microbik.ru
1


УДК 536.7:541.45

ББК 22.365+22.37

Б43

Д.К. Белащенко

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЖИДКИХ И АМОРФНЫХ ВЕЩЕСТВ

Научное издание. - М.: МИСиС, 2005. – 408 с.

ISBN 5-87623-134-7.

В книге рассмотрены основные структурные характеристики некристаллических (жидких и аморфных) веществ, методы компьютерного моделирования систем с различным характером химической связи, в том числе металлов, солей, оксидов и т.п. Дан обзор методов моделирования некристаллических систем с использованием дифракционных данных о структуре. Проведен анализ топологических характеристик некристаллических систем. Исследованы возможности восстановления межчастичных потенциалов по структуре жидкого или аморфного тела и расчета термодинамических, структурных, диффузионных и других свойств веществ методами компьютерного моделирования.

Ил. 132. Табл. 43. Библиогр. список: 717 назв.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава 1. Структура однокомпонентных некристаллических систем

    1. Основные определения

1.2. Связь структурных характеристик жидкостей с парным потенциалом однокомпонентной системы

1.3. Методы определения структурных характеристик

1.4.Влияние типа химической связи на атомный фактор

1.5. Экспериментальные данные о структуре однокомпонентных жидких и аморфных веществ

Жидкие металлы. Модельное описание структуры жидких металлов. Аморфные металлы. Жидкие и аморфные неметаллы

Глава 2. Структура двухкомпонентных некристаллических систем

2.1. Основные определения


2.2. Методы расшифровки структуры двойных систем

2.3. Поведение интерференционных функций при малых углах рассеяния

2.4. Экспериментальные данные о структуре многокомпонентных жидких и аморфных веществ

2.4.1. Металлические расплавы

Классификация жидких сплавов. Системы с расслоением. Системы, близкие к идеальным. Системы с выраженным сродством компонентов. Системы 3d- и 4f-металлов. Модельное описание структуры двойных расплавов

2.4.2. Аморфные металлические сплавы

Типы аморфных сплавов. Структура аморфных сплавов. Расшифровка структуры. Структурная релаксация.

2.4.3. Неметаллические системы


Халькогенидные системы. Системы с ионной связью. Суперионные проводники. Некристаллические оксиды и сульфиды

2.4.4. Системы металл – неметалл

Системы металл – халькоген. Системы металл – соль.

Глава 3. Методы моделирования некристаллических систем

3.1. Метод молекулярной динамики

3.2. Метод статической релаксации

3.3. Метод построения моделей ab initio («из первых принципов»)

3.4. Метод Монте-Карло

3.5. Методы, позволяющие строить модели по известным дифракционным данным о структуре.

Обратный метод Монте-Карло (Reverse Monte Carlo). Силовой алгоритм. Построение компьютерных моделей жидкости и восстановление межчастичных потенциалов по дифракционным данным. Алгоритм Шоммерса.

Построение моделей жидкости и восстановление межчастичного потенциала методом Реатто. Построение моделей жидкости и восстановление межчастичного потенциала алгоритмом BELION. Схема построения компьютерных моделей, основанная на уравнении Борна-Грина-Боголюбова (алгоритм Менделева-Белащенко). Гибридный алгоритм построения компьютерных моделей некристаллических систем при Т = 0. Дельта - алгоритм построения моделей при Т = 0. Построение моделей аморфных веществ при Т = 0 с помощью «алгоритма сравнения координационных чисел».

3.6. Семейства потенциалов, генерирующих тождественные структуры некристаллических тел

Глава 4. Межчастичные взаимодействия в твердых и жидких телах

4.1. Парные межатомные потенциалы

4.2. Вычисление кулоновских сил

4.3. Ионно-ковалентное взаимодействие

4.4. Квантово-механический расчет парных потенциалов

4.5. Расчет межчастичных взаимодействий ab initio («из первых принципов»)

4.6. Трехчастичные межатомные потенциалы

4.7. Многочастичные межатомные потенциалы

Глава 5. Анализ свойств некристаллических моделей

Парные корреляционные функции. Координационные числа. Угловые корреляции. Трехчастичные корреляционные функции. Распределение многогранников Вороного. Распределение пор. Распределение колец (циклов). Распределение связных групп. Коэффициенты самодиффузии. Автокорреляционная функция скоростей и плотность колебательных состояний. Теплоемкость. Электропроводность. Вязкость. Статические структурные факторы. Динамические структурные факторы.

Глава 6. Моделирование однокомпонентных некристаллических систем

6.1. Моделирование жесткосферных систем

Моделирование аморфной системы жестких сфер (СЖС). Реальные модели СЖС. Компьютерное моделирование аморфной СЖС. Флюидная система жестких сфер.

6.2. Однокомпонентная классическая плазма

6.3. Некристаллические структуры с обратным степенным потенциалом

("канонические структуры")

6.4. Степенные парные потенциалы

Степенной парный потенциал (6.7) с n = 2. Степенной парный потенциал (6.7) с n = 3. Другие степенные потенциалы

6.5. Потенциал Гаусса

6.6. Системы с потенциалом Леннард-Джонса

Моделирование жидкости с потенциалом Леннард-Джонса. Аморфные структуры с потенциалом Леннард-Джонса

6.7. Модели аморфного железа

6.8. Системы с различными парными потенциалами

Парный потенциал Морза. Модель аморфного алюминия.

6.9. Некристаллическая система жестких сфер как «производящая структура»

6.10. Плоские аморфные системы

6.11. Моделирование с использованием трехчастичных потенциалов

6.12. Модель погруженного атома (EAM – Embedded Atom Model)

Глава 7. Модели двухкомпонентных систем

7.1. Двухкомпонентная система жестких сфер

7.2. Изотопный эффект в простых жидкостях

7.3. Двухкомпонентные канонические структуры

7.4. Иные аморфные структуры с центральным взаимо­действием

Системы типа металл – металл. Системы типа металл – металлоид. Растворы водорода в аморфных металлах.

7.4. Компьютерные модели жидких галогенидов

7.5. Компьютерные модели суперионных проводников

Глава 8. Топологический анализ некристаллических структур

8.1. Координаты первого максимума ПКФ некристаллической системы. Первое топологическое правило

8.2. Высоты первых пиков ПКФ. Второе топологическое правило

8.3. Допустимые формы ПКФ. Третье топологическое правило.

8.4. Топологические характеристики некристаллических систем с ионно-ковалентным типом связи

Глава 9. Компьютерные модели жидких и аморфных оксидов

9.1. Построение моделей оксидных систем

9.2. Модели простых некристаллических оксидов

Модели кремнезема. Модели оксида бора. Модели некристаллического Al2O3. Модели некристаллического Fe2O3. Модели оксида урана UO2 . Модели некристаллического P2O5. Модели некристаллического V2O5. Модели некристаллического WO3. Модели некристаллического Na2O.

9.3. Моделирование рядов некристаллических оксидов

Модели некристаллических оксидов ряда Me2O. Модели некристаллических оксидов ряда MeO. Модели некристаллических оксидов ряда Me2O3. Модели некристаллических оксидов ряда MeO2. Модели некристаллических оксидов ряда Me2O5. Модели некристаллических оксидов ряда МеО3

    1. Моделирование двойных некристаллических оксидных систем

Модели систем вида Me2O-SiO2. Модели систем вида MeO-SiO2. Модели систем вида Me2O3-SiO2. Моделирование боратных систем. Моделирование фосфатных и ванадатных систем. Моделирование вольфраматных систем. Моделирование других двойных оксидных систем. Моделирование многокомпонентных систем

    1. Моделирование процессов переноса ионов

Глава 10. Компьютерное моделирование некристаллических систем с использованием дифракционных данных о структуре

10.1. Построение однокомпонентных моделей некристаллических систем по данным дифракционных экспериментов

10.2. Построение двухкомпонентных моделей некристаллических систем по данным дифракционных экспериментов

10.3. Построение компьютерных моделей жидкостей по дифракционным данным и восстановление межчастичных потенциалов

Приближенное уравнение БГБК и уравнение ПЙ. Построение моделей однокомпонентных жидкостей методами Шоммерса, Реатто, Менделева-Белащенко. Другие методы моделирования по дифракционным данным. Двухкомпонентные модели. Проблема однозначности восстановления межчастичных потенциалов по дифракционным данным.

10.4. Построение компьютерных моделей и восстановление межчастичных потенциалов аморфных систем

10.5. Случай многочастичных потенциалов

10.6. Построение компьютерных моделей и восстановление межчастичных потенциалов ионных систем

Жидкий LiCl при 958 К. Жидкий NaCl при 1148 К. Жидкий RbCl при 1020 К. Жидкий CsCl при 968 К. Жидкий RbBr при 960 K. Галогениды щелочно-земельных металлов. Галогениды меди и серебра.

10.7. Обсуждение

Глава 11. Механизмы диффузии в некристаллических системах

11.1. Кооперативный механизм диффузии. Прямое моделирование диффузии в жидких и аморфных фазах методом молекулярной динамики

11.2. Активационные механизмы диффузии

Распределение энергий основных и переходных состояний. Среднее время между прыжками диффундирующей частицы. Фактор корреляции. Расчет коэффициента самодиффузии. Моделирование процесса активированной самодиффузии. Другие варианты активированной самодиффузии.

11.3. Диффузия по междоузлиям аморфной системы

Однокомпонентные модельные системы. Диффузия водорода в аморфных сплавах. Диффузия углерода по междоузлиям аморфного железа.

11.4. Локальные неоднородности аморфной структуры и проблема «дефектов». Вакансии («поры») в аморфных системах. Вакансионный механизм диффузии в аморфных металлах

11.5. Моделирование диффузии в рыхлых системах

Глава 12. Квантово-механическое и «первопринципное» моделирование

12.1. Металлические системы

Жидкий литий. Жидкий и аморфный натрий. Жидкий и аморфный рубидий. Жидкий цезий. Жидкая ртуть. Жидкий и аморфный углерод. Жидкий германий. Жидкие алюминий и сернистое железо. Переходные металлы. Двойные металлические системы. Система литий-свинец. Система натрий-свинец. Система калий-свинец. Расплавы щелочной металл-теллур. Сплавы серебро-селен.

12.2. Неметаллические системы.

Жидкий и аморфный селен. Жидкий фосфор. Жидкие полупроводники As2S3, As2Se3, As2Te3. Жидкий и аморфный кремнезем

Библиографический список