受限空间下硅氧化物熔体的液液相变

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低维材料具有许多传统的块体材料所不具有的物理化学性质,比如尺寸效应、表面效应等,在生物科技、新能源以及电子器件等领域具有巨大的应用潜力。低维材料在近些年来得到了迅猛发展,但是以目前技术条件,要制备出尺寸大、缺陷少的低维材料存在较大难度。在传统材料制备过程中,常常利用熔体凝固技术制备材料,但是这种办法很少用在低维材料的制备上。由于低维材料在热力学上是稳定的,熔体需要通过受限空间来维持其低维的形状。因此我们研究二氧化硅熔体在受限空间下的结构转变和液液相变,掌握受限空间对二维二氧化硅熔体结构及相变的影响,对于二维二氧化硅薄膜的制备与加工有着重要的指导意义。本文利用分子动力学模拟方法研究了受限空间内二氧化硅以及硅氧化物熔体的液液相变,探讨了压力、狭缝尺寸以及虚拟墙与原子相互作用对熔体结构、性质和液液相变的影响。本文的主要内容如下:(1)研究了在两面虚拟墙间受限狭缝内的二维二氧化硅熔体的液液相变。主要研究了狭缝尺寸和压力诱导的液液相变,虚拟墙对熔体结构的影响,并绘制了熔体液液相变的相图。研究表明:狭缝尺寸和压力是影响受限二氧化硅熔体液液相变的主要因素,二氧化硅熔体的液液相变表现为液体层数的变化。在熔体液液相变的过程中,会伴随着密度、扩散系数、平均势能等参数的突变。在受限效应比较强的情况下,二氧化硅熔体中的硅氧原子会产生部分分离现象。二氧化硅熔体的液液相变线的斜率是负的,并且其绝对值在高压下比在低压下大,这说明在高压下狭缝尺寸为主要影响因素,而低压下的主要影响因素是压力。(2)研究了受限空间下不同硅氧比的硅氧化物的液液相变。侧向压力和狭缝尺寸仍然是我们研究的主要变量。主要的结论如下:在不同硅氧比的硅氧化物熔体中,熔体的结构差别非常大,在强烈的受限效应下,熔体内会出现更多的平面结构。随着狭缝尺寸的减小和压力的增加,双体分布函数曲线中第一峰和第二峰之间出现小肩峰,密度、垂直方向的墙面方向的压力(P丄)、势能和扩散系数出现了突变,这进一步说明了液液相变的存在。在不同硅氧比的熔体中液液相变是相似的,但液液相变出现的条件不同。本论文系统地阐释了受限空间下二氧化硅、硅氧化物熔体在受限空间下的结构转变和液液相变,对利用受限空间下熔体凝固技术制备二维的二氧化硅薄膜材料具有重要的指导意义。
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