第一性原理分子動(dòng)力學(xué)對(duì)非晶合金局域原子結(jié)構(gòu)的模擬.pdf

1、非晶態(tài)是一種特殊的物質(zhì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)，組成非晶態(tài)材料的原子或分子的空間排列不呈現(xiàn)周期性和平移性，即沒(méi)有長(zhǎng)程有序性，只在小于幾個(gè)原子間距的范圍內(nèi)保持著短程有序或中程有序。自從20世紀(jì)60年代以來(lái)，人們基于各種原子結(jié)構(gòu)的研究方法，提出了多種非晶合金的原子結(jié)構(gòu)模型，主要有:硬球無(wú)規(guī)密堆模型、微晶模型、連續(xù)無(wú)規(guī)網(wǎng)格模型、FCC/HCP密堆團(tuán)簇模型和準(zhǔn)等同團(tuán)簇模型，這些模型在解釋非晶合金一些獨(dú)特的物理、化學(xué)性能方面存在著不足。最近范滄與研究組人員一同通

2、過(guò)對(duì)非晶體局域原子結(jié)構(gòu)的研究，提出了以過(guò)渡區(qū)這一概念為中心的含超常短鍵團(tuán)簇模型，該模型從原子結(jié)合的角度探討非晶體的結(jié)構(gòu)與其表現(xiàn)出的特殊性能的關(guān)系，該結(jié)構(gòu)模型也是本論文的研究重點(diǎn)。
　　本文在含超常短鍵團(tuán)簇模型的基礎(chǔ)上研究了Zr55Cu35Al10大塊非晶合金的局域原子結(jié)構(gòu)，利用中子衍射技術(shù)獲得了鑄態(tài)棒狀Zr55Cu35Al10大塊非晶合金試樣的對(duì)分布函數(shù)曲線以及試樣晶化后的對(duì)分布函數(shù)曲線，通過(guò)構(gòu)造合理的初始結(jié)構(gòu)利用第一性原理分子動(dòng)

3、力學(xué)模擬得到了Zr55Cu35Al10非晶合金的三維原子結(jié)構(gòu)，并提出了結(jié)合反蒙特卡羅和第一性原理分子動(dòng)力學(xué)的模擬方法，同樣得到了合理的非晶合金三維原子結(jié)構(gòu)，而且該結(jié)構(gòu)因經(jīng)過(guò)了反蒙特卡羅方法擬合實(shí)驗(yàn)曲線的過(guò)程而更具代表性。
　　本文還在研究Zr55Cu35Al10非晶合金試樣的對(duì)分布函數(shù)曲線以及試樣結(jié)晶化后的對(duì)分布函數(shù)曲線的基礎(chǔ)上，結(jié)合Lindemann提出的熔化準(zhǔn)則，分析得出含超常短鍵模型中，過(guò)渡區(qū)的原子對(duì)的鍵長(zhǎng)值比兩原子半徑和大

4、5％，而比兩原子半徑和小10％，鍵長(zhǎng)比兩原子的半徑和小5％的原子對(duì)則屬于團(tuán)簇區(qū)，鍵長(zhǎng)比兩原子的半徑和大10％的原子對(duì)則屬于自由體積。根據(jù)團(tuán)簇區(qū)、過(guò)渡區(qū)和自由體積中各原子對(duì)鍵長(zhǎng)范圍，我們從模擬得到的原子結(jié)構(gòu)中提取出了包含不同區(qū)域原子對(duì)的局域原子結(jié)構(gòu)，并算得在Zr55Cu35Al10大塊非晶合金的最近鄰原子對(duì)中約有78.11％的原子對(duì)屬于團(tuán)簇區(qū)，約有12.96％的原子對(duì)屬于過(guò)渡區(qū)，約有8.94％的原子對(duì)屬于自由體積。
　　在定量地對(duì)含