液态铝基合金微观结构及其性质的分子动力学模拟研究(英文)

利用分子动力学研究了液态铝基合金Al80Fe20和Al80Cu20在800~2200K温度范围内的微观结构和性质的变化.扩散系数的计算结果显示两合金有着不同的动力学行为.温度大约1400K以下液态Al80Cu20的扩散系数随温度的变化比Arrhenius关系所预期的要慢些,所得结果与Brillo研究小组的实验结果基本一致.当液态铝基合金的动力学发生异常变化时,其微观二十面体短程序的含量和作用也发生相应的变化.因此,熔体的奇特动力学行为可能由于其微观局域结构短程序随着温度的变化而异常地改变而引起的.     

液态氧化铝结构的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟液态氧化铝从2663 K到过冷温度2223 K的结构变化,通过总双体分布函数得到的液态氧化铝的原子第一、第二近邻距离与Ansell研究小组的实验结果基本一致.通过配位数和偏角分布函数的分析,液态氧化铝的局域结构主要是由氧的三重铝原子配位和铝原子四重(AlO₄)和五重(AlO₅)氧原子配位组成.没有观察到可能因铝原子高、低配位数氧原子的团簇分离而出现的液-液相变.     

液态合金NiAl凝固过程中微观结构转变的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法对液态NiAl凝固过程进行了研究 ,考察了不同冷却速度下液态NiAl结构变化特点 ,原子间相互作用势采用F S多体势 ,结构分析采用键取向序和对分析技术 .计算结果表明 ,冷却速度对液态NiAl结构转变有重要影响 ,在不同的冷却速度下 ,NiAl凝固过程出现了明显不同 ,冷速为 4× 10 13 和4× 10 12 K/s时 ,NiAl快速凝固为无序的非晶体结构 ;而在较慢的 8× 10 11K/s冷速下 ,NiAl凝固为晶态结构 .给出了不同冷却速度下液态NiAl结构转变的微观信息 .     

铁磁性物质Ni的液态结构的分子动力学模拟

用分子动力不模拟方法在１８７３－３００Ｋ对液态Ｎｉ的微正则系统进行了模拟研究。模拟采用ＥＡＭ相互作用势对时间和空间的平均,得到了不同温度下Ｎｉ的双体分布函数及原子组态变化的重要信息,并利用键对分析技术对模拟结果作了深入讨论。     

液态金属In凝固过程中微观结构转变的模拟研究

采用分子动力学方法对液态金属In的快速凝固过程进行计算机模拟跟踪研究.运用HA键型指 数法和原子成团类型指数法分析了金属原子In的成键类型和形成的原子团簇结构.发现：与通常的液态金属(如Al)相反，随着温度的降低，二十面体及与二十面体相关的1 551 键越来越少；与四方体，六角密堆积相关的1421，1422和1431键数目总和变化很小；而与菱 面体相关的132l，1311，1301和1201的数目却随着温度的降低而显著增加，逐渐占据优势 .最后形成一种新型的以菱面体结构为主、夹杂着立方体(fcc，bcc) 关键词： 液态金属In 微结构转变 团簇结构 分子动力学 计算机模拟     

液态Au和Ag冷却过程的分子动力学模拟

采用反映原子多体相互作用的FS势模型,通过分子动力学方法研究了贵金属Au、Ag在温度2000~300 K之间的冷却过程,考察其结构变化特点,给出了冷却过程微观结构转变的重要信息.     

冷速对液态金属Ga凝固过程中微观结构演变影响的模拟研究

采用分子动力学方法对液态金属Ga凝固过程中不同冷却速率对微观结构演变的影响进行了模拟跟踪研究. 运用HA键型指数法和原子成团类型指数法(CTIM)分析了金属原子Ga的成键类型和形成的基本原子团结构. 结果发现，冷却速率对凝固过程中的微观结构起着非常重要的作用. 在以1.0×10¹⁴，1.0×10¹³，1.0×10¹²K/s的速率冷却时，系统形成以与1311，1301键型相关的菱面体结构为主，夹杂着立方体、六角密集等其他团簇结构所构成的非晶态结构；在以1.0×10¹¹K/s的速率冷却时，系统明显发生结晶，其结晶转变温度T_c约为198K，且冷却速率越慢，结晶转变温度T_c越高，形成以与1421键型相关的斜方晶体(经可视化分析确认)为主要构型的晶态结构. 这将为研究液态金属的结晶转变过程提供一种新方法. 关键词： 液态金属Ga 凝固过程 微结构转变 分子动力学模拟     

液态金属Ga急冷凝固中微观结构转变的模拟研究

采用分子动力学方法对液态金属Ga的快速凝固过程进行计算机模拟跟踪研究,运用HA键型指数法和原子团类型指数法分析了金属原子Ga的成键类型和形成的基本原子团结构.发现:与通常的液态金属(如Al)相反,随着温度的降低,二十面体及与二十面体相关的1551, 1541键型数目明显下降;与立方体(fcc,bcc),六角密集结构相关的1421,1422键型数目明显增加;而与菱面体相关的1321,1311键型的数目却显著增加,逐渐占据优势.最后形成一种新型的以菱面体结构为主、夹杂着立方体(fcc,bcc)、六角密集(hcp)等团簇结构所组成的非晶态结构.这正是非晶态金属Ga的g(r)曲线分裂的第二峰的顺序为前低后高,而与非晶态金属Al的g(r)曲线(其分裂的第二峰的顺序为前高后低)明显不同的微观结构上的物理根源.     

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     

液态Mg7Zn3合金快速凝固过程中微观结构演变机理的模拟研究

采用分子动力学方法对液态Mg₇Zn₃合金的快速凝固过程进行了模拟研究,并采用双体分布函数、Honeycutt-Andersen键型指数法、原子团类型指数法(CTIM)以及遗传跟踪等方法对凝固过程中团簇结构的形成、演变特性进行了分析.结果表明:在以冷速为1×10¹² K ·s^-1的凝固过程中, Zn-Zn原子之间的相互成键的概率明显增加,形成以1551,1541,1431键型为主的非晶态结构.其特征键型1551随温度变化 关键词： 液态MgZn合金 快速凝固过程 微观结构演变 分子动力学模拟     

钴和铁熔体短程序的分子动力学模拟

通过分子动力学模拟研究了金属钴和铁熔体从普通液态到过冷液态普通微观结构的性质.所计算两体分布函数与可获得的实验结果基本一致,从普通液态到过冷液态的局域结构中的原子配位数为11和12的分布几率随着温度的降低而变小,而原子的配位数大于12的分布几率反而增加,角分布函数位于55.有一个明显的峰,位于110°有一个宽展的峰,位于150°有一个肩膀,表明金属钴和铁熔体的微观局域结构要比规则的二十面体团簇的结构复杂得多.我们的模拟结果表明金属熔体中的二十面体短程序随着温度的降低而增加,并在过冷液态中而占优势.     

Molecular dynamics simulations on the melting of gold nanoparticles

Molecular dynamics is employed to study the melting of bulk gold and gold nanoparticles. PCFF, Sutton-Chen and COMPASS force fields are adopted to study the melting point of bulk gold and we find out that the Sutton-Chen force field is the most accurate model in predicting the melting point of bulk gold. Consequently, the Sutton-Chen force field is applied to study the melting points of spherical gold nanoparticles with different diameters. Variations of diffusion coefficient, potential energy and translational order parameter with temperature are analyzed. The simulated melting points of gold nanoparticles are between 615～1115 K, which are much lower than that of bulk gold (1336 K). As the diameter of gold nanoparticle drops, the melting point also descends. The melting mechanism is also analyzed for gold nanoparticles.     

Investigation of the particular features of the structure factor of liquid Al-based alloys

We study the structure of liquid binary and ternary alloys of aluminum with transition metals (Al-TM) obtained by Reverse Monte Carlo (RMC) and Molecular Dynamics (MD) simulation methods. Two distinctive features of their structure factor are discussed: the shoulder on the second peak and the prepeak on the left side of the main peak. The quadruples of mutually neighboring atoms (Delaunay simplexes) with a shape close to a regular tetrahedron's (quasi-regular tetrahedra) have been selected in the models and examined. They combine into clusters of different morphology (polytetrahedra) forming a polytetrahedral order (PTO), and there are no compact clusters of these tetrahedra similar to icosahedron in our alloys. It is discussed that the second peak feature of the structure factor is associated with PTO, and does not require for its explanation the presence of icosahedral short-range order (ISRO) in the liquid alloys. The prepeak is caused by the chemical short-range order (CSRO). In our models it is observed mainly on the subsystem of atoms which is complementary to the subsystem of the polytetrahedra. Simulation of the CSRO was performed on a model of monatomic liquid. A new length scale responsible for the prepeak has been obtained in this simulation.     

锆铌合金的特殊准随机结构模型的分子动力学研究

锆合金(如:锆铌(Zr-Nb)合金)的辐照损伤问题是裂变堆结构材料和燃料棒包壳材料设计的关键,而深入理解辐照损伤的物理机制,往往需借助于原子尺度的计算模拟,如:分子动力学和第一性原理等.针对随机置换固溶体合金的模拟,首先需构建能反映合金元素随机分布特征的大尺寸超胞,然而第一性原理计算量大,不宜使用过大(如 ≥200原子...     

Computer simulation of the structure of MZr2 liquid and amorphous alloys

In the present study, we compare the structure of NiZr₂ and CuZr₂ disordered (liquid and amorphous) alloys. While Cu and Ni have similar atomic radii, the formation heats of these alloys differ by more than a factor of two. Moreover, the most stable crystal phase in the CuZr₂ alloy has the C11b lattice while the most stable phase in the NiZr2 alloy has the C16 lattice. Comparing these two alloys allows us to directly explore how the chemistry and atomic size affect the disordered phase structure. We find that all differences in the structures of the disordered alloys are readily explained by the smaller Ni–Zr separation driven by the higher heat of mixing and the structure of the disordered alloys does not necessarily resemble the local packing structure of their crystalline counterparts. Comparison of the disordered alloys and their most stable crystal phase structures explains the better glass formability of the CuZr₂ alloy.     

低能Pt原子团簇沉积过程的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟系统研究了低能Pt38,Pt141和Pt266原子团簇与Pt(001)表面的相互作用过程,详细分析了初始原子平均动能为0.1,1.0和10eV的原子团簇的沉积演化过程及其对基体表面形貌的影响.研究表明,初始原子平均动能是描述低能原子团簇的重要参量.当团簇的平均原子动能较低时,团簇对基体表层原子点阵损伤较小,基本属于沉积团簇;随着入射团簇的原子平均动能的增加,团簇对表层原子点阵结构的破坏能力增强,当团簇的原子平均动能增加到10eV时,团簇已经显现出注入特征.低能原子团簇对基体表面形貌的影响 关键词： 分子动力学模拟 低能原子团簇 载能沉积     

低能Cl原子刻蚀Si(100)表面的分子动力学模拟

使用分子动力学模拟方法研究了不同能量(0.3—10 eV)的Cl原子对表面温度为300 K的Si(100)表面的刻蚀过程.模拟中采用了Tersoff-Brenner势能函数来描述Cl-Si体系的相互作用.模拟结果显示,随着入射Cl原子在表面的吸附达到饱和,Si表面形成一层富Cl反应层.这和实验结果是一致的.反应层厚度随入射能量增加而增加.反应层中主要化合物类型为SiCl,且主要分布于反应层底部.模拟结果发现随初始入射能量的增加,Si的刻蚀率增大.在入射能量为0.3,1和5 eV时,主要的Si刻蚀产物为Si 关键词： 分子动力学 Cl刻蚀Si 分子动力学模拟 微电子机械系统     

Molecular dynamics simulations of atomic assembly in the process of GaN film growth

Molecular dynamics simulations using a Coulomb–Buckingham potential have been used to investigate the process of wurtzite GaN films growth, including the appearance of films in early stage, regulation of growth, structure of the surface and the dynamic features. The simulations show that the N atoms and Ga atoms are absorbed on the lattice of substrate and take on a distinct sandwich structure. Time evolution of the mean square displacements and diffusion coefficient of the deposited atoms are observed, the results show that the clusters will become stable with the increase of time steps and the atoms reach the initial stable state after 25 ps; N atoms reach the equilibrium positions more quickly than Ga atoms. It is proved by radial distribution function and the ratio of vacancy of every deposited layer that the crystalline characters of the films will become better as the time steps increase and weaker from bottom to top.     

棱形石墨烯纳米孔道内离子传输性能的分子动力学模拟

纳米通道的尺寸、结构和表面化学对其内部溶液的分布结构和输运性质有着重大影响.本文研究了一种全新的菱形石墨烯纳米通道.这种理想的通道与最近被广泛研究的金属有机框架材料(MOF)的内部结构类似,有着与传统的碳纳米管截然不同的内部结构.本文使用分子动力学模拟的方法研究在不同尺寸的菱形石墨烯纳米通道内的KCl溶液的性质,并将其与同尺寸的单壁碳纳米管进行了比较.研究结果表明在小孔道内(<20?)其内部的溶液结构呈现若干个密度极高的聚集区域,即出现了结晶化的趋势．这一研究结果,将为MOF的结构设计提供思路,从而有望实现类似于生物离子通道的高选择性和高传输能力.