言之,就是我国的工程教育要现代化。工程教育的现代化要以物理教育的现代化为基础。我国传统的工科物理内容结构体系与此不相适应,必须尽快进行改革,改革的重点是实现概念结构体系的现代化。     

液态金属急冷过程中原子团簇结构形成与转变特性模拟

对于由50000个液态金属原子系统的急冷过程进行了分子动力学模拟研究,比较深入地考察了微观结构组态的变化.特别采用原子成团类型指数法,分析了液态金属原子形成原子团及团簇结构的演变过程.发现系统中的大团簇结构是由小团簇（由几个小原子团结合组成）相互连接而成,而不是以某一个原子为中心按一定规则堆积起来的多壳层结构.随着温度的下降,原子团重复出现的几率将大为增加,显示出原子团确实具有一定的相对稳定性和延续性（即遗传效应）.这对于深入理解液态金属的凝固过程、非晶态结构的短程有序区及无序稀疏区的形成机制及其微观过程,将有重要的启示作用.     

液态金属Al凝固过程中的团簇结构与幻数特性

采用分子动力学方法,对含有100000个Al原子的液态金属系统在凝固过程中团簇结构的形成特性进行了模拟研究,并采用原子团类型指数法(CTIM)来描述各种类型的团簇结构组态.研究结果显示:在液态金属Al的凝固过程中,只有与1551键型相关的二十面体原子团(12 0 12 0)及其组合形成的各种团簇结构,对微结构的演变起着关键的、决定性的作用;由不同数目、不同类型基本原子团组成的各种层次的团簇结构,都在一定的原子数区段内呈现出峰值,即幻数点;系统的幻数序列为:13(13), 19(21), 25～28(27), 31～33(29～30) ,37、39,…(括号内为液态时对应的幻数值),与Harris等人的实验结果甚为相符.本模拟研究所用的团簇结构按层次区段来研究幻数序列的方法,可为实验结果提供更为合理的模型解释.     

液态金属铝的热历史对凝固微结构的影响

用分子动力学模拟研究了液态金属Al 系统的热历史对凝固微结构的影响.发现在同一系统中、不同的热历史条件下， 1551 键型和与1551键型相关的二十面体结构(12 0 12 0)在微结构的转变过程中均起着非常重要的作用. 特别有意义的是, 在每个温度的等温运行中能够重复出现的二十面体的数目不随温度的降低而增加, 并有一个极大值.该极大值点正好与其玻璃转变温度Tg相对应, 在不同的热历史条件下极大值的位置是能够移动的.结果还显示出, 热历史条件对微结构转变有严重影响, 且其作用主要是在玻璃转变温度点Tg以后才显示出来. 这就为我们理解和控制凝固过程中的微结构转变提供了一条新途径.     

玻尔兹曼分布的计算机模拟

利用Lennard—Jonee,分子相互作用模型模拟气体分子在重力场中的分布,展现分子运动的过程和分布形态,说明重力场中分子分布由分子问频繁的碰撞所决定而与分子速率和位置的初态分布无关,。零势能”处的数密度no也并非常数,它不仅与分子质量m有关,而且还与温度T有关。此外,模拟也揭示了玻尔兹曼分布律是对大量粒子而言的统计规律。     

冷速对液态金属Na凝固过程中微观结构影响的模拟研究

采用分子动力学方法对液态金属Na在四种不同冷速下的快速凝固过程进行了模拟跟踪研究.采用双体分布函数g(r)曲线、Honeycutt-Andersen键型指数法和原子团类型指数法对凝固过程中微观结构的变化进行了分析.结果表明：冷却速率对微结构的转变有决定性影响，当冷速为1.0×10¹⁴和1.0×10¹³K/s时，系统形成以1551和1541键型或以缺陷多面体基本原子团(13 1 10 2)和二十面体基本原子团(12 0 12 0)为主体的非晶态结构；当冷速为1.0×10¹²和1.0×10¹¹K/s时，系统则形成以1441和1661键型或以体心立方基本原子团(14 6 0 8)为主体的晶态结构.同时发现：不同冷速对液态金属Na在液态和过冷态时微观结构的影响甚小；但不同冷速对其固态(非晶态利晶态)时的微观结构有显著的影响，且要在液-固转变点(分别在玻璃转变温度T_g和晶化起始温度T_c)附近或以后才能充分展现出来.根据这一特点，有可能建立另一种确定液态金属T_g和T_c的新方法.原子团类型指数法比键型指数法更有利于研究液态、非晶态等无序体系和一些晶化体系的具体结构特征. 关键词： 液态金属Na 凝固过程 分子动力学模拟 原子团类型指数法     

Simulation study on the formation and transition properties of cluster structures in liquid metals during rapid cooling processes

For the first time, a molecular dynamics simulation study has been performed for a liquid metal system consisting of 50000 atoms to deeply investigate the transitions of microstructure configurations dudng the rapid cooling processes. Especially, the cluster-type index method has been adopted to analyze the transforming and evolving processes of clusters and cluster configurations from liquid metal atoms. It has been found that the bigger cluster configurations in the system are formed by means of connecting some small clusters (they are combined by several smaller clusters), and not taken on the multi-shells configuration accumulated with an atom as the center and the surrounding atoms arranged according to some fixed pattern. With the decrease in temperature, the probability of repetitive appearance for clusters increases largely, which reveals that clusters are indeed possessing a certain relative stability and continuity (namely hereditary effect). These results will give us an important enlightenment to understand not only the forming mechanisms and microscopic processes of the short-order sections and disorder sparse sections in amorphous structures but also the freezing processes of liquid metals.``