Luận án tiến sĩ: Cấu trúc và sự không đồng nhất động học trong vật liệu silicát PbO-SiO2, Al2O3-2SiO2, Na2O-2SiO2 ở trạng thái lỏng và vô định hình

• Tác giả: Nguyễn Văn Yên
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Văn Hồng
• Trường học: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Vật lý kỹ thuật
• Đề tài: Nghiên cứu cấu trúc và sự không đồng nhất động học trong vật liệu silicát ba nguyên PbO.2SiO2 và Na2O.2SiO2 ở trạng thái lỏng và vô định hình
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: MỤC LỤC
• 1.1. Danh mục các từ viết tắt và ký hiệu
• 1.2. Danh mục các bảng biểu
• 1.3. Danh mục các hình vẽ và đồ thị
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN
• 2.1. Xây dựng mô hình
• 2.2. Phương pháp mô phỏng
• 2.3. Phương pháp tính các thông số động học
• 2.4. Phương pháp tính động học không đồng nhất
• 2.5. Phương pháp tính cấu trúc
• 2.5.1. Phương pháp phân tích cấu trúc
• 2.5.2. Phương pháp tính một số cấu trúc đặc biệt
• 2.5.3. Phương pháp tính simplex
• 2.5.4. Phương pháp tính shell-core
• 3. CHƯƠNG 3: VI CẤU TRÚC CỦA HỆ NHÔM-SILICÁT VÀ CHÌ-SILICÁT
• 3.1. Cấu trúc trật tự gần
• 3.1.1. Mô hình PbO
• 3.1.2. Mô hình Al2O3.2SiO2 vô định hình
• 3.1.3. Mô hình Al2O3
• 3.1.4. Mô hình xAl2O3(1-x)SiO2 lỏng
• 3.2. Cấu trúc trật tự khoảng trung
• 3.2.1. Mô hình PbO
• 3.2.2. Mô hình Al2O3.2SiO2 vô định hình
• 3.2.3. Mô hình Al2O3
• 3.2.4. Mô hình xAl2O3(1-x)SiO2 lỏng
• 3.3. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH CẤU TRÚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP SIMPLEX VÀ SHELL-CORE
• 4.1. Phương pháp simplex
• 4.2. Mô hình Na2O
• 4.2.1. Oxy-simplex và Cation-simplex
• 4.3. Mô hình Al2O3
• 4.3.1. Cation-simplex và Oxy-simplex
• 4.3.2. Cation-simplex-cluster
• 4.4. Phương pháp Shell-Core cho mô hình Al2O3
• 4.4.1. Shell-Core-particles
• 4.4.2. Shell-core-cluster
• 4.5. Kết luận chương 4
• 5. CHƯƠNG 5: ĐỘNG HỌC KHÔNG ĐỒNG NHẤT CỦA NATRI VÀ NHÔM SILICÁT
• 5.1. Động học không đồng nhất
• 5.2. Mô hình Na2O
• 5.2.1. Nguyên tử oxy và lân cận
• 5.2.2. Nguyên tử Si và Na
• 5.3. Mô hình Al2O3
• 5.3.1. Nguyên tử oxy và lân cận
• 5.3.2. Nguyên tử Al và Si
• 5.4. Tương quan cấu trúc và động học
• 5.5. Mô hình Na2O và Mô hình Al2O3
• 5.6. Kết luận chương 5
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Cấu trúc vật liệu silicát

Nghiên cứu tập trung vào cấu trúc vật liệu silicát trong các hệ PbO-SiO2, Al2O3-2SiO2, và Na2O-2SiO2. Cấu trúc mạng ngẫu nhiên liên tục của các vật liệu này được hình thành từ các đơn vị cấu trúc SiOx. Sự chuyển pha mật độ liên quan đến sự thay đổi tỷ phần các đơn vị cấu trúc. Cấu trúc không đồng nhất xuất hiện do sự phân bố khác nhau của các đơn vị cấu trúc, tạo ra vùng giàu cation. Các đơn vị cấu trúc được kết nối thông qua nguyên tử O, với mức độ polymer hóa (DOP) được đánh giá qua các nguyên tử Oxy cầu Qn.

1.1. Cấu trúc hệ PbO SiO2

Hệ PbO-SiO2 được nghiên cứu chi tiết về cấu trúc mạng và sự phân bố của các đơn vị SiOx. Kết quả cho thấy sự thay đổi áp suất ảnh hưởng đến tỷ lệ các loại liên kết Oxy, bao gồm Oxy liên kết với cả Pb và Si (OT), Oxy chỉ liên kết với Si (OSi), và Oxy chỉ liên kết với Pb (OPb). Sự phân bố không gian của các liên kết giữa các đơn vị cấu trúc cũng được phân tích, cho thấy sự hình thành các cụm riêng biệt.

1.2. Cấu trúc hệ Al2O3 2SiO2

Hệ Al2O3-2SiO2 được nghiên cứu trong cả trạng thái lỏng và vô định hình. Cấu trúc mạng của hệ này bao gồm các đơn vị AlOx và SiOx, với sự phân bố không gian của các liên kết Al-Al, Si-Si, và Al-Si. Sự thay đổi áp suất dẫn đến sự biến đổi trong phân bố số phối trí của các đơn vị cấu trúc, từ đó ảnh hưởng đến tính chất vật liệu.

II. Động học vật liệu silicát

Nghiên cứu động học vật liệu silicát tập trung vào sự không đồng nhất trong chuyển động của các nguyên tử trong hệ PbO-SiO2, Al2O3-2SiO2, và Na2O-2SiO2. Sự chuyển động của các nguyên tử Oxy và cation được phân tích thông qua dịch chuyển bình phương trung bình và số liên kết trung bình. Kết quả cho thấy sự hình thành các cụm chuyển động chậm và nhanh, phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ.

2.1. Động học hệ Na2O 2SiO2

Hệ Na2O-2SiO2 được nghiên cứu về động học không đồng nhất của các nguyên tử Na và Oxy. Sự phụ thuộc thời gian của dịch chuyển bình phương trung bình và số liên kết trung bình được phân tích, cho thấy sự hình thành các cụm chuyển động chậm và nhanh. Kết quả cũng chỉ ra sự ảnh hưởng của áp suất đến động học của hệ.

2.2. Động học hệ Al2O3 2SiO2

Động học của hệ Al2O3-2SiO2 được nghiên cứu thông qua sự chuyển động của các nguyên tử Al và Si. Sự phân bố không gian của các đơn vị cấu trúc và sự hình thành các liên kết Al-Al, Si-Si, và Al-Si được phân tích. Kết quả cho thấy sự không đồng nhất trong chuyển động của các nguyên tử, phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ.

III. Ứng dụng vật liệu silicát

Nghiên cứu về ứng dụng vật liệu silicát tập trung vào các tính chất vật lý và hóa học của các hệ PbO-SiO2, Al2O3-2SiO2, và Na2O-2SiO2. Các vật liệu này được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp điện tử, quang học, siêu dẫn, và cơ khí. Đặc biệt, chì-silicát được sử dụng trong che chắn phóng xạ, trong khi nhôm-silicát được ứng dụng trong sản xuất gạch men và da giày nhân tạo.

3.1. Ứng dụng hệ PbO SiO2

Hệ PbO-SiO2 được ứng dụng trong che chắn phóng xạ do tính chất hấp thụ bức xạ cao của chì. Nghiên cứu cấu trúc và động học của hệ này giúp tối ưu hóa tính năng che chắn, đặc biệt trong các ứng dụng công nghệ cao.

3.2. Ứng dụng hệ Al2O3 2SiO2

Hệ Al2O3-2SiO2 được sử dụng rộng rãi trong sản xuất gạch men và da giày nhân tạo. Nghiên cứu cấu trúc và động học của hệ này giúp cải thiện tính chất cơ học và độ bền của vật liệu, đáp ứng nhu cầu sản xuất công nghiệp.