合金固液界面動(dòng)力學(xué)與納米體系結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性的分子動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、界面的性質(zhì)直接影響著多相體系的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性和動(dòng)力學(xué)行為。本論文主要圍繞合金固化中固液界面的動(dòng)力學(xué)行為、表面對(duì)團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的影響、填充液體界面能驅(qū)使的彈性管的結(jié)構(gòu)變化及其穩(wěn)定性等問題開展了系統(tǒng)的理論研究。具體地，第一章介紹了界面動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)的物理基礎(chǔ)。第三章介紹了我們關(guān)于二元合金固液界面動(dòng)力學(xué)的研究結(jié)果；第四章總結(jié)了填充液體誘導(dǎo)的彈性管的結(jié)構(gòu)變化和穩(wěn)定性的研究結(jié)果；我們關(guān)于團(tuán)簇結(jié)構(gòu)及其普適結(jié)構(gòu)模型的結(jié)果在第五、六章中作了介紹。在第二章我們對(duì)

2、論文研究的主要方法-分子動(dòng)力學(xué)方法作了簡(jiǎn)單介紹。
　　 論文的主要研究發(fā)現(xiàn)如下：
　　 （一）應(yīng)用分子動(dòng)力學(xué)方法，系統(tǒng)研究了二元合金固化的界面動(dòng)力學(xué)行為。發(fā)現(xiàn)了合金（金屬）固化過程中在界面附近存在溫度梯度。這一現(xiàn)象從未見著于前人的研究中，它對(duì)正確確定合金過冷溫度具有重要意義；獲得了分配系數(shù)與生長(zhǎng)速度的第一份定量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了分配系數(shù)的非連續(xù)變化；獲得了溶質(zhì)阻滯現(xiàn)象對(duì)生長(zhǎng)定量影響的第一個(gè)模擬結(jié)果。證明了合金界面的動(dòng)力學(xué)系數(shù)和

3、分配系數(shù)的各項(xiàng)異性。這些結(jié)果為澄清和建立各種動(dòng)力學(xué)模型提供了物理基礎(chǔ)。
　　 （二）結(jié)合理論分析與分子動(dòng)力學(xué)模擬，我們發(fā)現(xiàn)了毛細(xì)作用驅(qū)使的彈性圓管的形變。伴隨著這個(gè)形變，存在一個(gè)特征長(zhǎng)度-彈性毛細(xì)長(zhǎng)度，我們發(fā)現(xiàn)彈性毛細(xì)長(zhǎng)度與彈性管的特征長(zhǎng)度存在普適的標(biāo)度關(guān)系，這個(gè)標(biāo)度關(guān)系和相互作用勢(shì)以及具體材料無關(guān)。通過分子動(dòng)力學(xué)模擬碳納米管部分填充液體鐵的彈性毛細(xì)現(xiàn)象，驗(yàn)證了我們理論所預(yù)言的標(biāo)度關(guān)系。
　　 （三）系統(tǒng)研究了兩體勢(shì)平衡

4、距離對(duì)團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的影響，找到了平衡距離對(duì)團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的演化規(guī)律（結(jié)構(gòu)相圖）。計(jì)算結(jié)果顯示：對(duì)于較大平衡距離的兩體勢(shì)，團(tuán)簇具有更多的正十面體類結(jié)構(gòu)和密堆結(jié)構(gòu)；而對(duì)于較小平衡距離的兩體勢(shì)團(tuán)簇，多數(shù)團(tuán)簇為無序結(jié)構(gòu)；對(duì)于中等大小平衡距離的兩體勢(shì)，團(tuán)簇具有更多的正二十面體類結(jié)構(gòu)；另外，我們發(fā)現(xiàn)小尺寸(N＜24)團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)幾乎和兩體勢(shì)的平衡距離無關(guān)，為多四面體類結(jié)構(gòu)。
　　 （四）我們定義了團(tuán)簇的有效表面斷鍵量和有效形變量。通過計(jì)算這兩個(gè)結(jié)構(gòu)量，