简单熔体熵的计算及其两个应用

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:njxgfd
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熵,一个极其重要的物理量,自从1865年克劳修斯首先引入它,就不断的得到推广和诠释。如今,熵广泛应用于自然科学和社会科学的众多领域。本文以简单熔体为对象研究了熵的计算以及熵在预测相转变点和寻找输运系数与物质结构之间关系两方面的应用。   本文完成了Wang-Landau-Transition-Matrix(WL-TM)蒙特卡洛程序的编写,利用该方法计算了Lennard-Jones(LJ)体系在较大温度范围内的过剩熵(态密度),计算结果与利用LJ体系的状态方程得到的结果相符很好,验证了程序的正确性。   运用WL-TM抽样蒙特卡洛方法计算了一系列简单熔体(Al、Cu、Pb、Ti、Si)以及LJ体系的过剩熵。研究了简单熔体的过剩熵、对关联熵以及多体残余熵随温度的变化;分析了零多体残余熵相变准则对简单熔体的适用性。研究表明该准则适用于简单液态金属以及LJ体系,但对液态硅不适用。结合局域原子压强、自由体积以及局域化程度随温度的变化规律,给出了该准则对液态硅不适用的原因。局域原子压强与多体残余熵的负值具有相似的温度依赖关系。对于简单金属以及LJ体系,随着温度的降低,存在两种对多体残余熵贡献相反的过程:局域化程度增加和自由体积增加过程;然而在液态硅中随温度降低,局域化程度增加的同时自由体积减小,它们对多体残余熵的贡献相同。   运用分子模拟方法研究了Rosenfeld和Dzugutov扩散系数标度关系对简单熔体(Al、Cu、Pt、Ni、Ti、Si、Ge)的适用性,并对原有的扩散系数标度关系进行了简单修正。研究表明液态硅和液态锗的扩散系数偏离扩散系数标度关系的原因在于:(1)过剩熵的对关联近似对液态硅和锗不再适用,(2)基于硬球碰撞理论提出的约化系数对于液态硅和锗也不再适用。利用结构因子的第二峰位置与第一峰位置的比值随温度变化规律对原始约化系数进行了简单修正,修正后的标度关系不仅适用于简单液态金属同时也适用于液态硅和锗。  
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