急冷液体相中の結晶核形成・成長に関するコンピュ-タ-シミュレ-ション

淬火液相中晶体成核和生长的计算机模拟

基本信息

批准号：
03243204
负责人：
大野かおる
金额：
$ 0.64万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1991
资助国家：
日本
起止时间：
1991 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

急冷液体中の核形成・成長の初期過程をシミュレ-トするために、ギブス・トムソン効果、潜熱の拡散、温度勾配に比例した成長率などを含む現象論的な基礎方程式の導出について理論的に考察し、熱揺らぎの効果を含む簡単なコンピュ-タ-シミュレ-ションを行った。この結果、水や銅などの通常の物質では等温核形成理論が成立することを確かめた。さらに、この解析にクラスタ-・クラスタ-凝集の効果を含めることの準備として、クラスタ-・クラスタ-凝集(CCA)模型に関する2次元系でのコンピュ-タ-シミュレ-ションも実行した。我々はSiO_2のゲル化過程を模倣すべく、持ち得る最大の結合手の本数が2本および4本の2種類のモノマ-を用意し、これらを適当な比率で分布させた状態から出発し、拡散律速CCAを行い、いかなるゲル状態が出現するかを調べた。この結果、生成されたゲルのフラクタル次元は加水量に僅かに依存するのみであることを明らかにした。この他、第一原理分子動力学法に基づいて、C_<60>などの炭素マイクロクラスタ-の構造安定性や結合・分離過程を大規模コンピュ-タ-シミュレ-ションにより調べた。次に、二次転移を示す臨界点近傍での原子配列の乱雑性および結晶表面の効果を議論するために、場の理論に基づく繰り込み群を用いた解析を行い、表面臨界指数を導いた。この他、繰り込み群を用いて良溶媒中に溶けた枝分かれポリマ-の各種空間分布も調べ、シミュレ-ションも行った。最後にDLA(拡散律速凝集)モデルを厳密に定式化し、これを平均場近似で調べることで、変形した拡散式程式と拡散場勾配に比例した成長率に関する方程式を得た。我々は、この方程式系を数値積分することによって凝集クラスタ-のフラクタル次元を解析し、得られたフラクタル次元が既知のシミュレ-ションによる値とよく一致することを示した。

为了模拟淬灭液体中成核和生长的初始过程，我们从理论上研究了现象学基本方程的推导，包括吉布斯 - 汤姆森效应，潜热的扩散以及与温度渐变成比例的生长速率，并进行了简单的计算机模拟，包括热量波动的效应。结果，已经证实等温成核理论对于水和铜等普通物质有效。此外，为了准备包含群集群集聚集的效果，还进行了集群群集 - 聚集（CCA）模型的二维计算机模拟。为了模仿SIO_2的凝胶化过程，我们准备了两种类型的单体，它们的键数量最多，可以保持两个和四个，从以适当比率分布的状态开始，并执行了扩散控制的CCA，以确定出现什么凝胶状态。这表明所产生的凝胶的分形尺寸仅略微取决于添加的水量。此外，基于第一原理分子动力学方法，我们使用了大型计算机模拟研究了碳微簇（例如C_ <60>）的结构稳定性和耦合/分离过程。接下来，为了讨论临界点附近的原子布置的不匹配，表明二次过渡和晶体表面的效果，使用基于野外理论的重新归一化组进行了分析，以确定表面临界指数。此外，还使用重新归化组研究了溶解在良好溶剂中的分支聚合物的各种空间分布，还进行了仿真。最后，严格制定了DLA（扩散控制的聚集）模型，并使用平均场近似进行检查，以获得变形扩散方程的方程和与扩散场梯度成比例的生长速率方程。我们通过数值整合该方程系统来分析聚集群集的分形维数，并表明所获得的分形尺寸与已知的仿真值非常匹配。