Універсальна методика реконструкції атомної будови неупорядкованих систем за дифракційними даними, яка базується на принципу найбільшої правдоподібності. Дослідження структури ряду рідких і аморфних металів. Реконструкція розміщення атомів у просторі.
Детальну інформацію про структуру НС та її звязок з фізичними властивостями можна одержати за допомогою методів Монте-Карло (МК) та молекулярної динаміки (МД), що спираються на знання міжатомного потенціалу взаємодії. Оскільки одержання потенціалу міжатомної взаємодії є складною проблемою для більшості систем, то особливої актуальності набуває розробка компютерних методів, які за експериментальними дифракційними даними (структурними факторами (СФ), парними функціями розподілу атомів (ПФРА)) дозволяють відтворити атомну структуру не вдаючись до апріорних модельних припущень про характер будови досліджуваних НС. Для вивчення геометрії атомних конфігурацій в моделях звичайно використовуються формалізми координаційних багатогранників та кутових кореляцій, що дають змогу ідентифікувати типи атомного впорядкування, дослідити топологію неоднорідностей (кластерів) та визначити їх вміст. Робота виконувалася у межах тематичних планів Інституту металофізики, що були затвержені Президією НАН України, за темами "Електронна будова обєму та поверхневих шарів гідридів, оксидів, боридів, силіцидів і споріднених сполук, що містять конструктивні неоднорідності та структурні недосконалості" (1992-1995), "Взаємозвязок змін електронної будови сплавів та сполук на основі перехідних металів з кристалоструктурними ефектами ініційованими киснем і воднем" (1996-1997), "Дослідження фізико-хімічної природи кластерних утворень у конденсованих системах на основі лужних і 3d-металів." (1996-1999). -Удосконалена методика одержання тонкої структури дифракційних максимумів НС, за допомогою якої експериментально доведено (на основі дослідження особливостей кривих інтенсивності) існування в металічних розплавах кристалоподібних кластерів із структурою гомологічно повязаною з упорядкуванням у відповідних кристалічних фазах: ГЦК-Al, ГЩУ-Mg, b-Ga.Система містить N атомів у кубічній комірці з накладеними періодичними граничними умовами і середньою густиною рівною експериментальній. Описано способи аналізу характеру розташування атомів в моделях НС, що використовувались в роботі, а саме: побудова багатогранників Вороного (БВ), багатогранників, утворених радикальними площинами (БРП); кутових кореляційних функцій (ККФ); застосування формалізмів атомних пар найближчих сусідів (АПНС) та параметрів орієнтації звязків, які зєднують сусідні атоми (ПОЗ): , (16) де Zm-кількість найближчих сусідів атому m, qij-кут між звязками, що зєднуютъ m атом з його і та j сусідами, Pl-поліноми Лежандра. На основі експериментальних ПФРА здійснювалась реконструкція шляхом побудови моделей, що містили 476 атомів в базовій комірці. Вивчення розподілу областей незайнятих атомами-"дірок" в моделях вказує на значне зростання їх кількості із збільшенням температури, чим i пояснено вищевикладений факт. В 500 атомних моделях ідентифіковано ГЦК-подібні кластери таких розмірів: при 1753K 1 кластер складається з 35 атомів, 1-із 16, 2 кластера-із 10; при 2033K 1 кластер-із 21атома, 1-із 14, 1-із 10, 1-із 7.В рідких металах ідентифіковано неоднорідності із упакуванням гомологічно повязаним з будовою відповідних кристалічних фаз (ГЦК-Al,Ni,Fe; ГЩУ-Mg,Co; b-Ga-Ga), розміри яких зменшуються з нагріванням. Положення особливостей на кривих інтенсивності свідчить про присутність у розплавах кристалоподібних кластерів (ГЦК-Al, ГЩУ-Mg, b-Ga-Ga), існування яких було також ідентифіковано в рамках модельної реконструкції структури. Показано, що існування стереохімічно визначеного призматичного упорядкування атомів ПМ навколо атомів МЕ в АМС обумовлено сильною міжатомною взаємодією МЕ-ПМ. Для аморфного сплаву Fe75B25 встановлено, що процеси структурної релаксації, викликані лазерною обробкою, полягають у кластерній перебудові: зменшенні обєму міжкластерних порожнин та збільшенні розмірів кластерів. Результати МД моделювання і реконструкції на основі експериментальних даних по відбиванню рентгенівських променів свідчать про розшарування рідких ртуті і галію біля поверхні поділу рідина-пара.
План
2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вывод
1. На основі принципу найбільшої правдоподібності (НП) розроблений метод реконструкції атомної структури НС по експериментальних дифракційних даних (ПФРА,СФ). Зазначений метод дозволяє ефективно визначати тривимірну картину розташування атомів НС у просторі.
2.Здійснено реконструкцію структури ряду розплавів (Al, Mg, Fe, Co, Ni, Ga) на основі експериментальних даних, отриманих за допомогою рентгенівської дифракції при різних температурах. Використання формалізму координаційних багатогранників та кутових кореляцій для аналізу моделей дозволило зробити висновок про кластерну будову досліджуваних обєктів і визначити основні типи упорядкувань. В рідких металах ідентифіковано неоднорідності із упакуванням гомологічно повязаним з будовою відповідних кристалічних фаз (ГЦК-Al,Ni,Fe; ГЩУ-Mg,Co; b-Ga-Ga), розміри яких зменшуються з нагріванням. Поряд із кристалоподібними областями в розплавах виявлені некристалічні кластери, серед яких значну частку складають ікосаедричні координації. З енергетичних міркувань показано, що наявність некристалічних ікосаедричних упаковок є наслідком кластерного характеру будови металічних НС, що передбачає існування внутрішніх границь.
3. Сформульовано умови необхідні для одержання тонкої структури дифракційних максимумів НС. Ці умови реалізовані в експериментальній методиці, що дозволила виявити та дослідити тонку структуру картин рентгенівського розсіяння від Al,Mg,Ga. Положення особливостей на кривих інтенсивності свідчить про присутність у розплавах кристалоподібних кластерів (ГЦК-Al, ГЩУ-Mg, b-Ga-Ga), існування яких було також ідентифіковано в рамках модельної реконструкції структури.
Методом малокутового розсіювання рентгенівських променів отримано експериментальне підтвердження микронеоднорідного характеру будови розплавів на основі галію. Розміри неоднорідностей складали порядку декількох нанометрів при температурах близьких до температури плавлення.
4. НП методом побудовані структурні моделі аморфних сплавів ПМ-ME, що успішно описують експериментальні дифракційні характеристики. У результаті вивчення характеру атомного упорядкування в моделях встановлено, що переважаючим структурним мотивом для АМС ПМ-ME є призматичне упакування по типу відповідних інтерметалічних сполук ПМ3МЕ. В областях, де атоми металоїду відсутні, виявлені ікосаедричні металічні кластери. Для аморфного Ni80P20 проведено розрахунок силових функцій міжатомної взаємодії. Показано, що існування стереохімічно визначеного призматичного упорядкування атомів ПМ навколо атомів МЕ в АМС обумовлено сильною міжатомною взаємодією МЕ-ПМ.
5. За допомогою формалізму порожнинних дельтагранників у моделях рідких і аморфних систем на основі заліза та нікелю виявлено порожнини, нехарактерні для щільних упаковок, що безпосередньо вказує на мікронеоднорідну будову цих обєктів. У розплавах значну частину вільного обєму займають видовжені порожнини, частка яких зростає з нагріванням, приводячи до зменшення розмірів щільноупакованих кластерів. Для рідких систем, на відміну від аморфних, ідентифіковані крупні сферичні пори, що можуть трактуватися як вакансії.
6. Для аморфного сплаву Fe75B25 встановлено, що процеси структурної релаксації, викликані лазерною обробкою, полягають у кластерній перебудові: зменшенні обєму міжкластерних порожнин та збільшенні розмірів кластерів.
7. Шляхом МД моделювання процесів самодифузії в рідкій сталі (Fe94,5C4,5) встановлено, що переміщення атомів здійснюється, як стрибками так і за рахунок теплового дрейфу і визначається кластерним характером будови розплаву.
8. Результати МД моделювання і реконструкції на основі експериментальних даних по відбиванню рентгенівських променів свідчать про розшарування рідких ртуті і галію біля поверхні поділу рідина-пара. Для рідкої ртуті виявлене регулярне чергування шарів атомів, паралельних поверхні, з інтервалом »0,28 нм; у випадку розплавленого галію атомні шари розміщуються нерегулярно.
РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В РОБОТАХ
1. Мельник О.Б. Структура поверхні рідкої ртуті // Укр.Фіз.Журн. - 1999. - 44,N5. - С. 571-574.
3. Мельник А.Б. Исследование междоузельного пространства в моделях жидких и аморфных систем на основе никеля // Металлофизика и новейшие технологии. - 1997. - 19,N2 - С.12-16.
4. Мельник А.Б. Моделирование процесса самодиффузии в жидкой стали // Доклады НАН Украины - 1997. - N3. - С.100-105.
6. Шпак А.П., Мельник А.Б. О существовании ГЦК-кластеров в жидком никеле // Металлофизика и новейшие технологии. - 1995. - 17,N5. - С.73-77.
7. Шпак А.П. Мельник А.Б. К вопросу о микрогетерогенном строении неупорядоченных металлических систем // Современное материаловедение ХХІ век. - Киев: Наукова думка, 1998. - С.431-444.
8. Shpack A.P., Melnick A.B. On the existence of fcc clusters in liquid aluminum // Nanostruct. mater. - 1994. - 4,N4. - P.485-489.
14. Шпак А.П., Мельник А.Б. Моделирование структуры жидкого алюминия по дифракционным данным // Расплавы. - 1994. - N4. - С.31-36.
15. Шпак А.П., Мельник А.Б. Близький порядок у рідкому магнії // Укр.Фіз.Журн. - 1994. - т.39,N7/8. - С.826-829.
16. Шпак А.П., Мельник А.Б., Кобзенко Н.С., Мельник Б.А. Структура жидкого галлия // ДАН Украины. - 1995. - N4. - С.56-58.
17. Шпак А.П., Мельник А.Б. Некоторые аспекты ближнего порядка в аморфных сплавах переходный металл-металлоид // Металлофизика и новейшие технологии. - 1998. - 20,N12. - С.75-80.
18. Немошкаленко В.В., Шпак А.П. Мельник А.Б. Моделирование структуры неупорядоченных систем по дифракционным данным // Докл. АН Украины. - 1992. - N4. - С.56-59.
19. Шпак А.П., Мельник Б.А., Краля В.Д., Мельник А.Б. Определение размеров микрообластей в жидких сплавах // Процессы литья. - 1996. - N1. - С. 20-23.
20. Мельник А.Б., Мельник Б.А., Краля В.Д. Квазикристаллическая микронеоднородная модель структуры расплавленного чугуна // Процессы литья. - 1994. - N1. - С.71-76.
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
