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,
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
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。