為了研究輻照條件下金紅石的耐輻照損傷能力,采用GULP軟件包擬合出了與實驗值吻合的勢函數(shù),并采用LAMMPS軟件包計算出了金紅石的離位閾能和高能粒子反沖條件下的位移級聯(lián)。通過統(tǒng)計球坐標系下266個出射方向的離位能,利用缺陷形成概率的定義得出Ti和O原子的離位閾能分別為（78.3±1.0） eV和（42.6±2.0） eV。采用VORONOI缺陷統(tǒng)計方法,計算了300 K、10 keV出射能量條件下缺陷數(shù)量隨輻照時間演化信息,結(jié)果表明:Ti原子作為初始出射原子產(chǎn)生的缺陷數(shù)量整體高于O原子產(chǎn)生缺陷的數(shù)量,在最大無序階段產(chǎn)生的空位、填隙和不同類型反位缺陷通過空位-填隙復(fù)合作用和kick-out機制逐漸減少,有效地降低了晶體的無序度,提高了基材耐輻照損傷性能。 

【文章來源】：核化學(xué)與放射化學(xué). 2020,42(04)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

球坐標系下選取的266個初始離位方向

按照公式(1),金紅石中Ti和O原子的DFP擬合結(jié)果示于圖2。由圖2可知:Ti原子的TDE為(78.3±1.0) eV,α和β分別為0.95和99.72;O原子TDE為(42.6±2.0) eV,α和β分別為0.11和0.20。理論上,DFP在0和100%的值應(yīng)為各出射方向的最小值和最大值,然而公式(1)無法精確地擬合所有數(shù)據(jù)值,其主要目的是擬合出精確的TDE值[14]。根據(jù)模擬結(jié)果,Ti和O原子的TDE最小值分別為53 eV和31 eV,TDE最大值分別為294 eV和238 eV,這些最小和最大值嚴重偏離了曲線的整體趨勢,其出現(xiàn)概率較小,并不能代表大多數(shù)原子的整體特征。因此本工作在擬合時僅選取了DFP在0～80%的數(shù)值。由圖2還可知,O原子擬合后的TDE為(42.6±2.0) eV,這一擬合結(jié)果與前人[10-12]擬合結(jié)果吻合較好(30～50 eV)。Ti原子擬合后的TDE為(78.3±1.0) eV,這一結(jié)果略高于實驗和模擬計算值(45～69 eV)[10,14]。當DFP為10%時,Ti和O原子的TDE分別為91.6 eV和47.9 eV;DFP為50%時,Ti和O原子的TDE分別為145.9 eV和75.4 eV。這一模擬結(jié)果與Thomas[13]和Robinson等[14]的結(jié)果非常吻合。

模擬結(jié)束時不同類型缺陷的數(shù)量列入表3。由表3可知:不同類型反位缺陷TiO和OTi數(shù)量最少,主要是因為這種類型缺陷不穩(wěn)定,在馳豫階段逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌愋腿毕�。而同種類型反位缺陷數(shù)量最多,以Ti PKA為例,TiTi和OO數(shù)量之和占總?cè)毕輸?shù)量的89%左右,這說明Ti和O原子在被輻照時雖然離開了初始位置,但大部分的原子被馳豫到了其他的Ti和O原子晶格位置,這種類型的缺陷并不會影響基體的性能,所以推測金紅石在被輻照后具有較強的恢復(fù)能力。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的主要原因是空位-填隙的復(fù)合作用,如IO+VO→OO和ITi+VTi→TiTi。表3 模擬結(jié)束時不同類型缺陷的數(shù)量Table 3 Number of different types of defects at the end of the simulation PKA類型 VTi VO ITi IO TiO OTi TiTi OO Ti 14 8 16 10 0 3 63 356 O 9 7 9 10 1 0 31 285

【參考文獻】：
期刊論文
[1]First-principles calculations for elastic properties of rutile TiO2 under pressure[J]. 朱俊,于景新,王艷菊,陳向榮,經(jīng)福謙.  Chinese Physics B. 2008(06)



本文編號：3142905