THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1. Thông tin chung

- Tên đề tài: Mô phỏng sự biến đổi cấu trúc và tính chất động học trong các vật liệu GeO₂, SiO₂, TiO₂, Al₂O₃ và Al₂O₃-2SiO₂ theo nhiệt độ và áp suất.

- Mã số: CS.2021.17

- Chủ nhiệm đề tài: TS. Giáp Thị Thùy Trang

- Tổ chức chủ trì: Trường Đại học Sư phạm – Đại học Thái Nguyên

- Thời gian thực hiện: : 12 tháng (Từ tháng 5 năm 2020 đến tháng 5 năm 2021)

2. Mục tiêu

 Phân tích được cấu trúc đa thù hình của các vật liệu GeO₂, SiO₂, TiO₂, Al₂O₃ và Al₂O₃-2SiO₂ thông qua các đại lượng như hàm phân bố xuyên tâm, phân bố số phối trí, phân bố góc liên kết, phân bố chiều dài liên kết, năng lượng, thống kê các đơn vị cấu trúc và trực quan hóa 3 chiều;

Nghiên các tính chất động học trong các vật liệu GeO₂, SiO₂, TiO₂, Al₂O₃ và Al₂O₃-2SiO₂ theo áp suất và nhiệt độ;

Tìm mối liên hệ giữa tính chất động học và quá trình khuếch tán, cơ chế tạo các pha khác nhau trong các vật liệu GeO₂, SiO₂, TiO₂, Al₂O₃ và Al₂O₃-2SiO₂.

3. Tính mới và tính sáng tạo

          i. Các kết quả phân tích chỉ ra silica lỏng tồn tại ba vùng cấu trúc khác nhau tương ứng với ba vùng nhiệt độ là I (2000-3000 K), II (3500-4500 K) và III (5000-6000 K). Ảnh hưởng của nhiệt độ đến các đặc trưng của mỗi nguyên tử và mỗi domain trong 3 vùng đó là khác nhau. Ở khoảng nhiệt độ 4500-5000 K thì sự chuyển đổi cấu trúc của vật liệu này là mạnh nhất.

          ii. Mô phỏng còn cho thấy dưới 3500K, silica lỏng thể hiện động học không đồng nhất mạnh, cụ thể trong hệ tồn tại vùng mật độ thấp và vùng mật độ cao. Trái lại trên 3500 K, silica thể hiện cấu trúc đồng nhất. Trong silica lỏng, nguyên tử O linh động hơn nguyên tử Si.

          iii. Phân tích cấu trúc các mô hình vật liệu sắt cho thấy rằng vị trí cực đại đầu tiên trong HPBXT hầu như không thay đổi theo nhiệt độ, nhưng cực đại thứ hai dường như tách ra khi chất lỏng chuyển thành chất rắn vô định hình, điều này bắt nguồn từ sự chuyển đổi của các simplex từ méo thành tứ diện lý tưởng, tương ứng với vật liệu chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái vô định hình.

          iv. Chúng tôi xác định nhiệt độ chuyển tiếp pha thủy tinh theo ba cách khác nhau và thu được kết quả giống nhau.

          v. Đối với Fe lỏng, đám các nguyên tử linh động chuyển động trong thời gian hồi phục và các nguyên tử linh động không có xu hướng tách ra khỏi đám của chúng.

5. Sản phẩm:

5.1. Sản phẩm khoa học

          1) Kien Huu Pham and Trang Thi Thuy Giap^* (2021), “The liquid–amorphous phase transition, slow dynamics and dynamical heterogeneity for bulk iron: a molecular dynamics simulation”, RSC Advances, Vol. 11, pp. 32435–32445.

2) Giáp Thị Thùy Trang^*, Phạm Hữu Kiên, Dương Thị Lan, Trịnh Văn Hà (2022), “Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến cấu trúc, sự không đồng nhất cấu trúc và động học của silica lỏng”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Việt Nam, Tập 64, Số 3, tháng 3, 2022, Trang 43-49.

3) Pham Huu Kien, Yiachu Khamphone, Giap Thi Thuy Trang^* (2021), “Study of Effect of Size on Iron Nanoparticle by Molecular Dynamics Simulation”, HighTech and Innovation Journal, Vol. 2, No. 3, September, pp. 158-167.

          4) Giap Thi Thuy Trang and Nguyen Thi Thao^* (2021), “Computer simulation of local structure and diffusion mechanism through voronoi polyhedrons in sodium silicate glass”, HNUE Journal Of Science, Natural Sciences, Vol. 66, Iss. 3, pp. 29-37.

5) Pham Huu Kien, Nguyen Hong Linh, Duong Thi Lich, Ngo Tuan Ngoc, Dang Thi Thu Huong, Giap Thi Thuy Trang*(2021), “Study of the correlation between the radial distribution function and bond angle distribution in Mg₂SiO₄ solid”, TNU Journal of Science and Technology, 226(07), trang 18 - 24

5.2. Sản phẩm đào tạo

          Hướng dẫn 02 đề tài NCKH sinh viên và 01 luận văn thạc sĩ

1) Đặng Thị Thu Hương (2021), “Mô phỏng sự biến đổi cấu trúc và động học của vật liệu silica lỏng ở các nhiệt độ từ 2000 K đến 6000 K”, Khóa luận tốt nghiệp sinh viên lớp Lý-K52, Trường Đại học sư phạm – Đại học Thái Nguyên.

2) Phạm Xuân Hiển (2021), “Phân tích hình học cấu trúc đa thù hình và tính chất động học theo áp suất trong thệ ôxit GeO₂ lỏng bằng phương pháp mô phỏng”, Luận văn thạc sĩ k27, Trường Đại học sư phạm – Đại học Thái Nguyên.

3) Dương Thị Lan (2022), “Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất đến cấu trúc và tính chất động học trong vật liệu Al₂O₃”, Đề tài NCKH sinh viên lớp Lý-K54, Trường Đại học sư phạm – Đại học Thái Nguyên.

6. Phương thức chuyển giao, địa chỉ ứng dụng, tác động và lợi ích mang lại của kết quả nghiên cứu:

6.1. Phương thức chuyển giao

- Chuyển giao trực tiếp hoặc qua thư điện tử toàn bộ kết quả nghiên cứu cho Trường ĐHSP – ĐHTN làm tài liệu tham khảo cho sinh viên, học viên cao học chuyên ngành Vật lý chất rắn.

- Kết quả nghiên cứu của đề tài cũng có thể sử dụng làm tài liệu phục vụ công tác giảng dạy tại Trường ĐHSP – ĐHTN.

6.2. Địa chỉ ứng dụng:

- Khoa Vật lý – Trường Đại học Sư phạm – Đại học Thái Nguyên.

6.3. Tác động và lợi ích mang lại của kết quả nghiên cứu

• Đối với lĩnh vực giáo dục và đào tạo

- Kết quả đề tài cung cấp những thông tin và hiểu biết cần thiết về vi cấu trúc, tính chất nhiệt động trong các vật liệu GeO₂, SiO₂, TiO₂, Al₂O₃ và Al₂O₃-2SiO₂. Từ đó, cho thấy một số dự đoán, định hướng làm nền tảng cho các nhóm khác tiến hành nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về các vật liệu trên trong các Trường đại học.

- Báo cáo đề tài là tài liệu tham khảo cho sinh viên,  học viên cao học và nghiên cứu sinh ngành vật lý chất rắn.

- Việc thực hiện đề tài còn nhằm nâng cao năng lực nghiên cứu cho những người tham gia đề tài, đóng góp cho quá trình đào tạo sinh viên ngành Vật lý.

• Đối với lĩnh vực khoa học và công nghệ có liên quan

- Mô phỏng có thể cung cấp các số liệu và thông tin dự đoán trước về cấu trúc và các tính chất của các vật liệu GeO₂, SiO₂, TiO₂, Al₂O₃ và Al₂O₃-2SiO₂ cho nhà nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết.

- Kết quả mô phỏng cung cấp số liệu cần thiết về cấu trúc và các cơ chế vật lý xảy ra trong các vật liệu GeO₂, SiO₂, TiO₂, Al₂O₃ và Al₂O₃-2SiO₂ để các nhà nghiên cứu ứng dụng và công nghệ đối chiếu.

• Đối với phát triển kinh tế - xã hội

- Kết quả của đề tài góp phần đáng kể thúc đẩy sự đam mê tham gia nghiên cứu và khám phá khoa học của nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên.

- Nâng cao năng lực cho người dạy, tăng hiệu quả của việc dạy và học Vật lý, từ đó gián tiếp thúc đẩy sự phát triển của kinh tế xã hội.

• Đối với tổ chức chủ trì và các cơ sở ứng dụng kết quả nghiên cứu

- Góp phần nâng cao chất lượng đào tạo cử nhân, thạc sĩ chuyên ngành Vật lý;

- Khẳng định khả năng và tiềm lực nghiên cứu khoa học của đơn vị chủ trì, khẳng định giá trị khoa học và giá trị ứng dụng của công trình nghiên cứu;

- Đề tài cũng là một tài liệu tham khảo bổ ích đối với học viên cao học, sinh viên nghiên cứu khoa học và góp phần đáng kể trong định hướng đổi mới giáo dục trong lĩnh vực mô phỏng.