BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI


MỤC LỤC
Danh mục các từ viết tắt và ký hiệu…………………………………

1
Danh mục các bảng số liệu trong luận án……………………………

2
Danh mục các hình vẽ trong luận án…………………………………

4
Mở đầu………………………………………………………………

8
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC VÀ
PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG VẬT LIỆU SiO
2
VÀ Al
2
O
3

1.1. Ôxít silíc (SiO
2
) …… …………………………………………

12
1.2. Ôxít nhôm (Al
2
O

29
2.1.1. Phương pháp thống kê hồi phục…………………………

29
2.1.2. Phương pháp động lực học phân tử ….…………………

31
2.1.3. Thế tương tác dùng trong mô phỏng SiO
2
………………

33
2.1.4. Thế tương tác dùng trong mô phỏng Al
2
O
3
34
2.1.5. Gần đúng Ewald
–
Hansen

35
2.1.6. Điều kiện biên tuần hoàn……………………………… 39
2.1.7. Các thông số mô hình…………………………………… 40
2.2. Các tính toán vi cấu trúc của hệ ôxít

41
2.2.1. Hàm phân bố xuyên tâm ……….…………………………

41


64
CHƯƠNG 3: ẢNH HƯỞNG CỦA ÁP SUẤT VÀ THẾ TƯƠNG TÁC
LÊN MÔ HÌNH SiO
2
LỎNG
3.1. Hàm phân bố xuyên tâm… …

65
3.2. Số phối trí trung bình

70
3.3. Mật độ mô hình

71
3.4. Phân bố góc liên kết

75
3.5. Kết luận chương 3 82
CHƯƠNG 4: TƯƠNG QUAN GIỮA PHÂN BỐ GÓC VÀ TỈ PHẦN
CỦA CÁC ĐƠN VỊ CẤU TRÚC
4.1. Mô phỏng vật liệu SiO
2
VĐH……

84
4.1.1. Ảnh hưởng của áp suất lên vi cấu trúc của SiO
2
VĐH


O
3
VĐH….

101
4.3.2. Phân bố góc liên kết

103

4.4. Kết luận chương 4 104
CHƯƠNG 5: ĐỘNG HỌC TRONG SiO
2
VÀ Al
2
O
3
LỎNG,
CƠ TÍNH CỦA Al
2
O
3
VĐH
5.1. Khuếch tán trong SiO
2
và Al
2
O

3
VĐH ………………………………….

120
5.4. Kết luận chương 5……………………………………………… 124
Kết luận………………

125
Danh mục các công trình đã công bố……

127
Tài liệu tham khảo……………

128


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS. TSKH. Phạm Khắc
Hùng và TS. Lê Văn Vinh, những người Thầy đã tận tình hướng dẫn tôi
hoàn thành luận án này.
Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, tạo điều kiện làm việc của lãnh
đạo và các đồng nghiệp, đặc biệt là TS. Nguyễn Văn Hồng tại Bộ môn
Vật lý Tin học, Viện Vật lý Kỹ thuật trong suốt quá trình thực hiện luận
án.
Xin chân thành cảm ơn Viện Đào tạo sau Đại học, Trường Đại học
Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình làm việc và
nghiên cứu đề tài luận án.
Xin được bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã
động viên, giúp đỡ tôi vượt qua những khó khăn để hoàn thành luận án
này.
Hà Nội, ngày 18 tháng 04 năm 2014 Nguyễn Viết Huy

2

DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU TRONG LUẬN ÁN

Bảng 1.1. Kt qu tính góc liên kt <
θ
Si-O-Si
> bng phng pháp
nhiu x tia X và cng hng t ht nhân
17
O ca mt
s tác gi.

dng bng các th tng tác BKS, MS và BM. r
Si–Si
,
r
Si–O
, r
O–O
là v trí nh cc i th nht trong hàm
PBXT.
Trang 66

Bảng 3.2.
Các c trng cu trúc ca mô hình SiO
2
lng  nhit
 3000 K, c xây dng bng th tng tác BKS. r
ij
,
g
ij
là v trí và  cao ca nh cc i th nht trong
các hàm PBXT thành phn, r
ij
là sai s ca r
ij
.
Trang 68
Bảng 3.3.
Các c trng cu trúc ca mô hình SiO
2

c trng cu trúc ca mô hình SiO
2
lng  nhit 
3000 K, c xây dng bng th tng tác BKS, BM
và MS. Z
ij
là s PTTB ca các cp nguyên t tng
ng.
Trang 71
Bảng 3.6.
T phn Si
x
( x = 4, 5 và 6) và thông s A trong
phng trình (3.5).
Trang 73
Bảng 3.7.
Các thông s
ρ
4
,
ρ
5
và
ρ
6
(g.cm
-3
).
Trang 74
Bảng 3.8.

và
ρ
fit
là mt  mu và mt  mu xác nh
theo phng trình (4.3).
Trang 87
Bảng 4.2.
Các c trng cu trúc ca Al
2
O
3
lng. r
xy
– v trí cc
i th nht ca hàm PBXT g
ij
(r); Z
ij
– s PTTB; Al
x
,
O
y
– t phn các n v cu trúc AlO
x
và liên kt OAl
y
.
Trang 94


Bảng 5.2.
nh hng ca áp sut lên s
 thay i lân cn ca
các nguyên t trong mô hình sau 40000 bc chy.
Trang 106
Bảng 5.3.
 dch chuy n trung bình ca nguyên t sau m!i ln
thay i lân cn  5000, 20000 và 40000 bc th"i
gian.
Trang 106
2
lng xây dng bng th tng tác BM 
nhit  3000 K.
Trang 45
Hình 2.4.
Các n v cu trúc c bn: AO
4
(a); AO
5
(b); AO
6
(c) và liên kt gi$a hai n v cu trúc AO
4
và AO
5

(d) (A là Si hoc Al: qu cu màu , O:qu cu màu
xanh).
Trang 46
Hình 2.5.
Các góc liên kt: O–A–O (a) và A–O–A (b). Trang 47
Hình 2.6.
Cu trúc mng ngu nhiên ca SiO
2

và Al
2
O
3
lng

Hình 3.4.
Hàm PBXT ca mô hình SiO
2
lng xây dng bng
th tng tác MS di các áp sut khác nhau  nhit
 3000 K.
Trang 69
Hình 3.5.
S ph' thuc ca mt  vào áp sut ca các mô
hình SiO
2
lng xây dng bng các th tng tác
BKS, MS và BM.
Trang 71
Hình 3.6.
S ph' thuc ca t phn các n v cu trúc SiO
4
,
SiO
5
và SiO
6
vào áp sut ca các mô hình BKS, MS
và BM.
Trang 73
Hình 3.7.
Các n v cu trúc SiO
4
(a), SiO
5


dng bng th tng tác BM  áp sut 10 GP, nhit
 3000 K.
Hình 3.9.
Phân b góc liên kt riêng phn g
Six
(
θ
) và g
Oy
(
θ
)
trong các mô hình BKS, MS và BM.
Trang 77
Hình 3.10.
Phân b góc liên kt tng cng O-Si-O trong mô hình
BKS c v( t kt qu mô phng ("ng nét li#n)
và kt qu tính t phng trình (3.5) .
Trang 79
Hình 3.11.
Phân b góc liên kt tng cng O–Si–O trong mô
hình MS c v( t kt qu mô phng ("ng nét
li#n) và kt qu tính t phng trình (3.5)
Trang 79
Hình 3.12.
Phân b góc liên kt tng cng O–Si–O trong mô
hình BM c v( t kt qu mô phng ("ng nét
li#n) và kt qu tính t phng trình (3.5)
Trang 80

Six
(
θ
) và g
Oy
(
θ
) cho các n v cu trúc SiO
x

và các liên kt OSi
y
.
Trang 89
Hình 4.4.
Phân b góc liên kt tng cng O–Si–O tính toán t
phng trình (4.4) ("ng nét li#n) và theo mô
phng.
Trang 90
Hình 4.5.
Phân b góc liên kt tng cng Si–O–Si tính toán t
phng trình (4.5) ("ng nét li#n) và theo mô
phng.
Trang 90
Hình 4.6.
Hàm PBXT ca mô hình Al
2
O
3
lng xây dng bng

lng xây
dng bng th tng tác BM  áp sut 0 GP, nhit
 3000 K.
Trang 95

6

Hình 4.9.
Các n v cu trúc AlO
4
(a), AlO
5
(b) AlO
6
(c) và
AlO
4
, AlO
5
, AlO
6
(d) trong mô hình Al
2
O
3
lng xây
dng bng th tng tác BM  áp sut 20 GPa, nhit
 3000 K.
Trang 96
Hình 4.10.

Hàm PBXT tng cng ca mô hình a-Al
2
O
3
xây dng
bng th tng tác Mitsui  nhit  300 K, mt 
3,13 g/cm
3
và thc nghim.
Trang 101
Hình 4.15.
Phân b góc liên kt O–Al–O cho sáu mô hình c
v( t kt qu mô phng ("ng nét li#n) và kt qu
tính t phng trình (4.8).
Trang 103
Hình 4.16.
Phân b góc liên kt Al–O–Al cho sáu mô hình c
v( t kt qu mô phng ("ng nét li#n) và kt qu
tính t phng trình (4.9).
Trang 104
Hình 5.1.
H s khuch tán ca O và Si trong SiO
2
lng  nhit
 3000 K ph' thuc vào áp sut.
Trang 105
Hình 5.2.
H s khuch tán ca O và Al trong Al
2
O

O
3
lng ti các nhit 
khác nhau và áp sut P = 0 GPa sau th"i gian t =
100t
MD
.
Trang 110
Hình 5.5.
Phân b 4
π
r
2
G
S
(r,t) cho Al
2
O
3
lng ti các nhit 
khác nhau và áp sut P=0 GPa sau th"i gian t =
60000t
MD
.
Trang 111
Hình 5.6.
Phân b 4
π
r
2

Trang 114

7

Hình 5.9.
Thông s ch*ng chp trung bình <Q(t)/N> ca Al
2
O
3
lng ti các nhit  khác nhau T=2400 K, 3000 K
và 3500 K.
Trang 114
Hình 5.10.
Thông s th+ng giáng
χ
4
(t) ph' thuc vào th"i gian
và nhit  ca Al
2
O
3
lng.
Trang 115
Hình 5.11.
Hàm th+ng giáng
χ
4
(t) ph' thuc vào th"i gian và áp
sut ca mô hình vt liu Al
2

Hình 5.16.
S ph' thuc ca t l n
PTE
/n
Al
vào mt  ca các mô
hình.
Trang 120
Hình 5.17.
N+ng lng tng cng i vi th tích ca h.
Trang 121
Hình 5.18.
"ng cong ng sut-bin dng cho các h a-Al
2
O
3
.
Trang 121
Hình 5.19.
Môun àn h*i (E, G và B) i vi các h a-Al
2
O
3
là
hàm ca mt  ((*)-bin dng *ng #u và (*)-bin
dng n tr'c.
Trang 122
Hình 5.20.
T l
V

Các hệ ôxít như SiO
2
và Al
2
O
3
có vai trò quan trọng trong công
nghệ chế tạo vật liệu gốm, men, thủy tinh và các vật liệu kỹ thuật, được
ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Việc hiểu biết về cấu trúc cũng
như tính chất của các vật liệu ôxít này tại các nhiệt độ và áp suất khác
nhau là rất quan trọng để cải tiến công nghệ chế tạo các vật liệu mới. Tuy
nhiên, việc phân tích vi cấu trúc của các ôxít lỏng và VĐH bằng phương
pháp thực nghiệm (như phổ X–ray, phổ năng lượng quang phát xạ, phổ
cộng hưởng từ hạt nhân, phổ Raman,… ) luôn gặp nhiều khó khăn do hiện
tượng chuyển pha đa thù hình và tính đa thù hình của vật liệu này dưới
các điều kiện nhiệt độ và áp suất khác nhau. Mặc dù được nghiên cứu
rộng rãi bằng cả thực nghiệm và lý thuyết, vấn đề đa thù hình vẫn đang
được tranh luận và còn nhiều điều chưa sáng tỏ, ví dụ sự biến đổi của
PBGLK trong các đơn vị cấu trúc và tỉ phần của các đơn vị cấu trúc dưới
tác động của nhiệt độ và áp suất. Trong thực tế, các thông số về PBGLK
và tỉ phần các đơn vị cấu trúc có ý nghĩa rất quan trọng trong việc làm
sáng tỏ một số tính chất vật lí và hóa học của các vật liệu ô-xít như là việc
xác định vị trí liên kết bề mặt chất xúc tác, năng lượng liên kết phổ quang
phát xạ, các tính chất dao động,… Trong luận án này, chúng tôi đặt vấn
đề tìm hiểu mối tương quan giữa các tỉ phần đơn vị cấu trúc vi mô với
PBGLK, mối quan hệ giữa cấu trúc vi mô với các tính chất vật lí khác như
động học và cơ tính của hệ vật liệu ôxít này tại các điều kiện nhiệt độ và
áp suất khác nhau.
2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận án là các hệ ôxít hai nguyên SiO

2
O
3
lỏng; 5) Cơ tính của Al
2
O
3
ở trạng thái rắn VĐH.
3. Phương pháp nghiên cứu
Luận án sử dụng phương pháp mô phỏng ĐLHPT, các phương pháp
phân tích vi cấu trúc thông qua hàm PBXT; PBGLK; phân bố simplex;
phân bố quả cầu lỗ hổng. Phương pháp Monte–Carlo được dùng để xác
định thể tích của các quả cầu lỗ hổng. Phương pháp nén dãn mô hình để
nghiên cứu cơ tính của vật liệu. Phương pháp hàm hai điểm và bốn điểm
được sử dụng nghiên cứu động học của vật liệu.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Luận án cung cấp nhiều thông tin chi tiết về ảnh hưởng của thế
tương tác lên các mô hình vật liệu, vi cấu trúc của SiO
2
và Al
2
O
3
dưới tác
động của áp suất. Đặc biệt là mối tương quan giữa PBGLK trong các đơn
vị cấu trúc AO
x
(A là Si hoặc Al, x = 4, 5, 6) và OA
y
(y = 2, 3, 4) với tỉ


10

xây dựng bằng các thế tương tác khác nhau nhằm khảo sát sự ảnh hưởng
của thế tương tác lên vi cấu trúc của vật liệu.
Luận án đã xây dựng được các biểu thức giải tích mô tả mối tương
quan giữa các PBGLK và tỉ phần các đơn vị cấu trúc của các vật liệu ôxít
SiO
2
, Al
2
O
3
lỏng và VĐH. Trên cơ sở biểu thức giải tích này, tỉ phần các
đơn vị cấu trúc của vật liệu có thể được xác định từ các PBGLK đo được
bằng thực nghiệm và ngược lại. Biểu thức tương quan này sẽ là công cụ
hỗ trợ cho các kỹ thuật phân tích vi cấu trúc trong thực nghiệm. Trong
luận án, biểu thức giải tích của mật độ phụ thuộc vào nồng độ các đơn vị
cấu trúc của vật liệu cũng được xây dựng.
Luận án đã nghiên cứu tích chất động học của vật liệu ôxít SiO
2

lỏng. Ngoài ra, động học của Al
2
O
3
lỏng được nghiên cứu trên cơ sở hàm
tương quan hai và bốn điểm.
Luận án đã nghiên cứu có hệ thống về cơ tính của vật liệu Al
2

Chương 3 trình bày ảnh hưởng của thế tương tác, áp suất đến vi cấu
trúc và mối tương quan giữa PBGLK với tỉ phần các đơn vị cấu trúc bên
trong hệ vật liệu SiO
2
lỏng.
Chương 4 trình bày mối tương quan giữa PBGLK và tỉ phần các
đơn vị cấu trúc trong các vật liệu dạng cấu trúc mạng như SiO
2
VĐH,
Al
2
O
3
lỏng và VĐH.
Động học trong mô hình vật liệu SiO
2
, Al
2
O
3
lỏng cũng như cơ tính
của vật liệu Al
2
O
3
VĐH được trình bày chi tiết trong chương 5.


Al
2
O
3
ở trạng thái lỏng và VĐH bằng cả phương pháp thực nghiệm và mô
phỏng. Ngoài ra, các phương pháp thường được dùng trong mô phỏng các vật
liệu ôxít cũng được trình bày ở đây.
1. Hệ ôxít silíc (SiO
2
)
Trong nhiều thập kỉ qua, nhiều nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết
trong lĩnh vực khoa học Trái Đất, vật lí chất rắn và khoa học vật liệu đã chứng
tỏ rằng cách sắp xếp nguyên tử và quá trình hình thành cấu trúc mạng có ảnh
hưởng tới các tính chất vật lí của SiO
2
. Cấu trúc mạng còn hình thành nên các
đặc trưng quan trọng khác của SiO
2
như kích thước vòng liên kết và PBGLK.
Tuy nhiên, chi tiết về cấu trúc mạng của SiO
2
rất khó đo được bằng thực
nghiệm ngay cả với vật liệu đơn giản như SiO
2
thuỷ tinh vẫn còn nhiều vấn đề
cơ bản ở cấp độ cấu trúc nguyên tử vẫn còn chưa được làm sáng tỏ [34–36,
50, 51, 63, 64, 71, 72, 77, 84, 105, 126, 130, 131].
Do tầm quan trọng đặc biệt trong nghiên cứu khoa học cơ bản và khoa
học vật liệu nên SiO
2

4
, các thông tin cấu trúc được xác định bởi số PTTB; độ dài liên kết Si–Si,
O–O, Si–O; góc liên kết Si–O–Si và góc liên kết O–Si–O. Trong thực
nghiệm, từ đường cong tán xạ tia X hoặc tán xạ nơtron ta có thể xác định
được thông số quan trọng mô tả cấu trúc của vật liệu, đó là thừa số cấu trúc
S(Q). Thừa số cấu trúc cho phép xác định số lượng trung bình các nguyên tử ở
khoảng cách bất kì tính từ nguyên tử đang xét. Khi phân tích Phu-ri-ê thừa số
cấu trúc ta còn thu được hàm PBXT, một thông số được dùng để xác định trật
tự gần của các vật liệu có cấu trúc mất trật tự [20].
Thực nghiệm còn chứng tỏ cấu trúc của SiO
2
thuỷ tinh phụ thuộc
khá mạnh vào sự thay đổi của áp suất và ít biến đổi theo nhiệt độ. Phân
tích thừa số cấu trúc nhiễu xạ tia X của tác giả cho thấy, khi tăng áp suất
thì có sự thay đổi đột ngột vị trí đỉnh và cường độ ở vị trí Q ≤ 5,0 Å
-1
.
Khi tăng áp suất từ 0,1 MPa đến 8 GPa thì vị trí đỉnh nhiễu xạ thứ nhất
dịch từ vị trí Q ~ 1,55 đến 1,92 Å
-1
trong khi cường độ của nó hầu như
không thay đổi. Sự thay đổi của thừa số cấu trúc S(Q) xảy ra mạnh nhất
trong vùng áp suất từ 8 GPa đến 28 GPa. Trong vùng này, cường độ của
đỉnh nhiễu xạ thứ nhất giảm đi gần 50% trong khi vị trí đỉnh nhiễu xạ
thứ nhất dịch từ vị trí Q ~ 1,92 đến 2,29 Å
-1
và xuất hiện thêm đỉnh nhiễu
xạ mới ở vị trí 3,18 Å
-1
. Nếu tiếp tục tăng áp suất đến 42 GPa thì sự thay

o
với độ rộng phổ ở vị trí nửa cực đại khoảng 36
o
và bị lệch về phía
góc nhỏ hơn. Sau đó, vào năm 1995, Poulsen và các cộng sự đã tiến hành
phân tích dữ liệu nhiễu xạ tia X năng lượng cao đối với SiO
2
VĐH và đã thu
được PBGLK của Si–O–Si rất gần với kết quả của Mozzi và Warren tương
ứng với 147
o
và 35
o
[41].
Có một vấn đề trong phân tích thực nghiệm đó là kết quả thu được từ
phương pháp nhiễu xạ tia X hoặc nơtron chưa cho biết các PBGLK từ phổ
thu được [5]. Các nghiên cứu nhiễu xạ khác nhau, với việc sử dụng các
phương pháp khác nhau để xử lí dữ liệu đã cho kết quả khác nhau của
PBGLK. Hiện nay, một phương pháp tiếp cận tốt hơn để xác định phân bố
góc liên kết Si–O–Si là sử dụng các phương pháp trong đó cung cấp phép đo
trực tiếp và chi tiết hơn môi trường địa phương bao quanh nguyên tử O.
Phương pháp đo cộng hưởng từ hạt nhân
17
O (
17
O NMR), đặc biệt liên kết
tứ cực
17
O và các thông số dịch chuyển hoá học cung cấp cho chúng ta một
phương pháp đơn giản và trực tiếp nghiên cứu cấu trúc của điện tử và do đó

sự thay đổi cấu trúc hình học của vật liệu SiO
2
dưới áp suất nén khác nhau.
Kết quả cho thấy độ cao của các đỉnh hàm phân bố cặp giảm đi khi áp suất
nén tăng lên vượt ngưỡng 15 GPa và điều này chỉ ra các cấu trúc đơn vị tứ
diện “co lại” dưới tác dụng của áp suất. Khi áp suất vượt qua ngưỡng trên,
chiều dài liên kết trung bình Si–O và số phối trí tăng tuyến tính với áp suất.
Cấu trúc của SiO
2
lỏng cũng đã được nghiên cứu bằng các phương
pháp mô phỏng khác nhau. Năm 1972, Bell và Dean đã đưa ra mô hình quả
cầu và khớp nối (ball and stick) [97]. Phương pháp mô phỏng ĐLHPT được
sử dụng rộng rãi nhất với một số lượng rất lớn các công trình công bố của
nhiều tác giả như: Gaskell và Tarrant, 1980 [83]; Soules, 1982 [116];
Galeener, 1985 [30]; Feuston và Garofalini, 1988 [13]; Vashishta, 1990
[81]; Sarnthein, 1995 [44]; Vo Van Hoang, 2005 [119]. Mô hình SiO
2
được
xây dựng lần đầu tiên bằng phương pháp ĐLHPT vào năm 1967, sử dụng
thế tương tác Born–Mayer. Mô hình gồm 162 nguyên tử, chứa trong hình
hộp lập phương mô phỏng và được sử dụng điều kiện biên tuần hoàn [92].
Gần đúng Eward đã được sử dụng để tính tính tương tác Cu-lông ở khoảng
cách xa. Bằng phương pháp này, người ta đã tạo ra mô hình SiO
2
thuỷ tinh ở
nhiệt độ 300 K. Mô hình thu được có hàm PBXT khá phù hợp với các số
liệu thực nghiệm [74]. Sau đó, mô hình SiO
2
thuỷ tinh ở nhiệt độ 1500 K
gồm 375 nguyên tử được xây dựng bằng phương pháp ĐLHPT. Kết quả

[57, 73]. Kết quả nghiên cứu cho thấy, phân bố số PTTB của Si–Si, Si–O và
O–Si gần như không thay đổi với nhiệt độ. PBGLK của O–Si–O có đỉnh ở vị
trí 105
o
và PBGLK của Si–O–Si có đỉnh ở vị trí 145
o
phù hợp với dữ liệu
thực nghiệm trong công trình [6]. Cấu trúc cơ bản của SiO
2
bao gồm sự tồn
tại của ba loại đám C
4
, C
5
và C
6
ứng với các đơn vị cấu trúc cơ bản SiO
4
,
SiO
5
và SiO
6
. Sự đậm đặc của cấu trúc chính là sự chuyển các đám này
thành đám khác cùng loại hoặc khác loại. Trong công trình [86], vi cấu trúc
của SiO
2
ở nhiệt độ 3200 K được nghiên cứu trong dải mật độ từ 2,634 đến
3,991 g/cm
3


17

ĐLHPT cho SiO
2
lỏng, P.K. Hung và các cộng sự đã chỉ ra rằng ở trạng thái
lỏng, SiO
2
được cấu tạo từ các đơn vị cấu trúc SiO
4
, SiO
5
và SiO
6
. Thể tích
của không gian mô phỏng SiO
2
là một hàm tuyến tính của nồng độ các đơn
vị cấu trúc đó. Khi nén SiO
2
lỏng ở các áp suất khác nhau thì mật độ của
SiO
2
thay đổi là do sự thay đổi của nồng độ các đơn vị cấu trúc SiO
4
, SiO
5
và SiO
6
. Tuy nhiên, khi áp suất thay đổi thì độ dài liên kết trung bình Si–O,


Nhiễu xạ
tia X
152
o

- [48]
144
o

42
o

[112]
151
o

- [37]
144
o

46
o

[82]

Cộng hưởng từ
hạt nhân
17
O


Ngoài ra, phương pháp mô phỏng Monte–Carlo đảo cũng được một số
tác giả sử dụng để phân tích dữ liệu của nhiễu xạ tia X và nhiễu xạ nơtron như
Gladden, 1992 [55]; Neuefeind and Liss, 1996 [43]; và Tucker, 2005 [66].
Bng 1.2 trình bày kết quả tính PBGLK của Si–O–Si được xác định bằng một
số phương pháp mô phỏng.
Có sự khác biệt khá lớn giữa các kết quả thu được từ các phương pháp
mô phỏng khác nhau, cả về góc liên kết Si–O–Si thu được và phạm vi phân
bố của nó. Sự khác nhau về các kết quả thu được liên quan đến các thế tương
tác nguyên tử được sử dụng trong mô phỏng.
Bảng 1.2. Kt qu tính góc liên kt <
θ
Si-O-Si
> bng mt s phng pháp mô
phng (MD: phng pháp LHPT, RMC: phng pháp Monte Carlo o).
Phương pháp
mô phỏng
Góc liên kết
<
θ
Si-O-Si
>
Bề rộng nửa đỉnh
phổ (FWHM)
Tài liệu
Ball and stick 150
o

25
o

RMC 150
o

20
o

[66]
MD 148
o

13
o

[106]
MD 145
o

- [58]

1.2. Hệ ôxít nhôm (Al
2
O
3
)
Ôxít nhôm (Al
2
O
3
) thuộc loại vật liệu gốm có nhiệt độ nóng chảy rất
cao (cỡ 2327 K) và có nhiều ứng dụng quan trọng trong công nghệ ở nhiều

trong các ứng dụng ở môi trường nhiệt độ cao. Vì vậy, sự hiểu biết về các tính
chất là hết sức cần thiết trong các quy trình công nghệ sản xuất vật liệu ứng
dụng cũng như sản xuất ra các loại vật liệu gốm mới. Hơn nữa, Al
2
O
3
lỏng là
một trong số các tiền chất của hình thái khác dạng γ-Al
2
O
3
và những thông tin
ở cấp độ nguyên tử về cấu trúc của nó rất có ích để hiểu rõ hơn sự chuyển pha
từ pha không bền đó sang pha bền α-Al
2
O
3
[39]. Tuy nhiên, ngược lại với các
nghiên cứu các pha tinh thể, các nghiên cứu về Al
2
O
3
lỏng từ trước đến nay là
rất ít. Lí do là sự khó khăn khi nghiên cứu thực nghiệm là phải tiến hành trong
điều kiện nhiệt độ rất cao. Các lò nung thông thường sử dụng một số vật chứa
mẫu, ở nhiệt độ cao thì các phản ứng hóa học giữa mẫu và vật chứa mẫu đã
làm cho mẫu bị lẫn tạp chất không mong muốn, gây khó khăn, phức tạp cho
việc phân tích dữ liệu để xác định các đặc trưng cấu trúc của mẫu [18].
Ở pha rắn ổn định α-Al
2


4,50 Å
-1
. Vị trí Q
1
~ 2,05 Å
-1
là đặc
trưng của đỉnh thứ nhất được tìm thấy trong nhiều vật liệu thuỷ tinh và chất
lỏng có cấu trúc mạng. Vị trí Q
2
~

4,50 Å
-1
chỉ ra cấu trúc trật tự gần xuất hiện