Tóm tắt luận án Tiến sĩ Vật lý kỹ thuật: Nghiên cứu đặc trưng cấu trúc và động học của các vật liệu SiO2 và MgSiO3 lỏng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO<br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI<br /> <br /> LUYỆN THỊ SAN<br /> <br /> NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VÀ ĐỘNG HỌC CỦA<br /> CÁC VẬT LIỆU SiO2 VÀ MgSiO3 LỎNG<br /> Chuyên ngành: VẬT LÝ KỸ THUẬT<br /> Mã số: 62520401<br /> <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 /> 2. GS. TS. VŨ VĂN HÙNG<br /> <br /> Phản biện 1:<br /> Phản biện 2:<br /> Phản biện 3:<br /> <br /> Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường<br /> 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 /> Hai vật liệu SiO2 và MgSiO3 đều là những vật liệu phổ biến trong<br /> vỏ trái đất, có nhiều ứng dụng công nghệ cao, đồng thời đóng vai trò<br /> quan trọng với ngành khoa học trái đất. Chính vì vậy những nghiên cứu<br /> về cấu trúc và động học của những vật liệu này không chỉ giúp nâng cao<br /> hiểu biết về các quá trình xảy ra trong lòng trái đất, mà còn giúp chế tạo<br /> những vật liệu có tính chất ưu việt.<br /> Cấu trúc, động học, mối liên hệ giữa cấu trúc và động học của các<br /> chất lỏng luôn là chủ đề thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học.<br /> Cho đến nay, có rất nhiều các mô hình lý thuyết, các công trình nghiên<br /> cứu thực nghiệm và mô phỏng đã được tiến hành nhằm giải thích các<br /> hiện tượng thú vị như đa thù hình, tách pha vi mô, động học không đồng<br /> nhất, thuyên giảm động học, khuếch tán dị thường, v.v.. Một số mô hình<br /> lý thuyết được đưa ra như: Mô hình 2 trạng thái (two-state model) nhằm<br /> giải thích quá trình chuyển từ pha mật độ thấp tới pha mật độ cao khi áp<br /> suất thay đổi, lý thuyết Adam-Gibbs với ý tưởng trung tâm là sự tồn tại<br /> các vùng tự sắp xếp đã giải thích thành công hiện tượng thuyên giảm<br /> động học cho một vài chất lỏng, v.v.. Một số nghiên cứu khác cho rằng<br /> các hiện tượng động học có thể được nhận biết chỉ thông qua các biến<br /> động học như theo dõi chuyển động của các hạt linh động, các tham số<br /> không có dạng phân bố Gauss, phương trình tương quan đa điểm, v.v..<br /> Trong một vài nghiên cứu gần đây, mối liên hệ giữa cấu trúc và động<br /> học đã được chỉ ra.<br /> Hiện nay có nhiều nhóm nghiên cứu trong nước và trên thế giới<br /> tiến hành nghiên cứu hai vật liệu này, tuy nhiên các kết quả thu được vẫn<br /> chưa thống nhất và nhiều vấn đề chưa được làm rõ như: i) Các hiện<br /> tượng liên quan tới sự thay đổi cấu trúc do ảnh hưởng của áp suất; ii)<br /> Liệu có thực sự tồn tại mô hình hai trạng thái trong những chất lỏng này,<br /> cấu trúc của pha mật độ thấp và pha mật độ cao như thế nào; iii) Nguyên<br /> nhân dẫn tới hiện tượng động học không đồng nhất hoặc cơ chế khuếch<br /> tán trong các chất lỏng có cấu trúc mạng (network - forming liquid). Từ<br /> 1<br /> <br /> những lý do trên, chúng tôi quyết định chọn đề tài luận án “Nghiên cứu<br /> đặc trưng cấu trúc và động học của các vật liệu SiO2 và MgSiO3 lỏng”.<br /> <br /> 2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu<br /> Mục đích của luận án hướng tới là nâng cao hiểu biết về cấu trúc<br /> và động học các vật liệu lỏng có cấu trúc mạng nói chung. Đối tượng<br /> nghiên cứu cụ thể của luận án là hai vật liệu SiO2 và MgSiO3 ở trạng thái<br /> lỏng. Phạm vi nghiên cứu của luận án chủ yếu là các hiện tượng liên<br /> quan tới cấu trúc và động học của hai vật liệu trên ở trạng thái lỏng.<br /> Cụ thể với vật liệu SiO2:<br /> - Xây dựng các mẫu SiO2 lỏng kích thước 1998 nguyên tử với nhiệt<br /> độ dao động từ 2600÷3500 K và áp suất từ 0÷30 GPa; Tiến hành khảo<br /> sát và giải thích cơ chế của các hiện tượng như: hiện tượng đa thù hình,<br /> khuếch tán, động học không đồng nhất.<br /> Cụ thể với vật liệu MgSiO3:<br /> - Xây dựng các mẫu MgSiO3 với kích thước 5000 nguyên tử, nhiệt<br /> độ 3500 K và áp suất dao động từ 0÷30 GPa. Nghiên cứu cấu trúc và sự<br /> thay đổi cấu trúc MgSiO3 khi áp suất thay đổi, từ đó làm rõ các đặc<br /> trưng cấu trúc.<br /> <br /> 3. Phương pháp nghiên cứu<br /> Luận án sử dụng phương pháp mô phỏng động lực học phân tử<br /> (ĐLHPT) để xây dựng các mẫu vật liệu SiO2 và MgSiO3. Các hiện<br /> tượng liên quan tới cấu trúc và động học được phân tích dựa trên quan<br /> điểm xem cấu trúc của vật liệu được hình thành từ các đơn vị phối trí<br /> (ĐVPT). Các kỹ thuật phân tích cấu trúc được sử dụng trong luận án như<br /> hàm phân bố xuyên tâm (PBXT), khảo sát phân bố góc, khảo sát phân bố<br /> khoảng cách, v.v.. Kỹ thuật phân tích động học chủ yếu là khảo sát sự<br /> chuyển đổi giữa các ĐVPT, khảo sát quá trình tạo đám của những<br /> nguyên tử có tính chất đặc biệt, v.v. Kỹ thuật trực quan hóa các dữ liệu<br /> mô phỏng cũng được sử dụng nhằm đưa ra những hình ảnh trực quan về<br /> sự sắp xếp của các nguyên tử, ĐVPT, v.v. trong không gian.<br /> <br /> 2<br /> <br /> 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài<br /> Những kết quả mà luận án thu được đã góp phần làm rõ bức tranh<br /> về cấu trúc và động học của các chất lỏng mà cấu trúc của chúng bao<br /> gồm những ĐVPT liên kết với nhau trong không gian, hay còn được gọi<br /> là những chất lỏng có cấu trúc mạng. Nhóm vật liệu được nghiên cứu<br /> trong luận án gồm SiO2 và MgSiO3 đều là những vật liệu chủ yếu trong<br /> vỏ trái đất. Chính vì vậy, những nghiên cứu về hai vật liệu này trong dải<br /> nhiệt độ và áp suất cao sẽ có ý nghĩa thiết thực với ngành khoa học trái<br /> đất, cho phép các nhà khoa học dự đoán các quá trình địa chất.<br /> <br /> 5. Những đóng góp mới của luận án<br /> - Chỉ ra cấu trúc mạng của SiO2 lỏng được hình thành từ 5 ĐVPT và<br /> chia thành hai pha: mật độ thấp và mật độ cao. Pha mật độ thấp gồm các<br /> ĐVPT SiO4 liên kết với nhau thông qua OSi2. Pha mật độ cao gồm các<br /> ĐVPT SiO5, SiO6 liên kết với nhau thông qua OSi3. Cấu trúc không<br /> đồng nhất là nguyên nhân dẫn tới hiện tượng các chuyển đổi phân bố<br /> không đồng nhất trong không gian cũng như hiện tượng động học không<br /> đồng nhất.<br /> - Chứng minh khuếch tán không chỉ đơn giản là quá trình chuyển<br /> đổi giữa các ĐVPT. Chuyển đổi có ích giữa các ĐVPT mới là yếu tố<br /> quan trọng dẫn tới khuếch tán. Chuyển động tương quan liên quan tới sự<br /> dịch chuyển của một nhóm các nguyên tử là nguyên nhân gây ra hiện<br /> tượng khuếch tán dị thường và thuyên giảm động học trong vật liệu SiO2<br /> lỏng.<br /> - Kết quả nghiên cứu cho thấy môi trường địa phương của Si trong<br /> vật liệu SiO2 lỏng và MgSiO3 lỏng khi áp suất thay đổi là tương tự nhau.<br /> Khi áp suất thay đổi, vật liệu MgSiO3 lỏng luôn tồn tại những vùng Si và<br /> vùng Mg, ứng với hiện tượng tách pha vi mô.<br /> 6. Cấu trúc của luận án<br /> Ngoài phần mở đầu, kết luận và danh mục tài liệu tham khảo, luận<br /> án được chia thành 4 chương:<br /> <br /> 3<br /> <br />