非晶態(tài)金屬的勢(shì)能曲面.pdf

1、我們運(yùn)用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法，采用鑲嵌原子勢(shì)，研究了多種金屬體系的勢(shì)能曲面特點(diǎn)與玻璃形成能力的關(guān)系：
　　1、研究了金屬Cu和Ni3Al在發(fā)生玻璃轉(zhuǎn)變過(guò)程中的勢(shì)能曲面。計(jì)算了兩種金屬的內(nèi)在結(jié)構(gòu)（inherent structure，簡(jiǎn)稱IS），發(fā)現(xiàn)它們的內(nèi)在勢(shì)能在整個(gè)降溫區(qū)間分為三個(gè)階段：高溫時(shí)，內(nèi)在勢(shì)能在一個(gè)較高的能量值附近波動(dòng)；當(dāng)系統(tǒng)的溫度降低到熔點(diǎn)溫度（Tm）時(shí)，內(nèi)在勢(shì)能大幅度減??；當(dāng)體系溫度降到玻璃轉(zhuǎn)變溫度（Tg）時(shí)，內(nèi)在勢(shì)

2、能變得平穩(wěn)。本文將Cu、Ni3Al和Lennard-Jones Binary Mixtures（BMLJ）液體的內(nèi)在勢(shì)能進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)金屬勢(shì)能曲面與BMLJ液體的勢(shì)能曲面存在明顯的差異，與BMLJ液體相比，Cu和Ni3Al在高低溫的內(nèi)在勢(shì)能差值很小，尤其是Cu的內(nèi)在能量幾乎不隨溫度變化，其差值的大小反映了液體的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的強(qiáng)弱。文章統(tǒng)計(jì)了Cu和Ni3Al在不同溫度下內(nèi)在能量的概率分布和內(nèi)在結(jié)構(gòu)的海森矩陣特征值的概率分布，發(fā)現(xiàn)Ni3Al

3、的勢(shì)能曲面比Cu的勢(shì)能曲面更粗糙，更易形成非晶。我們提出了一個(gè)由勢(shì)能曲面計(jì)算流變激活能的新方法，并計(jì)算了Cu和Ni3Al的流變激活能，發(fā)現(xiàn)它們的激活能都隨著溫度的降低而升高，但是Ni3Al的激活能隨溫度降低升高得更快，在玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)附近，Ni3Al的激活能比Cu原子的激活能要高，這與Ni3Al比Cu有更好的玻璃形成能力有著密切的聯(lián)系。
　　2、研究了金屬Au和AuAu＇(Au為正常尺寸的金原子，Au＇為半徑尺寸變大10％的金原子，兩

4、者的原子比例為3:1)在發(fā)生玻璃轉(zhuǎn)變過(guò)程中的勢(shì)能曲面，探討了原子尺寸差效應(yīng)對(duì)勢(shì)能曲面的影響。我們發(fā)現(xiàn)增加原子尺寸差會(huì)導(dǎo)致Au的勢(shì)能曲面發(fā)生顯著的變化：首先，它使高—低溫的內(nèi)在勢(shì)能差變大；其次，導(dǎo)致每個(gè)溫度下內(nèi)在能量分布變寬，勢(shì)能曲面變得粗糙；第三，使得體系的海森矩陣特征值分布曲線的峰值變矮，勢(shì)能曲面上的結(jié)構(gòu)重排方向更少，重排幾率更?。坏谒?，導(dǎo)致過(guò)冷液態(tài)區(qū)的流變激活能隨溫度降低增加更快。以上原子尺寸差效應(yīng)導(dǎo)致的勢(shì)能曲面的所有的變化，都有利