Статистико-геометрический анализ структуры однокомпонентных простых жидкостей

• Автор: Куц, Дмитрий Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 119 с. : ил.

Оглавление
Введение

1 Методы анализа структуры однокомпонентных жидкостей. Обзор литературы

1.1 Возникновение современных представлений о структуре

жидкости

1.2 Структурные изменения в жидкой фазе

1.3 Проблемы получения и анализа экспериментальных данных о структуре жидкостей

1.4 Изучение модельных систем

1.4.1 Механические модели

1.4.2 Компьютерные модели

1.4.3 Подходы к описанию структуры моделей
1.5 Выводы
2 Методика анализа структуры неупорядоченных систем различной плотности
2.1 Методика выделения элементов межчастичного пространства
2.2 Методика стравнения систем различной атомной плотности. Построение параметра п

2.3 Сравнение различных методов анализа разбиения Вороного - Делоне
2.4 Выводы
3 Структура простых жидкостей при разных термодинамических условиях
3.1 Модель твердых сфер
3.1.1 Построения моделей твердых сфер
3.1.2 Структурные изменения в модели твердых сфер
3.1.3 Анализ межчастичного пространства
модели твердых сфер
3.2 Модель Леннард-Джонса
3.2.1 Общие свойства и построение моделей
3.2.2 Анализ структуры моделей Леннарда-Джонса
3.2.3 Поведение
физических свойств Леннард-Джонсовских веществ при переходе к разреженным состояниям
3.3 Выводы
4 Изменение структуры металлических расплавов
4.1 Источники моделей (Св, КЬ, Нд, Де, Єа, Аи)
4.2 Анализ структуры моделей
4.3 Изменения свойств расплавов и изменения их структуры .
4.4 Выводы
Основные результаты и выводы диссертации
Литература

Введение
Актуальность темы. Изучение структуры неупорядоченных систем является важной задачей физики конденсированного состояния. Простые жидкости (межчастичный потенциал взаимодействия в которых можно считать парным, сферически симметричным и не насыщаемым) образуют широкий класс неупорядоченных систем. К простым жидкостям относят металлические расплавы, сжиженные инертные газы и некоторые молекулярные ЖИДКОСТИ, например, жидкие О2, N2, СО-2- Подобные вещества используются в промышленности как высокотемпературные теплоносители [1, 2], используются в технологиях суперкритической экстракции [3], применяются как активные среды в технологиях синтеза [4] и модифицирования полимеров [5]. Возможность варьирования физико-химических свойств простых жидкостей путем изменения термодинамических параметров используется как дополнительный способ воздействия на ход технологических процессов [6]. В жидкой фазе простых систем наблюдаются аномалии температурных зависимостей различных физических свойств, однако вопрос описания структурных изменений при этом остается нерешенным.
Экспериментальное изучение структуры жидкого состояния основано на данных дифракционных экспериментов и затруднено невозможностью извлечения из них информации о закономерностях взаимного расположения более чем двух частиц. Данные, полученные методами компьютерного моделирования, дополняют результаты эксперимента. Моделирова-

где Ть = 0,018, Оь = 0,03 - калибровочные значения для мер тетраэдрич-ночти и октаэдричности, которые были определены при рассмотрении моделей нагретых кристаллов [58]. Значение S позволяет оцепить упорядоченность ближайшего окружения: симплексы с малыми значениями такой меры образуют кристаллические фрагменты системы.
Наличие максимумов в распределении симплексов по величинам Т и О вблизи нуля у нагретых кристаллов и аморфных веществ указывает на присутствие в системе заметных долей соответствующих конфигураций (тетраэдрической, октаэдрической). Отметим, что в жидкой фазе таких максимумов нет [58]. Поскольку данные меры изначально были построены для обнаружения в системе кристаллических фрагментов, то для разреженных систем (например, для жидкостей вдали от точки плавления) они оказываются мало чувствительными к структурным изменениям.
В заключение стоит отметить, что для анализа структуры компьютерных моделей существует целый ряд методов, однако они направлены на выделение в изучаемой системе элементов кристаллического упорядочения: параметры порядка принимают экстремальные значения для кристаллических фрагментов. Такие параметры порядка информативны при изучении структуры плотных систем: систем в аморфном состоянии, жидкостей и кристаллов вблизи точки плавления. Для простых жидкостей вдали от точки кристаллизации традиционный подход требует существенного пересмотра.
1.5 Выводы
В различных экспериментах с реальными жидкостями и их механическими моделями было обнаружено, что во взаимном расположении атомов жидкости присутствуют определенные закономерности. При нагревании и увеличении давления экспериментально обнаружены суше-