NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ QUÁ TRÌNH TINH THỂ HÓA CỦA HẠT NANO FE VÀ FeB BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH HÓA
VẬT LÝ KỸ THUẬT (Mã số: 62520401)
Luận án tiến sĩ của Nguyễn Thị Thảo, được bảo vệ tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội năm 2017, tập trung vào "Nghiên cứu cấu trúc và quá trình tinh thể hóa của hạt nano Fe và FeB bằng phương pháp mô hình hóa". Nghiên cứu này xuất phát từ sự cần thiết làm rõ cơ chế tinh thể hóa ở mức nguyên tử trong vật liệu nano, đặc biệt là Fe và FeB, do các tính chất độc đáo và tiềm năng ứng dụng rộng rãi của chúng trong các lĩnh vực khoa học và công nghệ.
Mục đích chính của luận án là nghiên cứu động học và cấu trúc của vật liệu sắt khối, quá trình tinh thể hóa của hạt nano Fe cùng ảnh hưởng của kích thước hạt, và quá trình tinh thể hóa của hạt nano FeB với sự tác động của nồng độ nguyên tử B. Phương pháp nghiên cứu chủ yếu là mô phỏng động lực học phân tử và phân tích cấu trúc vi mô.
Các kết quả nổi bật bao gồm việc xây dựng các mô hình động lực học phân tử (ĐLHPT) cho Fe lỏng và vô định hình, sử dụng thế tương tác Pak-Doyama, và xác định nhiệt độ chuyển pha thủy tinh (1180-1240K). Luận án đã đưa ra khái niệm hai loại thăng giáng mật độ địa phương, làm rõ cơ chế khuếch tán trong Fe khối: ở nhiệt độ cao tương tự chất lỏng, ở nhiệt độ thấp chủ yếu do thăng giáng loại II tại các vùng sai hỏng cấu trúc, tương tự tinh thể. Sự không đồng nhất động học tăng khi giảm nhiệt độ.
Đối với hạt nano Fe, quá trình tinh thể hóa của mẫu vô định hình được nhận biết và làm sáng tỏ cơ chế mầm. Các mầm tinh thể nhỏ ban đầu không bền, sau đó phát triển theo quy luật hàm mũ, tạo thành đám tinh thể hình cầu. Hạt nano Fe tinh thể hóa hoàn toàn có cấu trúc lõi tinh thể và bề mặt vô định hình xốp. Đối với hạt nano Fe lỏng, quá trình tinh thể hóa sang cấu trúc lập phương tâm khối (bcc) diễn ra qua giai đoạn trung gian là cấu trúc hai mươi mặt (icosahedrons).
Trong vật liệu nano FeB, sự tinh thể hóa của Fe lập phương tâm khối xảy ra khi ủ mẫu vô định hình ở 900K với nồng độ B là 2% và 4%. Các nguyên tử B di chuyển ra khỏi vị trí của Fe tinh thể và khuếch tán đến vùng biên, quá trình tinh thể hóa dừng lại khi tỉ lệ B ở vùng biên vượt quá 0.15. Luận án cũng mô tả các dạng thù hình khác nhau của hạt nano FeB, bao gồm ba phần riêng biệt: tinh thể Fe bcc, vô định hình giàu B và vô định hình ít B, với các đặc trưng cấu trúc, nồng độ B và năng lượng khác nhau. Các kết quả nghiên cứu đã được công bố trong 6 bài báo khoa học.