碱金属卤化物相变、成核与重结晶的分子动力学模拟

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1、南京工业大学硕士学位论文碱金属卤化物相变、成核与重结晶的分子动力学模拟姓名：王国勋申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：朱小蕾20080603硕士学位论文摘要相变、成核和重结晶是材料科学研究的一个重要方面，也是催化研究领域的重要课题。虽然对其研究已近一个世纪，但由于成核和相变的实验研究难度较大，人们对其微观机理的理解还是有限的。成核、相变和重结晶的分子动力学模拟研究对纳米材料的合成具有指导意义。我们利用Bom．Mayer-Hugg妇相互作用势函数对碱金属卤化物(KF)N，(CsF)N和(KCl)N(N=1

2、08，256，500和864)纳米团簇进行了分子动力学(MD)模拟。为了避免周期性边界条件对相变、成核和重结晶的干扰作用，体系采用了自由边界。基于MD模拟结果，估算和讨论了团簇的熔化温度、熔化焓、热容、扩散系数、成核速率、固液界面自由能、临界核大小等。模拟结果表明，团簇的熔点和熔化焓与团簇半径的倒数呈线性关系，由此推出的大块碱金属卤化物的熔点和熔化焓与大块物质的实验值接近。为了进行成核分析，我们对碱金属卤化物(Ⅺ孙，(CsF)N和哐C1)N(N=256，500和864)纳米团簇进行了骤冷模拟。结果表明，在所研

3、究的温度范围内，成核速率主要依赖于均相成核的指前因子，而扩散系数和界面自由能的变化对指前因子有影响。随着团簇的增大和骤冷温度的升高，成核速率逐渐减小，这与成核理论一致。此外，我们还发现由模拟结果导出的固液界面自由能与Tun】bull关系预测的结果接近。根据成核理论，计算了温度在400~580K(KF为400“00K)范围内的临界核大小。另一方面，在重结晶过程的分析中，我们对(KF)8“和(KCl)864双晶团簇进行了热退火模拟，分析了熔化团簇骤冷过程中的总能量与时间(E-t)的曲线图及其在不同时刻的结构图。通

4、过双晶团簇在不同时刻的结构图观察到了固态团簇的重结晶和晶粒的生长。观察到的重结晶的成核是晶粒间的边界的热波动过程。晶粒边界逐渐移向小的晶粒。经典的成核理论成功地解释了重结晶的成核分子动力学模拟结果。(KF)8“和涨C1)864团簇重结晶的成核速率的数量级为10。4m。·s～，它们的晶粒边界的夹角分别为580和770。关键词：相变成核重结晶退火碱金属卤化物分子动力学模拟ABSTRACTPhase仃a11sition，nucleationaIldrecrystallizationarenot0111y也eimpo

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