I. Tổng quan về vật liệu Niken
Niken (Ni) là một kim loại có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và nghiên cứu khoa học. Đặc trưng cấu trúc của Niken lỏng và Niken rắn có sự khác biệt rõ rệt. Trong trạng thái Niken lỏng, cấu trúc không có trật tự xa, trong khi ở trạng thái rắn, cấu trúc tinh thể được hình thành. Các nghiên cứu cho thấy rằng, ở trạng thái vô định hình, đỉnh thứ hai của hàm phân bố xuyên tâm (HPBXT) tách thành hai đỉnh nhỏ, điều này cho thấy sự tồn tại của các khối đa diện. Việc phân tích cấu trúc và tính chất của vật liệu Niken là rất quan trọng để hiểu rõ hơn về cơ chế khuếch tán trong các trạng thái khác nhau của nó.
1.1 Cấu trúc và tính chất của vật liệu Niken
Cấu trúc của Niken ở trạng thái rắn có tính tuần hoàn cao, trong khi ở trạng thái lỏng, tính tuần hoàn này bị mất. Các tính chất như dẫn điện, dẫn nhiệt và độ bền cơ học của Niken cũng thay đổi đáng kể giữa hai trạng thái này. Nghiên cứu cho thấy rằng, Niken lỏng có độ dẫn điện thấp hơn so với Niken rắn, điều này có thể được giải thích bởi sự sắp xếp không trật tự của các nguyên tử trong trạng thái lỏng. Các kết quả thực nghiệm cho thấy rằng, khi nhiệt độ tăng, cấu trúc của Niken cũng thay đổi, dẫn đến sự thay đổi trong các tính chất vật lý của nó.
II. Phương pháp nghiên cứu
Đề tài sử dụng các phương pháp mô phỏng hiện đại để nghiên cứu cấu trúc và cơ chế khuếch tán của Niken. Phương pháp động lực học phân tử (ĐLHPT) được áp dụng để mô phỏng các mẫu Niken với số lượng nguyên tử lớn. Các phương pháp phân tích như hàm phân bố xuyên tâm (HPBXT) và thừa số cấu trúc (TSCT) được sử dụng để xác định cấu trúc vi mô của Niken. Kết quả từ các mô phỏng cho thấy rằng, sự khuếch tán trong Niken lỏng và Niken rắn có sự khác biệt rõ rệt, điều này có thể ảnh hưởng đến các ứng dụng thực tiễn của vật liệu này.
2.1 Phương pháp mô phỏng vật liệu
Phương pháp mô phỏng vật liệu được sử dụng để tạo ra các mẫu Niken với mật độ thực và nhiệt độ khác nhau. Các mẫu này sau đó được phân tích để xác định cấu trúc và tính chất động học. Việc sử dụng phương pháp mô phỏng cho phép nghiên cứu các hiện tượng mà thực nghiệm khó có thể thực hiện, như sự khuếch tán trong các trạng thái khác nhau của Niken. Kết quả từ các mô phỏng cho thấy rằng, sự khuếch tán trong Niken lỏng diễn ra nhanh hơn so với Niken rắn, điều này có thể được giải thích bởi sự tự do di chuyển của các nguyên tử trong trạng thái lỏng.
III. Kết quả và thảo luận
Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng, cơ chế khuếch tán trong Niken có sự khác biệt rõ rệt giữa các trạng thái lỏng và rắn. Trong trạng thái lỏng, các nguyên tử có khả năng di chuyển tự do hơn, dẫn đến tốc độ khuếch tán cao hơn. Ngược lại, trong trạng thái rắn, sự khuếch tán diễn ra chậm hơn do các nguyên tử bị ràng buộc trong cấu trúc tinh thể. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến cơ chế khuếch tán, với sự chuyển pha từ lỏng sang rắn có thể làm thay đổi đáng kể các tính chất vật lý của Niken.
3.1 Cơ chế khuếch tán trong Niken
Cơ chế khuếch tán trong Niken được xác định thông qua việc phân tích các hàm tương quan thời gian và dịch chuyển bình phương trung bình (DCBPTB). Kết quả cho thấy rằng, trong trạng thái lỏng, sự khuếch tán diễn ra chủ yếu thông qua sự sắp xếp lại của các nguyên tử, trong khi trong trạng thái rắn, sự khuếch tán phụ thuộc vào các khuyết tật trong cấu trúc tinh thể. Điều này cho thấy rằng, việc hiểu rõ cơ chế khuếch tán trong Niken không chỉ có ý nghĩa lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn trong việc phát triển các vật liệu mới.
