Компьютерное атомистическое моделирование твердых растворов замещения в минеральных системах: корунд-гематит-эсколаит, шпинель-магнезиохромит, гроссуляр-уваровит

• Автор: Талис, Роман Александрович
• Шифр специальности: 25.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 147 с. : ил.

Оглавление
Цели и задачи работы;
Научная новизна работы;
Практическая значимость выполненной работы:
Защищаемые положения
Апробация работы
Публикации
Благодарности
ГЛАВА 1. ОСНОВЫ АТОМИСТИЧЕСКОГО КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И ОБЗОР СВОЙСТВ ИССЛЕДУЕМЫХ ТВЕРДЫХ РА СТВОРОВ
1.1.1. Общие положения статического моделирования в частично-ионном приближении
1.1.2. Оценка эффективных зарядов атомов
1.1.3. Упругие свойства кристалла
1.1.4. Термодинамические свойства кристалла и фононныс спектры
1.2. Энергетические аспекты образования твердых растворов замещения
1.3.1. Локальная структура твердых растворов замещения
1.3.2. Современные теоретические подходы к моделированию изоморфных смесей
1.4.1. Особенности компьютерного моделирования твердых растворов замещения и задачи, решаемые программой BINAR
1.4.2. Программа GULP и проблема расположения изоморфных катионов в сверхячейке
1.4.3. Программа RELAX и геометрический подход к поиску параметров релаксации структуры твердого раствора
1.4.4.Программа Binar
1.4.5. Программа G1STOGRAMMA
1.4.6. Программа VOLUME
1.5.1. Структура и свойства системы корунд-гематит-эскалоит
1.5.2. Структуры и свойства твердого раствора системы шпинель-магнезиохромит
1.5.3. Структуры и свойства твердого раствора системы гранат-уваровит
ГЛАВА 2.. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ МИНЕРАЛОВ
2.1. Программа Binar 2.0 для выбора оптимальной атомной конфигурации в рамках заданной сверхячейки
2.2. Программа Gistogramma
2.3. Программа Volume

2.4. Программа RELAX
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА СОГЛАСОВАННЫХ НАБОРОВ ПОТЕНЦИАЛОВ МЕЖАТОМНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ КРАЙНИХ ЧЛЕНОВ ИЗОМОРФНЫХ РЯДОВ Al203-Cr203-Fe203, MgA!204-MgCr204, Ca3Al2[Si04j3-
Ca3Cr2[Si04]3
3.1. Согласованная модель потенциалов для системы корунд-гематит-эсколаит
3.2.Выбор модели парных потенциалов для твердого раствора MgAbCL-MgCCL
3.3. Разработка набора парных потенциалов для твердого раствора Ca3Al2[SiC>4]3-Ca3Cr2[Si04]3
ГЛАВА 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ СОБСТВЕННЫХ И ПРИМЕСНЫХ ДЕФЕКТОВ ДЛЯ КРАЙНИХ ЧЛЕНОВ ИЗОМОРФНЫХ РЯДОВ Al203-Cr203-Fe203, MgAl204-MgCr204y CajA /2[Si04]3-Ca 3Cr2]Si04]3
4.1.1. Классификация дефектов структуры
4.1.2. Методика расчета точечных, одно- и двухмерных дефектов в кристаллах.
Формализм Мотта-Литтлтона
4.2.1. Расчет собственных и примесных дефектов в корунде, гематите и эсколаите
4.2.2. Моделирование точечных дефектов в твердом растворе шпинель-магнезиохромит (MgAl204-MgCr204)
4.2.3. Моделирование точечных дефектов твердого раствора гранат-уваровит СазАЫБКХЕ -Ca3Cr2[SiC>4]3
ГЛАВА 5. РАСЧЕТ СВОЙСТВ СМЕШЕНИЯ ТВЕРДОГО РАСТВОРА КОРУНД-
ЭСКАЛОИТ - ГЕМА ТИТ (AI203-Cr203-Fe203)
5.1 .Расчет свойств смешения твердого раствора тройной системы корунд-эсколаит-гематит (сверхячейка 4x4x1)
5.2. Расчет свойств смешения твердого раствора тройной системы корунд-эсколаит (сверхячейка 8x8x2)
5.3. Расчет свойств смешения твердого раствора шпинель-магнезиохромит (MgAI204-MgCr204)
5.4. Расчет свойств смешения твердых растворов гранат-уваровит Ca3AI2[Si04]3-Ca3Cr2[Si04]3
ГЛАВА 6. АНАЛИЗ ЛОКАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ МИНЕРАЛЬНЫХ ИЗОМОРФНЬГХ
СИСТЕМ AI203-Cr203-Fe203,MgAI204-MgCr204, СазА12[БЮ4]3-Са3Сг2[БЮ4]3
6.1. Расчет локальной структуры твердых растворов корунд-эсколаит, корунд-гематит,
гематит-эсколаит в сверхячейке 4х4х

6.2. Сопоставление результатов моделирования твердого раствора корунд-эсколаит в сверхячейках 4x4x1 и 8x8x2
6.3. Локальная структура твердого раствора MgAl2C>4 - MgCr204
6.4. Локальная структура твердого раствора СазАЫДЮз - СазСггСЫз
6.5.Зависимость параметра релаксации CrO растворах от их структуры
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. МОДИФИЦИРОВАННЫЙ ПАКЕТ КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОГРАММ ODSS
Приложение I -1. Программа Binar 2.0 для выбора оптимальной атомной конфигурации в
рамках заданной сверхячейки
Приложение 1-2. Программа Gistogramma 2.0 для статистического анализа локальной
структуры твердого раствора
Приложение 1-3. Программа Relax 2.0 для оценки сдвигаемостей атомов из своих
регулярных позиций и расчета податливости катионных позиций в структуре
Приложение 1-4. Программа Volume 2.0 для геометрического анализа полиэдров

определяется множество всех рассматриваемых конфигураций. Затем вычисляются величины отклонений от идеальной статистической гистограммы частоты встречаемости разнородных вторых соседей, так называемый критерий у2- Генерация случайных распределений позволяет осуществлять поиск наилучшей конфигурации, конфигурация с наименьшим значением у2 считается наиболее разупорядоченной и записывается во входной файл программы GULP. При этом координаты атомов и их окружения также запоминаются, что позволяет автоматически получать величины межатомных расстояний и параметров сверхячейки.
В качестве примера расчета по программе Binar приведем полученную диаграмму (для наилучшей модельной конфигурации) вероятности числа соседей для системы корунд-эсколаит-гематит состава 1:1:1 (рис. 1-12). Для данного компьютерного эксперимента у2 составляет 1.835 %.
Состав

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Число соседей
Рис. 1-12. Теоретическая и расчетная гистограммы распределения различных связей твердого раствора корунд-эсколаит-гематит для состава 1:1:1 с наилучшей модельной конфигурацией.
Выбор лучшей конфигурации для заданной сверхячейки при определенном составе
наталкивается на две принципиальные трудности. Во-первых, из-за дробных значений
теоретических вероятностей для конечной сверхячейки не существует максимально
неупорядоченной конфигурации с Х2=0- Во-вторых, для сверхячейки с сотнями атомов