受限熔體的液液相變及凝固行為.pdf

1、以受限空間作為模板利用熔體凝固的方式有可能制備出結(jié)構(gòu)完美、性能優(yōu)良的納米材料。然而，受限熔體的結(jié)構(gòu)和熱力學(xué)性質(zhì)與塊體的不同，并且會對凝固得到的材料結(jié)構(gòu)和性能有遺傳作用。因此，研究受限熔體的結(jié)構(gòu)特性及凝固行為，掌握受限空間對熔體結(jié)構(gòu)及相變的界面效應(yīng)，不僅能完善熔體的相變理論，對于發(fā)展納米材料制備與加工的先進(jìn)技術(shù)也有非常重要的理論指導(dǎo)意義。
　　本文利用分子動力學(xué)模擬方法對受限空間內(nèi)碳化硅熔體的液液相變進(jìn)行了深入研究，探討了受限空間、

2、壓力以及墻體作用力對碳化硅熔體結(jié)構(gòu)的影響以及對液液相變的誘導(dǎo)作用;同時探究了二維鈷熔體在快速凝固過程中的結(jié)構(gòu)演變規(guī)律，揭示了二十面體序與晶體中程序之間的演變關(guān)系。本論文的主要內(nèi)容如下:
　　(1)研究了受限碳化硅熔體的液液相變，并作出了壓力-受限空間相圖。受限熔體的液液相變表現(xiàn)為受縫隙尺寸和側(cè)向壓力控制的層相轉(zhuǎn)變，這一轉(zhuǎn)變過程中伴隨著密度的突變。在層相轉(zhuǎn)變過程中，不同配位結(jié)構(gòu)的空間分布會隨縫隙尺寸和側(cè)向壓力變化而改變。硅原子以三配

3、位結(jié)構(gòu)、四配位結(jié)構(gòu)和五配位結(jié)構(gòu)為主，而碳原子的主導(dǎo)結(jié)構(gòu)為三配位結(jié)構(gòu)。碳原子與硅原子的三配位結(jié)構(gòu)不同會導(dǎo)致近墻層內(nèi)出現(xiàn)微相分離現(xiàn)象。另外，提高墻體作用力會誘發(fā)碳層與硅層之間的分離，這為新型二維碳化硅結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。值得注意的是，根據(jù)液液相變線為負(fù)斜率的壓力-受限空間相圖，液液相變在高壓下主要受縫隙尺寸誘導(dǎo)，而在低壓下，液液相變則主要受側(cè)向壓力誘導(dǎo)。
　　(2)研究了二維純鈷熔體在快速凝固過程中的結(jié)構(gòu)演變。研究發(fā)現(xiàn)，二十面體

4、序?qū)w中程序的形核生長有協(xié)同和釘扎作用。熔體中的二十面體序會與周圍線形短程序協(xié)同形核，并在晶體中程序的生長過程中被逐漸同化為晶體序。但同化過程中消耗能量，使二十面體序表現(xiàn)出釘扎效應(yīng)。在二十面體序的協(xié)同和釘扎效應(yīng)共同作用下，無序的熔體薄膜逐漸演變?yōu)榫哂邪胗行蛎詫m構(gòu)型的非晶結(jié)構(gòu)。這一研究揭示了二十面體序與晶體中程序之問的演變規(guī)律。
　　本論文的研究成果揭示了受限熔體的相變特征及團(tuán)簇結(jié)構(gòu)演變規(guī)律，為受限熔體的液液相變提供了理論依據(jù)，對