本文選題：嵌入原子模型　切入點(diǎn)：表面自擴(kuò)散　出處：《湖南大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：本文運(yùn)用分析型嵌入原子模型，對(duì)錸、鎂兩種典型HCP結(jié)構(gòu)金屬團(tuán)簇的表面自擴(kuò)散和鋁在鎂團(tuán)簇上擴(kuò)散和生長(zhǎng)進(jìn)行了系統(tǒng)的原子模擬研究。 利用分析型嵌入原子模型，研究了錸、鎂團(tuán)簇表面的自擴(kuò)散行為。以包含4061個(gè)Re原子的六角多面體結(jié)構(gòu)（Re HEX4061）團(tuán)簇為研究對(duì)象，研究了一個(gè)Re吸附原子在團(tuán)簇表面的面內(nèi)和面間自擴(kuò)散，分析了這些擴(kuò)散過(guò)程的機(jī)制，所計(jì)算的擴(kuò)散激活能與相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合得較好。研究了Mg吸附原子在包含587個(gè)原子的六角多面體結(jié)構(gòu)（Mg HEX587）團(tuán)簇表面的自擴(kuò)散。研究方法同Re團(tuán)簇的表面自擴(kuò)散的類(lèi)似，將兩種團(tuán)簇的表面自擴(kuò)散過(guò)程的相關(guān)結(jié)論進(jìn)行了對(duì)比研究，相比Re團(tuán)簇自擴(kuò)散，，Mg團(tuán)簇自擴(kuò)散所需的擴(kuò)散激活能低很多，尤其在（0001）面上，Mg吸附原子所需的擴(kuò)散激活能非常低，只有約0.02eV。研究發(fā)現(xiàn)，Re、Mg原子在團(tuán)簇表面的面間自擴(kuò)散行為主要由躍遷機(jī)制支配，因此，在低溫下吸附原子很難進(jìn)入團(tuán)簇內(nèi)部。 研究了Al吸附原子在Mg HEX587團(tuán)簇上的異質(zhì)擴(kuò)散。同自擴(kuò)散一樣，從五條路徑分別研究單個(gè)Al吸附原子的擴(kuò)散行為。與Re、Mg兩種原子的表面自擴(kuò)散結(jié)果相比較，有很多異同。相同點(diǎn)在于在（0001）面上，擴(kuò)散行為都很容易發(fā)生，而在（1101）面上由于低能量勢(shì)阱的存在，使得擴(kuò)散行為容易受阻。主要區(qū)別在于Al吸附原子在Mg HEX587團(tuán)簇上的面間擴(kuò)散主要通過(guò)交換機(jī)制實(shí)現(xiàn)。特別是Al原子通過(guò)其中一條路徑進(jìn)行（1101）面間擴(kuò)散的時(shí)候，通過(guò)交換機(jī)制擴(kuò)散，而且需要克服的ES勢(shì)壘很低，只有0.049eV，因此Al吸附原子可能占據(jù)這條路徑的臺(tái)階上的Mg原子的位置。研究了二聚體Al吸附原子在Mg HEX587團(tuán)簇上的擴(kuò)散，并與單個(gè)吸附原子的擴(kuò)散進(jìn)行對(duì)比。 研究了Al在Mg團(tuán)簇上的生長(zhǎng)過(guò)程。研究了基體團(tuán)簇的形狀、大小和溫度三因素對(duì)生長(zhǎng)的影響。在相同的溫度下，基體的形狀對(duì)團(tuán)簇的生長(zhǎng)很重要。如150Ｋ下，初始為561個(gè)原子組成的截角八面體的團(tuán)簇（CUB561），團(tuán)簇的形狀將演變?yōu)槎骟w（ICO561）。以截邊十面體（TDEC561）為基體的團(tuán)簇生長(zhǎng)情況同以Hex587團(tuán)簇為基體的結(jié)論非常相似，均能得到一個(gè)比較完整的Mg核Al殼結(jié)構(gòu)。團(tuán)簇表現(xiàn)出強(qiáng)烈的尺寸效應(yīng)，在我們所研究范圍內(nèi)，基體團(tuán)簇越小越不穩(wěn)定。當(dāng)溫度比較低時(shí)，隨著沉積原子的不斷增加、擴(kuò)散，最后能得到一個(gè)比較完整的Mg核Al殼的殼層結(jié)構(gòu)。而當(dāng)溫度升高至250K以后，Al沉積原子獲得一定的能量，開(kāi)始進(jìn)入團(tuán)簇內(nèi)部，更多的Mg原子出現(xiàn)在表面，250K以上無(wú)法形成一個(gè)Mg核Al殼的殼層結(jié)構(gòu)。另外，在以上結(jié)論的基礎(chǔ)上，研究了150K下，Al原子在Mg HEX967團(tuán)簇上生長(zhǎng)的過(guò)程。從生長(zhǎng)初期入手，分析該團(tuán)簇的生長(zhǎng)機(jī)理。當(dāng)沉積Al原子數(shù)量不斷增多至600后，大部分Al原子最終基本覆蓋在Mg團(tuán)簇的表面，形成了一個(gè)保持了六角多面體形狀的Mg核Al殼結(jié)構(gòu)，驗(yàn)證了我們對(duì)影響團(tuán)簇生長(zhǎng)三因素的分析。 目前，許多表面擴(kuò)散和生長(zhǎng)的理論主要針對(duì)由面心立方（FCC）和體心立方（BCC）結(jié)構(gòu)的團(tuán)簇進(jìn)行模擬研究，而幾乎沒(méi)有涉及到六角密排（HCP）結(jié)構(gòu)的團(tuán)簇。本文所運(yùn)用的分析型嵌入原子模型是通過(guò)擬合體原子性質(zhì)得到的，模擬本文中團(tuán)簇的表面動(dòng)力學(xué)性質(zhì)時(shí)無(wú)需調(diào)整任何參數(shù)，并且得到的結(jié)論與相關(guān)理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。本工作對(duì)豐富和發(fā)展團(tuán)簇生長(zhǎng)的理論研究，指導(dǎo)團(tuán)簇生長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)工作，均具有重要意義。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TG146.22;TG146.418

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1663368