Luận Văn Thạc Sĩ: Mô Phỏng Đặc Trưng Cấu Trúc Và Cơ Chế Khuếch Tán Trong Vật Liệu Niken Lỏng Và Rắn

Khám phá cấu trúc và cơ chế khuếch tán trong vật liệu niken lỏng và rắn qua mô phỏng chuyên sâu, ứng dụng trong nghiên cứu vật lý và công nghệ vật liệu.

• Tác giả: Vũ Thị Thanh Hương
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Mai An
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Vật lý chất rắn
• Đề tài: Mô Phỏng Đặc Trưng Cấu Trúc Và Cơ Chế Khuếch Tán Trong Vật Liệu Niken Lỏng Và Rắn
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Lý do chọn đề tài
• 0.2. Mục tiêu đề tài
• 0.3. Phương pháp nghiên cứu
• 0.4. Cấu trúc đề tài
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẬT LIỆU KIM LOẠI
• 1.1. Cấu trúc và tính chất vật liệu kim loại vô định hình
• 1.2. Cấu trúc tinh thể kim loại lỏng
• 1.3. Mô phỏng cấu trúc và tính chất động học trong kim loại Ni
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Phương pháp mô phỏng vật liệu
• 2.2. Phương pháp dựng mẫu Ni
• 2.3. Phương pháp xác định hàm phân bố xuyên tâm
• 2.4. Phương pháp xác định cấu trúc đơn giản
• 2.5. Phương pháp xác cấu trúc tinh thể
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Khảo sát cấu trúc Ni theo nhiệt độ và mức độ hồi phục
• 3.2. Cơ chế tạo pha thủy tinh (rắn), tạo pha tinh thể và tạo pha lỏng
• 3.3. Khảo sát cơ chế khuếch tán trong kim loại Ni
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

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.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Niken (Ni) là một vật liệu kim loại quan trọng với nhiều ứng dụng trong khoa học vật liệu và công nghiệp. Các nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng đã chỉ ra rằng cấu trúc và cơ chế khuếch tán trong Ni ở trạng thái lỏng và rắn vô định hình (VĐH) vẫn còn nhiều vấn đề chưa được làm rõ. Ở trạng thái VĐH, đặc trưng nổi bật là sự tách đỉnh thứ hai trong hàm phân bố xuyên tâm (HPBXT), liên quan đến cấu trúc đa diện 20 mặt. Mục tiêu của nghiên cứu là mô phỏng đặc trưng cấu trúc và cơ chế khuếch tán của Ni trong khoảng nhiệt độ từ 1380 K đến 118 K, sử dụng thế tương tác cặp Pak-Doyama. Nghiên cứu tập trung vào việc tạo mẫu Ni với số lượng nguyên tử lớn (4394 và 10000 nguyên tử), phân tích vi cấu trúc qua các đại lượng HPBXT, phân bố số phối trí (SPT), thống kê đơn vị cấu trúc (ĐVCT) và trực quan hóa cấu trúc. Phạm vi nghiên cứu thực hiện tại Đại học Thái Nguyên trong năm 2019, với ý nghĩa quan trọng trong việc hiểu rõ hơn về cơ chế khuếch tán và chuyển pha trong vật liệu kim loại, góp phần nâng cao hiệu quả ứng dụng trong công nghiệp và nghiên cứu vật liệu mới.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

• Lý thuyết cấu trúc vật liệu kim loại vô định hình và lỏng: Nghiên cứu đặc trưng cấu trúc qua hàm phân bố xuyên tâm (HPBXT) và thừa số cấu trúc (TSCT), phân biệt các pha lỏng, tinh thể và vô định hình dựa trên sự tách đỉnh trong HPBXT.
• Mô hình động lực học phân tử (ĐLHPT): Sử dụng phương trình chuyển động Newton và thuật toán Verlet để mô phỏng chuyển động nguyên tử trong hệ, áp dụng các mô hình NVE, NVT, NPT để điều chỉnh nhiệt độ và áp suất.
• Phương pháp thống kê hồi phục (TKHP): Xác định trạng thái cân bằng của hệ ở 0 K bằng cách dịch chuyển nguyên tử theo lực tác dụng để giảm thế năng.
• Phân tích cấu trúc tinh thể bằng phương pháp phân tích lân cận chung (CNA): Xác định cấu trúc địa phương của nguyên tử dựa trên các chỉ số kmn, phân biệt các cấu trúc fcc, bcc, hcp và vô định hình.
• Khái niệm chính: Hàm phân bố xuyên tâm (HPBXT), phân bố số phối trí (SPT), đơn vị cấu trúc (ĐVCT), thế tương tác cặp Pak-Doyama, thừa số không Gauss (TSKG), dịch chuyển bình phương trung bình (DCBPTB).

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Mẫu Ni được mô phỏng với 4394 và 10000 nguyên tử, mật độ thực nghiệm 7,72 g/cm³, trong khoảng nhiệt độ từ 118 K đến 1380 K.
• Phương pháp phân tích: Sử dụng mô phỏng ĐLHPT với thế tương tác Pak-Doyama, kết hợp TKHP để đạt trạng thái cân bằng. Phân tích cấu trúc qua HPBXT, SPT, ĐVCT và CNA. Đánh giá chuyển pha qua sự thay đổi năng lượng trên nguyên tử và đặc trưng động học qua DCBPTB và TSKG.
• Timeline nghiên cứu: Mẫu được ủ nhiệt ở 3000 K để loại bỏ trạng thái nhớ, sau đó làm lạnh dần đến các nhiệt độ mục tiêu, tiến hành hồi phục ở điều kiện NVT cho đến khi động năng ổn định. Mỗi bước mô phỏng thực hiện từ 10^6 đến 7×10^6 bước ĐLHPT để đảm bảo độ chính xác.
• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Lựa chọn số lượng nguyên tử lớn nhằm đảm bảo tính đại diện và giảm sai số mô phỏng. Phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên trong khối lập phương với điều kiện biên tuần hoàn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

• Phân biệt cấu trúc theo nhiệt độ: Ở 300 K và 500 K, HPBXT của Ni có đỉnh thứ hai tách thành hai đỉnh nhỏ, đặc trưng của pha vô định hình, với tỉ lệ đỉnh trái cao hơn đỉnh phải. Ở 650 K đến 750 K, cấu trúc chuyển sang pha tinh thể với sự thay đổi vị trí và độ cao đỉnh HPBXT, đỉnh nhỏ bên phải cao hơn bên trái, chiếm khoảng 85,7% phân bố số phối trí SPT bằng 14. Ở 900 K đến 1000 K, HPBXT không còn tách đỉnh, cấu trúc chuyển sang pha lỏng, SPT trung bình bằng 14 chiếm khoảng 36%.
• Chuyển pha và năng lượng: Năng lượng trên mỗi nguyên tử thay đổi không đáng kể ở 300 K và 1000 K theo thời gian mô phỏng. Ở 650 K, năng lượng giảm đột ngột khoảng 0,035 eV trong quá trình ủ nhiệt, báo hiệu chuyển pha từ vô định hình sang tinh thể. Ở 750 K, năng lượng giảm mạnh khoảng 0,36 eV, xác nhận sự chuyển pha rõ rệt.
• Cơ chế mầm tinh thể: Mô phỏng 3D cho thấy sự tạo thành và phát triển của các mầm tinh thể qua các bước thời gian, bắt đầu từ sự sắp xếp lại do khuếch tán nguyên tử, phát triển thành các đám lớn và liên kết thành tinh thể lớn với các hướng tinh thể khác nhau.
• Đặc trưng động học: Sự xuất hiện điểm ngang thứ hai trong đồ thị dịch chuyển bình phương trung bình (DCBPTB) và thừa số không Gauss (TSKG) phản ánh cơ chế mầm hóa và phát triển tinh thể trong pha siêu lỏng và vô định hình.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô phỏng phù hợp với các nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng trước đây, khẳng định tính chính xác của phương pháp ĐLHPT kết hợp TKHP và thế tương tác Pak-Doyama. Sự tách đỉnh trong HPBXT là dấu hiệu rõ ràng phân biệt pha vô định hình và tinh thể, đồng thời sự thay đổi năng lượng theo thời gian mô phỏng phản ánh quá trình chuyển pha. Cơ chế mầm tinh thể được mô tả chi tiết qua mô phỏng 3D, cho thấy sự phát triển tinh thể không đồng nhất và ảnh hưởng của nhiệt độ đến cấu trúc. So sánh với các nghiên cứu khác, nhiệt độ chuyển pha thủy tinh Tg khoảng 670 K và nhiệt độ tinh thể Ts khoảng 990 K được xác định rõ ràng, phù hợp với các báo cáo trong ngành. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ HPBXT, phân bố SPT và đồ thị năng lượng theo thời gian để minh họa rõ ràng quá trình chuyển pha và cấu trúc.

Đề xuất và khuyến nghị

• Tăng cường mô phỏng đa quy mô: Áp dụng mô phỏng với số lượng nguyên tử lớn hơn và thời gian mô phỏng dài hơn để nâng cao độ chính xác, nhằm cải thiện dự báo chuyển pha và cơ chế khuếch tán.
• Phát triển thế tương tác chính xác hơn: Nghiên cứu và áp dụng các thế tương tác nhiều hạt (EAM) hoặc thế nhúng để mô phỏng chính xác hơn các tương tác nguyên tử trong Ni và hợp kim.
• Ứng dụng trong thiết kế vật liệu: Sử dụng kết quả mô phỏng để thiết kế vật liệu Ni có cấu trúc và tính chất mong muốn, đặc biệt trong các ứng dụng yêu cầu tính bền nhiệt và cơ học cao.
• Thực hiện thí nghiệm bổ sung: Kết hợp mô phỏng với các phương pháp thực nghiệm như nhiễu xạ tia X, tán xạ neutron để xác nhận và hiệu chỉnh mô hình mô phỏng.
• Đào tạo và chuyển giao công nghệ: Tổ chức các khóa đào tạo về mô phỏng ĐLHPT và phân tích cấu trúc cho các nhà nghiên cứu và kỹ sư trong ngành vật liệu nhằm nâng cao năng lực nghiên cứu và ứng dụng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Nhà nghiên cứu vật lý chất rắn: Nắm bắt các phương pháp mô phỏng cấu trúc và cơ chế khuếch tán trong kim loại, áp dụng cho nghiên cứu vật liệu mới.
• Kỹ sư vật liệu và công nghiệp: Áp dụng kết quả nghiên cứu để cải tiến quy trình sản xuất và thiết kế vật liệu Ni có tính chất cơ học và nhiệt tốt hơn.
• Giảng viên và sinh viên ngành vật lý, vật liệu: Là tài liệu tham khảo chuyên sâu về mô phỏng động lực học phân tử và phân tích cấu trúc vật liệu kim loại.
• Các tổ chức nghiên cứu và phát triển công nghệ: Sử dụng luận văn làm cơ sở để phát triển các dự án nghiên cứu ứng dụng trong công nghiệp vật liệu và công nghệ nano.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp mô phỏng ĐLHPT có ưu điểm gì trong nghiên cứu vật liệu?
   ĐLHPT cho phép mô phỏng chuyển động nguyên tử theo thời gian thực, giúp hiểu rõ cơ chế cấu trúc và động học ở cấp độ nguyên tử, phù hợp với nghiên cứu chuyển pha và khuếch tán.

2. Tại sao chọn thế tương tác Pak-Doyama cho mô phỏng Ni?
   Thế Pak-Doyama đơn giản, đã được kiểm chứng qua thực nghiệm, phù hợp để mô phỏng tương tác cặp nguyên tử trong kim loại Ni với độ chính xác hợp lý.

3. Sự tách đỉnh trong HPBXT biểu thị điều gì?
   Sự tách đỉnh thứ hai trong HPBXT là đặc trưng của pha vô định hình, phản ánh cấu trúc không trật tự và tồn tại các khối đa diện đặc biệt trong vật liệu.

4. Nhiệt độ chuyển pha thủy tinh và tinh thể của Ni là bao nhiêu?
   Nhiệt độ chuyển pha thủy tinh Tg khoảng 670 K, nhiệt độ tinh thể Ts khoảng 990 K, xác định qua mô phỏng và phù hợp với các nghiên cứu thực nghiệm.

5. Cơ chế mầm tinh thể trong Ni diễn ra như thế nào?
   Mầm tinh thể hình thành do sự sắp xếp lại nguyên tử không khuếch tán, phát triển qua chuyển động tập thể của nguyên tử, liên kết thành các đám lớn và tinh thể với các hướng khác nhau.

Kết luận

• Mô phỏng ĐLHPT kết hợp TKHP và thế tương tác Pak-Doyama thành công mô tả đặc trưng cấu trúc và cơ chế khuếch tán trong Ni lỏng và rắn.
• Xác định rõ ràng các pha vô định hình, tinh thể và lỏng qua phân tích HPBXT, SPT và năng lượng trên nguyên tử.
• Phát hiện cơ chế mầm tinh thể và sự phát triển tinh thể qua mô phỏng 3D, góp phần làm sáng tỏ quá trình chuyển pha.
• Kết quả phù hợp với các nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng trước đây, khẳng định tính chính xác và ứng dụng của phương pháp.
• Đề xuất mở rộng nghiên cứu với mô phỏng đa quy mô và thế tương tác phức tạp hơn, đồng thời kết hợp thực nghiệm để nâng cao hiệu quả ứng dụng trong công nghiệp vật liệu.

Hành động tiếp theo là triển khai các đề xuất nghiên cứu mở rộng và ứng dụng kết quả vào thiết kế vật liệu mới, đồng thời phổ biến kiến thức qua đào tạo và chuyển giao công nghệ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN VẬT LIỆU KIM LOẠI Nội dung chương này được trình bày như sau: đầu tiên là tổng quan về đặc trưng cấu trúc và tính chất của vật liệu kim loại trạng thái vô định hình và lỏng. Sau đó là phương pháp chế tạo và ứng dụng của các vật liệu kim loại. Cuối cùng, chúng tôi trình bày các kết quả mô phỏng về kim loại Ni. Cấu trúc và tính chất vật liệu kim loại vô định hình Cấu trúc: Hình 1.1 mô tả thừa số cấu trúc (TSCT) của một số màng mỏng kim loại VĐH từ số liệu thực nghiệm của P.

Từ hình ảnh phổ trên hình 1.1 có thể thấy, vị trí và độ cao cực đại của TSCT đặt trong khoảng 29 đến 33 (nm-1) và từ 3,6 đến 4,2. Đỉnh thứ hai (cực đại thứ hai) trong TSCT bị tách thành hai đỉnh nhỏ, cụ thể là độ cao đỉnh nhỏ bên trái cao hơn độ cao đỉnh nhỏ bên phải. Thừa số cấu trúc a(K) của một số kim loại VĐH theo dữ liệu thực nghiệm của Leung P. [15] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.vn Tương tự đối với TSCT, HPBXT g(r) của kim loại VĐH, đỉnh thứ hai của cũng bị tách thành hai đỉnh nhỏ, độ cao đỉnh nhỏ bên trái cao hơn độ cao đỉnh nhỏ bên phải.

Hình dạng TSCT cũng như HPBXT của các kim loại có dạng khá giống nhau. Vị trí các cực đại trong HPBXT được liệt kê trong bảng 1.1 có thể thấy, các tỉ số ri/r1 (i = 2, 3, 4 và 5) đối với các kim loại VĐH khác nhau là bằng nhau. Vị trí và tỉ lệ độ cao các đỉnh trong HPBXT cặp, g(r) của một số kim loại VĐH công bố trong các công trình [1,2,6,15,20]. Kim loại r2/r1 r3/r1 r4/r1 r5/r1 Cr 1,66 1,91 2,49 3,36 Fe 1,67 1,96 2,51 3,38 Co 1,96 1,93 2,49 3,35 Ni 1,71 1,93 2,55 3,38 Tính chất: Như chúng ta biết, kim loại ở trạng thái VĐH có nhiều đặc điểm khác với trạng thái tinh thể.

Ở trạng thái tinh thể, số lượng tâm tán xạ tăng khi nồng độ khuyết tật tăng. Trái lại, với kim loại VĐH, tính tuần hoàn bị mất, nên mọi nguyên tử đều trở thành tâm tán xạ, do đó các tính chất dẫn điện, dẫn nhiệt và các hiệu ứng trong kim loại VĐH cũng bị thay đổi đáng kể. Các tính chất khác như lực kháng từ, tính chống ăn mòn, điện trở suất, độ bền cơ học, độ cứng của kim loại VĐH đều có giá trị cao hơn hẳn so với kim loại này khi ở trạng thái tinh thể. Cấu trúc và tính chất của kim loại lỏng Như đã biết, khi phân tích cường độ chùm tia tán xạ qua kim loại lỏng đơn nguyên tử người ta có thể xác định được đặc trưng cấu trúc của kim loại.2 cho thấy, TSCT của kim loại Ga ở nhiệt độ 323 K đến 333 K.

Nhận thấy đường cong TSCT của kim loại Ga lỏng thay đổi đáng kể khi nhiệt độ thay đổi từ 323 K đến 333 K. Cụ thể, độ cao đỉnh thứ nhất tăng từ 2,45 đến 2,75, hình Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.vn dạng của đỉnh trồi ra sau cực đại chính là khá rõ ràng.3 cho thấy HPBXT ở trạng thái lỏng và VĐH của kim loại Fe là khác nhau đáng kể. Độ cao cực đại thứ nhất của HPBXT của Fe lỏng là 2,5 thấp hơn nhiều so với cực đại thứ nhất HPBXT của Fe VĐH là 3,20. Đối với Fe VĐH, cực đại thứ hai bị tách thành hai đỉnh nhỏ, độ cao đỉnh nhỏ bên trái cao hơn độ cao đỉnh nhỏ bên phải.

Trong khi đó, với Fe lỏng thì không xuất hiện sự tách đỉnh ở cực đại thứ hai. Kim loại lỏng không có trật tự xa trong phân bố nguyên tử như trong trạng thái tinh thể. Do vậy, kim loại lỏng thuộc nhóm vật liệu có cấu trúc không trật tự. Tuy nhiên trong giới hạn của mặt cầu phối vị thứ nhất thì phân bố nguyên tử trong kim loại lỏng cũng có một trật tự đặc trưng cho từng chất khác nhau và được gọi là trật tự gần.

Bởi vì kim loại lỏng có cấu trúc không trật tự nên kim loại lỏng có các tính chất rất khác thường về độ dẫn điện, từ tính và một số tính chất cơ học khác. Ví dụ, ở trạng thái lỏng các kim loại đất hiếm Eu, Er, Gd có độ dẫn điện thấp hơn đáng kể so với các kim loại khác. Giá trị điện trở suất của Er lớn hơn gấp mười lần so với giá trị điện trở suất của kim loại Cu. Nhìn chung, điện trở suất của kim loại lỏng lớn hơn rất nhiều so với kim loại tương ứng khi chúng ở trạng thái rắn [1].

Hệ số cấu trúc của Ga lỏng ở nhiệt độ khác nhau: a) Trường hợp 323 K, b) Trường hợp 333 K [3].vn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên Các kết quả thực nghiệm cho thấy TSCT của nhiều kim loại lỏng là rất giống nhau như có thể thấy trong bảng 1. Điều này có nghĩa là cấu trúc của kim loại lỏng nói chung là khá tương tự nhau. Nếu như dựng đồ thị của hệ số cấu trúc theo đơn vị K/K1, với phần lớn kim loại lỏng như Hg, Al, Pb, Fe và Co thì độ cao đỉnh đầu tiên gần như trùng khít và độ cao đỉnh thứ hai thì rất giống nhau. HPBXT của Fe lỏng và VĐH, đường 1 là Fe VĐH, đường 2 là Fe lỏng ở nhiệt độ 1560 K [9].

Khối lượng riêng và một số dữ liệu của hệ số cấu trúc a(K) của một số kim loại , trong đó K1 và K2 là vị trí đỉnh cao thứ nhất và thứ hai a(K) Đỉnh phụ, Kim loại T, 0C d, g/cm3 K1, nm-1 K2, nm-1 K2/K1 nm-1 Li 180 0,504 24,9 - 45,5 1,83 Na 105 0,928 20,3 - 37,5 1,85 Al 670 2,37 26,8 - 49,6 1,85 Ge 980 5,56 25,6 32,4 51,1 2,00 Pb 340 10,66 22,8 - 42,3 1,86 Fe 1550 7,01 29,8 - 54,6 1,83 Co 1550 7,70 30,2 - 56,0 1,85 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc. Mô phỏng cấu trúc và tính chất động học trong kim loại Ni Trong mục này, chúng tôi trình bày chi tiết một số kết quả mô phỏng ĐLHPT về cấu trúc, các tính chất động học trên trong kim loại Ni thông qua một số công trình đã được công bố, cụ thể như sau: Zhang Yanning và các cộng sự [21] đã nghiên cứu tính chất nhiệt động học, động học và sự hồi phục cấu trúc trong Ni ở trạng thái thủy tinh và trạng thái siêu lỏng dưới nhiệt độ tới hạn bằng phương pháp mô phỏng ĐLHPT dựa trên thế tương tác nhúng với mẫu 4000 nguyên tử. Họ đã sử dụng các phương pháp: (1) Phân tích cấu trúc thông qua hàm tương quan cặp; (2) Xác định ranh giới giữa vùng siêu lỏng và vùng vô định hình thông qua tham số Wendt- Abraham; (3) Sử dụng các chỉ số Honeycutt- Anderson (HA) index; (4) Sử dụng các hàm tương quan thời gian. Kết quả mô phỏng của Zhang Yanning và các cộng sự chỉ ra rằng, nhiệt độ chuyển thủy tinh của Ni là Tg = 800 K và nhiệt độ tới hạn được xác định bằng 840 K, ở đây tốc độ làm lạnh 2,86×1013 K/s.

Họ phát hiện ra ba vùng đặc biệt trong suốt quá trình hồi phục với các tính chất nhiệt động, động học và cấu trúc rất khác biệt. Trong vùng nhiệt độ 840 K- 1000 K sự tinh thể trong trạng thái siêu lỏng xảy ra với thời giản ủ nhiệt là τ; ở trong vùng nhiệt độ thấp hơn 810 K- 840 K, giá trị nội năng cao hơn đáng kể trong thời gian ủ dài và trạng thái cuối cùng của hệ được đặc trưng bởi cấu trúc khá phức tạp, kết quả này được cho là do tồn tại sự pha trộn giữa các phần tinh thể và thủy tinh. Trong khi đó, khi nhiệt độ dưới 810 K, sự tinh thể hóa của thủy tinh Ni tăng và thời gian τ kéo dài nhanh chóng với sự giảm nhiệt độ. Tác giả và cộng sự chỉ ra rằng dáng điệu động học xảy ra trong vùng tinh thể trong trạng thái siêu lỏng có thể so sánh với vùng tinh thể hóa của thủy tinh nhận được và nó được đặc trưng bởi sự xuất hiện khửu (đường nằm ngang) thứ hai trong dịch chuyển bình phương trung bình (DCBPTB) và đường ngang (khửu) không bằng không của thừa số không Gauss (TSKG) với thời gian ủ lớn.

Điều Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.vn này có nghĩa là, quá trình tinh thể từ trạng thái siêu lỏng hoặc thủy tinh thông qua sự mầm hóa của các nhân tinh thể. Sự hồi phục ở nhiệt độ gần Tg chịu ảnh hưởng rất phức tạp theo sự biến đổi động học. Sự hồi phục nhiệt động học và động học kéo theo sự sắp xếp lại cấu trúc nguyên tử. Cặp liên kết 1551 đặc trưng đối xứng 5 địa phương giảm trong quá trình hồi phục; tương ứng, cặp liên kết 1421 mô tả trật tự cấu trúc tăng.

Thời gian ủ có thể được xác định khi số các cặp liên kết thay đổi hình dạng mạnh, trong khi “vùng phức tạp” chỉ biến đổi nhỏ trong cấu trúc hệ được tìm thấy. Bằng phương pháp mô phỏng, L.Wang và cộng sự [19] cho thấy mối liên hệ giữa sự mầm hóa đến cấu trúc và động học không đồng nhất trong kim loại Ni trạng thái siêu lạnh. Tính chất động học và cấu trúc không đồng nhất trong Ni trạng thái siêu lạnh đã được xác định với mô phỏng ĐLHPT với thế tương tác nhiều hạt (thế nhúng- EAM). Đặc trưng về thời gian hồi phục đã được đánh giá bởi các hàm tương quan thời gian, DCBPTB và TSKG.

Họ đã phát hiện, sau khi trải qua đường ngang ra đầu tiên, đường cong DCBPTB cho thấy đường ngang thứ hai xuất hiện tại nhiệt độ 1090 K. Ở khoảng thời gian đầu sự hồi phục cấu trúc, phôi xuất hiện bởi sự sắp xếp lại do khuếch tán của các nguyên tử. Khi thời gian tăng, mầm tinh thể được tạo thành trong trạng thái lỏng và chúng lớn dần bởi chuyển động tập thể của các nguyên tử để tạo thành các đám lớn, kết quả này nhận được dựa trên đặc trưng của sự xuất hiện điểm ngang khác không trong đường cong TSKG và hàm tương quan thời gian. Ở thời gian ủ dài hơn, đám tinh thể lớn với hướng tinh thể khác nhau liên kết với nhau, sau đó tinh thể tạo thành.

Sử dụng phương pháp phân tích cặp và phương pháp kiểm tra trực quan L.Wang và cộng sự đã phân tích quá trình mầm trong Ni trạng thái siêu lỏng.