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过冷液体钾形核初期微观动力学机理的模拟研究

刘丽霞 侯兆阳 刘让苏

过冷液体钾形核初期微观动力学机理的模拟研究

刘丽霞, 侯兆阳, 刘让苏
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  • 采用分子动力学方法对液态金属钾凝固过程进行了模拟,根据凝固过程体系平均原子能量、原子成键类型和成团类型,以及均方位移和非Gauss参数等动力学参数的演化特征,对过冷熔体形核初期微观动力学机理进行了研究.结果表明:根据过冷液体钾结晶形核过程热力学、动力学和结构特性的演化规律, 其过冷温度区间可以分为两个明显不同的阶段,潜在结晶核心出现在过冷液体较低温区.过冷熔体钾在形核初期,二十面体团簇结构在-弛豫阶段逐渐解体,同时具有体心立方(bcc)结构的潜在结晶核心逐步形成,其临界晶核包含约300个原子.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51101022, 50831003)和中央高校基本科研业务费专项基金(批准号: K50511700006, CHD2012JC096)资助的课题.
    [1]

    Kelton K F 1991 Solid State Physics (New York: Academic) pp75-178

    [2]

    Gasser U, Weeks E R, Schofield A, Pusey P N, Weitz D A 2001Science 292 258

    [3]

    Egami T 2007 J. Non-Cryst. Solids 353 3666

    [4]

    Kelton K F, Gangopadhyay A K, Kim T H, Lee G W 2006 J. Non-Cryst. Solids 352 5318

    [5]

    Frank F C 1952 Proc. R. Soc. London A 215 43

    [6]

    Yu D Q, Chen M, Yang H, Lü Y J 2009 Phil. Mag. Lett. 89 44

    [7]

    Yu D Q, Chen M, Han X J 2005 Phys. Rev. E 72 051202

    [8]

    Chen K Y, Liu H B, Li X P, Han Q Y, Hu Z Q 1995 J. Phys.:Condens. Matter 7 2379

    [9]

    Wang L, Li H, Bian X F, Sun M H, Liu X F, Liu H B, Chen K Y2000 Acta Phys. Sin. 49 45 (in Chinese) [王丽, 李辉, 边秀房, 孙民华, 刘相法,刘洪波, 陈魁英 2000 物理学报 49 45]

    [10]

    Wang H L, Wang X X, Wang Y, Liang H Y 2007 Acta Phys. Sin.56 1489 (in Chinese)[王海龙, 王秀喜, 王宇, 梁海弋 2007 物理学报 56 1489]

    [11]

    Pang H, Jin Z H, Lu K 2003 Phys. Rev. B 67 094113

    [12]

    Liu J, Zhao J Z, Hu Z Q 2006 Appl. Phys. Lett. 89 031903

    [13]

    Wang L, Peng C, Wang Y, Zhang Y 2006 Phys. Lett. A 350 69

    [14]

    Lai S K, Chen H C 1995 J. Phys.: Condens. Matter 7 1499

    [15]

    González D J, González L E, López J M, Stott M J 2004 Phys.Rev. B 69 031205

    [16]

    Haberland H, Hippler T, Donges J, Kostko O, Schmidt M, vonIssendorff B 2005 Phys. Rev. Lett. 94 035701

    [17]

    Hou Z Y, Liu R S, Liu H R, Tian Z A, Wang X, Zhou Q Y, ChenZ H 2007 J. Chem. Phys. 127 174503

    [18]

    Hou Z Y, Liu L X, Liu R S 2009 Acta Phys. Sin. 58 4817 (inChinese) [侯兆阳, 刘丽霞, 刘让苏 2009 物理学报 58 4817]

    [19]

    Hou Z Y, Liu L X, Liu R S, Tian Z A, Wang J G 2010 J. Appl.Phys. 107 083511

    [20]

    Wang S, Lai S K 1980 J. Phys. F 10 2717

    [21]

    Li D H, Li X R, Wang S 1986 J. Phys. F 16 309

    [22]

    Jin Z H, Lu K, Gong Y D, Hu Z Q 1997 J. Chem. Phys. 106 8830

    [23]

    Hoover W G, Ladd A J C, Moran B 1982 Phys. Rev. Lett. 481818

    [24]

    Evans D J 1983 J. Chem. Phys. 78 3297

    [25]

    Waseda Y 1980 The Structure of Non-Crystalline Materials (NewYork: McGraw-Hill)

    [26]

    Shimoji M (Translated by Guo G Q) 1987 Liquid Metal (Beijing:Science Press) p219 (in Chinese) [下地光雄 著, 郭淦钦 译 1987 液态金属 (北京:科学出版社) 第219页]

    [27]

    Honeycut J D, Andersen H C 1987 J. Phys. Chem. 91 4950

    [28]

    Kob W 1999 J. Phys.: Condens. Matter 11 R85

    [29]

    Kon W, Andersen H C 1994 Phys. Rev. Lett. 73 1376

    [30]

    Qi D W, Wang S 1991 Phys. Rev. B 44 884

    [31]

    Nelson D R 1983 Phys. Rev. B 28 5515

  • [1]

    Kelton K F 1991 Solid State Physics (New York: Academic) pp75-178

    [2]

    Gasser U, Weeks E R, Schofield A, Pusey P N, Weitz D A 2001Science 292 258

    [3]

    Egami T 2007 J. Non-Cryst. Solids 353 3666

    [4]

    Kelton K F, Gangopadhyay A K, Kim T H, Lee G W 2006 J. Non-Cryst. Solids 352 5318

    [5]

    Frank F C 1952 Proc. R. Soc. London A 215 43

    [6]

    Yu D Q, Chen M, Yang H, Lü Y J 2009 Phil. Mag. Lett. 89 44

    [7]

    Yu D Q, Chen M, Han X J 2005 Phys. Rev. E 72 051202

    [8]

    Chen K Y, Liu H B, Li X P, Han Q Y, Hu Z Q 1995 J. Phys.:Condens. Matter 7 2379

    [9]

    Wang L, Li H, Bian X F, Sun M H, Liu X F, Liu H B, Chen K Y2000 Acta Phys. Sin. 49 45 (in Chinese) [王丽, 李辉, 边秀房, 孙民华, 刘相法,刘洪波, 陈魁英 2000 物理学报 49 45]

    [10]

    Wang H L, Wang X X, Wang Y, Liang H Y 2007 Acta Phys. Sin.56 1489 (in Chinese)[王海龙, 王秀喜, 王宇, 梁海弋 2007 物理学报 56 1489]

    [11]

    Pang H, Jin Z H, Lu K 2003 Phys. Rev. B 67 094113

    [12]

    Liu J, Zhao J Z, Hu Z Q 2006 Appl. Phys. Lett. 89 031903

    [13]

    Wang L, Peng C, Wang Y, Zhang Y 2006 Phys. Lett. A 350 69

    [14]

    Lai S K, Chen H C 1995 J. Phys.: Condens. Matter 7 1499

    [15]

    González D J, González L E, López J M, Stott M J 2004 Phys.Rev. B 69 031205

    [16]

    Haberland H, Hippler T, Donges J, Kostko O, Schmidt M, vonIssendorff B 2005 Phys. Rev. Lett. 94 035701

    [17]

    Hou Z Y, Liu R S, Liu H R, Tian Z A, Wang X, Zhou Q Y, ChenZ H 2007 J. Chem. Phys. 127 174503

    [18]

    Hou Z Y, Liu L X, Liu R S 2009 Acta Phys. Sin. 58 4817 (inChinese) [侯兆阳, 刘丽霞, 刘让苏 2009 物理学报 58 4817]

    [19]

    Hou Z Y, Liu L X, Liu R S, Tian Z A, Wang J G 2010 J. Appl.Phys. 107 083511

    [20]

    Wang S, Lai S K 1980 J. Phys. F 10 2717

    [21]

    Li D H, Li X R, Wang S 1986 J. Phys. F 16 309

    [22]

    Jin Z H, Lu K, Gong Y D, Hu Z Q 1997 J. Chem. Phys. 106 8830

    [23]

    Hoover W G, Ladd A J C, Moran B 1982 Phys. Rev. Lett. 481818

    [24]

    Evans D J 1983 J. Chem. Phys. 78 3297

    [25]

    Waseda Y 1980 The Structure of Non-Crystalline Materials (NewYork: McGraw-Hill)

    [26]

    Shimoji M (Translated by Guo G Q) 1987 Liquid Metal (Beijing:Science Press) p219 (in Chinese) [下地光雄 著, 郭淦钦 译 1987 液态金属 (北京:科学出版社) 第219页]

    [27]

    Honeycut J D, Andersen H C 1987 J. Phys. Chem. 91 4950

    [28]

    Kob W 1999 J. Phys.: Condens. Matter 11 R85

    [29]

    Kon W, Andersen H C 1994 Phys. Rev. Lett. 73 1376

    [30]

    Qi D W, Wang S 1991 Phys. Rev. B 44 884

    [31]

    Nelson D R 1983 Phys. Rev. B 28 5515

  • [1] 刘让苏, 覃树萍, 侯兆阳, 陈晓莹, 刘凤翔. 液态金属In凝固过程中微观结构转变的模拟研究. 物理学报, 2004, 53(9): 3119-3124. doi: 10.7498/aps.53.3119
    [2] 徐春龙, 侯兆阳, 刘让苏. Ca70Mg30金属玻璃形成过程热力学、 动力学和结构特性转变机理的模拟研究. 物理学报, 2012, 61(13): 136401. doi: 10.7498/aps.61.136401
    [3] 武振伟, 汪卫华. 非晶态物质原子局域连接度与弛豫动力学. 物理学报, 2020, 69(6): 066101. doi: 10.7498/aps.69.20191870
    [4] 张兆慧, 韩 奎, 李海鹏, 唐 刚, 吴玉喜, 王洪涛, 白 磊. Langmuir-Blodgett膜摩擦分子动力学模拟和机理研究. 物理学报, 2008, 57(5): 3160-3165. doi: 10.7498/aps.57.3160
    [5] 颜克凤, 李小森, 孙丽华, 陈朝阳, 夏志明. 储氢笼型水合物生成促进机理的分子动力学模拟研究. 物理学报, 2011, 60(12): 128801. doi: 10.7498/aps.60.128801
    [6] 张英杰, 肖绪洋, 李永强, 颜云辉. 分子动力学模拟Cu(010)基体对负载Co-Cu双金属团簇熔化过程的影响. 物理学报, 2012, 61(9): 093602. doi: 10.7498/aps.61.093602
    [7] 司丽娜, 郭丹, 雒建斌. 氧化硅团簇切削单晶硅粗糙峰的分子动力学模拟研究. 物理学报, 2012, 61(16): 168103. doi: 10.7498/aps.61.168103
    [8] 王松有, 王昶清, 贾 瑜, 马丙现, 秦 臻, 王 飞, 武乐可, 李新建. 不同温度下Si(001)表面各种亚稳态结构的分子动力学模拟. 物理学报, 2005, 54(9): 4313-4318. doi: 10.7498/aps.54.4313
    [9] 夏冬, 王新强. 超细Pt纳米线结构和熔化行为的分子动力学模拟研究. 物理学报, 2012, 61(13): 130510. doi: 10.7498/aps.61.130510
    [10] 颜笑, 辛子华, 张娇娇. 碳硅二炔结构及性质分子动力学模拟研究. 物理学报, 2013, 62(23): 238101. doi: 10.7498/aps.62.238101
    [11] 张兆慧, 李海鹏, 韩奎. 纳米摩擦中极性有机分子超薄膜的结构、对称性及能量机理. 物理学报, 2013, 62(15): 158701. doi: 10.7498/aps.62.158701
    [12] 梁永超, 刘让苏, 朱轩民, 周丽丽, 田泽安, 刘全慧. 液态Mg7Zn3合金快速凝固过程中微观结构演变机理的模拟研究. 物理学报, 2010, 59(11): 7930-7940. doi: 10.7498/aps.59.7930
    [13] 侯兆阳, 刘让苏, 田泽安, 刘丽霞. Al-Mg合金熔体快速凝固过程中微观结构演化机理的模拟研究. 物理学报, 2009, 58(7): 4817-4825. doi: 10.7498/aps.58.4817
    [14] 杨 弘, 陈 民. 深过冷液态Ni2TiAl合金热物理性质的分子动力学模拟. 物理学报, 2006, 55(5): 2418-2421. doi: 10.7498/aps.55.2418
    [15] 谢 朝, 侯 氢, 汪 俊, 孙铁英, 龙兴贵, 罗顺忠. 金属钛中氦团簇融合的分子动力学模拟. 物理学报, 2008, 57(8): 5159-5164. doi: 10.7498/aps.57.5159
    [16] 叶子燕, 张庆瑜. 低能Pt原子团簇沉积过程的分子动力学模拟. 物理学报, 2002, 51(12): 2798-2803. doi: 10.7498/aps.51.2798
    [17] 周边, 杨亮. 分子动力学模拟冷却速率对非晶合金结构与变形行为的影响. 物理学报, 2020, 69(11): 116101. doi: 10.7498/aps.69.20191781
    [18] 李 鹏, 宁西京, 王 音. C36团簇自组装的分子动力学研究. 物理学报, 2005, 54(6): 2847-2852. doi: 10.7498/aps.54.2847
    [19] 马天宝, 胡元中, 王 慧. 超薄类金刚石膜生长和结构特性的分子动力学模拟. 物理学报, 2006, 55(6): 2922-2927. doi: 10.7498/aps.55.2922
    [20] 陈育祥, 谢国锋, 马颖, 周益春. BaTiO3晶体结构及弹性的分子动力学模拟. 物理学报, 2009, 58(6): 4085-4089. doi: 10.7498/aps.58.4085
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-04-11
  • 修回日期:  2011-07-12
  • 刊出日期:  2012-03-05

过冷液体钾形核初期微观动力学机理的模拟研究

  • 1. 西安电子科技大学数学系, 西安 710071;
  • 2. 长安大学应用物理系, 西安 710064;
  • 3. 湖南大学物理与微电子科学学院, 长沙 410082
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 51101022, 50831003)和中央高校基本科研业务费专项基金(批准号: K50511700006, CHD2012JC096)资助的课题.

摘要: 采用分子动力学方法对液态金属钾凝固过程进行了模拟,根据凝固过程体系平均原子能量、原子成键类型和成团类型,以及均方位移和非Gauss参数等动力学参数的演化特征,对过冷熔体形核初期微观动力学机理进行了研究.结果表明:根据过冷液体钾结晶形核过程热力学、动力学和结构特性的演化规律, 其过冷温度区间可以分为两个明显不同的阶段,潜在结晶核心出现在过冷液体较低温区.过冷熔体钾在形核初期,二十面体团簇结构在-弛豫阶段逐渐解体,同时具有体心立方(bcc)结构的潜在结晶核心逐步形成,其临界晶核包含约300个原子.

English Abstract

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