DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
1. P.K.Hùng, P.N.Nguyên, V.V.Hoàng, H.V.Huệ, N.V.Hồng, L.V.Vinh (2002),
“Computer simulation of diffusion in amorphous solid”, Advances in Natural
Sciences,Vol. 3, No. 4, 315 – 321.

(2005), “Computer Simulation
of diffusion in Amorphous Solid”, Computational Physics, ICCP6-CCP2003, p.
122 – 125.
9. H.V.Huệ
, N.V.Hồng và P.K.Hùng (2006), “Mô phỏng quá trình khuếch tán
trong hệ mất trật tự”, Tuyển tập báo cáo tại HNVL toàn quốc lần thứ VI, 1059-
1062.
10. H.V.Huệ
(2006), “Lỗ trống và đám lỗ trống trong hợp kim vô định hình hệ
kim loại – á kim”, Tuyển tập báo cáo tại HNVL toàn quốc lần thứ VI, 1143-
1147.
11. H.V.Huệ
, N.T.Thuần, P.K.Hùng (2006), “Nghiên cứu hệ Al
2
O
3
bằng phương
pháp động lực học phân tử”,Tuyển tập báo cáo tại HNVL toàn quốc lần thứ VI,
1147-1150.
12. P.K.Hùng, D.M.Nghiep, H.V.Hue
and N.V.Hong (2006), “Simulation of
local microstructure of amorphous alloys Co
x
B
100-x
”, Adv. in Tech. of Mat. and
Mat. Proc. J. Vol.8 [1] 49-54.
13. P.K.Hung, H.V.Hue
, L.T.Vinh (2006), “Simulation study of pores and pore
clusters in amorphous alloys Co
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Nhà nước
họp tại: Trường Đại Học Bách Khoa Hà nội
Vào hồi giờ ngày tháng năm 2007

Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia
- Thư viện Bách Khoa Hà nội


Chuyên ngành
: CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU ĐIỆN TỬ
Mã số: 62.52.92.01
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KĨ THUẬT

HÀ NỘI, 1/2007
- -
1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Khuếch tán đóng một vai trò quan trọng trong nhiều quá trình vật lý và đã
được nghiên cứu trong nhiều thập kỷ gần đây. Tuy nhiên, đến nay nhiều vấn
đề về khuếch tán, đặc biệt là khuếch tán trong vật liệu vô định hình (VĐH)
vẫn còn là các vấn đề mở và đòi hỏi các công trình nghiên cứu mới. Trong
vật liệu VĐH, do không tồn tại nút mạng nên các khái niệm như vacancy,
khuyết tật điểm trở nên khó định nghĩa một cách tường minh. Hơn thế nữa,
quá trình chuyển động của các nguyên tử trong môi trường phi tinh thể đã
đặt ra nhiều hiệu ứng đặc biệt như hiệu ứng tương quan năng lượng, hiệu
ứng tương quan hình học. Do vậy, việc khảo sát vi cấu trúc của vật liệu
VĐH và mối quan hệ của chúng với quá trình khuếch tán là một hướng
nghiên cứu quan trọng được đặt ra trong những năm gần đây và đó cũng là

5. Những đóng góp mới của luận án
Luận án đã cung cấp nhiều thông tin ở mức nguyên tử về chỗ trống, đám
chỗ trống, cấu trúc địa phương của các hợp kim VĐH hai nguyên. Các kết
- -
2
quả này góp phần làm sáng tỏ khái niệm vacancy và cơ chế khuếch tán trong
các vật liệu VĐH nói trên.
Các kết quả mô phỏng của hệ ôxit Al
2
O
3
cung cấp một bức tranh đầy đủ
về vi cấu trúc của loại vật liệu này trên cả hai phương diện là trật tự gần như
số phối trí, phân bố góc và các chỗ trống, đám chỗ trống. Kết quả này góp
phần làm sáng tỏ các pha VĐH của hệ Al
2
O
3
.
Lần đầu tiên đã xác định hệ số tương quan hình học cho các hệ MTT khác
nhau.
6. Cấu trúc của luận án
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận án gồm 5 chương. Chương 1 trình
bày tổng quan về phương pháp mô phỏng vi mô, những kết quả nghiên cứu
gần đây về vi cấu trúc của các hợp kim VĐH, hệ ôxit và các nghiên cứu về
khuếch tán trong hệ MTT. Chương 2 trình bày nội dung phương pháp TKHP
và các kết quả nghiên cứu về cấu trúc địa phương của các hợp kim VĐH Co-
B, Co-P, Fe-B, Fe-P. Chương 3 trình bày kết quả mô phỏng bằng phương
pháp ĐLHPT cho các mô hình NVE, NVT, NPT. Vi cấu trúc, chỗ trống và
đám chỗ trống của hệ ôxit Al

thực nghiệm nào. Đây là phương pháp có nhiều triển vọng và đang được ứng
dụng rộng rãi. Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp này là chỉ áp dụng cho
hệ gồm từ vài chục đến vài trăm nguyên tử.
Phương pháp ĐLHPT thực hiện trên cơ sở giải phương trình chuyển động
Newton cho các nguyên tử. Phương pháp này cho phép theo dõi chuyển
động của một tập hợp các nguyên tử theo thời gian và có thể xác định ảnh
hưởng của nhiệt độ lên các tính chất hoá lý của chúng. Các tính chất vật lý
khác như cấu trúc địa phương, tính chất nhiệt động, khuếch tán… có thể
khảo sát bằng phương pháp này. Mô hình ĐLHPT tại 0K được gọi là mô
hình thống kê hồi phục (TKHP). Ưu điểm của mô hình TKHP là tốc độ tính
toán nhanh và cho phép xây dựng các mô hình vật liệu chứa hàng triệu
nguyên tử.
Một trong các vấn đề quyết định cho xây dựng mẫu vật liệu VĐH là phải
chọn thế tương tác chính xác và thích hợp. Các thế thường được sử dụng cho
các hệ hợp kim VĐH là thế Paka-Doyama; Lennard - Jones với các hệ số thế
được chọn từ số liệu thực nghiệm. Đây là các thế tương tác gần, phần lớn
các thế này đều được ngắt ở một khoảng cách nhất định. Cho đến nay, các
vấn đề về thế tương tác vẫn chưa được giải quyết một cách triệt để nên phần
lớn các thế dùng dưới dạng này hay dạng khác vẫn chỉ mô tả được một số
tính chất vật lý. Với mô hình ôxit, thế tương tác Born-Mayer và thế Pauling
được sử dụng rộng rãi. Một dạng thế khác là thế Born-Mayer-Huggins.
Ngoài ra, với mô hình liên kết cộng hoá trị thường sử dụng thế tương tác ba
thành phần như thế VKRE, thế Axilord -Teller
Một trong các phương pháp mô phỏng vi mô không sử dụng thế tương tác
nguyên tử là phương pháp MC đảo. Đây là phương pháp sử dụng trực tiếp
dữ liệu thực nghiệm như hàm phân bố xuyên tâm (HPBXT) hay thừa số cấu
trúc a(k) cho quá trình xây dựng mô hình.
Hiện nay, các công trình đã tập trung vào việc phân tích các đặc trưng của
các vacancy trong các pha VĐH, vi cấu trúc của vật liệu. Bằng phương pháp
TKHP, Belashenko D.K và các cộng sự đã dựng mô hình hợp kim VĐH

tồn tại hệ số giãn nở nhiệt âm, ứng suất đàn hồi tăng khi nhiệt độ tăng trong
một vùng nhiệt độ nào đó, hoặc ứng suất nén đạt cực tiểu. San Miguel đã sử
dụng phương pháp ĐLHPT để mô phỏng hệ Al
2
O
3
trong khoảng nhiệt độ
2200K - 3000K. Kết quả cho thấy ở trạng thái lỏng, cấu trúc của hệ Al
2
O
3

không thay đổi và có hơn 50% các nguyên tử Al có số phối trí 4. V.V.Hoang
cũng chỉ ra trong công trình của mình rằng Al
2
O
3
có cấu trúc mạng tứ diện
với đơn vị cấu trúc AlO
4
. Hệ số giãn nở nhiệt cũng được xác định với α =
4,65.10
-6
K
-1
, giá trị này phù hợp tốt với số liệu thực nghiệm. Khảo sát phân
bố CT trong mô hình cho thấy các CT lớn có thể trao đổi vị trí với các
nguyên tử lân cận và chúng có thể đóng vai trò các vacancy trong quá trình
khuếch tán. Có thể nói việc mô phỏng các hệ ôxit đã cung cấp nhiều thông
tin quan trọng và có tính ứng dụng cao. Tuy nhiên, việc nghiên cứu chi tiết

F/τ, với γ là hệ số hình học; τ là thời gian trung bình giữa các bước
nhảy. Kết quả mô phỏng còn chỉ ra rằng có thể sử dụng mô hình các bước
nhảy ngẫu nhiên để giải thích các kết quả thu được từ thực nghiệm. Nói
chung, quá trình khuếch tán của các nguyên tử tạp trong hệ VĐH còn rất
nhiều vấn đề cần làm sáng tỏ, đặc biệt là mối quan hệ giữa cơ chế khuếch
tán vacancy, với độ mất trật tự hình học trong các hệ MTT lên quá trình
khuếch tán… các vấn đề này sẽ được đề cập trong luận án.
Chương 2 MÔ PHỎNG HỢP KIM HAI NGUYÊN
VÔ ĐỊNH HÌNH
Hợp kim VĐH dạng kim loại - á kim có cấu trúc thay đổi không đáng kể
trong khoảng nhiệt độ từ 0 đến 300K, do đó có thể sử dụng mô hình ĐLHPT
ở 0K hay còn gọi là mô hình TKHP để khảo sát. Ưu điểm lớn nhất ở đây là
có thể xây dựng các mô hình với kích thước hàng trăm ngàn nguyên tử. Áp
dụng phương pháp này, luận án đã xây dựng các mô hình hợp kim VĐH
gồm 100.000 và 200.000 nguyên tử trên cơ sở các kim loại Fe, Co và các á
kim B, P với nồng độ khác nhau. Ban đầu các nguyên tử được phân bố ngẫu
nhiên trong ô mô phỏng. Mật độ của mô hình được chọn từ mật độ thực của
hợp kim. Sau đó các nguyên tử được dịch chuyển theo từng bước lặp TKHP.
Trạng thái ổn định của mô hình đạt được sau 10
6
bước hồi phục. Thế tương
tác sử dụng trong mô hình là thế Paka-Doyama.
Các mô hình Co
81,5
B
18,5
; Co
81,5
P
18,5

Một số đặc trưng cấu trúc của HPBXT và số phối trí (SPT) trung bình so với
kết quả thực nghiệm được đưa ra trên bảng 2.1 để so sánh. Bảng 2.1 cho
thấy đỉnh thứ nhất HPBXT cặp Co-Co có sự dịch chuyển nhẹ về phía
khoảng cách r lớn khi nồng độ á kim tăng. Tuy nhiên, độ cao của đỉnh cũng
giảm xuống. Với cặp Co-B và B-B cũng có sự thay đổi nhẹ ở vị trí và độ cao
của HPBXT khi nồng độ B thay đổi. Độ cao của cặp Fe-Fe và P-P giảm theo
nồng độ P, trong khi đó cặp Fe-P có độ cao tăng lên.
SPT trung bình của cặp Co-Co và B-Co ít thay đổi theo nồng độ B, chúng
có giá trị vào khoảng 8,9 - 9,9 đối với cặp B-Co. Trong khi đó cặp Co-B và
B-B có sự phụ thuộc mạnh vào nồng độ B. Xu hướng tương tự cũng xảy ra
trong các mô hình FeB và FeP. Điều này có nghĩa là tính mất trật tự trong
các mô hình tăng theo nồng độ á kim. Trong các mô hình chứa P, phổ phân
bố SPT mở rộng hơn mô hình chứa B, như vậy độ mất trật tự trong mô hình
2
4
6
2
4
6
2
4
6
2468
0
2
4
6
02468
0
2

)
g
ij
(
r
)
Co-P
(Co
81,5
P
18,5
)
P-P
(Co
18,5
P
18,5
)
Fe-Fe
(Fe
80
B
20
)

Fe-B
(Fe
80
B
20

7
chứa P cao hơn so với mô hình chứa B.
Bảng 2.1. Đặc trưng cấu trúc của mô hình hợp kim VĐH (r
ij
, g
ij
- vị trí và độ cao đỉnh
thứ nhất; Z
ij
- số phối trí trung bình; 1-1: cặp kim loại- kim loại; 1-2: cặp kim loại - á
kim; 2-1: cặp á kim - kim loại; 2-2: cặp á kim - á kim; *- Số liệu thực nghiệm)
r
ij
, Å g
ij
(r) Z
ij

Mô hình
1-1 1-2 2-2 1-1 1-2 2-2 1-1 1-2 2-1 2-2
Co
90
B
10
2,48 2,14 3,08 3,55 3,85 3,88 12,77 1,10 9,91 2,24
Co
81,5
B
18,5
2,50 2,06 3,06 3,52 3,85 4,12 12,20 2,13 9,36 4,50

*
2.55 2.32 3.34 - - - 10.1 2.09 - -
Fe
90
B
10
2,54 2,22 3,32 3,68 4,61 2,61 12,35 1,13 10,18 4,69
Fe
80
B
20
2,52 2,20 3,28 3,54 4,78 2,65 11,52 2,43 9,73 9,75
Fe
70
B
30
2,54 2,18 3,20 3,24 4,78 2,58 10,59 3,94 9,19 15,0
Fe
80
B
20
*
2,65 2,20 3,15 - - - - - - -
Fe
90
P
10
2,58 2,36 3,72 3,89 5,95 3,07 11,94 1,23 11,09 5,18
Fe
80

ij
/n
i
lớn hơn
0,95 thì CT thứ i sẽ bị loại bỏ. Bán kính của nguyên tử Co, Fe, P và B tương
ứng là 1,25; 1,26; 0,94 và 0,83Å.
Hình 2.2 chỉ ra phân bố bán kính CT bao quanh nguyên tử trung tâm. Có
thể thấy rằng, vị trí đỉnh thứ nhất có bán kính (0,275-0,325)Å, và hầu như
không thay đổi đối với nồng độ B. Tuy nhiên, độ cao của đỉnh này lại tăng
- -
8
từ 7,7 đến 8,7 khi tăng nồng độ
Co. Trong mô hình với nồng độ
B thấp, có một đỉnh nhỏ nằm tại
vị trí có bán kính 0,5Å. Đỉnh
này trở nên phẳng hơn khi nồng
độ B bằng 30%. Trong mô hình
CoP, FeP, FeB cũng có xu
hướng tương tự. Điều chú ý là
trong các mô hình chứa P, phân
bố bán kính có đỉnh nằm tại
0,35Å và khi nồng độ á kim
tăng thì độ cao giảm và đường
phân bố trải rộng hơn. Điều này
có nghĩa là trong mô hình chứa P, số các CT lớn nhiều hơn so với mô hình
chứa B khi chúng có cùng một nồng độ á kim.
Như đã biết, sự khuyết nguyên tử tại một nút trong mạng tinh thể sẽ tạo ra
một vacancy, vì cấu trúc VĐH không tồn tại nút mạng nên có thể coi các CT
có bán kính lớn hơn bán kính nguyên tử kim loại và á kim là các vacancy
kim loại và vacancy á kim. Các thông số về các loại CT được đưa ra trong

B
10
5,702 0 26 381
Co
81,5
B
18,5
5,663 0 102 1049
Co
70
B
30
5,576 0 622 3587
Co
90
P
10
5,651 2 85 2271
Co
81,5
P
18,5
5,591 14 360 6595
Co
75
P
25
5,525 53 1577 15196
Fe
90

vacancy á kim tăng từ (5÷18,5) lần. Kết quả này mâu thuẫn với kết luận
0.0 0.4 0.8 1.2 1.6
0.00.40.81.2
0
4
8
0
4
8
Fe
90
P
10
Fe
80
P
20
Fe
75
P
25
Fe
90
B
Co
90
B
10
Co
81,5
B
18,5
Co
70
B
30
Hình 2.2. Phân bố bán kính CT trong hợp kim V
Đ
H
- -
9
trong công trình của V.V.Hoàng rằng số lượng các CT hầu như không thay
đổi khi nồng độ B thay đổi trong một khoảng rộng. Sự mâu thuẫn này là do
sự khác nhau về kích thước mô hình và thuật toán xác định các CT. Kết quả
khảo sát số lượng các CT có bán kính r > 0,7Å cũng tìm thấy sự phụ thuộc
của chúng vào nồng độ á kim và kích thước của nguyên tử. Trong mô hình
Co
70
B
30
và Co
75

Fe(r=1.26Å) Co(r=1.25Å) P(r=0.94Å) B(r=0.83)Å
Hình 2.3. Một số ĐCT dạng cầu tìm thấy
trong mô phỏng
Co
75
P
25
Co
81.5
P
18.5

Co
90
P
10
Fe
90
B
10
Fe
70
B
30
Co
81.5
B


Co
90
B
10
Co
81,5
B
18,5
Co
70
B
30

Số đám lỗ trống
Co
90
P
10
Co
81,5
P
18,5
Co
75
P
25

Fe
75
P
25
Hỡnh 2.
5
.
Phõn b
th tớch

CT

th phõn b th tớch ca cỏc CT biu th trờn hỡnh 2.5, nú cho thy s
CT trung bỡnh trờn mt
nguyờn t gim rt nhanh ti 0
khi th tớch ca chỳng tng. Tuy
nhiờn, vn cũn mt lng ỏng
k cỏc CT cú th tớch ln.
Trong hp kim Co
70
B
30
, Fe
70
B
30

cú 4,2% v 4,8% cỏc CT cú
th tớch ln hn 8,37
3

mt thng. Mc dự HPBXT ca cỏc mụ hỡnh l tng t nhau vi v trớ
Hỡnh 2.6. Phõn b gúc ca ca cỏc t din
(M-M-M-M (trỏi); M-M-M-Me (bờn phi)
0.03
0.06
0.09
0.03
0.06
0.09
0.03
0.06
0.09
20 40 60 80 100
0.03
0.06
0.09
40 60 80 100 120 Co
90
B
10
Co
81,5
B
18,5
Co
70
B

B
30

Co
90
P
10
Co
81,5
P
18,5
Co
75
P
25Tỷ lệ(%)
Co
90
P
10
Co
81,5
P
18,5
Co

75
P
25
Fe
90
P
10
Fe
80
P
20
Fe
75
P
25
- -
11
các đỉnh hầu như không thay đổi nhưng nồng độ của các CT và ĐCT trong
các mô hình lại khác nhau. Các CT và ĐCT đã giảm một lượng đáng kể
trong các mô hình có mật độ cao (xem bảng 2.4).
Bảng 2.3. So sánh đặc trưng cấu trúc các mô hình hợp kim VĐH (*-mô hình mật độ
cao; 1-1: cặp kim loại - kim loại; 1-2: cặp kim loại - á kim; 2-1: cặp á kim - kim loại;
2-2: cặp á kim - á kim)
r
ij
, Å g
ij

81,5
B
18,5
2,52 2,20 3,28 3,54 4,78 2,65 101,676 -1,499217
Fe
81,5
B
18,5
*
2,52 2,18 3,18 3,67 4,98 2,91 101,507 -1,520103

Bảng 2.4. Đặc trưng của CT trong các mô hình có mật độ khác nhau ( N
0
- số CT
trung bình trên một nguyên tử, N
1
,

N
2
- số vacancy kim loại và vacancy á kim trung
bình trên một nguyên tử, N
3
- số CT có bán kính lớn hơn 0.7Å)
Mô hình Co
81,5
B
18,5
Co
81,5

N
2
.10
5
102 0 360 29 419 55
N
3
.10
5
1049 191 6595 2239 3155 1098
Số ĐCT 432 110 2017 938 1167 531
Kết quả này chứng tỏ rằng các CT lớn và các ĐCT là những khuyết tật
cấu trúc không ổn định và chúng có thể mất đi trong quá trình hồi phục. Như
vậy các thông số về CT và ĐCT cho phép đánh giá mức độ đồng nhất trong
cấu trúc của hợp kim VĐH và khả năng khuếch tán theo cơ chế vacancy.
Chương 3 MÔ PHỎNG HỆ ÔXIT NHÔM Al
2
O
3
Vi cấu trúc và tính chất khuếch tán của hệ Al
2
O
3
được khảo sát ở trạng
thái lỏng và trạng thái VĐH. Mô hình Al
2
O
3
chứa 1000 nguyên tử (400
nguyên tử Al và 600 nguyên tử O) trong một khối lập phương sử dụng điều

lỏng tại 3000K được chỉ ra
trên hình 3.1. So với thực
nghiệm kết quả nhận được phù hợp tốt. Vị trí đỉnh thứ nhất HPBXT cặp Al-
Al nhỏ hơn khoảng 0,03% so với thực nghiệm. Độ cao các đỉnh của HPBXT
có xu hướng giảm khi nhiệt độ tăng, điều đó chứng tỏ khi nhiệt độ tăng thì
các nguyên tử có xu hướng phân bố đồng đều trong không gian dẫn tới làm
giảm trật tự gần của cấu trúc. Phân bố SPT của Al
2
O
3
lỏng ít phụ thuộc vào
nhiệt độ. Các nguyên tử Al chủ yếu liên kết với 4 nguyên tử O (chiếm
63,4%) và sô nguyên tử O có SPT bằng 3 (chiếm 72%). Ngược lại, SPT của
cặp Al-Al và O-O có phổ phân bố khá rộng, giá trị lớn nhất nằm trong
khoảng 7÷9 và 9÷11 đối với cặp Al-Al và cặp O-O. Từ các kết quả phân tích
trên có thể kết luận rằng đơn
vị cấu trúc chủ yếu của
Al
2
O
3
lỏng là cấu trúc mạng
tứ diện AlO
4
.
Trật tự gần của Al
2
O
3
lỏng

g(r)
r,10
-1
nm
60 120 180
60 120 180
60 120 180
0.00
0.04
0.08
0.12
Al-O-Al cña AlO
xO-Al-O cña AlO
5
Tû lÖ (%)§ éO-Al- O
cña AlO
4
Hình 3.2. Phân bố góc Al
2
O
3

vào bước ĐLHPT theo công thức <r
2
> ~ 6Dt đã tính hệ số khuếch tán của
Al, O và kết quả đưa ra trên bảng 3.2.
Bảng 3.2. Hệ số khuếch tán của Al và O ở các nhiệt độ khác nhau
T(K) D
Al
(10
-6
cm
2
.s
-1
) D
O
(10
-6
cm
2
.s
-1
)
2500K 3,7 4,0
2700K 4,0 4,7
3000K 4,78 5,1
Phân bố bán kính của các CT
trong mô hình lỏng chỉ ra trên hình
3.3 cho thấy chúng có dạng như
nhau với độ cao của các đỉnh
~0,70. Điều đó chứng tỏ ở trạng


AlO
5
(%)
1 94,17 80,79 60,51
2 5,83 19,18 39,08
3 0 0,03 0,41
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
0.2
0.4
0.6
0.8

Tû lÖ (%)
r,10
-1
nm
3000K
2700K
2500K
Hình 3.3. Phân bố bán kính CT
tron
g
các mô hình A
l
2
O
3

l

2
O
3
ở

trạng thái rắn
VĐH. Kết quả cho thấy các thông số của hai mô hình có tốc độ làm lạnh
khác nhau có sai lệch tương đối lớn. Ví dụ, độ cao g
ij
của HPBXT cặp O-O
là 2,92 và 3,13. Phân bố cầu nối ôxy ở hai mô hình cũng có sự sai khác tới
5,69%. Như vậy, tốc độ làm lạnh khác nhau sẽ ảnh hưởng lên các thông số
cấu trúc như HPBXT, phân bố góc, phân bố SPT.
Chúng tôi cũng đã xây dựng 5 mô hình Al
2
O
3
ở trạng thái rắn VĐH tại các
nhiệt độ khác nhau và khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ lên vi cấu trúc của
chúng. HPBXT tổng thể và HPBXT cặp thành phần ở 5 mô hình có hình
dạng tương tự nhau. Vị trí các đỉnh thứ nhất của cặp Al-Al; Al-O và O-O ít
phụ thuộc vào nhiệt độ. Ngược lại độ cao phân bố giảm khi nhiệt độ tăng.
Các nguyên tử Al bị bao bởi 4 nguyên tử O chiếm 65,6% và tỷ lệ
nguyên tử
O bị bao bởi 3 nguyên tử Al là 78,8%. Phân bố góc O-Al-O của các đa diện
AlO
4
, AlO
5
và phân bố góc Al-O-Al giữa hai đa diện liền kề biểu thị trên

các khoảng trống tế vi tồn tại trong
vật liệu Al
2
O
3
VĐH.
Phổ phân bố số CT trong các PC
khá rộng và có giá trị cực đại là 27
CT trong một PC. Khi số CT trong PC tăng lên thì số lượng PC giảm nhanh,
ví dụ ở 400K chỉ tìm thấy 1 PC có từ 24 - 27 CT tập trung lại. Các đặc trưng
khác của CT và ĐCT được đưa ra trong bảng 3.3.
Bảng 3.3. Các đặc trưng của CT và ĐCT; (N
p
, N
Al
, N
O
là tổng số các CT, số CT có
bán kính lớn hơn nguyên tử Al và O. N
PC
, N
PT
, N
pPT
là số các PC, PT và số CT trong
PT lớn nhất; V
p
, V
Al
, V

,
%
N
pPT

400K
8035 6753 1587 50,03 47,26 25,31 1961 278 44 6124
500K
8082 6774 1573 50,05 47,20 25,34 1945 303 40 6047
600K
8056 6819 1606 50,17 47,61 25,36 1929 286 42 6061
700K
7974 6689 1579 50,21 47,16 26,15 1928 269 43 5934
800K
7887 6754 1638 50,53 48,03 26,42 1839 259 41 6059
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.
0
0.00
0.04
0.08
0.12
0.16

Tû lÖ (%)
r,10
-1
nm
400K
600K
800K

600
800

§ é
Al-O-Al
trong AlO
x
400
600
800 - -
16
Kết quả cho thấy phần thể tích bị chiếm bởi các CT tăng đơn điệu từ
50,03% đến 50,53% khi nhiệt độ tăng. Số PT tìm thấy trong mô hình không
nhiều, song hầu hết các CT lại tập trung trong 1 PT (chiếm 75%). Các PC và
PT lớn trong mô hình có thể xem như các vi khuyết tật tồn tại bên trong cấu
trúc VĐH.
Chương 4 ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH NÉN
LÊN CẤU TRÚC Al
2
O
3

Ngoài nhiệt độ, ảnh hưởng của áp suất đạt được thông qua quá trình nén
lên cấu trúc và tính chất vật lý cũng là một vấn đề được quan tâm. Để khảo
sát ảnh hưởng của áp suất lên các đặc trưng cấu trúc của các mô hình Al
2
O

vào áp suất biểu
diễn trên hình 4.1. Tỷ lệ đa
diện AlO
5
tăng đều đặn tới một
giá trị áp suất xác định
(11,56Gpa) sau đó lại giảm,
ngược lại, tỷ lệ của các đa diện
AlO
3
và AlO
4
giảm khi tăng áp
suất.
Hình 4.2. biểu diễn phân bố
0 102030405060

Al O
3
Al O
7
Al O
8
¸ p s u Ê t (G P a)
Tû lÖ (%)

0 102030405060
0. 0
0. 2
0. 4

0.16
O-Al-O
trong AlO
4 P= 0.14 GPa
P= 1.31 GPa
P= 2.51 GPa
P= 3.18 GPa

O-Al-O
trong AlO
5
P= 3.18 GPa
P= 11.56 GPa
P= 18.99 GPa
P= 26.65 GPa
§
é
Tû lÖ (%)

30 60 90 120 150 180
0.00
0.04
0.08
0.12
O-Al-O
trong AlO
6

89
0
và 166
0
. Góc Al-O-Al
phụ thuộc mạnh vào áp suất.
Liên kết qua 1 cầu nối ôxy
giảm song liên kết qua 2 và
3 cầu nối ôxy tăng lên. Như
vậy, đặc điểm chủ yếu quan sát thấy trong quá trình nén hệ Al
2
O
3
lỏng là sự
thay đổi mạnh trật tự trung gian thể hiện qua tỷ lệ của các đa diện AlO
x
, liên
kết giữa hai đơn vị đa diện liền kề và phân bố số cầu nối ôxy.
Sự phụ thuộc của hệ số tự khuếch tán trong mô hình Al
2
O
3
lỏng vào áp
suất được đưa ra trên hình 4.3. Có thể thấy rằng khi áp suất tăng từ 0,14Gpa
đến 21Gpa thì hệ số tự khuếch tán giảm nhanh và sau đó giảm từ từ ở những
vùng áp suất cao hơn. Ở vùng áp suất lớn hơn 21Gpa, mô hình chủ yếu chứa
các đa diện AlO
x
(x = 6, 7, 8) còn các đa diện khác (x = 3, 4, 5) giảm nhanh
tới giá trị 0. Nguyên nhân là khi áp suất tăng từ 0Gpa đến 21Gpa thì cấu trúc

ạ
i 3000
K

0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
Tû lÖ (%)
r,10
-1
nm
P=0.14GPa
P=11.58GPa
P=16.38GPa
P=56.65GPa

0 102030405060
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
Dx10
-6

2
O
3
lỏng, trong mô hình Al
2
O
3
rắn VĐH, khi áp
suất tăng thì độ cao của HPBXT cặp thành phần Al-O giảm xuống từ 8,46
đến 8,01. SPT trung bình của cặp Al-Al; Al-O; O-Al và O-O có xu hướng
thay đổi theo áp suất. Khi tăng áp suất, SPT bằng 4 giảm từ 70,70% xuống
52,51%, ngược lại SPT bằng 5 và 6 lại tăng lên. Điều đó chứng tỏ rằng khi
áp suất tăng các nguyên tử có xu hướng phá vỡ cấu trúc nền để chuyển sang
dạng cấu trúc khác.
Hình 4.5 biểu diễn ảnh
hưởng của áp suất lên phân bố
góc của các đa diện AlO
x
. Kết
quả cho thấy khi áp suất tăng
thì phân bố góc của tứ diện
AlO
4
có hình dạng tương tự
nhau. Với đa diện AlO
5
và
AlO
6
, đường cong phân bố có

O-Al-O trong
AlO
5
0 GPa
10 GPa
40 GPa
60 GPa
§é
Tû lÖ (%)
30 60 90 120 150 180
0.00
0.05
0.10
0.15
O-Al-O trong
AlO
6

0 GPa
10 GPa
40 GPa
60 GPa
60 90 120 150 180
Al-O-Al trong
AlO
x
0 GPa
10 GPa
40 GPa
60 GPa

các PC có thể tích lớn.
Chương 5 MÔ PHỎNG KHUẾCH TÁN TẠP
TRONG HỆ MẤT TRẬT TỰ
Mô hình mô phỏng khuếch tán trong lưới MTT gồm 25 x 25 x 25 nút
mạng và trong hệ VĐH là một khối hộp chứa 15.625 nút khuếch tán phân bố
ngẫu nhiên và đảm bảo bất cứ nút nào cũng có nút lân cận. Nút lân cận là
nút có khoảng cách nhỏ hơn R.a, với a là hằng số mạng trong lưới MTT và
R được chọn là 1,01; 1,21; 1,31. Năng lượng ở trạng thái vị trí giống nhau và
năng lượng trạng thái chuyển tiếp chỉ nhận hai giá trị ε
1
và ε
2
(ε
1
<ε
2
). Nồng
độ mức năng lượng thấp là α. Sử dụng phương pháp trường xác suất để xác
định các thông số khuếch tán gồm: xác suất của nguyên tử xuất hiện tại nửa
xa nhất của hình hộp tính từ bề mặt nơi nguyên tử được sắp xếp, thời gian
sống trung bình giữa các bước nhảy τ và thời gian cân bằng τ
cb
.
Kết quả khảo sát mô phỏng khuếch tán trên lưới MTT và hệ VĐH tại các
nhiệt độ khác nhau với α = 0,2; R = 1,01 chỉ ra trên bảng 5.1.
Bảng 5.1 cho thấy hệ số tương quan năng lượng F
nl
giảm nhanh theo nhiệt
độ, điều này có thể giải thích là do tại nhiệt độ thấp các hạt khuếch tán dễ bị
Hình 4.6. Phân bố bán kính CT của Al

20GPa
Tû lÖ(%)
r,10
-1
nm
25GPa
30GPa
35GPa
40GPa
60GPa
- -
20
rơi vào các bẫy nên F
nl
có giá trị nhỏ. Ngược lại, tại nhiệt độ cao các hạt
nhận được năng lượng nhiệt nên dễ dàng nhảy qua các bẫy khác nên F
nl
có
giá trị lớn.
Bảng 5.1. Hệ số tương quan, thời gian sống trung bình giữa các bước nhảy và hệ số khuếch
tán ở các nhiệt độ khác nhau,
α
= 0,2; R =1,01
Lưới MTT Hệ VĐH
kT
ε
∆

F
nl

nguyên tử áp dụng cho hệ VĐH có thể viết lại như sau:

22

nl hh
rFFnd〈〉=
(5.1)
Hệ số F
hh
được gọi là hệ số tương quan hình học. Với F
nl
= F
MTT
và F
hh
=
F
VĐH
/ F
MTT
. Tương tự như F
nl
, F
hh
giảm theo nhiệt độ, tuy nhiên, sự phụ
thuộc vào nhiệt độ của F
hh
là rất yếu. Đồ thị phụ thuộc của F và D vào α
được đưa ra trên hình 5.1. Từ đồ
thị cho thấy rằng hệ số tương


α
F
HÖ V§H
HÖ MTT

Hình 5.1. Sự phụ thuộc của hệ số D và F
vào nồng độ mức năng lượng thấp,
- -
21
và chúng phụ thuộc mạnh vào α.
Bảng 5.2. Hệ số tương quan, thời gian sống trung bình giữa các bước nhảy và hệ số
khuếch tán với α khác nhau;
∆ε
/kT = 3; R = 1,01
Lưới MTT Hệ VĐH
α
F
τ/τ* τ
cb
/τ
*
D/D
*
F
τ/τ* τ
cb
/τ
*
D/D

số khuếch tán D cũng tăng, lý do là độ dài khuếch tán và số lân cận tăng lên.
Hình 5.2 là biểu thị đường
cong phụ thuộc của -ln(D/D
*
)
vào 1/T.
Kết quả cho thấy sự phụ thuộc
của -ln(D/D
*
) vào 1/T là tuyến
tính ngoại trừ trường hợp R
=1,42. Như vậy, trong trường
hợp này định luật Arrhenius vẫn
có hiệu lực khi R<1,42.
Việc phân bố vị trí các nút
khuếch tán cũng ảnh hưởng rất lớn đến quá trình khuếch tán. Để khảo sát
vấn đề này, chúng tôi đã xây dựng mô hình lưới MTT (mô hình A), mô hình
lưới - VĐH (mô hình B, C) và mô hình VĐH (mô hình D, E). Kết quả thu
được hệ số khuếch tán D và hệ số tương quan F
nl
của mô hình lưới - VĐH
Hình 5.2. Phụ thuộc của –Ln( D/D
*
) vào nhiệt
độ ở hệ VĐH
1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
0.5
1.0
1.5
2.0

0,1 0,4556 0,3181 0,3550 0,4481 0,2487 0,545874
5
0,1 0,0888 0,0607 0,0676 0,0876 0,0484 0,545045
7
0,1 0,0127 0,0088 0,0097 0,0118 0,0070 0,551181
3
0,3 0,4369 0,3011 0,3475 0,4211 0,2089 0,478141
5
0,3 0,1619 0,1046 0,1257 0,1474 0,0574 0,354540
7
0,3 0,0754 0,0409 0,0510 0,0514 0,0136 0,180371

Bảng 5.4. Hệ số khuếch tán D trong các mô hình
kT
ε
∆

α
Mô hình A Mô hình B Mô hình C Mô hình D Mô hình E
g =
MTT
D
D
V§H

3 0,1 0,06612 0,04605 0,05149 0,06571 0,03626 0,548397
5 0,1 0,00944 0,00644 0,00719 0,00939 0,00517 0,547669
7 0,1 0,00129 0,00088 0,00098 0,00129 0.00071 0,550388
3 0,3 0,14558 0,10020 0,11576 0,14031 0,07017 0,482003
5 0,3 0,04906 0,03167 0,03807 0,04466 0,01752 0,357114
KẾT LUẬN
Luận án đã đạt được những kết quả chính sau:
1. Đã xây dựng các mẫu hợp kim VĐH chứa 100.000 và 200.000 nguyên tử
trên cơ sở Fe, Co với các nồng độ á kim B, P khác nhau. Các mô hình thu
được có HPBXT phù hợp tốt với thực nghiệm.
2. Khảo sát vi cấu trúc cho thấy: Các CT trong hợp kim VĐH có bán kính
trong khoảng (0,1÷1,5Å). Số lượng, kích thước CT và ĐCT phụ thuộc vào
2
3
4
5
6
7
234567
1
2
3
4
5
6
7
234567

3
4
5
234567
0
1
2
3
4
5
234567
∆ε/κΤ
A
B
C
D
E
-LnF
A
B
C
D
E
Hình 5.4. Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của hệ số tương quan ở
các mô hình với α = 0,1 (trên ) và α = 0,3 (dưới)