Разработка информационно-моделирующего комплекса для исследования и анализа структуры и свойств германатных стекол

• Автор: Кунина, Ольга Сергеевна
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 299 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Список обозначений.

Введение.

Глава 1. Литературный обзор.

1.1. Метод молекулярной динамики.

1.1.1. Расчет траекторий движения частиц.

1.1.2. Периодические граничные условия и число частиц

1.1.3. Межмолекулярные взаимодействия

1.1.4. Вычисляемые величины

1.2. Особенности моделирования некристаллических веществ.

1.2.1. Моделирование простых жидкостей

1.2.2. Моделирование аморфных фаз.
1.2.3. Моделирование ионных систем.
1.3. Построение моделей оксидных систем
1.3.1. Потенциалы межчастичного взаимодействия в оксидах.
1.3.2. Особенности методики построения моделей оксидов.
1.3.3. Основные характеристики структуры некристаллических систем
1.4. Структурные модели стекол.
1.4.1. Составные части структурных моделей стекол
1.4.1.1 Координационные числа сеткообразующих катионов.
1.4.1.2 Распределение валентных углов
1.4.1.3 Связность сетки
1.4.1.4 Размерность
1.4.1.5 Средний порядок
1.4.1.6 Морфология.
1.4.1.7 Свойства конкретных ионов
1.4.1.8 Свободный объем
1.5. Структурные модели гермапатных стекол.
1.6. Постановка задач
Глава 2. Математическое моделирование и исследование структуры и
свойств щелочногерманатных стекол методом молекулярной динамики
2.1. Моделирование структуры и свойств стеклообразною оксида
германия.
2.1.1. Особенности моделирования методом молекулярной динамики
2.1.2. Разработка программного комплекса для обработки результатов
моделирования.
2.1.3. Определение начальной конфигурации для системы оксида германия
2.1.4. Вычисление функций радиального распределения стеклообразного оксида германия
2.1.5. Определение структуры стеклообразного оксида германия
2.1.6. Расчет колебательных характеристик стеклообразного оксида германия
2.1.7. Расчет коэффициентов диффузии ионов в системе Сс.
2.1.8. Основные результаты моделирования системы стеклообразного
оксида германия.
2.2. Моделирование структуры и свойств щелочногерманатных стекол системы Ка0е.
2.2.1. Определение начальной конфигурации систем щелочно
германатных стекол
2.2.2. Вычисление функций радиального распределения для щелочно
германатных стекол
2.2.3. Определение структуры щелочногерманатных стекол.
2.2.4. Расчет колебательных характеристик щелочногерманатных
стекол
2.2.5. Расчет коэффициентов диффузии и электропроводности щелечно
германатных стекол
2.2.6. Основные результаты моделирования щелочногерманатных
стекол
2.3. Изучение влияния увеличения количества атомов в расчетной ячейке на результаты моделирования на примере щелочногерманатных стекол
2.3.1. Определение начальной конфигурации систем щелочно
германатных стекол с учетом увеличения количества атомов в расчетной ячейке
2.3.2. Определение структуры щелочногерманатных стекол при
расчете с увеличенным количеством атомов в расчетной ячейке.
2.3.2.1 Вычисление ФРР для щелочногерманатных стекол при расчете с увеличенным количеством атомов в расчетной ячейке.
2.3.2.2 Расчет координационных чисел щелочногерманатных стекол при расчете с увеличенным количеством атомов в расчетной ячейке
2.3.3. Расчет коэффициентов диффузии щелочногерманатных стекол при расчете с увеличенным количеством атомов в расчетной ячейке
2.3.4. Выводы о целесообразности использования увеличенного
количества атомов в расчетной ячейке
2.4. Выводы но результатам моделирования щелочногерманатных стекол
Глава 3. Моделирование и исследование структуры и свойств свинцово
германатных стекол методом молекулярной динамики.
3.1. Моделирование структуры и свойств свинцовогерманатных стекол системы РЬОбсСЬ.
3.1.1. Определение начальной конфигурации для моделирования
систем свинцовогерманатных стекол
3.1.2. Вычисление функций радиального распределения для свинцово
германатных стекол
3.1.3. Определение структуры моделируемых свинцовогерманатных стекол
3.1.4. Расчет колебательных характеристик свинцовогерманатных стекол
3.1.5. Расчет коэффициентов диффузии и электропроводности в
системах РЬООеО.
3.1.6. Определение температуры стеклования и коэффициента
термического расширения свинцовогерманатных стекол.
3.2. Выводы по результатам моделирования свинцовогерманатных стекол
Глава 4. Моделирование и исследование борогерманатиых стекол
4.1. Моделирование структуры и свойств борогерманатиых стекол системы ЕьОзУЬгОзВгОзСсОг.
4.1.1. Определение начальной конфигурации для систем
борогерманатиых стекол.
4.1.2. Вычисление ФРР моделируемых борогерманатиых стекол
системы ЕгзУЬзВзСс.
4.1.3. Определение структуры стекол системы ЕггОзУЬзОзВзОзСеОг
4.1.4. Расчет колебательных характеристик борогерманатных стекол
4.1.5. Расчет коэффициентов диффузии.
4.2. Исследование процесса нагревания борогерманатиых стекол и поведения структуры в зависимости от температуры.
4.2.1. Определение температуры стеклования борогерманатиых стекол
4.2.2. Расчет коэффициентов диффузии и объемных харктеристик в
системах борогерманатиых стекол
4.2.3. Исследование изменения структуры борогерманатного стекла в
зависимости от температуры.
4.3. Выводы по результатам исследования борогерманатиых стекол
Заключение
Основные результаты и выводы.
Литература


При эВ и 0 структура жидкости оказывается рыхлой р,1 При переходе при постоянных объеме и температуре от состояния идеального газа к системе МО с нейтральными частицами энтропия уменьшается на 3. Больцмана, а при дальнейшем переходе к ионной системе с 2 2 еще на 1. V. Таким образом, кулоновское взаимодействие даст несколько меньший вклад в энтропию жидкости, чем отталкивание ионных оболочек. Литературные данные показывают, что для многих оксидных систем ионная модель позволяет получить данные, которые неплохо согласуются с экспериментальными для таких свойств, как термодинамические, с труктурные, диффузионные и электрохимические подвижность в электрическом поле. БорнаМайера. Усложнение формы потенциалов позволяет точнее описать конкретный объект, но затрудняет задачи прогнозирования свойств сложных систем по данным для простых оксидов. Тем не менее, хорошее понимание особенностей структуры и свойств некристаллических оксидных систем может быть достигнуто сочетанием экспериментальных методов исследования и методов компьютерного моделирования. На первый взгляд, термин структура стекла может показаться нелепым. Как могут вещества, но определению не имеющие дальнего порядка и периодической структуры, обладать структурой, характерной для конкретного состава В то же время известно, что свойства трех разных образцов стекла одного состава, полученных независимо в трех разных лабораториях и отожжнных в одном режиме, в разумных пределах будут одинаковыми. Фундаментальные знания о строении твердого тела позволяют предсказать, что такие стекла обладают если не идентичными, то очень похожими структурами. Следовательно, отсутствие дальнего порядка и периодичности не исключает существование структуры на том уровне, который определяет свойства вещества . Прежние дискуссии о строении стекла были посвящены в основном силикатным стеклам, особенно стеклообразному оксиду кремния и щелочнооксидным стеклам. Первые модели структуры стекол основывались на структурах кристаллов силикатов. Согласно микрокристаллической гипотезе, стекла рассматривались как совокупность очень мелких кристаллов или микрокристаллов. Малыми размерами кристаллов объясняли отсутствие структуры па рентгеновских диафрагмах. Лебедев и другие русские ученые отдавали предпочтение другой версии микрокристаллической модели, которую они назвали кристаллитной моделью. По этой гипотезе, кристаллы отличаются от микрокристаллов тем, что их структуры деформированы, т. Предполагается, что стекло состоит из кристаллов, связанных между собой аморфными участками напоминающими границы зерен. Средний состав стекла определяют с учетом концентрации двух или более соответствующих кристаллических фаз, чьи составы находят под фазой диаграмме изучаемой системы. Б соответствии с кристаллитной гипотезой, свойства стекол некоторой системы связаны с ее фазовой диаграммой. Результаты многих исследований объяснили исходя из того, что точки перегиба на кривых свойствосостав соответствуют составам конкретных кристаллических фаз. Как правило, такие интерпретации весьма сомнительны, поскольку практически нет доказательств существования в стклах остаточной кристалличности. Другие теории, отрицающие существование кристаллитов, также иногда предсказывают изменение зависимости свойствосостав в точках, отвечающих составам кристаллических фаз. Однако, согласно современным представлениям, принятым в науке о стекле, образование новых кристаллических фаз обусловлено такими же изменениями связности сетки, которые приводят и к изменению структуры стекла, а не наличие кристаллической структуры изменяет структуру стекла. Большинство современных структурных моделей стекла, объединнных в гак называемую теорию неупорядоченной сетки, основано на идеях Захариасена. Изначально его работа, уже ставшая классической, предназначалась не для обсуждения структурных моделей, а для объяснения склонности веществ к стеклообразованию, и как таковой термин неупорядоченная сетка не применяется. Каждый атом кислорода связан не более чем с двумя катионами.