熔融SiO2中原子自扩散性质的分子动力学模拟

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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．