液态金属Au快速凝固与晶体生长的分子动力学模拟研究

"Au快速凝固及晶体生长的分子动力学模拟 (2008年)，作者：李成祥，孟庆元，杨立军，发表于《哈尔滨工业大学学报》" 这篇论文探讨了液态金属Au在液固相变过程中的微观结构和热力学特性。研究人员采用了Embedded-Atom Method（EAM）作用势函数，这是一种广泛用于模拟金属和合金系统中原子间相互作用的理论模型。通过分子动力学模拟，他们能够在原子尺度上再现Au的凝固过程，以理解不同冷却速度和外部压力对这一过程的影响。 分子动力学是一种计算方法，它基于牛顿运动定律来追踪大量粒子的运动，从而揭示物质的动态行为。在本研究中，模拟揭示了冷却速率和压力对Au凝固过程的关键影响。当冷却速度较快时，液态Au倾向于形成非晶态结构，而非典型的晶体结构。相反，缓慢的冷却过程允许更充分的原子排列，从而形成有序的晶体。这与实际的金属凝固过程相符，因为快速冷却通常导致非晶或准晶相的形成，而缓慢冷却则有利于晶格的有序生长。 此外，研究还发现，在相同的冷却速度下，增加外部压力会提高Au的结晶温度。这是由于压力可以影响物质的相平衡，使得在更高温度下才能发生相变。增加压力和选择适当的冷却速度能够促进更完整的结晶过程，产生更稳定的晶体结构。这对材料科学和冶金工程领域具有重要意义，因为它可以帮助优化金属的加工条件以获得所需的物理和机械性能。 关键词如“分子动力学模拟”、“EAM势函数”、“相变热力学”和“晶体生长”指明了研究的核心内容。EAM势函数是模拟中关键的数学工具，它描述了原子间的相互作用，包括键合和非键合贡献，使模拟能够准确预测材料的行为。相变热力学关注的是相变过程中能量和熵的变化，而相变动力学则涉及相变速率和机制。晶体生长部分则涉及原子如何组织成有序的晶格结构，这是材料的宏观性质的基础。 这项研究为理解和控制金属凝固过程提供了深入的见解，对于开发新的材料制备技术和优化现有工艺具有指导价值。通过分子动力学模拟，科学家可以预测和设计金属材料的微观结构，进而改善其性能，这对于航空航天、电子和能源等领域的应用至关重要。