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《熔融SiO2中原子自扩散性质的分子动力学模拟》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、2013年9月,第19卷,第3期,456—462页高校地质学报September2013,Vo1.19,No.3,P.456—462GeologicalJournalofChinaUniversities熔融SiO2中原子自扩散性质的分子动力学模拟孙义程,周会群,尹坤,黄倩,徐士进南京大学地球科学与37-程学院,南京210093摘要:研究地幔熔体中元素的扩散性质有着重要的意义,因其影响着元素的交换和分馏过程。SiO作为地幔组成的重要组分之一,其物理化学行为对于地幔动力学过程有着重要的意义。本文研究了SiO熔体中元素的扩散机制和自扩散系数与压力的关系
2、,采用Morsestreteh势场对含有4500个原子的熔融SiO体系进行了分子动力学模拟,计算了硅氧自扩散系数在3000K温度下随压力的变化。模拟结果显示,在0.000140GPa的压力区间,硅氧元素的自扩散系数均先上升后下降,在l7.5GPa时达到最大值,0原子的扩散速率略高于si原子。硅氧元素的扩散方式为缺陷控制运移机制,其中硅原子的五配位结构的形成是关键,为导致扩散系数随压力增大而上升的主要原因,扩散系数的最大值意味着SiO。熔体中5配位硅形成机制的改变。本文也计算了单位[SiO,]的平均体积和压力的关系,结果与实验很吻合。关键词:Mors
3、estretch势场;自扩散系数;SiO;分子动力学中图分类号:P594文献标识码:A文章编号:1006—7493(2013)03—456—07MolecularDynamicsStudyofSelf-DiffusionofSilicaandOxygeninSilicaMeltSUNYicheng,ZHOUHuiqun,YINKun,HUANGQian,XUShijinSchoolofEarthSciencesandEngineering,NanjingUniversity,Nanjing210093,ChinaAbstract:Thediffus
4、ivityofelementsinmineralcontrolstheprocessesofionexchange.isotopefraetionation.andphasetransition.AsoneofthemostimportantcomponentsofsilicatemeltsSiO,playsaveryimportantroleintheearthmantlestructureandthedynamicsprocess.Thispaperfocusesontheiondiffusionmechanisminsilicameltand
5、thecorrespondingpressurewhenthesel~diffusioncoeficientreachesitsmaximumvalue.WecalculatedthechangingprocessofSiand0ions,self-difusi0ncoemcientattemperaturesof3000KbyusingthemoleculardynamicsfMD1simulationwhichcontains4500ionsinthesilicameltwithMorsestretchpotentia1.Calculation
6、sshowthatbothSiand0self-diffusioneoeficientsinereaseatinitialcompressi0nandreaehmaximumvaluesat17.5GPa.Self-difusioncoefficientsfor0areslightlygreaterthanthatforSi.TheSiand0ions'diffusionfeatureiscausedbyadefct—controlledtransportmechanismandthefive—foldcoordinationstructureof
7、Siionisthemainreasonfortheriseofthediffusioneoefficientsinaeeordwiththeincreasingpressure.Thefactthatthediffusioncoefficientreachesitsmaximumvaluemeansthechangeintheformationoffive—foldSiintheliquidsilica.Thispaperalsocalculatedtherelationshipbetweentheaveragevolumeof[SiO2]uni
8、tandthepressure,whichagreeswellwiththeresultsofourexperiment.
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