升温烧结过程中TiO2纳米颗粒的原子分类分析(Ⅰ):表面原子识别

开发表面原子识别模型,对单个TiO₂颗粒升温烧结过程中表面原子进行分类研究。模型对颗粒空间立方体网格化,利用标准球形颗粒体积积分法确定最佳网格尺寸为0.3 nm。通过表面网格识别实现表面原子分类,采用近邻网格中外部网格数量(N_ext)作为准则数判断目标网格是否为表面网格,确定最佳N_ext=9。基于LAMMPS软件模拟了半径为0.75 nm颗粒的升温过程,发现系统能量弛豫速度明显高于结构弛豫速度;利用表面识别模型分类分析原子特性,表面原子平均位移大于内部原子,且表面O原子迁移活性高于Ti原子;表面原子配位数低于内部原子,佐证表面结构规律性较差。研究结果为深入分析纳米材料活性位等结构分布奠定基础。     

升温烧结过程中TiO2纳米颗粒的原子分类分析(Ⅱ):烧结颈

通过分子动力学模拟两个TiO₂纳米颗粒升温烧结过程中的结构演变和烧结颈生长,并基于系统空间网格化和近邻网格种类分析法开发了烧结颈原子识别模型,成功地对烧结颈原子进行识别,结合已开发的表面原子识别模型将系统中原子详细分类,对比不同种类原子在烧结过程中的变化规律。结果表明,温度超过573 K后,烧结明显发生;烧结颈总截面积随烧结温度的增大而增大,烧结颈内侧截面积所占比例较大,烧结颈外侧截面积相对较小且不易受烧结温度影响;烧结颈原子平均位移明显大于母体内部原子和表面原子,且烧结颈原子中O原子迁移活性高于Ti原子;烧结颈外侧原子平均位移最大,说明烧结颈生长主要依靠外侧原子运动。烧结颈原子识别模型识别有效、稳定,为进一步分析不同区域的结构特性奠定了基础。