SiO₂网络结构的分子模拟及玻璃化研究

• 作者: 刘俊 吴荣亮 杨小震 许浩洋
• 来源期刊: 材料科学
• 学科: 教育
• 关键词: 分子模拟 网络结构 玻璃化 协作重排
• 年，卷（期）: clkx_2020,（12）
• 页码范围: 980-992
• 页数: 13页
• 分类号: G63

摘要

玻璃是一种无序的材料,缺乏晶体的周期性,但在机械性能上类似固体。制作玻璃最常见的方法是快速冷却粘性液体以避免结晶,尽管冷却获得玻璃这一方法已为人们所熟知,但从液体转变成无定型刚性结构这一过程的微观机理还尚未被人们完全理解。经典分子动力学模拟作为一种研究物质微观结构的有效手段,能够提供关于非晶材料静态结构和动态特性的详细信息,为研究玻璃结构提供了科学可行的方法。在本工作中,我们针对以往玻璃分子动力学模拟中无拓扑定义力场对高温和常温下物理性质描述无法兼顾的难题,提出了一种变温拓扑构造方法,在不同的温度下构建不同的SiO2无规网络拓扑结构用于熔体冷却玻璃化过程的分子动力学模拟。分析了熔体冷却玻璃化过程中的结构性质、动力学性质与热力学性质变化,我们发现变温拓扑构造方法能准确描述SiO2玻璃化过程中径向分布函数、体积、扩散系数、松弛时间等结构性质和动力学性质,并且对动力学与热力学关系的描述符合Adam-Gibbs理论,得到的协作重排区域尺寸在熔体冷却玻璃化过程中逐渐减小。