《二氧化矽相圖的第一性原理計算和相變機理研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由粱雲峰擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：二氧化矽相圖的第一性原理計算和相變機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：粱雲峰
- 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
二氧化矽的熱力學相圖非常複雜。低壓相(石英、方石英、柯石英等) 在高壓下的相變行為還沒有被完全理解。常溫常壓下，二氧化矽的穩定相為石英，在壓力到2GPa時為柯石英相，到7GPa時為超石英相。但石英在常溫下加壓將不會轉變為柯石英以及超石英相，而是轉變為非晶相。但近年來，一些新的實驗發現石英在更高的壓強下並沒有玻璃化，在壓強約45GPa時轉變成新的高密度晶體相。但目前為止，還沒有一個統一的認識。我們的主要目的就是獲得第一性原理基礎上的二氧化矽相圖，並研究石英、柯石英等二氧化矽低壓相在壓力下的複雜相變行為及其機制：1.發展計算自由能的方法。用第一性原理構建的二氧化矽勢函式進行計算，並從理論上繪製二氧化矽相圖。2. 研究石英和柯石英在高壓下的複雜相變行為，對壓力引導的非晶化行為的機制開展進一步的研究。3. 對壓力媒介及類結構材料進行深入的研究。4.研究納米晶體在高壓下的相變行為。
結題摘要
二氧化矽在不同壓強區間下具有多種不同的穩定晶態和非常複雜的相變行為。了解 其相變機制及獲得其準確的相圖在理論及套用領域都有重大意義。基於此，本項目採用第一性原理擬合的勢函式的分子動力學模擬展開有關理論研究。重要研究結果如下所述。石英在高壓下非晶化行為的機制已基本闡明：發現高壓下α石英會形成一種基於氧原子的體心立方子晶格。進一步加壓，會在聲子“軟模化”的影響下形成面心立方和六角密排的混合結構，這兩種密排結構在壓力釋放時，會使原來的晶體完全玻璃化。發現α石英加壓至特定高壓區間並回復到低壓後可轉變為一個對稱性為P3_2的新相。闡明了β石英的負熱膨脹的機制。闡明了柯石英高壓下不同相變路徑，並發現相關的相變機制：由於存在熱力學不穩定性，高壓下柯石英會發生非晶化；高壓下柯石英的一個高壓相中部分氧原子先形成六角密排子晶格，隨著壓強增大，氧原子六角密排子晶格會生長，直到最終全部氧原子處於六角密排子晶格中；闡明了柯石英的高壓相減壓完全回復的必要條件：若此高壓相完全保持原柯石英相的層狀結構，那么減壓可完全回復。這些研究結果拓展了人們對二氧化矽低壓晶相在高壓下相變行為的認識，在材料學、地質學領域有一定意義。
