ZnO和MgO物態(tài)方程的計(jì)算機(jī)模擬研究.pdf

1、本論文簡(jiǎn)要綜述了國(guó)內(nèi)外關(guān)于材料物態(tài)方程及其熱力學(xué)特性的研究現(xiàn)狀和最新進(jìn)展，以地球下地幔重要組成物質(zhì)MgO和ZnO晶體材料為研究對(duì)象，利用分子動(dòng)力學(xué)(MD)方法和Buckingham經(jīng)驗(yàn)對(duì)勢(shì)，并結(jié)合不同的勢(shì)能模型對(duì)高溫高壓下的MgO和ZnO巖鹽結(jié)構(gòu)物態(tài)方程及熱力學(xué)特性進(jìn)行了模擬計(jì)算。比較研究了溫度在300～3000K、壓力在0～150GPa范圍內(nèi)，MgO摩爾體積(V<,mol>)、壓力(P)和溫度(T)之間的關(guān)系，即狹義意義上的物態(tài)方程；

2、預(yù)測(cè)了溫度在300～3000K、壓力在0～150GPa范圍內(nèi)，MgO熱膨脹、定壓熱容和等溫體模量等特性；另外還計(jì)算和預(yù)測(cè)了300～2273K和0～50GPa溫壓范圍內(nèi)ZnO巖鹽結(jié)構(gòu)的狹義物態(tài)方程及其熱力學(xué)特性參數(shù)，并對(duì)這兩種材料的物態(tài)方程及熱力學(xué)特性給出了一些規(guī)律性的認(rèn)識(shí)。 首先用MD方法對(duì)ZnO巖鹽結(jié)構(gòu)的物態(tài)方程及其等溫體模量Br、熱膨脹系數(shù)αp和熱容Cp熱力學(xué)參量進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，并對(duì)其在高溫高壓下的等溫體模量、熱膨脹系數(shù)和熱

3、容等參量進(jìn)行了預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)壓力和溫度分別高達(dá)50GPa和2273K。結(jié)果表明：等溫體模量隨壓縮比的增加而增加，隨溫度的增加而減??；體積熱膨脹系數(shù)隨壓力的增加逐漸減小，在壓力較低時(shí)隨溫度的增加而增加；等壓熱容隨溫度的增加而增加，隨壓力的增加而減小，高壓時(shí)溫度對(duì)等壓熱容的影響較之低壓平緩。以上熱力學(xué)參數(shù)在凝聚態(tài)物理學(xué)的研究中具有一定的科學(xué)意義和應(yīng)用背景。 然后利用三種不同的勢(shì)能模型對(duì)MgO氯化鈉結(jié)構(gòu)的物態(tài)方程及熱力學(xué)參量作了模擬計(jì)算和

4、預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)MgO的體積隨壓力的增加而降低，隨溫度的升高而升高，說明增加壓力與減小溫度的效果是相同的，在溫度為300K時(shí)，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)和其他理論值符合很好，計(jì)算得到常態(tài)下的熱容、體彈性模量及其對(duì)壓強(qiáng)的一階導(dǎo)數(shù)與實(shí)驗(yàn)和其它理論值相一致，并成功地得到了相對(duì)體積、熱膨脹、熱容分別與溫度壓強(qiáng)的關(guān)系曲線。利用殼模型和呼吸殼模型分子動(dòng)力學(xué)方法預(yù)測(cè)了氯化鈉結(jié)構(gòu)的．MgO在壓力和溫度分別高達(dá)150GPa和3000K下的狀態(tài)方程和熱力學(xué)性質(zhì)，預(yù)測(cè)結(jié)果表明