本文關(guān)鍵詞：氣體低溫形核與生長的分子動力學(xué)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《北京科技大學(xué)》 2015年

氣體低溫形核與生長的分子動力學(xué)研究

張會軍  

【摘要】：晶體的形核與生長過程一直以來都受到許多領(lǐng)域科研人員的關(guān)注,如材料,化學(xué),物理,以及生命科學(xué)。能夠有效的控制這個過程也成為這些科學(xué)家所追求的目標(biāo)。一般來講,形核過程是一個快速發(fā)生的稀有事件,并且有的需要在相對極端的條件下才能發(fā)生,這就在一定程度上限制了通過常規(guī)實(shí)驗手段來研究的可行性。而分子動力學(xué)作為一種理論模擬方法可以跟蹤微觀情況下體系中各個粒子在極短時間內(nèi)的運(yùn)動過程,并且對于形核過程所需的條件也可以很方便進(jìn)行模擬。本論文利用分子動力學(xué)研究了惰性氣體(勒納德-瓊斯勢)均質(zhì)與異質(zhì)形核的微觀過程。 首先,論文構(gòu)建了一個缺陷誘導(dǎo)模型闡述了均質(zhì)形核過程中多形態(tài)晶體的產(chǎn)生機(jī)理：對于我們的研究體系,只有具有堆垛缺陷的晶核才能跨過形核勢壘并持續(xù)長大,根據(jù)堆垛缺陷的不同,臨界晶核最終演化為五重軸對稱和單方向?qū)訝疃讯獾膬煞N晶體團(tuán)簇。通過對幾種臨界晶核形成能的計算,我們發(fā)現(xiàn)這些多形態(tài)晶體都決定于晶體的形核階段。 論文接著討論了虛擬表面上的形核與結(jié)晶過程,我們發(fā)現(xiàn)界面吸引力逐漸增加對結(jié)晶行為影響存在三個有趣的臨界現(xiàn)象：首先,當(dāng)?shù)谝粋�臨界值出現(xiàn)時,結(jié)晶的密排面從相交于表面變成平行于表面；其次,隨著作用力進(jìn)一步增大,這些平行于表面的密排面的前兩層的結(jié)晶過程會超前于體相的結(jié)晶過程；最后,當(dāng)吸引力增加到足夠大時,靠近界面的前兩層的結(jié)晶過程從一級相變轉(zhuǎn)變成連續(xù)相變,而此時體相的結(jié)晶過程將不會隨著吸引力的變化有較大的轉(zhuǎn)變。 在討論了虛擬平滑的界面后,論文進(jìn)一步研究了具有面心立方(111)面取向的界面上的結(jié)晶行為。對于靠近界面的前兩層,我們在液相到固相的轉(zhuǎn)變過程中觀察到了中間態(tài)的六角相(Hexatic phase)。值得注意的是,中間相到固相是連續(xù)轉(zhuǎn)變過程,而液相到中間相的轉(zhuǎn)變卻是通過一級相變來完成的,而這兩個轉(zhuǎn)變點(diǎn)也會隨著吸引力的增加向高溫方向移動。由于這兩個溫度轉(zhuǎn)變點(diǎn)對吸引力的依賴程度不同,導(dǎo)致了中間相的穩(wěn)定溫度范圍也會隨著吸引力的增加而增加。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O469
【目錄】：

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