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分子动力学研究流体的输运系数和纳米合金粒子的热融机理

哈桑(Hassan Yousefi Oderji)  
【摘要】:本论文包括两部分:第一部分采用分子动力学方法对Lennard-Jones流体的自扩散系数及粘滞维里系数进行了研究;第二部分采用分子动力学方法模拟研究了拥有幻数结构的纳米合金粒子的融化机制。论文第一部分采用Green-Kubo理论中相关函数方法和广义爱因斯坦关系,通过增加模拟粒子数目及扩大模拟时间,在中低粒子数密度下,精确计算第二维里系数,获得了高质量(具有低不确定度)的输运系数值;通过细致考察速度和剪切应力自相关函数,对于折合密度从0.0005到0.05以及折合温度从0.7到30.0系统的自扩散和切变粘滞系数的数值进行了详细计算。该研究发展了Rainwater-Friend理论,使其能对自扩散系数进行计算。在论文第二部分,利用等温分子动力学方法结合最陡淬火法对截角八面体结构的Pd24Pt14纳米合金以及拥有反Mackay结构的Ag32M13(M=Cu, Ni, Co)纳米合金的融化机制进行了研究。通过多直方图算法(multiple histogram method)克服了Pd24Pt14纳米合金在计算模拟中的非各态历经性难题。计算表明Pd24Pt14纳米合金的融化发生在747K且伴随从截角八面体到二十面体的结构转变过程。研究发现在温度为900-1100K范围,存在“过融化”(post melting)现象,该现象与均匀融化相关。在研究Ag32M13(M=Cu, Ni, Co)纳米合金时,发现Ag32Ni13和Ag32Co13纳米合金的核融化和壳融化几乎发生在同一个步骤,这表明Kuntova等人[Phys. Rev. B77,205431,2008]的预测需要重新修正。关于Ag32Cu13的研究表明,虽然Ag32Cu13融化过程发生在两个不同的阶段,但每个融化阶段都伴有壳和核原子的同时参与。研究还表明,尽管上述纳米合金的融化起始于类似的激发组态,但是个体的融化机制却并不相同。此外,分析径向分布函数表明,在纳米尺度上Ag没有完全同Ni, Co和Cu融合。这些结果加深了我们对拥有幻数结构的含38和45原子的纳米粒子相变特性的理解。本研究进一步展示了动态相关函数分析方法在细致分析纳米合金粒子的融化机理方面的潜力。


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