Luận án Mô phỏng cấu trúc và động học của vật liệu silicát – Na/Al/Pb

Tên luận án:

MÔ PHỎNG CẤU TRÚC VÀ ĐỘNG HỌC CỦA VẬT LIỆU SILICÁT - Na/Al/Pb

Ngành:

Vật liệu điện tử

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án tập trung vào việc sử dụng phương pháp mô phỏng động lực học phân tử (MD) để nghiên cứu cấu trúc và động học của các vật liệu silicát Na/Al/Pb. Đề tài này giải quyết tầm quan trọng của mô hình hóa máy tính trong khoa học vật liệu, đặc biệt là trong việc tìm hiểu các đặc tính không thể tiếp cận bằng thực nghiệm. Silica được xem xét như một vật liệu thay thế tiềm năng cho silicon trong các thiết bị điện tử, và các vật liệu silicát được ứng dụng trong siêu tụ điện và pin natri trạng thái rắn, với độ dẫn điện phụ thuộc vào cấu trúc, nhiệt độ, áp suất, thành phần hóa học và động học.

Mục tiêu nghiên cứu bao gồm làm rõ cấu trúc của SiO2 dưới ảnh hưởng của mật độ, cấu trúc ôxít nhôm-silicát dưới ảnh hưởng của áp suất và nhiệt độ, cấu trúc ôxít chì-silicát dưới ảnh hưởng của nồng độ PbO, và động học không đồng nhất của hệ ôxít natri silicát. Luận án đã xây dựng 28 mô hình MD cho các vật liệu SiO2, Al2O3.2SiO2, PbO.2SiO2, Na2O.2SiO2 và Na2O.4SiO2 ở trạng thái lỏng và vô định hình, với các thông số cấu trúc phù hợp với kết quả thực nghiệm và mô phỏng trước đó.

Các kết quả chính cho thấy cấu trúc SiO2 gồm các đơn vị SiOx (x=4, 5, 6) phân bố không đồng nhất, với số lượng liên kết chung cạnh và mặt tăng khi mật độ tăng. Cấu trúc của Al2O3.2SiO2 và PbO.2SiO2 thay đổi trong phạm vi hẹp khi nhiệt độ, áp suất và nồng độ PbO tăng, đặc biệt là sự chuyển dịch từ cấu trúc tứ diện sang bát diện ở Al2O3.2SiO2 khi áp suất tăng. Phân tích simplex, shell-core và đa diện Voronoi đã chỉ ra sự tồn tại của các VS, OS và CS, đồng thời cho thấy sự cô đặc của chất lỏng do các simplex co lại và biến mất khi áp suất tăng, trong khi bán kính simplex tăng theo nhiệt độ. Đặc biệt, luận án đã lần đầu tiên tìm thấy bằng chứng về động học không đồng nhất trong hệ Na2O.2SiO2 và Na2O.4SiO2, với các nguyên tử Na phân bố không đồng nhất, khuếch tán thông qua các cú nhảy giữa các đa diện và dịch chuyển theo cơ chế tập thể, với tốc độ khuếch tán của Na lớn hơn đáng kể so với Si. Nghiên cứu cũng chỉ ra mối tương quan giữa cấu trúc không đồng nhất và động học không đồng nhất.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU

  • 1. Lý do chọn đề tài
  • 2. Mục đích nghiên cứu của luận án
  • 3. Nội dung nghiên cứu của luận án
  • Chương 1: Tổng quan
  • Chương 2: Phương pháp tính toán
  • Chương 3: Cấu trúc của vật liệu silica, ôxít nhôm-silicát, ôxít chì-silicát và ôxít natri silicát thông qua phương pháp phân tích cấu trúc
  • Chương 4: Cấu trúc của vật liệu ôxít nhôm-silicát và ôxít natri-silicát thông qua phân tích simplex, shell-core và voronoi
  • Chương 5: Động học và động học không đồng nhất của hệ ôxít natri-silicát

• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

  • Kết luận
  • Kiến nghị

• CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ