TiO2多晶结构的分子动力学研究

采用在经典离子晶体作用势中附加莫尔斯势,并进行必要量子化修正,对ＴｉＯ２的金红石、锐钛矿和板钛矿型晶体结构随温度、压力的变化特性进行分子动力学模拟计算,获得了比以往更为精确的模拟结果,并对高温高压下的结构特性做出了预测性计算模拟．     

金红石型TiO2结构随温度变化的分子动力学模拟

常压下,采用经典离子晶体相互作用势模型,并进行量子化修正,对金红石型TiO2结构随温度变化进行分子动力学模拟,计算了键长、键角、均方位移、特征(110)面分布函数及TiO6八面体结构随温度变化特性.模拟结果表明,当温度由300 K升至1 800 K时,TiO2中阴、阳离子振动偏离原来的平衡位置,均方位移逐渐增加,形成晶体的热膨胀;尤其在温度高于1 000 K时,TiO2体系中Ti-O键、键角、均方位移等特征参数出现较明显的变化,特征晶面(110)及八面体构型出现扭曲,精细结构在一定程度上受到破坏,晶体的无序度逐渐增大,呈现出短程有序、长程无序的高温非晶结构特征,这些模拟结果与相关实验结果基本一致.     

纳米多晶TiO2的光催化性能

以纯锐钛矿型和纯金红石型TiO2为原料,通过超声分散制备复合晶态的TiO2,研究纳米TiO2的晶相组成对光催化性能的影响.通过X射线衍射分析表征晶相组成与晶粒尺寸;以甲苯为目标降解物,采用气相色谱检测复合晶态的TiO2对甲苯的降解效果.结果表明:锐钛矿型TiO2的光催化性能明显地优于金红石型TiO2,但由于协同作用,一定比例的金红石能提高纳米多晶TiO2的光催化性能;当晶相中锐钛矿型与金红石型TiO2的质量比为83∶17时,纳米多晶TiO2具有最佳光催化活性.     

分子动力学中势函数研究

选用合适势函数来描述系统内原子间的相互作用是进行分子动力学模拟的基础．本文概要回顾了历史上出现的各种原子间互作用势函数．对各种势模型的理论背景、具体形式、应用范围、特点进行了分析评述．     

多晶TiO2氧敏特性及其机制的研究

研究了多晶金红石ＴｉＯ２氧敏半导体材料的氧敏特性及其机制。结果表明，表征ＴｉＯ２导电机制的特性参数ｍ并非常数，它与杂质浓度、温度、氧分压等多种因素有关，本文认为，ＴｉＯ２的主要眯缺陷由不同电离状态的氧空位所构成，该模型可以解释有关的实验结果。     

分子动力学中势函数研究

选用合适势函数来描述系统内原子间的相互作用是进行分子动力学模拟的基础.本文概要回顾了历史上出现的各种原子间互作用势函数.对各种势模型的理论背景、具体形式、应用范围、特点进行了分析评述.     

KCaF3结构相变的分子动力学模拟

基于无调节参数的Ｇｏｒｄｏｎ－Ｋｉｍ势和一种检测离子运动的新技术,以ＫＣａＦ３的分子动力学模拟结果为例,对钙钛矿ＡＢＸ３的离子分子固体的结构相变作了探讨．包括对阱势、折叠结构、能垒、超离子态、稳定性骨架和离子分子集团ＢＸ６的“尺寸”和“形状”．以期对离子分子固体的结构相变有一个基本了解．     

无定形态Al2O3结构的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了无定形态A l2O3的结构,讨论了压力对于体系结构的影响。模拟计算了体系的双体相关函数、最近邻配位数、键长值、以及键角分布,并给出了原子水平的瞬时结构图形。计算结果与已报道的实验结果相符,并比以往的模拟更接近实验事实。模拟的结果还得到了键价理论的验证。模拟的无定形态A l2O3结构主要为(A lO4)5-四面体单元,大多数四面体间由一个连接三个四面体的氧原子连接。这与液态A l2O3短程内的结构是一致的。在模拟的范围内,压力对原子的配位数有一定影响。     

纳米单晶氩扩散性质的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)方法对纳米单晶氩的扩散性质进行了模拟研究。采用L-J12-6势函数描述氩原子势,半步长的Leap-frog算法求解运动方程,Berendsen热浴法调温,P-R方法调压,在充分弛豫后进行扩散模拟的时间为100 ps,计算得到了10个恒定温度下原子均方位移(MSD)与时间(t)的关系曲线。根据MSD-t曲线特点,分为初始阶段和稳态阶段2个阶段进行数据处理。利用Einstein关系求出了稳态阶段的扩散系数D,由Arrhenius表达式求出了纳米单晶氩的稳态扩散常数D0为0.100 004 509 m2/s、稳态扩散激活能Q为4.848 81×10-21J。     

熔融NaCl结构和热力学性质的分子动力学模拟

用分子动力学计算机模拟方法对熔融氯化钠结构和热力学性质进行模拟研究。计算了熔体的势能、动能、维里值、温度、压力等热力学性质和偏径向分布函数、偏结构系数,利用所得结果计算了有关的热力学量,讨论了熔体的局部微观结构。计算结果表明:熔体只存在近程有序,熔体存在松弛过程,Na~+和Cl~-的扩散系数分别为1.187×10~(-4)cm~2/S,1.03×10~(-4)cm~2/S。     

分子动力学模拟乙醇／水二元混合物的扩散性质

采用分子动力学方法模拟乙醇／水混合物的扩散性质．模拟中乙醇分子采用点点刚性模型,水分子采用TIP4P模型,在全浓度范围内计算乙醇和水的自扩散系数,分别与实验值和文献的MD模拟值比较．水溶液中,水的自扩散系数描述为结合水分子和自由水分子的综合贡献．计算结果表明,我们采用的乙醇和水的模型对正确描述乙醇／水混合物扩散性质是可行的．     

液态碲碘化合物结构的分子动力学模拟

利用分子动力学方法模拟液态碲碘化合物Te1-xIx的结构随着原子浓度的变化而改变．研究结果表明随着碲原子的浓度的增加，液态碲碘化合物经历了由非金属性到金属性的转变，其转变发生在Te0.6I0.4到Te0.8I0.2；偏配位数NTeTe，NTeI，NITe和NII在富碘、富碲的一侧有不同的变化规律．配位数、角分布函数和原子快照的分析显示随着碘原子浓度的增加，液态碲碘化合物Te1-xIx经历了由类似于液态碲的链状结构到类似于液态TeI4结构的转变．     

Cu_(59)团簇在升温过程中结构变化的分子动力学研究

应用基于嵌入原子势的分子动力学方法研究了一个Cu59团簇在升温过程中由固态转变为熔体的结构演化过程.根据由原子密度分布函数确定的4个壳层内原子局域结构随温度升高所发生变化的分析表明,在升温过程中由于原子之间连续地交换位置,团簇结构发生了三个阶段的变化.首先在团簇内部形成由13个原子组成的近二十面体结构,继之各壳层内的原子结构逐渐变得无序,并最终形成原子分布于3个壳层内的处于熔融状态的Cu59团簇.     

不同水分子模型凝结系数的分子动力学模拟对比研究

采用平衡分子动力学（EMD）方法模拟研究了水的凝结过程，用“特征时间法”统计得到4个不同温度下5种不同水分子模型（SPC、SPCE、TIP3P、TIP4P和TIP5P）的凝结系数．模拟结果表明，不同模型得到的凝结系数都随温度的升高而减小．在相同温度下，凝结系数的统计结果表明：当温度高于400K时，凝结系数按SPCE、TIP4P、TIP3P、SPC、TIP5P模型呈递减趋势，并且TIP4P和TIP3P模型的凝结系数相近；当温度低于400K时，5种模型凝结系数的统计结果相差不大．发现TIP5P模型在温度约高于520K时得不到明显的汽液两相区，无法统计高温下水的凝结系数．     

SiO2分子体系的反应动力学研究

基于多体项展式理论方法导出的SiO2分子基态( )的分析势能函数,用准经典的 Monte-Carlo轨线法对Si (3Pg) + OO' ( ) 和O (1Dg) + SiO' ( )体系的分子反应动力学过程进行了计算．结果表明Si (3Pg) + OO' ( )体系生成络合物是一个阈能比较小的反应,而生成离解产物则是一个有比较大的阈能反应,其阈能值约为200kJ.mol-1, 说明主要以生成络合物为主;O (1Dg) + SiO' ( )体系没有络合物生成,生成离解产物O (1Dg)+ SiO' ( )→O + O' + Si的反应截面比非反应碰撞产物O (1Dg) + SiO' ( )→Si + OO'的反应截面要大约两个数量级,在低能区是有阈能的反应,其阈能值约为120kJ.mol-1．     

基于分子动力学的α-SiO2晶体力学性能

采用分子动力学方法, 结合Tersoff势函数, 模拟α-SiO₂晶体在应变加载下的力学性能, 并考察温度对α-SiO₂力学性能的影响. 结果表明: α-SiO₂在常温加载过程中经历了弹性变形、 塑性变形及断裂变形3个阶段, 获得的屈服强度为22.6 GPa, 断裂强度为36 GPa； 在塑性变形阶段观察到α-SiO₂从晶相向非晶转化的相变过程; 随着温度的升高, α-SiO₂的屈服强度和弹性模量逐渐降低； 温度越高断裂应力和断裂应变越低, α-SiO₂晶体在高温单轴加载下易出现断裂.