Tóm tắt luận án Tiến sĩ Vật lý kỹ thuật: Nghiên cứu cấu trúc và sự không đồng nhất động học trong vật liệu Silicát ba nguyên PbO.SiO2, Al2O3.2SiO2 và Na2O.2SiO2 ở trạng thái lỏng và vô định hình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO<br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI<br /> <br /> NGUYỄN VĂN YÊN<br /> <br /> NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ SỰ KHÔNG ĐỒNG NHẤT<br /> ĐỘNG HỌC TRONG VẬT LIỆU SILICÁT BA NGUYÊN<br /> PbO.SiO2, Al2O3.2SiO2 và Na2O.2SiO2 Ở TRẠNG THÁI<br /> LỎNG VÀ VÔ ĐỊNH HÌNH<br /> <br /> Chuyên ngành : VẬT LÝ KỸ THUẬT<br /> Mã số: 62520401<br /> TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ KỸ THUẬT<br /> <br /> HÀ NỘI – 2017<br /> <br /> Công trình được hoàn thành tại:<br /> Trường Đại học Bách khoa Hà Nội<br /> <br /> Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. NGUYỄN VĂN HỒNG<br /> <br /> 2. PGS.TS. LÊ THẾ VINH<br /> <br /> Phản biện 1:<br /> Phản biện 2:<br /> Phản biện 3:<br /> Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp<br /> Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội<br /> Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ……<br /> <br /> Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:<br /> 1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội<br /> 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam<br /> <br /> MỞ ĐẦU<br /> 1. Lý do chọn đề tài<br /> Silicát là nhóm vật liệu được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh<br /> vực công nghiệp (điện tử, quang học, siêu dẫn, cơ khí...) cũng như<br /> đời sống (gốm, men, thủy tinh...). Ví dụ như nhôm-silicát được ứng<br /> dụng trong công nghiệp hóa học, công nghiệp cao su, sản xuất ra các<br /> vật liệu chuyên dụng như gạch men, da giày nhân tạo v.v..., đặc biệt<br /> trong một số ứng dụng công nghệ cao như chì-silicát dùng che chắn<br /> phóng xạ.<br /> Hiện tại cấu trúc và động học không đồng nhất của các hệ vật<br /> liệu silicát vẫn đang là vấn đề mang tính chất thời sự, được nhiều nhà<br /> khoa học quan tâm nghiên cứu. Các nghiên cứu trước đó đã chỉ ra<br /> rằng các hệ vật liệu silicát có cấu trúc mạng ngẫu nhiên liên tục, bao<br /> gồm các đơn vị cấu trúc SiOx. Trong đó sự chuyển pha mật độ được<br /> cho có liên quan đến sự thay đổi tỷ phần các đơn vị cấu trúc. Ngoài<br /> ra, cấu trúc không đồng nhất được tạo ra là do sự phân bố khác nhau<br /> của các đơn vị cấu trúc trong mô hình, từ đó hình thành nên vùng<br /> giàu cation. Giữa các đơn vị cấu trúc được kết nối với nhau thông<br /> qua nguyên tử O, mức độ polymer hóa (DOP) cũng được đánh giá<br /> qua các nguyên tử Oxy cầu Qn. Tuy nhiên, thông tin chi tiết về sự<br /> hình thành các cụm với kích thước bao nhiêu, các đơn vị cấu trúc<br /> phân bố đồng đều hay tách ra thành các cụm riêng biệt vẫn chưa<br /> được làm rõ. Đặc biệt hơn trong hệ silicát ba nguyên, với sự có mặt<br /> của hai loại cation thì sự kết nối giữa các đơn vị cấu trúc của hai loại<br /> như thế nào? có thực sự tồn tại các vùng mà ở đó các cation tách<br /> nhau ra không? Trong phạm vi luận án này chúng tôi sẽ làm rõ hơn,<br /> chi tiết hơn về vấn đề này. Ngoài ra, để làm sáng tỏ hiện tượng<br /> không đồng nhất cấu trúc, chúng tôi đưa ra hai phương pháp mới để<br /> phân tích là simplex và shell-core (SC).<br /> Vấn đề động học không đồng nhất (DH) trong các hệ chất lỏng<br /> đã được ghi nhận, trong đó quan tâm đến vùng chuyển động nhanh<br /> và các vùng chuyển động chậm. DH được nghiên cứu khá chi tiết<br /> 1<br /> <br /> trong các hệ keo qua việc phân tích các hạt chuyển động nhanh và<br /> chuyển động chậm. Theo tác giả Antonio M. Puertas, những hạt<br /> chuyển động nhanh thì lân cận của chúng cũng chuyển động nhanh,<br /> hạt chuyển động chậm thì lân cận của chúng cũng chuyển động<br /> chậm. Điều này tạo nên vùng nhanh chậm tách nhau ra, hơn nữa mật<br /> độ vùng nhanh và chậm là rất khác nhau. Ngoài ra, phân bố không<br /> gian của các vùng nhanh và chậm cũng được Claudio Donati quan<br /> tâm nghiên cứu, trong đó tác giả cho rằng phân bố không gian của<br /> những hạt chuyển động nhanh thì lớn hơn những hạt chuyển động<br /> chậm. Điều này dẫn đến vùng mật độ cao là vùng chứa các hạt<br /> chuyển động chậm và mật độ thấp chứa các hạt chuyển động nhanh.<br /> Ngoài các hệ keo thì các kết quả tương tự cũng được quan sát thấy<br /> trên các chất lỏng nguội nhanh, tuy nhiên với các hệ ôxít lỏng đặc<br /> biệt là các hệ silicát thì số lượng các công trình nghiên cứu về DH là<br /> rất ít. Cho đến nay chỉ mới ghi nhận tác giả K.D. Vargheese và các<br /> cộng sự của ông nghiên cứu về DH trên hệ nhôm-silicát năm 2010.<br /> Tuy nhiên tác giả chỉ mới dừng lại ở mức độ định tính, theo tác giả<br /> trong mô hình có tồn tại các vùng chuyển động nhanh và chuyển<br /> động chậm, và các vùng chuyển động chậm là vùng giàu Si và O, các<br /> vùng chuyển động nhanh là vùng giàu Al và Ca. Ngoài ra mật độ<br /> vùng chuyển động nhanh như thế nào? liệu rằng các hạt chuyển động<br /> nhanh có sự kết cụm hay không? Các liên kết của chúng giảm như<br /> thế nào theo thời gian? Tất cả những vấn đề này vẫn chưa được làm<br /> rõ, hơn nữa có tồn tại hay không sự tương quan giữa động học và cấu<br /> trúc trong hệ vật liệu silicát và cụ thể ra sao? Đây đều là những câu<br /> hỏi còn bỏ ngỏ, trên cơ sở đó chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu cấu<br /> trúc và sự không đồng nhất động học trong vật liệu Silicát ba<br /> nguyên PbO.SiO2, Al2O3.2SiO2 và Na2O.2SiO2 ở trạng thái lỏng và<br /> vô định hình” nhằm đưa đến cái nhìn rõ ràng hơn về cấu trúc cũng<br /> như động học của hệ silicát ba nguyên.<br /> 2. Mục đích đối tượng và phạm vi nghiên cứu<br /> 2<br /> <br /> Đối tượng nghiên cứu của luận án là các hệ silicát ba nguyên<br /> gồm PbO.SiO2 (lỏng), Al2O3.2SiO2 (lỏng và vô định hình) và<br /> Na2O.2SiO2 (lỏng). Trong đó phạm vi nghiên cứu của đề tài chủ yếu<br /> là cấu trúc và động học với nội dung như sau:<br /> + Nghiên cứu vi cấu trúc của các hệ vật liệu PbO.SiO2 (lỏng),<br /> Al2O3.2SiO2 (lỏng và vô định hình) dưới ảnh hưởng của áp suất.<br /> Trong đó đánh giá vi cấu trúc thông qua các thông số cơ bản như<br /> hàm phân bố xuyên tâm, số phối trí và phân bố góc.<br /> + Nghiên cứu cấu trúc không đồng nhất của hệ vật liệu Al2O3.2SiO2<br /> và Na2O.2SiO2 lỏng qua việc phân tích các quả cầu simplex và các<br /> hạt shell-core (SC).<br /> + Nghiên cứu về DH của các hệ vật liệu Al2O3.2SiO2 và Na2O.2SiO2<br /> lỏng qua việc phân tích chuyển động nhanh và chậm của một nhóm<br /> các nguyên tử.<br /> + Nghiên cứu mối tương quan giữa động học và cấu trúc của hệ vật<br /> liệu Al2O3.2SiO2 và Na2O.2SiO2 lỏng.<br /> 3. Phương pháp nghiên cứu<br /> + Phương pháp mô phỏng động lực học phân tử<br /> + Phương pháp phân tích cấu trúc địa phương<br /> + Phương pháp simplex và SC phân tích cấu trúc không đồng nhất.<br /> + Phương pháp phân tích cấu trúc bằng kỹ thuật trực quan hóa.<br /> + Phương pháp phân tích DH qua việc đánh giá chuyển động nhanh<br /> và chuyển động chậm của một nhóm các nguyên tử.<br /> 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài<br /> Các kết quả của Luận án cho một cái nhìn tổng quan về mặt cấu<br /> trúc của các hệ silicát ba nguyên PbO.SiO2 (lỏng), Al2O3.2SiO2 (lỏng<br /> và vô định hình) và Na2O.2SiO2 (lỏng), đây sẽ là những thông tin<br /> hữu ích cho những nghiên cứu tiếp theo. Bên cạnh đó, những nghiên<br /> cứu của chúng tôi cũng cho thấy sự ảnh hưởng của áp suất hay số hạt<br /> lên vi cấu trúc của các hệ silicát ba nguyên.<br /> 3<br /> <br />