石墨到纳米多晶金刚石相变的分子动力学模拟研究

以往研究发现,纳米多晶金刚石的硬度可超越单晶金刚石,因此利用石墨制备纳米多晶金刚石获得了广泛研究。然而,由石墨碳源制备的金刚石同时具有均匀精细结构和层状结构,其形成机理尚未获得很好的理解。为此,针对不同层间距的石墨,进行了一系列分子动力学模拟。研究发现,不同受压情况下石墨存在不同的相变行为,即在马氏体转变下获得片层状金刚石,而在扩散型相变下获得无特定取向的精细纳米金刚石。在静水压条件下,或者[002]方向上的压力大于横向压力且石墨层滑移不受限时,石墨将转化为层状结构立方金刚石;当[002]方向上的压力大于横向压力,但石墨层横向滑移受阻时,石墨转化为多晶六方和立方金刚石混合物;当最大压力方向在[210]或[010]方向时,石墨转化为无特定取向的均匀多晶金刚石。通过原子运动的微观尺度分析,揭示了由石墨制备的纳米多晶金刚石同时具有均匀精细结构和层状结构的机理,有望为大规模合成超硬纳米多晶金刚石提供理论支持。

     

应力诱发NiAl单晶马氏体相变的分子动力学模拟

利用嵌入原子势（EAM）,对NiAl单晶在外应力作用下的动态拉伸过程进行了分子动力学模拟.应力-应变曲线分析以及原子构型分析表明外应力诱发NiAl合金发生了马氏体相变,原子结构由B2相转变为L1₀相.通过研究原子构型的演化过程,发现马氏体相变是通过多个{110}孪晶面的扩展和湮灭作用来完成的.同时探讨了马氏体相变的微观机理.关键词：马氏体相变NiAl分子动力学模拟     

铁的冲击相变机制的分子动力学研究

用分子动力学方法模拟计算了在冲击波加载条件下,单晶铁中的结构相变（由体心立方结构相到六角密排结构相）,相互作用势采用铁的嵌入式原子势（EAM）,单晶铁样品的尺寸为28.7 nm22.9 nm22.9 nm,总原子数为1.28106个。通过推动一个运动活塞对静止靶的作用来产生冲击压缩,加载方向沿单晶铁的[100]晶向。通过对原子位置的追踪,揭示了铁的冲击相变机制,计算结果表明相变机制包括两步：首先是在{011}面上的原子受到沿〈100〉晶向的压缩,使{011}面转化成正六角形密排面;然后是在{011}面上原子沿〈0-11〉晶向的滑移,完成由bcc结构到hcp结构的相变。同时发现滑移面只出现在与冲击波加载方向平行的(011)和(0-11)面上。     

铁冲击相变的分子动力学研究

用分子动力学方法模拟了单晶铁(Fe)在一定初始温度下冲击相变(α相→ε相)的微观过程,结果显示温度会导致冲击相变压力阈值降低.基于此微观过程,对加卸载波系的传播规律进行了相应计算和分析,结果表明在卸载过程中逆相变波(ε相→α相)相对于波前以当地纵波声速传播,而相对波后以亚声速传播,这可由卸载压力-密度曲线给出相应解释;计算了不同初态的卸载压力-密度状态曲线,并给出了逆相变带的分布,其分布规律显示了卸载过程逆相变的滞后现象.关键词：分子动力学多体势冲击波相变     

考虑非傅立叶效应的固液相变分子动力学模拟

采用耦合双温度模型的分子动力学方法对飞秒激光照射金箔的固液相变过程进行了模拟研究,利用序参数法对固液原子进行判定从而确定了金箔发生相变时的固液界面位置和温度,对基于傅立叶定律的抛物线模型和考虑非傅立叶效应的双曲线模型模拟得到的结果进行对比分析,在此基础上采用耦合双曲线模型的分子动力学方法研究了激光能量密度和脉冲宽度对金箔相变过程的影响.结果表明,当激光作用于金箔时,金箔上表面首先熔化,固液界面随时间不断向金箔底部移动,并且在相同条件下,双曲线模型下的金箔熔化深度和固液界面温度均大于抛物线模型的结果.当考虑非傅里叶效应时,激光能量密度越大,固液界面温度越高,金箔熔化时间越短;激光脉冲宽度越小,固液界面温度越大,金箔熔化速度越快.     

热峰作用下单斜ZrO2相变过程的分子动力学模拟

ZrO2陶瓷耐高温、耐腐蚀、抗辐照性能强,是极具前景的反应堆惰性基质燃料和锕系元素固化材料.本文联合使用热峰模型和分子动力学方法,模拟了核辐射环境下ZrO2的相变过程:基于热峰模型,从快速重离子注入后能量沉积和传导的多物理过程出发,建立热扩散方程,求得ZrO2晶格温度时空演变特性;然后运用分子动力学方法模拟了该热峰作用...     

铝纳米颗粒的热物性及相变行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了纳米金属铝在粒径为0.8-3.2 nm 时的熔点、密度和声子热导率的变化, 研究了粒径为1.6 nm的铝纳米颗粒的密度、比热和声子热导率随温度的变化. 采用原子嵌入势较好地模拟了纳米金属铝的热物性及相变行为, 根据能量-温度曲线和比热容-温度曲线对铝纳米颗粒的相变温度进行了研究, 并利用表面能理论、尺寸效应理论对铝纳米颗粒熔点的变化进行了分析. 随着纳米粒径的不断增大, 铝纳米颗粒的熔点呈递增状态, 当粒径在2.2-3.2 nm时, 熔点的增幅减缓, 但仍处于递增趋势. 随着纳米粒径的增大, 铝纳米颗粒的密度呈单调递减, 热导率则呈线性单调递增, 且热导率的变化情况符合声子理论. 随着温度的升高, 粒径为1.6 nm的铝纳米颗粒的密度、热导率均减小. 该模拟从微观原子角度对纳米材料的热物性进行了研究, 对设计基于铝纳米颗粒的相变材料具有指导意义.     

高密度氦相变的分子动力学研究

采用分子动力学方法结合对关联函数分析计算了0–1000 K范围内氦的固–液相变曲线, 与实验数据的对比显示, 在0–500 K之间与实验数据符合很好, 500 K以上还没有相应的实验数据. 另外, 计算了钛金属中不同尺寸氦泡的压强, 并与高密度氦的固–液相变曲线进行了对比. 结果显示, 在低温条件下, 随着温度的降低, 钛晶体中可能会出现固态氦泡; 在300 K以上不会存在固态氦泡.     

多级孔碳负载聚乙二醇相变复合材料的分子动力学模拟研究

多级孔碳(Hierarchical porous carbon,HPC)具有大的比表面积(1345 m~2/g)和高的孔体积(2.69 cm~3/g),对聚乙二醇(Polyethylene glycol,PEG)的负载量高达92.5% (wt),复合材料展现出优异的储能特性,因此采用分子动力学模拟的方法对其开展机理研究。复合后PEG@HPC熔点为324.5 K,相互作用能和径向分布函数结果表明,孔径越小,基材对芯材的作用力越强,有利于防止芯材的泄漏,保持复合材料的结构稳定性。振动态密度和重叠能表明,复合后声子振动匹配增强,有益于能量的传递和材料热导率的提升。     

高温高压下NaCl热力学特性的分子动力学模拟

欲了解固体物理和地球内部特征就要弄清固体在高温高压的热力学特性，而碱金属卤化物的研究有利于在实验室难以接近的高温高压条件下建立金属氧化物的相转变模型。文中应用分子动力学方法模拟NaCl离子晶体的高压熔化、高温高压下热力学参数，如热容、等压体膨胀系数、等温体模量、Gruneisen参数等。     

Molecular dynamics simulations of phase transition of n-nonadecane under high pressure

The phase transition behavior of n-nonadecane under high pressure was investigated with molecular dynamics (MD) simulations method. A simplified model with amorphous structure and periodic boundary conditions in constant-temperature, constant-pressure ensemble was used in this study. The results showed that the whirling and molecules motion of n-nonadecane chains were restrained by the high pressure. The simulated phase transition temperature of n-nonadecane under high pressure is higher than that under atmospheric pressure. The order parameter of n-nonadecane decreases with the increase in temperature. The simulations reveal that MD is an effective method to understand the phase transition of alkane-based phase change materials on molecular and atomic scale.     

Molecular dynamics study for the melting curve of MgO at high pressure

Shell-model molecular dynamics method is used to study the melting temperatures of MgO at elevated temperatures and high pressures using interaction potentials. Equations of state for MgO simulated by molecular dynamics are in good agreement with available experimental data. The pressure dependence of the melting curve of MgO has been calculated. The surface melting and superheating are considered in the correction of experimental data and the calculated values, respectively. The results of corrections are compared with those of previous work. The corrected melting temperature of MgO is consistent with corrected experimental measurements. The melting temperature of MgO up to 140GPa is calculated.     

极端条件下锆的动力学稳定性研究

过渡金属Zr具有优良的物理、化学及力学性能, 具有广泛的应用价值. 主要通过新近发展的自洽晶格动力学方法, 充分考虑声子间的相互作用, 成功获得了β-Zr的高温高压声子色散曲线, 预测了β-Zr在相图中能够稳定存在的区域, 进一步比较α-Zr, ω-Zr和β-Zr的自由能, 获得了α-β 及ω-β 相变的相边界, 构建了Zr的参考相图. 同时, 也获得了β-Zr的高温状态方程及热膨胀系数, 能够为构建Zr的全区物态方程提供有益的参考.     

The pressure-induced phase transition of the solid β–HMX

The structural, vibrational and thermodynamic properties of β-octahydro-1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocine (β–HMX) crystal have been studied using the isothermal-isobaric molecular dynamics (NPT-MD) simulations. The variations of cell volume, lattice constants and molecular geometry of solid β–HMX are presented and discussed at different pressure and temperature. It was found that the N–N bond is significantly lengthened with increasing temperature, which suggests that it is relevant to the initial decomposition. An abrupt change at 27 Gpa for the volume and internal geometrical parameters was observed. This is in good accord with the experimental observation that there is a phase transition at 27 GPa, which is clearly due to conformational change, not chemical reaction. The vibrational frequencies at ambient conditions agree well with experimental results, and the pressure/temperature-induced frequency shifts of these modes are discussed. Frequency discontinuity was also observed at pressure when the phase transition occurred. The Grüneisen parameter was obtained using the vibrational frequency.     

Molecular dynamics of MgSiO3 perovskite melting

The melting curve of MgSiO分子动力学 MgSiO3钙钛矿 熔化温度 高压melting temperature, molecular dynamics, high pressureProject supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos 10274055 and 10376021),the Natural Science Foundation of Gansu Province, China (Grant No 3ZS051-A25-027) and the Scientific Research Foundation of Education Bureau of Gansu Province, China (Grant No 0410-01).2005-01-125/8/2005 12:00:00 AMThe melting curve of MgSiO3 perovskite is simulated using molecular dynamics simulations method at high pressure. It is shown that the simulated equation of state of MgSiO3 perovskite is very successful in reproducing accurately the experimental data. The pressure dependence of the simulated melting temperature of MgSiO3 perovskite reproduces the stability of the orthorhombic perovskite phase up to high pressure of 130GPa at ambient temperature, consistent with the theoretical data of the other calculations. It is shown that its transformation to the cubic phase and melting at high pressure and high temperature are in agreement with recent experiments.     

Mo高压熔化的分子动力学模拟

采用第一原理方法计算了钼在零温下的结构,表明钼在500 GPa以下一直保持bcc结构（常温）,与实验一致。在零压附近计算了E-V关系,利用Murnaghan物态方程拟合得到了零压体积及其模量,与实验结果符合得很好。采用第一原理分子动力学模拟了钼的高压熔化性质。采用NVT系综计算了128个原子的系统,初始构形为bcc结构,体积分别为0.015 48、0.012 19、0.010 98、0.009 84、0.009 10 nm3/atom,计算了几个温度点,拟合得到了熔化曲线,熔化温度明显高于金刚石压砧（DAC）实验结果;将初始构形改变为fcc结构,模拟其熔化特性,得到的熔化温度明显下降,与激光加载DAC实验结果一致,认为可能的原因是钼熔化后形成的液体结构类似于fcc结构,而不是常态时的bcc结构。     

高能HMX炸药热导率的研究：方法建立和理论计算

高能炸药热导率参数的计算是一个难点问题。介绍了我们发展的两种计算复杂结构炸药单晶热导率的方法：第一种方法基于运动方程,推导出了固体内较直观简洁的热流公式,可以研究不同方向HMX炸药的热导率;第二种方法基于声子-声子散射模型,结合德拜模型,计算高压下HMX炸药的热导率。两种方法各有其优缺点。利用这两种方法,计算了HMX炸药在高压下的热导率,并得到了高压下HMX热导率随压强的变化关系。     

高压作用下相分离液体玻璃转变的分子动力学研究

采用分子动力学模拟方法,研究了二元混合液体在不同外压作用下的相分离与玻璃转变过程,计算了相分离液体在玻璃转变过程中的结构和动力学特征.研究发现,外压会促进相分离的产生,并提高玻璃转变温度,会使β弛豫出现的温度更高、存在的时间更长,导致系统扩散性降低.同时还发现,相分离液体的玻璃转变过程存在微观不均匀现象.关键词：相分离玻璃转变分子动力学模拟外压影响     

三硫化铌高压合成与XPS分析的若干研究

本文将报道我们在三硫化铌高压合成与相变方面的若干新的研究成果,其中包括晶体结构和电子状态以及发现特定结构的三硫化铌存在着Peierls转变的一些特征。