难熔金属钒熔化行为的局域原子结构模拟与分析

摘要

采用经典分子动力学(molecular dynamics,MD)方法,模拟了16000个钒原子在5种不同熔化速率(γ1=1×1011 K/s,γ2=1×1012 K/s,γ3=1×1013 K/s,γ4=1×1014 K/s与γ5=1×1015 K/s)下原子结构的熔化行为.结果表明:不同熔化速率对难熔金属钒的熔点影响明显,不过随着温度升高,体系特征原子结构诸如体心立方(BCC)、六角密堆(HCP)、面心立方(FCC)、简单立方(SC)以及二十面体(ICO)的相对分布次序并不随熔化速率的改变而改变,温度仍然是影响原子结构分布的主要因素.通过从头算分子动力学(ab initio MD)与热力学分析发现,ICO能够在液态金属区域稳定存在,一方面是因为其孤立团簇的相对稳定性和团簇寿命要优于晶体型原子团簇,另一方面是因为其拥有相对较高的团簇熵与相对较低的自由能.