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KDP晶体固-液界面吸附行为的分子模拟研究

周广刚 卢贵武 矫玉秋 李英峰 王坤 于养信

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KDP晶体固-液界面吸附行为的分子模拟研究

周广刚, 卢贵武, 矫玉秋, 李英峰, 王坤, 于养信

A molecular simulation study on adsorption behavior of solid-liquid interface in KDP crystal

Zhou Guang-Gang, Lu Gui-Wu, Jiao Yu-Qiu, Li Ying-Feng, Wang Kun, Yu Yang-Xin
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  • 通过构建晶体表面-KDP分子界面吸附结构模型, 采用分子动力学和密度泛函计算方法研究KDP分子在(001)和(010)面吸附的物理化学过程, 考察了温度对物理吸附行为的影响. 研究表明: KDP晶体表面的吸附过程和生长习性主要由化学吸附主导, 化学吸附能的计算表明[K-O8]基元在(001)界面的结合能是(010)界面结合能的2.86倍; 在饱和温度附近, [H2PO4]-阴离子在KDP界面的物理结合能随温度的变化呈现振荡特征, 溶液中有较多的离子团簇形成, 溶液变得很不稳定; 当温度从323 K降低至308 K时, 水分子在界面的结合能总体呈下降趋势, 而KDP分子在界面的吸附能总体呈上升趋势, 脱水过程是水分子和[H2PO4]-阴离子在固液界面边界层竞争吸附的结果. 研究结果对确足晶体生长界面动力学过程发展和完善晶体生长理论有重要意义.
    Through building “surface-molecule” interfacial adsorption structure model, the physical and the chemical absorptions of (001) interface and (010) interface of KDP crystal are studied by using molecular dynamics and density functional theory method, and the effect of temperature on physical absorption behavior is investigated. The result indicates that the absorption process and the growth habit of KDP surface are dominated by the chemical absorption, and the binding energy on (001) surface is 2.86 times that on (010) surface of KDP crystal. Near the saturation temperature, the binding energy between [H2PO4]- anion and crystal surface presents obviously an oscillation characteristic with the temperature varying, and the solution becomes unstable with the formation of anion clusters. With temperature decreasing from 323 K to 308 K, the binding energy of H2O decreases in general, but the binding energy of KDP molecular increases obviously, which indicates the dehydration process results from the competitive absorption between H2O and [H2PO4]-. The results obtained are of significance in identifying the surface kinetics process and developing more sophisticated crystal growth theories.
    • 基金项目: 教育部科学技术研究重点项目基金(批准号: 108023)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the Key Project of Chinese Ministry of Education (Grant No. 108023).
    [1]

    Chen J C, Huang Y S, Wei P C 1985 Acta Phys. Sin. 34 377 (in Chinese) [陈金长, 黄依森, 魏培才 1985 物理学报 34 377]

    [2]

    Wang X D, Li MW, Cao Y C, Liu Y S 2010 J. Synth. Cryst. 39 88 (in Chinese) [王晓丁, 李明伟, 曹亚超, 刘玉姗 2010 人工晶体学报 39 88]

    [3]

    Wang B, Xu X G, Wang S L 2008 J. Synth. Cryst. 37 1042 (in Chinese) [王波, 许心光, 王圣来 2008 人工晶体学报 37 1042]

    [4]

    Zhang K C, Wang X M 1994 Nonlinear Optical Crystal Material Science (2nd Ed.) (Beijing: Science Press) pp 124–133 (in Chinese) [张克从, 王希敏 1994 非线性光学晶体材料科学 (第二版) 北京: 科学出版社) 第124-133页]

    [5]

    Zhong W Z, Yu X L, Luo H, Cheng Z K, Hua S K 1998 Sci. Chin. (Ser. E) 28 320 (in Chinese) [仲维卓, 于锡铃, 罗豪, 程振翔, 华素坤 1998 中国科学 (E辑) 28 320]

    [6]

    Lu G W, Xia H R, Sun D L, Zheng W Q, Sun X, Gao Z S, Wang J Y 2001 Phys. Status Solidi 188 1071

    [7]

    Stack A G, Rustad J R, DeYoreo J J, Land T A, Casey W H 2004 J. Phys. Chem. B 108 18284

    [8]

    Asakuma Y, Li Q, Ang H M, Tade M, Maeda K, Fukui K 2008 Appl. Surf. Sci. 254 4524

    [9]

    Ren X, Xu D L, Xue D F 2008 J. Cryst. Growth 310 2005

    [10]

    Diao L C, Huang B R 2003 J. Synth. Cryst. 32 631 (in Chinese) [刁立臣, 黄炳荣 2003 人工晶体学报 32 631]

    [11]

    Teng B, Zhong D G, Yu Z H, Li X B, Wang D J, Wang Q G, Zhao Y H, Chen S O, Yu T 2009 J. Cryst. Growth 311 716

    [12]

    Zhang X F, Lu G W, Wen X M, Yang H 2009 Appl. Surf. Sci. 255 6493

    [13]

    Mullin J W 1997 Crystallization (3rd Ed.) (Oxford: Butterworth- Heinemann) p438

    [14]

    Zhou G G, Lu G W, Yu Y H, Zhang W S, Zhao K 2010 Chin. J. Lasers 37 1342 (in Chinese) [周广刚, 卢贵武, 于迎辉, 张万松, 赵昆 2010 中国激光 37 1342]

    [15]

    Xu D L, Xue D F 2006 J. Cryst. Growth 286 108

    [16]

    Lu G W, Xia H R, Zhang S Q, Sun X, Gao Z S, Wang J Y 2001 J. Cryst. Growth 233 730

    [17]

    Lu G W, Sun X 2002 Cryst. Res. Technol. 37 93

    [18]

    Wang K, Lu G W, Zhou G G, Yang H W, Su D D 2010 Chin. J. Chem. Phys. 23 160

  • [1]

    Chen J C, Huang Y S, Wei P C 1985 Acta Phys. Sin. 34 377 (in Chinese) [陈金长, 黄依森, 魏培才 1985 物理学报 34 377]

    [2]

    Wang X D, Li MW, Cao Y C, Liu Y S 2010 J. Synth. Cryst. 39 88 (in Chinese) [王晓丁, 李明伟, 曹亚超, 刘玉姗 2010 人工晶体学报 39 88]

    [3]

    Wang B, Xu X G, Wang S L 2008 J. Synth. Cryst. 37 1042 (in Chinese) [王波, 许心光, 王圣来 2008 人工晶体学报 37 1042]

    [4]

    Zhang K C, Wang X M 1994 Nonlinear Optical Crystal Material Science (2nd Ed.) (Beijing: Science Press) pp 124–133 (in Chinese) [张克从, 王希敏 1994 非线性光学晶体材料科学 (第二版) 北京: 科学出版社) 第124-133页]

    [5]

    Zhong W Z, Yu X L, Luo H, Cheng Z K, Hua S K 1998 Sci. Chin. (Ser. E) 28 320 (in Chinese) [仲维卓, 于锡铃, 罗豪, 程振翔, 华素坤 1998 中国科学 (E辑) 28 320]

    [6]

    Lu G W, Xia H R, Sun D L, Zheng W Q, Sun X, Gao Z S, Wang J Y 2001 Phys. Status Solidi 188 1071

    [7]

    Stack A G, Rustad J R, DeYoreo J J, Land T A, Casey W H 2004 J. Phys. Chem. B 108 18284

    [8]

    Asakuma Y, Li Q, Ang H M, Tade M, Maeda K, Fukui K 2008 Appl. Surf. Sci. 254 4524

    [9]

    Ren X, Xu D L, Xue D F 2008 J. Cryst. Growth 310 2005

    [10]

    Diao L C, Huang B R 2003 J. Synth. Cryst. 32 631 (in Chinese) [刁立臣, 黄炳荣 2003 人工晶体学报 32 631]

    [11]

    Teng B, Zhong D G, Yu Z H, Li X B, Wang D J, Wang Q G, Zhao Y H, Chen S O, Yu T 2009 J. Cryst. Growth 311 716

    [12]

    Zhang X F, Lu G W, Wen X M, Yang H 2009 Appl. Surf. Sci. 255 6493

    [13]

    Mullin J W 1997 Crystallization (3rd Ed.) (Oxford: Butterworth- Heinemann) p438

    [14]

    Zhou G G, Lu G W, Yu Y H, Zhang W S, Zhao K 2010 Chin. J. Lasers 37 1342 (in Chinese) [周广刚, 卢贵武, 于迎辉, 张万松, 赵昆 2010 中国激光 37 1342]

    [15]

    Xu D L, Xue D F 2006 J. Cryst. Growth 286 108

    [16]

    Lu G W, Xia H R, Zhang S Q, Sun X, Gao Z S, Wang J Y 2001 J. Cryst. Growth 233 730

    [17]

    Lu G W, Sun X 2002 Cryst. Res. Technol. 37 93

    [18]

    Wang K, Lu G W, Zhou G G, Yang H W, Su D D 2010 Chin. J. Chem. Phys. 23 160

  • [1] 周明锦, 侯氢, 潘荣剑, 吴璐, 付宝勤. 锆铌合金的特殊准随机结构模型的分子动力学研究. 物理学报, 2021, 70(3): 033103. doi: 10.7498/aps.70.20201407
    [2] 王艳, 徐进良, 李文, 刘欢. 超临界Lennard-Jones流体结构特性分子动力学研究. 物理学报, 2020, 69(7): 070201. doi: 10.7498/aps.69.20191591
    [3] 李锐, 刘腾, 陈翔, 陈思聪, 符义红, 刘琳. 界面结构对Cu/Ni多层膜纳米压痕特性影响的分子动力学模拟. 物理学报, 2018, 67(19): 190202. doi: 10.7498/aps.67.20180958
    [4] 张忠强, 李冲, 刘汉伦, 葛道晗, 程广贵, 丁建宁. 石墨烯碳纳米管复合结构渗透特性的分子动力学研究. 物理学报, 2018, 67(5): 056102. doi: 10.7498/aps.67.20172424
    [5] 袁伟, 彭海波, 杜鑫, 律鹏, 沈扬皓, 赵彦, 陈亮, 王铁山. 分子动力学模拟钠硼硅酸盐玻璃电子辐照诱导的结构演化效应. 物理学报, 2017, 66(10): 106102. doi: 10.7498/aps.66.106102
    [6] 陈基, 冯页新, 李新征, 王恩哥. 基于路径积分分子动力学与热力学积分方法的高压氢自由能计算. 物理学报, 2015, 64(18): 183101. doi: 10.7498/aps.64.183101
    [7] 张金平, 张洋洋, 李慧, 高景霞, 程新路. 纳米铝热剂Al/SiO2层状结构铝热反应的分子动力学模拟. 物理学报, 2014, 63(8): 086401. doi: 10.7498/aps.63.086401
    [8] 赵凤岐, 张敏, 李志强, 姬延明. 纤锌矿In0.19Ga0.81N/GaN量子阱中光学声子和内建电场对束缚极化子结合能的影响. 物理学报, 2014, 63(17): 177101. doi: 10.7498/aps.63.177101
    [9] 张程宾, 程启坤, 陈永平. 分形结构纳米复合材料热导率的分子动力学模拟研究. 物理学报, 2014, 63(23): 236601. doi: 10.7498/aps.63.236601
    [10] 肖红星, 龙冲生. UO2 晶体中低密勒指数晶面表面能的分子动力学模拟. 物理学报, 2013, 62(10): 103104. doi: 10.7498/aps.62.103104
    [11] 周化光, 林鑫, 王猛, 黄卫东. Cu固液界面能的分子动力学计算. 物理学报, 2013, 62(5): 056803. doi: 10.7498/aps.62.056803
    [12] 王文娟, 王海龙, 龚谦, 宋志棠, 汪辉, 封松林. 外电场对InGaAsP/InP量子阱内激子结合能的影响. 物理学报, 2013, 62(23): 237104. doi: 10.7498/aps.62.237104
    [13] 孟振华, 李俊斌, 郭永权, 王义. 稀土元素的价电子结构和熔点、结合能的关联性. 物理学报, 2012, 61(10): 107101. doi: 10.7498/aps.61.107101
    [14] 马文, 祝文军, 陈开果, 经福谦. 晶界对纳米多晶铝中冲击波阵面结构影响的分子动力学研究. 物理学报, 2011, 60(1): 016107. doi: 10.7498/aps.60.016107
    [15] 徐本富, 杨传路, 童小菲, 王美山, 马晓光, 王德华. FenO+m(n+m=4)团簇的构型、电子结构特征和磁性. 物理学报, 2010, 59(11): 7845-7849. doi: 10.7498/aps.59.7845
    [16] 张林, 张彩碚, 祁阳. 低温下Au959团簇负载于MgO(100)表面后结构变化的分子动力学研究. 物理学报, 2009, 58(13): 53-S57. doi: 10.7498/aps.58.53
    [17] 刘建廷, 段海明. 不同势下铱团簇结构和熔化行为的分子动力学模拟. 物理学报, 2009, 58(7): 4826-4834. doi: 10.7498/aps.58.4826
    [18] 周宗荣, 王 宇, 夏源明. γ-TiAl金属间化合物面缺陷能的分子动力学研究. 物理学报, 2007, 56(3): 1526-1531. doi: 10.7498/aps.56.1526
    [19] 张 林, 王绍青, 叶恒强. 大角度Cu晶界在升温、急冷条件下晶界结构的分子动力学研究. 物理学报, 2004, 53(8): 2497-2502. doi: 10.7498/aps.53.2497
    [20] 梁海弋, 王秀喜, 吴恒安, 王宇. 纳米多晶铜微观结构的分子动力学模拟. 物理学报, 2002, 51(10): 2308-2314. doi: 10.7498/aps.51.2308
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出版历程
  • 收稿日期:  2010-11-22
  • 修回日期:  2011-03-29
  • 刊出日期:  2012-01-05

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