分子动力学模拟液态Ca50Zn50合金快速凝固：微观结构演变

"该研究利用分子动力学方法探讨了液态Ca50Zn50合金在快速凝固过程中的微观结构变化特性。通过双体分布函数、HA键型指数法、CTIM（原子团类型指数法）和可视化技术，分析了凝固过程中微观结构的演变。结果显示，Ca和Zn原子的半径差异导致了双体分布函数的第一个峰分裂为三个次峰，并且随着温度降低，Zn原子更倾向于形成近邻关系。在非晶态结构形成中，以1551键型组成的二十面体原子团占据主导地位，其中心原子主要为Zn。基本原子团之间的结合方式多样，包括共顶点、共棱线、共面和相互交叉，尤其是在非晶态形成时，它们以相互交叉的方式组合，最终形成稳定的大团簇。" 这篇论文详细介绍了液态Ca50Zn50合金快速凝固过程中的微观结构演变。首先，研究采用了分子动力学模拟这一高级计算技术，这是一种基于牛顿运动定律来模拟大量原子或分子行为的方法，适用于研究复杂系统的动态过程，如金属合金的凝固。 作者观察到，由于Ca和Zn原子的半径差异显著，这直接影响了合金的微观结构。双体分布函数是分析原子间距离分布的一种工具，它的第一峰分裂为三个次峰揭示了原子配对的不均匀性。随着温度降低，由于Zn原子的半径较小，它们更可能紧密排列，增加了彼此成为近邻的概率，这对于理解非晶态结构的形成至关重要。 在分子动力学模拟中，HA键型指数法用于分析化学键的类型，而CTIM则帮助识别和分类不同的原子团。在这项研究中，1551键型形成的二十面体原子团数量最多，这种结构被认为是形成非晶态的关键因素。二十面体原子团由Zn原子作为中心，表明Zn在结构中起着核心作用。 此外，研究还探讨了基本原子团之间的相互作用模式。基本原子团通过共享顶点、棱线、面以及相互交叉的方式连接，这些结合方式有助于理解非晶态合金的结构稳定性。在凝固过程中，原子团以相互交叉的方式组合，形成了不同尺寸且结构稳定的较大团簇，这是非晶态材料特有的特征。 关键词涵盖了Ca-Zn合金、微观结构演变、分子动力学模拟、基本原子团和凝固过程，这些都是理解材料科学中非晶态合金形成和性质的关键概念。这项工作为设计新型非晶态合金提供了理论基础，对材料科学和工程领域有重要的实践意义。