準晶是一種不具備平移對稱性,但具有傳統(tǒng)晶體不允許的5次或7次以上旋轉對稱性的固體結構。準晶的發(fā)現(xiàn)革新了人們以往將固體的有序等同于周期性的認知。準周期性有序結構的研究在材料科學和凝聚態(tài)物理等領域引起了廣泛關注。實驗上,從以Al基合金體系為代表的埃米尺度量級合金體系到21世紀以高分子自組裝為代表的亞微米尺度量級的可控的軟物質體系中準晶結構的大量報道,以及解析準周期結構的巧妙數(shù)學工具的大力發(fā)展,使我們逐漸加深對準晶這種新物態(tài)的認識。然而,對精妙的準周期結構的理解仍存在許多疑惑,其中關鍵的問題之一就是,準晶是如何長大的?本文以探索準晶生長機制為中心組織展開,主體內(nèi)容如下:計算機模擬手段在近些年被廣泛應用于探索準晶的穩(wěn)定機制。其中,體系含特定比值的雙長度尺度被發(fā)現(xiàn)是一種強有力的重現(xiàn)準晶結構的關鍵條件。本文利用含雙長度尺度的晶體相場模型具體研究了準晶的完美拼接、隨機拼接生長模式,以及一種涉及多個亞穩(wěn)態(tài)的多步形核生長模式。首先,在雙模晶體相場模型中,完美拼接和隨機拼接兩種生長模式可以在不同的溫度參數(shù)范圍下實現(xiàn),而且可以在不同作用勢軟硬條件下實現(xiàn)兩種模式的相互轉變。通過解構體系的自由能為表示無序的理想... 

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 準晶的歷史
        1.2.1 準晶的發(fā)現(xiàn)
        1.2.2 合金準晶
        1.2.3 軟物質準晶
    1.3 準晶的結構
        1.3.1 高維空間分析法
        1.3.2 拼接(tiling)法
        1.3.3 相位子(Phasn)
    1.4 準晶生長機制的探索
        1.4.1 準晶穩(wěn)定機制:能量驅動vs熵驅動
        1.4.2 準晶生長機制
        1.4.3 非經(jīng)典形核生長
    1.5 本文主要工作
第二章 晶體相場模型
    2.1 引言
    2.2 晶體相場(Phase Field Crystal,PFC)模型的來源
        2.2.1 唯象的Ginzburg-Landau理論構造方法
        2.2.2 從密度泛函理論到PFC模型
    2.3 PFC模型的發(fā)展與應用
        2.3.1 復雜結構的形成
        2.3.2 晶體形核生長
        2.3.3 其他拓展應用
    2.4 雙長度尺度模擬準晶
        2.4.1 計算機模擬準晶的探索
        2.4.2 雙長度尺度在DFT框架模擬準晶的由來與發(fā)展
        2.4.3 其他復雜體系
    2.5 數(shù)值解法
        2.5.1 高階梯度偏微分方程的求解
        2.5.2 周期性邊界對準晶模擬的影響
        2.5.3 相圖的計算
    2.6 本章小結
第三章 準晶生長模式:完美拼接和隨機拼接
    3.1 引言
    3.2 完美拼接和隨機拼接
        3.2.1 溫度參量變化的影響
        3.2.2 作用勢軟硬變化的影響
        3.2.3 無規(guī)生長前沿與相位子缺陷
    3.3 兩種模式的內(nèi)在關聯(lián)
        3.3.1 解析體系自由能
        3.3.2 長度尺度的貢獻差別對準晶構型的影響
        3.3.3 熵項與相互作用項之間的競爭
    3.4 本章小結
第四章 準晶的多步生長模式
    4.1 引言
    4.2 相圖
    4.3 異質形核生長
        4.3.1 單核生長
        4.3.2 準晶核與三角核的競爭生長
    4.4 均質形核生長
        4.4.1 線性穩(wěn)定性分析
        4.4.2 兩種失穩(wěn)路徑
    4.5 “三角相-中間相-準晶相”相轉變的結構關聯(lián)
    4.6 中間相的結構分析
    4.7 本章小結
第五章 總結與展望
    5.1 全文總結
    5.2 本文主要創(chuàng)新點
    5.3 未來工作展望
參考文獻
致謝
在讀期間發(fā)表的學術論文及取得的其他研究成果



本文編號：3735502