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液态锡由于具有低熔点、稳定范围广的特点,因此被作为液态金属溶剂或反应介质,用于核废料的再生回收避免了有机溶剂易受辐射损坏,减少了核废料的产生、提高核燃料的利用率、降低了辐射危险,具有良好的应用前景;同时与液态锂相比,液态锡由于具有高回收率、低氚滞留表面以及与锂相比允许高于2000℃工作温度,有5个或5个以上的数量级的较低蒸气压的优点,使之成为聚变反应堆中面对等离子体材料(PFM)或第一壁材料的候选材料;另外,金属锡处于周期表第Ⅳ主族,不同于同主族的其他金属只含单一的化学键,它的化学键常压下表现出一部分共价性和一部分金属性。这些优点都使液态锡成为研究对象的首选。近年来,液态金属的结构演变及相变研究不断受到研究者的关注。而材料的宏观物性取决于其微观结构,通过对液态锡宏观物性的研究可以反映出其微观结构演变的特征。最近研究发现,这些只单一的研究了液态锡结构随温度和压强变化的影响,自扩散系数随温度的变化,粘度随温度的变化,均未能揭示液态锡的结构演变特征,也没有直接将结构与宏观物性相关联。因此本文将液态锡结构演变与宏观物性相关联具有重要意义。 为了研究液态锡结构演变特征,本文运用分子动力学方法结合MEAM势模拟研究了常压下金属锡(α-Sn、β-Sn)的结构及热力学特性和液态锡的结构演变特征及对应的宏观特性以及模拟分析温度和压强对液态锡结构、自扩散和粘度的影响,由此得出温度、压强与短程有序度、短程有序结构、自扩散系数和剪切粘度等方面的关系。发现α-Sn和β-Sn热力学结果与实验结果相符合,很好的揭示了它们与温度之间的关系,反映了α-Sn和β-Sn的结构和热动力学特性。计算模拟温度范围在773K~1873K的液态锡的径向分布函数(RDF)和采用近邻键对分析(CNA)发现液态锡的短程结构有序度随着温度的升高而降低,在1200K左右分为两段,模拟计算的自扩散和粘度随温度的变化关系与液态锡的结构变化相互印证。在液态锡熔点附近随着压强的增加,短程有序结构中的FCC或HCP特征键对不断转化为BCC特征键对,说明液态锡的短程有序结构发生了变化,逐渐从密堆积结构向非密堆积结构转变。另外温度对自扩散和剪切粘度的影响研究表明自扩散系数随着温度的升高而升高,剪切粘度随着温度的升高而降低;压强对自扩散和剪切粘度的影响研究表明随着压强的增大,自扩散系数减小,扩散激活能增加,液态锡自扩散变慢;剪切粘度增加,粘滞流动活化能增加,粘度减小,流动性变差。