物态方程的分子动力学研究

 本文讨论了用分子动力学方法研究物态方程的基本思想。用自编的分子动力学程序（三维连续势）对Ar的物态方程作了较详细计算，得到了与实验相一致的结果。     

氢在Nd晶体中行为的分子动力学模拟

由三维Mobius反演变换所得的金属Nd原子和H原子间的相互作用势和组合规则的方法得到的Nd H原子间的相互作用势 ,利用正则系统分子动力学算法研究了在一定加载应力强度因子K =0 .6MPam下 ,氢在Nd晶体中的行为。模拟结果表明 ,氢在Nd晶体裂尖富集成许多氢原子团或氢气团。这可用来部分地解释NdFeB稀土永磁体吸氢后的氢爆行为。     

分子动力学模拟纯镁熔体凝固过程中结构演化

采用分子动力学模拟方法模拟了在周期性边界条件下由500个原子构成的液态Mg模型系统的凝固过程,分别考察了在5×10^14 K/s、5×10^13 K/s、1×10^13 K/s 、1×10^12 K/s的冷却速率下液态Mg熔体的凝固行为。模拟结果很好地重现了实验值。模拟中原子间作用势采用FS势,结构分析采用径向分布函数、均方位移、系统总能量分析、H-A键对分析技术等方法。结果表明,当冷却速率为5×10^14 K/s时,系统形成以1541键对为主的非晶态结构;当冷却速率分别为5×10^13 K/s、1×10^13 K/s、1×10^12 K/s时,系统形成以1421、1422键对为主的hcp晶态结构;另外,在快速冷却形成非晶的过程中,大部分bcc结构被保留下来,而在慢冷形成晶态的过程中,大部分bcc结构最终演化形成了hcp结构。     

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 .     

分子动力学模拟技术在尿嘧啶分子中的应用

通过半经验势分子动力学模拟在（N,V,T）系统下计算出尿嘧啶分子中的每个原子随时间演化过程时的位置,速度,受力的大小、方向与键长,键角的变化。从而得到在目前由于技术等原因的限制而在实验当中很难或无法得到的相关粒子的微观数据。为更近进一步了解分子内部运动提供理论基础。     

分子动力学模拟技术在尿嘧啶分子中的应用

通过半经验势分子动力学模拟在(N,V,T)系统下计算出尿嘧啶分子中的每个原子随时间演化过程时的位置,速度,受力的大小、方向与键长,键角的变化.从而得到在目前由于技术等原因的限制而在实验当中很难或无法得到的相关粒子的微观数据.为更近进一步了解分子内部运动提供理论基础.     

高密度氦状态方程的分子动力学模拟研究

 用分子动力学模拟和与固氦实验等温线比较的方法,确定了高密度氦指数6势函数中劲度系数α的优选值为12.7。然后我们用这个新的α值计算了fcc固氦的状态方程及其径向分布函数,发现当把ρ限定为1.60 g/cm³时,其径向分布函数的第二个峰将在2 000 K到3 040 K区间消失,表明此时固氦的长程有序性降低,或者说发生了固-液相变过程。     

多孔铁冲击温度的分子动力学模拟

 采用Matsui和Anderson提出的Morse型有效原子对势及导带电子热激发能贡献，通过分子动力学方法（MD）对多孔铁的冲击温度进行了数值模拟。计算时，采用了在一定冲击压力下多孔铁样品已转变为均匀介质的近似。多孔铁冲击温度的模拟结果与经合理修正后的热力学计算结果相一致。这个结果表明：在一定的冲击压力下，多孔材料样品确实存在一个热力学平衡状态下的温度值。以上结论可能也适用于更高孔隙率的样品，当然这一观点还需要更多的实验结果给予证实。     

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.     

熔体局部结构的分子动力学模拟研究

计算机技术的迅速发展使分子动力学模拟成为可能。这是一种直接方法用以更详细地了解液态的结构。文章介绍在分子动力学模拟产生的一系列平衡瞬态构型基础上的等近邻键序参数方法和使用这一方法对若干熔体局部结构的研究，包括若干碱金属卤化物熔盐，ＣａＦ２快离子态和熔融态，熔融态ＺｎＣｌ２和Ｒｂ２ＺｎＣｌ４，ＢＢＯ熔体和晶体生长母液等。     

MgSiO3状态方程的分子动力学模拟

利用分子动力学方法,研究了高温高压下钙钛矿结构MgSiO_3的状态方程。研究表明,分子动力学模拟结果精确地再现了广泛温度和压强范围内MgSiO_3的摩尔体积。在300 K压强上升到140 GPa模拟的MgSiO_3状态方程和有效的实验值、他人的拟合值以及基于局域密度近似的第一原理计算结果基本一致。并且更高温度和更高压强下模拟的MgSiO_3状态方程和他人的计算值吻合的很好。另外,还分别计算了300、900、2000和3000 K压强上升到120 GPa时MgSiO_3的体积压缩率。     

高压下MgO熔化特性的分子动力学模拟

利用分子动力学方法,模拟研究了高压下MgO的熔化特性．通过晶体的现代熔化理论,对MgO的分子动力学模拟熔化温度进行了修正,得到了高温高压下MgO的熔化温度．计算得到的MgO熔化曲线和已有的实验及其它理论结果在0-135 GPa进行了比较,发现修正得到的MgO熔化温度和由Lindemann熔化方程及两相方法得到的结果在压力低于15 GPa时符合很好．同时,MgO熔化模拟有效解释了一阶相变分子动力学过程中出现的过热熔化现象．     

金和铂的室温等温物态方程及其压标的意义

 在对Grüneisen系数高温高压特性不作任何假设的前提下,由冲击雨贡纽数据直接确定了材料零温零压体积、等温体模量及其对压力的一阶偏导。基于上述参数,计算了两种常用压标材料金和铂压缩比至0.5~0.6的0 K物态方程,并通过相应的热压修正得到了金和铂的室温等温物态方程。计算结果与准静水压条件下静高压实验结果具有非常好的吻合性,缩小了早期不同金和铂压标之间的差异。独立来源实验数据和理论计算结果的交叉检验表明,金和铂的室温等温物态方程计算结果可以用于今后静高压实验的压标。     

Molecular Dynamics Simulations for Melting Temperatures of SrF2 and BaF2

利用壳层模型分子动力学方法,考虑萤石结构分子中的预熔化现象,对SrF₂和BaF₂的分子动力学模拟熔化温度进行修正,获得了高压下SrF₂和BaF₂的熔化温度. 同时给出了300 K、0.1 Mpa～7GPa和0.1 Mpa～3 GPa时SrF₂和BaF₂的状态方程,与已有研究结果的最大误差分别为0.3%和2.2%. 计算所得SrF₂和BaF₂常压下的熔点与已有的实验结果符合较好. 对于SrF₂和BaF₂分子体积变化和已有的熔化模拟的差别也做了比较和讨论.     

Ag掺杂氧化锌纳米材料的制备及高压相变拉曼光谱研究

宽禁带直接带隙半导体材料氧化锌(ZnO),具有优异的光电性能、机械性能和化学特性.ZnO材料的结构对其性能影响较大,元素掺杂可改变ZnO晶体结构和带隙宽度,是提升ZnO材料性能的有效手段,当前常用Ag掺杂ZnO即为提高光催化反应效率.高压独立于温度、成分,是调控材料结构组织性能的重要手段,是产生新材料、发现新调控原理的...     

CaF2熔化温度的分子动力学模拟

利用壳层模型分子动力学方法,研究了高温高压条件下CaF2的熔化温度,同时计算了温度为300K、压强上升到100GPa时CaF2 的状态方程.研究中考虑了分子动力学模拟的过热熔化,通过晶体的现代熔化理论,对CaF2 的分子动力学模拟熔化温度进行了修正, 获得了高温高压下CaF2的熔化温度.因此,常压下壳层模型分子动力学方法为研究物质熔化提供了一个很好的方法.     

Computation of some thermodynamics, transport, structural properties, and new equation of state for fluid methane using two-body and three-body intermolecular potentials from molecular dynamics simulation

Molecular dynamics simulation has been performed to obtain pressure, radial distribution function, and self-diffusion coefficient of fluid methane using one site OPLS (optimized potentials for liquid simulations), five sites OPLS-SITE, and two-body HFD (Hartree-Fock dispersion)-like potentials. To take higher-body forces into account, three-body potential of Hauschild and Prausnitz (1993) has been used with the two-body HFD-like potential. The significance of this work is that the three-body potential of Hauschild and Prausnitz extended as a function of density and temperature and used with the HFD-like potential to improve the prediction of the results of pressure of fluid methane without requiring an expensive three-body calculation. The molecular dynamics simulation of methane has been also used to determine a new equation of state. The results are in a good agreement with experimental and theoretical values.     

Molecular Dynamics Simulations of Liquid Phosphorus at High Temperature and Pressure

By performing ab initio molecular dynamics simulations, we have investigated the microstructure, dynamical and electronic properties of liquid phosphorus （P） under high temperature and pressure. In our simulations, the calculated coordination number （CN） changes discontinuously with density, and seems to increase rapidly after liquid P is compressed to 2.5 g/cm3. Under compression, liquid P shows the first-order liquid-liquid phase transition from the molecular liquid composed of the tetrahedral P4 molecules to complex polymeric form with three-dimensional network structure, accompanied by the nonmetal to metal transition of the electronic structure. The order parameters Q6 and Q4 are sensitive to the microstructural change of liquid P. By calculating diffusion coefficients, we show the dynamical anomaly of liquid P by compression. At lower temperatures, a maximum exists at the diffusion coefficients as a function of density; at higher temperatures, the anomalous behavior is weakened. The excess entropy shows the same phenomena as the diffusion coefficients. By analysis of the angle distribution functions and angular limited triplet correlation functions, we can clearly find that the Peierls distortion in polymeric form of liquid P is reduced by further compression.     

高温高压下硬水铝石状态方程研究

 在金刚石压砧装置上,用氧化铝膜作绝热层,借助同步辐射和双面激光加温系统,分析了硬水铝石在高温高压下的结构变化,并分别用理论和实验的方法得出了其结构参数,得到了样品在不同压力温度下的体模量。这对于人们认识和研究地壳结构和地球内部物质的演化具有重要意义。研究发现,在常温和高温时其压缩率有明显不同,在高温高压范围内,其晶格常数和晶胞体积的变化非常接近样品在高压常温下的情况;而在高温低压范围内,情形和常温时有较大差别。在实验过程中并没有发现相变的产生。     

温稠密氦的状态方程、热输运性质和辐射不透明度的理论研究

温稠密状态下氦元素广泛存在于核聚变内爆过程和宇宙星体中,其热力学性质和辐射输运参数等物质特性在聚变实验设计和星体结构演化研究中起着至关重要的作用.本文采用充分考虑温稠密物质中电子离子碰撞物理效应的量子郎之万分子动力学方法,通过模拟宽广温度密度区域氦离子和电子的响应特性,构建了温度在10-60 kK,密度为1-24 g/cm~3范围内温稠密氦的状态方程数据库和电子热导率数据库,并计算了该温度密度下温稠密氦的辐射不透明度.本文的计算结果可以为聚变物理研究和很多基本天体物理问题建模提供必要的输入参数.