Tương quan giữa phân bố góc và tỷ phần của các đơn vị cấu trúc trên vật liệu SiO2 thủy tinh, AL2O3 lỏng và vô định hình

Bài báo xây dựng và đưa ra biểu thức tương quan giữa phân bố góc liên kết trong các đơn vị cấu trúc AOx và OAy với tỷ phần của chúng trong vật liệu. Tính đúng đắn của mối tương quan đó được kiểm tra một cách có hệ thống ở các trạng thái khác nhau trên vật liệu SiO2 và Al2O3 ở trạng thái lỏng, thuỷ tinh và rắn vô định hình. Sự phụ thuộc của các đặc trưng vi cấu trúc như hàm phân bố xuyên tâm, phân bố số phối trí, phân bố góc liên kết, tỷ phần các đơn vị cấu trúc vào áp suất và bản chất của quá trình thay đổi mật độ trong vật liệu được phân tích chi tiết. Kết quả động học trong vật liệu SiO2 và Al2O3 lỏng cũng được phân tích sẽ cung cấp các thông tin khá đầy đủ về vi cấu trúc và động học trong nhóm vật liệu này.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tương quan giữa phân bố góc và tỷ phần của các đơn vị cấu trúc trên vật liệu SiO2 thủy tinh, AL2O3 lỏng và vô định hình Tạp chí Đại học Thủ Dầu Một, số 5 (18) – 2014 TÖÔNG QUAN GIÖÕA PHAÂN BOÁ GOÙC VAØ TYÛ PHAÀN CUÛA CAÙC ÑÔN VÒ CAÁU TRUÙC TREÂN VAÄT LIEÄU SiO2 THUÛY TINH, Al2O3 LOÛNG VAØ VOÂ ÑÒNH HÌNH Hoaøng Vaên Hueä, Traàn Kim Cöông Tröôøng Ñaïi hoïc Coâng nghieäp Thöïc phaåm thaønh phoá Hoà Chí Minh TÓM TẮT Bài báo xây dựng và đưa ra biểu thức tương quan giữa phân bố góc liên kết trong các đơn vị cấu trúc AO x và OAy với tỷ phần của chúng trong vật liệu. Tính đúng đắn của mối tương quan đó được kiểm tra một cách có hệ thống ở các trạng thái khác nhau trên vật liệu SiO2 và Al2O3 ở trạng thái lỏng, thuỷ tinh và rắn vô định hình. Sự phụ thuộc của các đặc trưng vi cấu trúc như hàm phân bố xuyên tâm, phân bố số phối trí, phân bố góc liên kết, tỷ phần các đơn vị cấu trúc vào áp suất và bản chất của quá trình thay đổi mật độ trong vật liệu được phân tích chi tiết. Kết quả động học trong vật liệu SiO 2 và Al2O3 lỏng cũng được phân tích sẽ cung cấp các thông tin khá đầy đủ về vi cấu trúc và động học trong nhóm vật liệu này. Từ khóa: đơn vị cấu trúc, vô định hình, phân bố góc, số phối trí. * 1. Mở đầu khuyết tật cấu trúc, lỗ hổng bên trong cấu Các hệ ôxit có ứng dụng rộng rãi và trúc mất trật tự cũng đã được khảo sát. Đặc quan trọng trong nhiều lĩnh vực như vật lý, biệt vật liệu SiO2 và Al2O3 được nghiên cứu địa vật lý, hoá học và công nghệ vật liệu. rộng rãi bằng các kĩ thuật thực nghiệm và các Ôxit bán dẫn được sử dụng để chế tạo các kĩ thuật mô phỏng như phương pháp động thiết bị điện tử như pin quang điện, cảm lực học phân tử (ĐLHPT), Monte Carlo và biến khí, trong công nghiệp hoá học phần nguyên lý ban đầu (abitio). lớn các chất xúc tác quan trọng là ôxit. Một Trong [18], Zachariasen đã dự đoán ứng dụng quan trọng nữa của ôxit phải kể cấu trúc của SiO2 ở trạng thái vô định hình đến là trong công nghệ gốm nhiệt độ cao, (VĐH) và lỏng bao gồm các đơn vị cấu đồ thuỷ tinh gia dụng… trúc cơ bản SiO4 liên kết với nhau trong Đã có nhiều phương pháp thực nghiệm một mạng liên tục và không có trật tự xa. phân tích vi cấu trúc bên trong vật liệu ôxit Những tiên đoán của Zachariasen đã được như nhiễu xạ tia X, nhiễu xạ nơtron, cộng thực nghiệm xác nhận thông qua kĩ thuật hưởng từ hạt nhân… Tuy nhiên vẫn còn nhiễu xạ tia X của Mozzi và Warren [7]. nhiều vấn đề chưa rõ ràng. Gần đây, có nhiều Trong mỗi đơn vị cấu trúc SiO4, các thông nghiên cứu đã chỉ ra tính đa thù hình, chuyển tin cấu trúc được xác định bởi số phối trí pha thù hình, ảnh hưởng của nhiệt độ lên vi (SPT), độ dài liên kết cặp Si–Si, O–O, Si– cấu trúc của vật liệu ôxit. Các khái niệm như O; góc liên kết Si–O–Si và góc liên kết O– 17 Journal of Thu Dau Mot University, No 5 (18) – 2014 Si–O. Độ dài liên kết trung bình Si–O, O– g/cm3. Phân bố SPT trung bình thu được là O và Si–Si trong SiO2 ở áp suất thường ZAl-O = 4,4. tương ứng bằng 1,59; 2,61 và 3,07 Å [13]. Có sự khác biệt khá lớn giữa các kết Trong [1], Geissberger lần đầu tiên phân quả thu được từ các phương pháp thực tích phổ 17O NMR của SiO2 thuỷ tinh thu nghiệm và mô phỏng khác nhau, cả về góc được góc liên kết Si–O–Si trung bình là 144o. liên kết thu được và phạm vi phân bố của Nghiên cứu phân bố góc bằng phương pháp nó, điều đó có thể liên quan đến việc sử nhiễu xạ tia X gần đây cho kết quả góc liên dụng các thế tương tác khác nhau. Tuy kết Si–O–Si trung bình bằng 151o [3] và 144o nhiên, còn rất nhiều vấn đề về vi cấu trúc [8]. Kết quả nghiên cứu phân bố góc Si–O–Si và ảnh hưởng của vi cấu trúc đến các tính của SiO2 lỏng và thuỷ tinh thu được bằng chất vật lý của các vật liệu SiO2 và Al2O3 phương pháp động lực học phân tử (ĐLHPT) hiện nay cần được làm sáng tỏ. Trong bài trong [4,5] thu được là 152o và 145o. báo này, chúng tôi tiếp tục nghiên cứu vi Vì ôxit Al2O3 thuộc loại vật liệu gốm cấu trúc của hai ôxit điển hình là SiO2 và có nhiệt độ nóng chảy rất cao (cỡ 2.327K) Al2O3 dưới tác động của áp suất, xây dựng nên rất khó khăn cho các nghiên cứu cấu mối tương quan giữa phân bố góc liên kết trúc của vật liệu này bằng thực nghiệm. (PBGLK) với tỉ phần các đơn vị cấu trúc Trong [14], bằng phép đo thực nghiệm trong vật liệu, kết quả thu được sẽ hỗ trợ nhiễu xạ tia X, Ansell và các ...