一种水蒸气和氧气在无定型二氧化硅中扩散系数的研究方法与流程

文档序号:20934221发布日期:2020-06-02 19:15阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种水蒸气和氧气在无定型二氧化硅中扩散系数的研究方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤一:运用materialstudio建立初始模型,设置原子分组和电荷数;

步骤二:运用lammps编写脚本,模拟二氧化硅的熔融过程;

步骤三:设置模拟参数,模拟水氧在无定型二氧化硅中的扩散过程;

步骤四:数据处理与分析。

2.根据权利要求1所述的水蒸气和氧气在无定型二氧化硅中扩散系数的研究方法,其特征在于,所述步骤一包括以下步骤:

运用materialstudio软件,导出α-sio2单胞模型,建立超胞,在竖直向上的z方向两端表面si原子连接o-h键,使si原子价态饱和,在z方向扩充区域并放置水分子和氧气分子,建立扩散初始构型,并设置sio2中si原子、o原子、o-h中h原子、水分子中o原子和水分子中h原子的电荷并导出data文件。

3.根据权利要求1所述的水蒸气和氧气在无定型二氧化硅中扩散系数的研究方法,其特征在于,所述步骤二包括以下步骤:

选取模拟过程单位,设置周期性边界条件及截断半径;

从晶态sio2制备无定型二氧化硅的步骤为:固定h2o分子和o2分子坐标,控制系统的温度和压强,经过两次降温获得非晶态sio2模型,充分弛域后获得稳定结构;

制备无定型二氧化硅过程,选用morse函数描述sio2原子间相互作用,

其中,为si原子、o原子中任意两个原子间作用力,d0、γ为morse势函数作用参数,rij为si原子、o原子、h原子中任意两个原子间距离,r0为截断半径,e为2.7182;

通过计算非晶态sio2样本的径向分布函数,描述样本的径向分布函数曲线;将样本的系统rdf第一个波峰的位置以及si-o第一谷和第二峰的位置与实验数据进行对比。

4.根据权利要求3所述的水蒸气和氧气在无定型二氧化硅中扩散系数的研究方法,其特征在于,所述步骤二中,模拟过程单位是real,设置周期性边界条件,截断半径为

5.根据权利要求3所述的水蒸气和氧气在无定型二氧化硅中扩散系数的研究方法,其特征在于,所述步骤二中,从晶态sio2制备无定型二氧化硅的步骤为:固定h2o分子和o2分子坐标,首先在nvt系综下,系统被加热到4000k后,经25k/ps的淬火速率使温度从4000k下降到300k,然后在npt系综下,经过75ps的加热使模型温度达到4000k,在模型充分熔融形成恒定尺寸后,在npt系综下经25k/ps的淬火速率使温度降到300k;整个过程采用0.5fs的时间步长,压强保持在1.013×105pa。

6.根据权利要求1所述的水蒸气和氧气在无定型二氧化硅中扩散系数的研究方法,其特征在于,所述步骤三包括以下步骤:

读取完成熔融过程的data文件,选用lennard-jones势函数描述原子间相互作用:

其中,ulj(rij)为si原子、o原子、h原子中任意两原子间短程作用力,ε、σ为l-j势函数参数,rij为si原子、o原子、h原子中任意两个原子间质心间距离,rc为截断半径;

远程作用力用库仑力表示:

其中,e表示长程库仑力,c为长程作用参数,qi、qj为si原子、o原子、h原子中任意两个原子电量;

任意两原子之间作用势函数参数采用lorentz-berthelot混和规则,即σi、εi、σj、εj为同一种原子间作用势参数,σij、εij为si原子、o原子、h原子中任意两个原子间的作用势参数;分别在1000℃、1100℃、1200℃、1300℃下模拟水氧在无定型二氧化硅中的扩散。

7.根据权利要求1所述的水蒸气和氧气在无定型二氧化硅中扩散系数的研究方法,其特征在于,所述步骤四包括以下步骤:

由步骤三得到水氧在无定型二氧化硅的均方位移随时间的变化关系,扩散系数使用einstein方法表述为:

其中,d为扩散系数,ri(t)为t时刻原子位置,并且对同一类原子进行平均值计算,ri(0)为初始时刻原子位置。


技术总结
本发明公开了一种水蒸气和氧气在无定型二氧化硅中扩散系数的研究方法,包括以下步骤:步骤一:运用Material Studio建立初始模型,设置原子分组和电荷数;步骤二:运用lammps编写脚本,模拟二氧化硅的熔融过程;步骤三:设置模拟参数,模拟水氧在无定型二氧化硅中的扩散过程;步骤四:数据处理与分析;本发明方法可准确有效的计算水蒸气和氧气在无定型二氧化硅中扩散系数,为氧化动力学模型的建立奠定基础;本发明方法从微纳观尺度分析原子扩散过程,可清楚直观观测原子位置变化,手段新颖;本发明方法适用于不同环境下的模拟,克服试验研究条件苛刻、耗费巨大等缺点,更加经济安全。

技术研发人员:孙志刚;陈壮壮;陈西辉;宋迎东;牛序铭;熊严
受保护的技术使用者:南京航空航天大学
技术研发日:2020.01.10
技术公布日:2020.06.02
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