Nghiên cứu sắt lỏng với sự trợ giúp của phương pháp khai khoáng dữ liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN... DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU... ồ khối ph ng pháp TKH... Xác định hàm phân bố xuyên tâm, số phối trí và phân bố góc Hàm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN THỊ MINH

NGHIÊN CỨU SẮT LỎNG VỚI SỰ TRỢ GIÚP

CỦA PHƯƠNG PHÁP KHAI KHOÁNG DỮ LIỆU

Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết và Vật lý Toán

Mã số : 60.44.01.03

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ

HÀ NỘI, 2015

LỜI CẢM ƠN

T i xin ày t l ng iết n s u s ến G T KH h m Kh H ng

T h m H u Kiên là nh ng Ng i tr tiếp h o h ng n và ung p tài li u T i th hoàn thành Luận v n

T i xin g i l i m n h n thành t i Th y C giáo gi ng y l p C o

h Vật lý kh - 2014 và ph ng u i h Tr ng i h Kho

h T nhiên – i h uố Gi Hà Nội ã tận t nh h o và gi p t i i

t m kiến th

Cuối ng T i xin g i l i m n h n thành t i á Th y C giáo ộ

m n Vật lý và tin h Tr ng i h á h kho Hà Nội ã t o i u ki n thuận l i ho h ng t i trong suốt quá tr nh t i th hi n Luận v n này

Hà Nội, ngày 9 tháng 3 năm 2015

Tác giả

Nguyễn Thị Minh

MỤC LỤC

D nh mụ á ký hi u và h viết t t i

D nh mụ á h nh vẽ và ồ thị ii

D nh mụ á ng i u iii

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN t 3

M ph ng v kim lo i s t 6

1.3 Nghiên u kim lo i ằng ph ng pháp kh i khoáng li u 10

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN X y ng m h nh s t ằng ph ng pháp m ph ng 20

Hàm ph n ố xuyên t m số phối trí ph n ố g 26

3 h ng pháp ph n tí h ám trong m h nh s t 28

2.4 h ng pháp xá ịnh m m tinh th 30

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 M h nh ộng l h ph n t ối v i s t 33

3.2 Th ng giáng mật ộ ị ph ng 43

3.3 Vi u tr ủ s t ở 3 K 53

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU

31 Trang

Hình 3.1

M t s s p xếp á nguyên t Fe trong m h nh Fe trong

kh ng gi n 3 hi u ở 93 7 K (H nh A) và 554 4 K (H nh B)

Hình 3.8 Kho ng á h ị h huy n trung nh nh ph ng ủ

nguyên t trong kho ng nhi t ộ từ 93 K 8 6 K 45

Hình 3.9 Kho ng á h ị h DC T ủ nguyên t trong kho ng

áng k khi h iến ổi từ ng l ng s ng tr ng thái V H 47

Hình 3.13 phụ thuộ ủ <m(n)> vào n ở nhi t ộ từ 564 K -

Hình 3.16 phụ thuộ ξ theo nhi t ộ 51 Hình 3.17 h n ố ủ số h t nh y vào th tí h V 52

Hình 3.19

N ng l ng ủ m u 3 K theo m ph ng (M ộ hồi phụ ): ( ) là i m huy n ph V H-tinh th ; ( ) là i m quá tr nh tinh th hoàn thành

h n ố g trong u tr CC ủ m u 3 K khi ã tinh

th hoàn toàn ( en) và m u tinh th lý t ởng ( ) 56 Hình 3.23 ố nguyên t tinh th theo m ph ng ủ m u 3 K 57 Hình 3.24

M t quá tr nh tinh th h m u kim lo i s t ở 3 K theo

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn luận văn

Mặ vật li u kim lo i (Fe Ni và Co) ã nhận s qu n t m r t l n ủ

á nhà kho h vật li u nh ng h ến nh ng n m g n y s hi u iết v u trúc và các tính h t trong vật li u này m i i thi n áng k ằng vi s ụng các ph ng pháp mô ph ng máy tính một lo t á ng tr nh m ph ng vi

u tr và á ặ tr ng v khuế h tán trong một số vật li u th hi n Tuy nhiên n nhi u v n v u tr ũng nh á tính h t trong vật li u kim lo i

n mở rộng nghiên u

Kết qu nghiên u ho th y s khuế h tán trong tr ng thái l ng, r n kh ng th

th hi n nếu kh ng th ng giáng mật ộ Ng i t gi thiết rằng tố ộ th ng giáng àng l n th h số khuế h tán àng l n V vậy tố ộ TGM ph i

nh ng nh h ởng khá nh u ến quá tr nh ộng h trong h Do nghiên u h thống v s ph n ố kh ng gi n ủ TGM th r ách nhìn rõ ràng h n

v hế khuế h tán trong vật li u H n n mối liên h gi s TGM v i h

số t ng qu n và h số khuế h tán hi n n y ng nhi u v n n ng Một h t l ng th ng tinh th ở nhi t ộ n ng h y trừ khi s làm mát h t

l ng th hi n nh nh h ng ến m n qu s tinh th h và h t l ng huy n s ng ph thủy tinh Khi vật li u v ịnh h nh (V H) nh n ằng s

gi m nhi t nh nh h ng ủ nhi t ở i nhi t ộ n ng h y h ng th tr i

qu iến ổi u tr qu á tr ng thái r n khá nh u C h i lo i iến ổi: / s rổi phụ mà ở vật li u v n r n V H nh ng một vài tính h t ủ h ng th y ổi

nh theo th i gi n; / s tinh th h mà ở vật li u huy n s ng tr ng thái n ằng hi u iết v á hế vi m th ng qu s iến ổi này là một trong

nh ng v n qu n tr ng trong kho h ng ụng V vậy hi u iết ủ h ng t v

hế iến ổi này là n thiết và n mở rộng nghiên u

V vậy v i mong muốn t m hi u tr ng ị nh ng kiến th ổ í h v u tr và

tính h t ủ vật li u kim lo i h ng t i ã l h n tài luận v n: Nghiên cứu sắt lỏng với sự trợ giúp của phương pháp khai khoáng dữ liệu

2 Mục tiêu luận văn

Mụ tiêu luận v n là m ph ng u tr m u s t ở á nhi t ộ khá nh u th ng

qu vi ph n tí h H XT T và ph n ố s TGM Nghiên u s th ng giáng mật ộ trong á m h nh theo nhi t ộ Nghiên u quá trình hình thành pha tinh th ủ kim lo i Fe ở nhi t ộ 3 K

3 Phương pháp nghiên cứu của luận văn

Luận v n s ụng ph ng pháp m ph ng LH T tr qu n h và ph ng pháp ph n tí h vi u tr

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận văn

ối t ng nghiên u là m u s t ở i nhi t ộ 300-2300 K Luận v n tập trung nghiên u á v n : i) M h nh LH T s t phân tích cá ặ tr ng vi u tr truy n thống nh H XT T ph n ố g ặ tr ng ủ VCT ( implexes); ii) Nghiên u s TGM trong á m u theo nhi t ộ; iii) Nghiên u quá tr nh tinh th ủ kim lo i Fe ở 3 K

5 Cấu trúc của luận văn

Ngoài ph n mở u và kết luận luận v n hi thành 3 h ng:

Chương 1 TỔNG QUAN

Trong h ng này h ng t i tr nh ày tổng qu n v u tr và tính h t ủ kim lo i s t Tiếp theo tr nh ày á kết qu m ph ng v ặ tính kim lo i s t và

hế khuế h tán trong kim lo i Một số kết qu nghiên u v kim lo i và h p kim ằng ph ng pháp kh i khoáng li u th ng qu lỗ trống n vị u tr và

á ong ng vi m ũng tr nh ày hi tiết trong h ng này

1.1 Kim loại sắt

h n tí h ng ộ h m ti tán x qu kim lo i l ng n nguyên t ng i t

th xá ịnh ặ tr ng u tr ủ kim lo i l ng H nh ho th y h số

u tr ủ kim lo i G ở nhi t ộ 3 3 K và 333 K C th th y khi nhi t ộ th y

ổi từ 3 3 K n 333 K ng ong h số u tr ủ kim lo i G l ng th y ổi áng k Cụ th ộ o nh th nh t t ng từ 45 ến 75 h nh ng ủ nh trồi

i m th p nh t u tiên ủ hàm ph n ố xuyên t m g( r)) ph n ố nguyên t trong

kim lo i l ng ũng một trật t ặ tr ng ho từng h t khá nh u và g i là trật t g n Chính v u tr nh vậy mà kim lo i l ng á tính h t khá

th ng v n i n từ tính và một số tính h t khá Nh ở tr ng thái l ng á kim

lo i t hiếm (Eu Er G ) th ộ n i n th p h n á kim lo i khá (v h ng

v i ủ Cu N i hung th i n trở su t ủ kim lo i l ng l n h n r t nhi u so v i kim lo i t ng ng khi n ở tr ng thái r n

Khi ập ến trật t g n trong kim lo i l ng ng i t th ng ập ến á giá trị trung nh ủ trật t g n nh : kho ng á h trung nh gi á nguyên t rij ,

số phối trí Z ij Một á h ụ th h n n xét ến ph n ố i n Voronoi ph n ố

số phối trí và ph n ố á lỗ trống o qu nh từng nguyên t h y thậm hí là ph n

ố g liên kết Nh ng ph n ố nh vậy h th kh o sát một á h hi tiết khi nghiên u u tr kim lo i l ng ằng ph ng pháp m h nh h trên máy tính Kho ng á h trung nh gi á nguyên t rij th ng xem nh là vị trí nh

o u tiên ủ hàm ph n ố xuyên t m gij(r) t ng ng

ố phối trí Z ij tính theo ph n i n tí h gi i h n ởi nh u tiên ủ hàm nếu tính theo kết qu th nghi m Trong h u tr kh ng trật t nh h t l ng

h y v ịnh h nh iễn t ặ i m u tr ị ph ng o qu nh từng nguyên t khái ni m i n Voronoi ã s ụng là một i n o

qu nh nguyên t n kh o sát á mặt vu ng g v i o n nối nguyên t trung

t m và á nguyên t xung qu nh t i á trung i m Từ á i l ng ặ tr ng

ủ i n Voronoi nh th tí h i n tí h trung nh á mặ v v th suy r u

tr ị ph ng o qu nh nguyên t và á thống kê ho toàn h nguyên t

Hình 1.1 H số u tr ủ G l ng ở nhi t ộ khá nh u ( ng tr nh

ủ C rlson và ộng s hys Rev A9 974): ) Tr ng h p 3 3K )

Tr ng h p 333K

Kết qu th nghi m ho th y h số u tr ủ nhi u kim lo i l ng là r t giống nh u (xem ng ) i u này nghĩ là u tr ủ kim lo i l ng n i

hung là g n nh u Nếu nh ng ồ thị ủ h số u tr theo n vị K/K1 v i

ph n l n kim lo i l ng nh Hg Al Fe và Co th h ng nh o u tiên g n

nh tr ng khít và nh o th h i th r t giống nh u [ K/Kl vị trí nh o u tiên

ủ h số u tr a(K), Belashchenko D.K., 1985]

1.2 Mô phỏng về kim loại sắt

t là một nguyên tố phổ iến và s ụng rộng rãi ởi v : Quặng Fe tồn t i

v i số l ng ồi ào trong kh i thá kinh tế á kỹ thuật và hế t o là sẵn có, các tính h t ủ h p kim Fe th th y ổi theo t l á h t Do vậy vật li u

Fe l ng ã và ng nhận s qu n t m ặ i t ủ á ngành ng nghi p ng ụng ũng nh nghiên u lý thuyết ặ i t h i lĩnh v th nghi m và m ph ng máy tính u ng tập trung vào u tr ủ Fe nghiên u v vật li u kim

lo i và h p kim ủ Fe h ng t th s ụng á ph ng pháp nhiễu x khá nhau nh nhiễu x ti X h y nhiễu x neutron Cá th nghi m ph n tí h này ung

p ho t á thông tin liên qu n ến u tr ủ h t l ng và V H Fe nh là: Thừ số u tr hàm ph n ố xuyên t m Tuy nhiên á th ng tin hi tiết ụ th

h n v vi u tr , khuyết tật u tr ủ h t l ng và V H h p kim và kim lo i

Fe th ung p th ng qu m ph ng máy tính Cá kết qu m ph ng này

á khuyết tật ủ vật li u Fe l ng v n n h n hế ặ i t là nh ng v n liên

qu n ến hế t khuế h tán trong kim lo i l ng V vậy á m ph ng tiến hành tiếp theo h hẹn sẽ em l i một u tr l i hoàn h nh và ph h p ho quá tr nh

khuế h tán x y r trong á h vật li u V H

D.K.Belashchenko [2,6] ã ng m h nh Fe l ng và V H gồm 686 nguyên t trong khối lập ph ng v i i u ki n iên tu n hoàn u tiên m h nh Fe l ng

ng v i thế t ng tá k-Doy m khối l ng riêng 75 8 nguyên t /nm3 ở

96 K T CT nhận ph h p khá tốt v i th nghi m thậm hí tr ng kh p

v i u tr nhận từ th nghi m ở 883 K D ng ủ á hàm (K) và g(r)

kh ng nh ng ặ i t riêng Tuy nhiên kho ng á h trung nh gi á nguyên

t là r1 = 4 nm là nh h n th tế ( 58 nm) i u này nghĩ là thế Doy m kh ng ph h p ho Fe l ng Khi huy n s ng ng thế Johnson th nhận

r1 = 5 nm nh ng l i ho ộ o i u tiên ủ (K) l n h n so v i thế k-Doy m M h nh Fe V H nhận từ m h nh Fe l ng ằng ph ng pháp: Lặp l i s gi m vận tố h t ằng ph ng pháp ộng l h ph n t ( LH T) ng ằng ph ng pháp thống kê hồi phụ (TKH ) Mật ộ ủ h i

m h nh u là 85 5 nguyên t /nm3 Trong quá tr nh hồi phụ tĩnh thế n ng ủ h

s u TKH là - 34 eV/nguyên t th p h n nhi u so v i m h nh nhận ằng á h hồi phụ từ m h nh qu u ng M h nh nhận từ ph ng pháp

LH T ở 57 K ho giá trị thế n ng t ng t (- 33 eV/nguyên t ) Nh vậy

ng m h nh V H ằng ph ng pháp làm l nh từ m h nh l ng ho thế n ng th p

h n là hồi phụ từ m h nh qu u ng nghĩ là t tr ng thái ổn ịnh h n

ủ vật th V H Cá tính h t kết u ủ h i m h nh Fe V H r t giống nh u Tuy nhiên ũng một số khá i t Trong m h nh Fe V H nhận ằng

(gi n t khuyết) Lỗ trống trong m h nh Fe V H án kính l n nh t kho ng từ

65 † 7 pm h ng th ng v i tr nh nh ng lỗ trống trong quá tr nh khuế h tán

Các tác gi trong ng tr nh [7] ã s ụng kĩ thuật tính toán song song nghiên u vi u tr ủ Fe l ng trong hộp lập ph ng h 54× 3

nguyên t ằng ph ng pháp LH T v i thế t ng tá nh ng ủ on và Ch rllote Kết

qu ho th y nh th nh t và th h i ủ H XT v i thế on giá trị l n l t

là 5956 4 9958 Å; v i thế Ch rllote giá trị này là 5398 4 6 5 Å ộ o nh

th nh t ủ H XT là 39 ho h i thế Nh n hung kết qu nhận

H XT v i h i thế khá nh u là t ng ối giống nh u và ph h p v i số li u th nghi m nh ng thống kê i n Voronoi l i hoàn toàn khá i t i u này ho th y

u tr vi m ủ h i m h nh là khá nh u Cá tá gi kết luận thế t ng tá ủ

Ch rllote ho kết qu m ph ng ph h p tốt h n thế t ng tá on và th s ụng thế này x y ng m h nh kí h th l n h n

Vo V n Ho ng và ộng s [8] s ụng ph ng pháp m ph ng LH T v i thế

t ng tá ặp k-Doy m nghiên u ậ u tr mặt (i os he ron) và tính

h t nhi t ộng l h ị ph ng ủ kim lo i Fe V H Kết qu ho th y trong

v i qu n sát từ th nghi m H n n số nguyên t l n ận g n nh t (số phối trí)

ủ nguyên t Fe giá trị trung nh 3 3 g n v i giá trị 9 và nhận

từ th nghi m nhiễu x neutron và ti X ặ i t trong ng tr nh này ã

h r ph n ố g liên kết trong m h nh Fe V H ở 3 K là kho ng 6 0 h r s

v t trội ủ á t m giá u trong h và hi n t ng này ho là liên qu n

ến á khối mặt (i os he ron)

C hế khuế h tán là á h th i huy n ủ á nguyên t ên trong m ng tinh th Cho ến n y ng i t v n h iết rõ v quá tr nh khuế h tán và t ng

tá ủ á nguyên t v i nh u trong quá tr nh khuế h tán Tuy nhiên một i u

h h n là á nguyên t trong quá tr nh khuế h tán sẽ nh y từ vị trí này s ng vị trí ki trong m ng tinh th D trên sở lí thuyết v tính n ng l ng h nh thành

và n ng l ng ị h huy n ũng nh trên á suy luận th r á hế khuế h tán ủ nguyên t t p h t trong tinh th r n nh trong h nh 4 Cá nghiên

u v khuế h tán trong tinh th ã h r rằng trong tinh th nh th ng

hế khuế h tán hính là khuế h tán theo hế n t khuyết (v n y me h nism)

hế xen kẽ (interstiti l me h nism) và hế hỗn h p (interstiti l y mechanism), còn trong h t l ng hế khuế h tán tập th và hế khuế h tán

kí h ho t th ng h y gặp T p h t khuế h tán theo hế nào n phụ thuộ vào quá tr nh t ng tá gi t p h t và m ng gố phụ thuộ vào án kính ủ t p h t nhi t ộ khuế h tán Tuy nhiên ho ến n y ng i t th khẳng ịnh rằng á

t p h t án kính nh h n án kính nguyên t gố th kh n ng l n khuế h tán theo hế xen kẽ Khi án kính nguyên t t p h t x p x án kính nguyên t

gố th th khuế h tán theo hế n t khuyết hế xen kẽ h y hế hỗn h p Còn khi bán kính nguyên t t p h t l n h n án kính nguyên t gố th th khuế h tán theo hế W tkins [9 ]

Khuế h tán theo hế n t khuyết x y r khi một nguyên t t p ở vị trí n t

m ng ổi hỗ v i một n t khuyết ở vị trí li n k (H nh 4 ) Khuế h tán theo

hế xen kẽ x y r khi một nguyên t t p tr ở một kẽ hở ên trong m ng tinh th

nh y t i một vị trí kẽ hở khá (H nh 4 ) Khuế h tán theo hế hỗn h p x y r khi nguyên t t p khuế h tán th ng qu một số i huy n vào vị trí xen kẽ và một số i huy n vào vị trí n t m ng (H nh 4 ) Ở y o nguyên t t p (hoặ nguyên t gố ) ị ẩy r kh i vị trí n t m ng (ki k out) và khuế h tán vào một kẽ hở riêng i t nên hế khuế h tán này n g i là hế ki k out

Khi kí h th ủ nguyên t h t h t n t ng t nh kí h th á nguyên

t n n th th x y r quá tr nh ổi hỗ tr tiếp gi á nguyên t l n ận hoặ

ổi hỗ theo ng v ng C hế KT này g i là KT tập th

uá tr nh t KT hoặ KT th y thế trong kim lo i x y r hi n t ng á nguyên

t ổi hỗ tr tiếp v i á nguyên t ên nh khi h i nguyên t ồng th i ị h huy n Trong một m ng xếp hặt hế này i h i ph i một iến ng l n nén á nguyên t ị h huy n i u này i h i một rào kí h ho t o o vậy v mặt n ng l ng quá tr nh này kh th hi n Nh ng tính toán lí thuyết ối v i enth lpy kí h ho t trong tr ng h p t KT ủ Cu n ến kết luận rằng s tr o ổi

tr tiếp trong utr xếp hặt kh ng ph i là một hế kh thi

Một hế KT v ng tr n ối v i vật r n tinh th r ởi Zener theo

hế v ng ph h p v i s huy n ộng ủ nguyên t hoặ nhi u h n và

t o thành một nh m ằng kho ng á h gi á nguyên t Trong hế này iến

ng ủ m ng kh ng l n nh tr ng h p ổi hỗ tr tiếp C hế ổi hỗ tr tiếp h y ổi hỗ v ng tr n kh ng s th m gi ủ khuyết tật m ng

C hế tập th liên quan ến s huy n ộng ồng th i một số nguyên t xu t

hi n khá phổ iến trong á h V H Nghiên u KT tập th trên một số vật li u kim lo i V H ằng m ph ng và th nghi m ung p ho t nh ng hi u iết v kim lo i n ng h y và kim lo i thủy tinh Theo hế KT tập th liên qu n ến huy n ộng ồng th i ủ một huỗi á nguyên t h nh nh này giống nh t

qu n sát một on s u ng

1.3 Nghiên cứu bằng phương pháp khai khoảng dữ liệu

Cá m u vật li u vĩ m th ng h một số l ng r t l n á nguyên t hoặ

ph n t thuận l i ho vi th o luận h ng t i sẽ g i á ph n t nguyên t là

á h t ố l ng á h t trong một m u vật li u vi m vào kho ng 23

Theo lý thuyết nhi t ộng h huy n ộng ủ á h t sẽ quyết ịnh ến tính h t vật lí vĩ

m o từ th nghi m Do m ph ng á m u vật li u vĩ m trên sở huy n ộng ủ á h t số l ng á tr ng thái sẽ r t l n và tính toán h ng sẽ

kh ng kh thi ối v i t t á máy tính hi n n y Tuy nhiên á nghiên u hi n

n y ho th y kh ng nh t thiết ph i kh o sát á m u vật li u số l ng h t g n

v i á m u vĩ m á h v i số l ng h t nh h n nhi u ho h ng t kết qu hính xá v i á th nghi m th tế Ví ụ kh o sát n ng l ng ủ mol á nguyên t khí xi xá su t s i số l n h n -6 trong một phép o n gi n là -S

v i = 3× 15 Nh vậy th y v vi kh o sát á m u vật li u vĩ m h ng t

th nghiên u á h h vài tri u thậm hí vài ngh n h t y là sở ủ á tính toán m ph ng ở m nguyên t Hi n n y h i kĩ thuật m ph ng m nguyên

t ng ụng rộng rãi nh t là m ph ng LH T và m ph ng Monte-C rlo C

h i ph ng pháp u s ụng tr ng thái n u là một ph n ố ng u nhiên (hoặ theo qui luật xá ịnh nào ) á h t trong kh ng gi n ho tr s u ị h huy n á h t này theo á qui t nh t ịnh Cá ị h huy n này lặp l i nhi u l n và khi t tr ng thái n ằng ằng á h s ụng ph ng pháp ph n tí h

ám h ng t sẽ nhận á th ng tin v á tính h t vật lí vĩ m mà h ng t

qu n sát trong th tiễn [ ] Một số ph ng pháp kh i kho ng li u hi n này th ng s ụng là ph ng pháp ph n ám: trên tr ng t m (Centroid-based lustering) v i thuật toán K-means; trên s ph n ố (Distri ution-based lustering) v i thuật toán Expe t tion-M ximiz tion; ph n ám trên mật ộ (Density- se lustering) v i thuật toán DBSCAN

Trong ph n ám trên tr ng t m (Centroid-based clustering) ám i u iễn ởi một ve tor tr ng t m trong th kh ng nh t thiết ph i là ám ủ tập

li u Khi số l ng á ám ố ịnh là K ph n ám K-me ns r một ịnh nghĩ hính th nh một v n tối u h : t m á tr ng t m ám và gi o

ho á ối t ng ủ trung t m ám g n nh t s o ho kho ng á h nh ph ng từ

ám ph i gi m thi u Cá ài toán tối u hoá iết ến là N – hard, và các

ph ng pháp phổ iến nghiên u h ho á kết qu g n ng Một ph ng pháp

ặ i t nổi tiếng g n ng là thuật toán ủ Lloy n th ng g i là thuật toán K –me ns H nh 3 ho th y K-me ns tá h li u thành á i n Voronoi trong

gi ịnh á ám kí h th nh nh u (kh ng hồng lên nh u)

K-m ens là một trong nh ng thuật toán n gi n nh t nh ng ài toán ph n

nh m ã iết ến h ng pháp này là á h n gi n và ễ àng ph n lo i

h li u th ng qu số ám nh t ịnh (Gi thiết số ám là K) kh ng ổi Ý t ởng hính là xá ịnh á tr ng t m K ho mỗi một nh m Cá tr ng t m này

ặt ng vị trí v tr ng t m ặt á vị trí khá nh u sẽ ho kết qu khá nh u V vậy l h n tốt nh t ặt h ng àng nhi u vị trí àng tốt tiếp theo là mỗi

i m thuộ một tập li u ho tr và liên kết v i tr ng t m g n nh t Khi kh ng

i m p phát u tiên là hoàn thành và tr n g i u th hi n

T i th i i m này h ng t n ph i tính toán l i số á tr ng t m K m i ủ ám nhận từ tr u khi h ng t i nh ng tr ng t m K m i một liên kết

m i th hi n gi tập h p á i m ng một tập h p li u và tr ng t m

m i g n nh t Một v ng lặp ã t o r Nh một kết qu ủ v ng lặp này chúng ta có th nhận th y rằng á tr ng t m K th y ổi vị trí ủ h ng ởi từng một ho ến khi kh ng th y ổi n N i á h khá á tr ng t m không di huy n n Cuối ng thuật toán này nhằm mụ í h gi m thi u một hàm mụ tiêu

Cá m h nh ph n ám liên qu n hặt hẽ nh t ến thống kê là m h nh trên s ph n ố (Distri ution- se lustering) Cá ám th ịnh nghĩ ễ àng nh là á ối t ng thuộ nhi u lo i nh t ng một ph n ố Một tính h t

ủ g n ng này là g n giống v i á h tập li u nh n t o t o r ằng á h

l y m u ng u nhiên từ s ph n ố Một ph ng pháp nổi tiếng g i là m h nh

ph trộn hàm G ussi n s ụng á thuật toán tối h kỳ v ng maximization algorithm) H nh 4 là ví một ví ụ v ph n ám Expe t tion-

(expectation-M ximiz tion v i li u ph n ố G uss

Trong ph n ám trên mật ộ (Density- se lustering) ám ịnh nghĩ là v ng mật ộ o h n so v i ph n n l i ủ tập li u Cá ph n khá

á v ng này th ng th th t và yêu u tá h á ám - th ng oi

là tiếng ồn và i m iên gi i (Xem h nh 5)

h ng pháp phổ iến nh t trên mật ộ ám là D CAN Trái v i nhi u

ph ng pháp m i h n D CAN m h nh ám xá ịnh rõ g i là

"density - re h ility " T ng t s ph n ám trên liên kết D CAN trên á i m liên kết trong ng ng kho ng á h nh t ịnh Tuy nhiên D CAN

h kết nối á i m th nãm một tiêu hí mật ộ trong á phiên n n u

xá ịnh nh một số l ng tối thi u ủ á ối t ng khá trong v ng án kính này Một ám o gồm t t á ối t ng mật ộ kết nối (N th t o thành một ám v i h nh ng t y ý i u này ng v i nhi u ph ng pháp khá ) và v i t t

á ối t ng nằm trong v ng ủ á á ối t ng Một tính h t th vị ủ

Hình 1.4 Ví ụ v ph n ám

Expectation-Maximization v i li u ph n ố G uss

Hình 1.5 h n nh m trên mật ộ v i D CAN

Một số kết qu m ph ng nhận ằng ph ng pháp kh i khoáng li u

th ng qu lố trống n vị u tr ong ng vi m ho th y:

Lỗ trống (Void): h n tí h hi tiết v s ph n ố lỗ trống trong m h nh Co-B

th hi n ởi D K el sh henko [ ] và ộng s Theo kết qu tính toán ủ

nh m tá gi này trong m h nh Co- V H tồn t i một l ng l n á lỗ trống l n

h n 6×r a (r a là bán kính ủ nguyên t ) và h ng ng v i tr n t khuyết trong quá tr nh khuế h tán Khi hàm l ng nh h n 8 5% th số l ng lỗ trống trong

m h nh nh nh u trong h Co- khi hàm l ng l n h n 8 5% th số l ng

lỗ trống t ng ột ngột nghĩ là u tr n n ị phá v m nh

Hình 1.6 D CAN gi thiết á ám mật ộ

t ng t nh u và kh n ng tá h á ám l n ận

Nghiên u s phụ thuộ nồng ộ á kim ( ) lên vi u tr trong á m h nh

h p kim Fe-B, Fe- V H h nguyên t trong khối lập ph ng i u ki n iên tu n hoàn ằng ph ng pháp TKH v i thế t ng tá ặp k-Doy m

th hi n ởi Vo V n Ho ng [ 3] Tá gi ho th y một l ng l n á lỗ trống ( vities) giống lỗ trống n t khuyết (v n y-like) trong á h p kim V H ố lỗ trống n t khuyết h u nh kh ng th y ổi v i nồng ộ nh ng t ng m nh khi nồng

ộ t ng lên kết qu này tá gi ũng thu ối v i á h p kim Co-B, Co-P

V H Cá nguyên t á kim kí h th nh hiếm hỗ ủ á lỗ trống l n trong

h p kim Co- V H h n là t o r á lỗ trống kí h th l n Trong khi á nguyên t kí h th l n l i t o r á lỗ trống l n nhi u h n là hiếm vị trí ủ

á lỗ trống trong h Kết qu này ph h p tốt v i á m h nh ủ olk ho h p Fe-B, Co- V H Tính toán ủ Vo V n Ho ng h r kh n ng khuế h tán nguyên

t theo hế n t khuyết trong á h p kim Fe-B, Fe-P V H [ 4]

K Hung và ộng s [ ] s ụng ph ng pháp TKH m ph ng vi u

tr ủ á m h nh h p kim Co100-xBx, Fe100-yPy V H (x = 8 5 3 ; y = 5) h 5

Báo cáo trong các công trình [11- 3] K Hung và ộng s nghiên u nh ng

ặ tính ủ lỗ trống trong á h p kim V H ằng ph ng pháp LH T và TKH Kết qu ho th y một n t khuyết trong ph V H giống nh một lỗ trống th lặp

l i nhi u l n v i s th y ổi vị trí v i á nguyên t ên nh Khi lỗ trống án kính l n h n 8 Å th s ị h huy n ủ một nguyên t t i lỗ trống nh n

C n án kính lỗ trống nh h n 8 Å s ổi hỗ ủ nguyên t s u nhi u l n n sẽ trở l i vị trí n u V vậy lỗ trống án kính nh h n 8 Å kh ng v i tr trong quá tr nh khuế h tán

Trong công tr nh [ 4] nh m tá gi s ụng thế More ho vi m ph ng TKHP trên mô hình Fe100-xPx V H (x = 4 3 và 5 ) Khi tính toán mật ộ

i n ern l th ng ị iến ng V vậy m t u tr ị ph ng Fujiw r ã tính toán thành ph n á i n Voronoi i n Voronoi t o thành ởi á mặt ph ng trung tr ủ o n thẳng nối từ nguyên t trung t m ến á l n ận g n

h n tí h hi tiết v s ph n ố lỗ trống trong m h nh Co- th hi n ởi

D K el sh henko [ 5] và ộng s Theo kết qu tính toán ủ nh m tá gi này

án kính ủ nguyên t ) và h ng ng v i tr n t khuyết trong quá tr nh khuế h tán Khi hàm l ng nh h n 8 5% th số l ng lỗ trống trong m h nh nh nh u trong h Co- khi hàm l ng l n h n 8 5% th số l ng lỗ trống t ng ột ngột nghĩ là u tr n n ị phá v m nh

Nghiên u s phụ thuộ nồng ộ á kim ( ) lên vi u tr trong á m h nh

h p kim Fe-B, Fe- V H h nguyên t trong khối lập ph ng i u ki n iên tu n hoàn ằng ph ng pháp TKH v i thế t ng tá ặp k-Doy m

th hi n ởi Vo V n Ho ng [ 6] Tá gi ho th y một l ng l n á lỗ trống ( vities) giống lỗ trống n t khuyết (v n y-like) trong á h p kim V H ố lỗ trống n t khuyết h u nh kh ng th y ổi v i nồng ộ nh ng t ng m nh khi nồng

ộ t ng lên kết qu này tá gi ũng thu ối v i á h p kim Co-B, Co-P

V H Cá nguyên t á kim kí h th nh hiếm hỗ ủ á lỗ trống l n trong

h p kim Co- V H h n là t o r á lỗ trống kí h th l n Trong khi á nguyên t kí h th l n l i t o r á lỗ trống l n nhi u h n là hiếm vị trí ủ

á lỗ trống trong h Kết qu này ph h p tốt v i á m h nh ủ olk ho h p Fe-B, Co- V H Tính toán ủ Vo V n Ho ng h r kh n ng khuế h tán nguyên

t theo hế n t khuyết trong á h p kim Fe-B, Fe- V H [ 7]

Đơn vị cấu trúc (Simplex): VCT là qu u i qu t m ốn nguyên t g n

nh u nh t và ên trong simplex kh ng t k nguyên t nào Trong luận án ủ

h số khuế h tán -7cm2s-1 hoặ nh h n th kh ng th ng ph ng pháp

LH T xá ịnh h số khuế h tán D trong gi i h n tố ộ tính toán ủ máy tính

hi n n y

Trong luận v n th sĩ ủ Nguyễn Thị Th nh Hà [4] tá gi nghiên u thống

kê simplex ho th y một l ng l n simplex th y ổi trong quá tr nh hồi phụ Và

t l ng quá tr nh hồi phụ th á 4-simplex t ng lên n á lo i simplex l n simplex 8-simplex) sẽ gi m i ặ i t ở m u phụ hồi tốt nh t ịnh t sẽ th y s iến m t ủ 8-simplex i u này ph h p v i quy luật v ộ hụt u tr khi làm

(7-l nh h t r n V H H y n i á h khá khi àng hồi phụ ((7-l nhẹ v i r= Å)

th u tr ủ m h nh àng hặt và n v ng

Bong bóng vi mô (Bubbles): ong ng là qu u i qu ốn nguyên t nh ng

số nguyên t l n ận nhi u h n simplex ong ng ặ tr ng ởi án kính ằng kho ng á h t m ong ng t i t m ủ á nguyên t nằm trên simplex Trong công trình [4] ã h r rằng trên qu n i m n ng l ng hế khuế h tán v ong ng trong vật li u kim lo i V H x y r nh s u: Nguyên t khuế h tán nh y vào hi n t i iến m t nh ng khá t o thành ở u trong vật li u kim lo i V H ị h huy n tập th ủ nh m nguyên t l n ận

ã n ến một số VCT iến thành và ng l i Nh vậy kh ng giống nh n t m t trong tinh th Ở nguyên t khuế h tán ị h huy n một kho ng l n ến khi iến m t t i i m hủy hoặ i m nguồn nh mặt t o

lỗ hổng ên trong iên h t ồng th i h số khuế h tán xá ịnh th ng qu hế khuế h tán v ong ng giá trị ph h p v i số li u th nghi m Kh o sát nh

h ởng ủ m ộ hồi phụ mật ộ nồng ộ và kí h th á kim ến h số khuế h tán theo hế v ong ng ho th y m h nh hồi phụ tốt số nh h n áng k so v i m h nh kh ng hồi phụ Khi t ng nồng ộ á kim n ến số

t ng M ph ng h r rằng h số khuế h tán gi m là o s gi m v nồng ộ

M h nh kh ng hồi phụ khuế h tán giống hế tập th và m h nh hồi phụ tốt khuế h tán giống hế nh y n t khuyết

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Trong h ng này h ng t i tr nh ày ph ng pháp x y ng m h nh kim lo i

s t ằng m h nh TKH LH T v i thế t ng tá ặp k-Doy m và mật ộ m u vật li u l y từ li u th nghi m á h t o r á m u vật li u ở á i u ki n nhi t ộ và áp su t khá nh u Cá kỹ thuật tính toán ặ tr ng vi u tr nh

H XT T CT ph n ố T ph n ố g ũng tr nh ày hi tiết trong

h ng này Cuối ng h ng t i tr nh ày ph ng pháp nghiên u quá tr nh khuế h tán trong s t ằng ph ng pháp kh i khoáng li u

2.1 Xây dựng mô hình sắt

h ng pháp m ph ng ã xu t hi n từ l u và ng ụng rộng rãi trong nhi u lĩnh v n u m ph ng n thu n ng s lí li u ho nh ng m

h nh vật lý n gi n u ph ng pháp m h nh hoá ã phát tri n nh nh h ng

và thừ nhận là một ph ng pháp th nghi m m i phát tri n m nh mẽ

ủ ng ngh th ng tin ã t o r á máy tính u h nh ngày àng o và hi u

n ng tính toán nh nh ặ i t là s xu t hi n ủ kỹ thuật tính toán từ x kỹ thuật tính toán song song trên m ng ã làm t ng tố ộ tính toán lên nhi u l n phát tri n này ã g p ph n th ẩy á nghiên u m h nh hoá vật li u và t m quan

tr ng ủ ph ng pháp m h nh hoá ngày àng th hi n rõ ràng Nh ng th ng tin thu từ nghiên u m ph ng gi p ho á nhà th nghi m nh ng l

h n thí h h p á m h nh thí nghi m ủ h và g p ph n r t ng n th i gi n nghiên u Nh ng kết qu m h nh hoá ung p ho á nhà nghiên u lý thuyết

nh ng sở li u xá ịnh á th ng số lý thuyết Nh ng th ng tin từ nghiên

u m ph ng ũng là sở ph n tí h và tiên oán á tính h t vật lý ủ vật

li u từ gi p h ng t nh ng hi u iết tốt h n và th i u khi n vi u

tr ủ vật li u i u này r t qu n tr ng trong á lĩnh v ng ụng x lý thiết kế

á lo i vật li u m i [ 9 ]

M h nh hoá trong kho h vật li u là một lĩnh v kho h vật li u là

ph ng pháp gi p h ng t hi u iết á ặ tr ng qu n tr ng ủ một h vật li u

v u tr và á tính h t vật lý ủ n h ng pháp nghiên u này sẽ ổ sung

ho á nghiên u th nghi m ho phép h ng t hi u iết h n nh ng tính h t vật lý m i nh ng tính h t kh ng th t m r ằng á ph ng pháp nghiên u khá M h nh hoá gi p h ng t oán á t ng tá gi á ph n t và thu

nh ng oán hính xá á ặ tr ng vật lý ủ h H n n m h nh hoá

ho t ộng nh một u nối gi lý thuyết và th nghi m Ch ng t th ki m tr một lý thuyết ằng á h m ph ng một m h nh t ng t và ki m tr m h nh hoá ằng á h so sánh v i số li u th nghi m Ch ng t ũng th m h nh hoá trên máy tính ở nh ng i u ki n r t kh hoặ kh ng th th hi n trong phòng thí nghi m hẳng h n nh làm vi trong i u ki n nhi t ộ và áp su t r t o

N i hung r t nhi u ph ng pháp m ph ng trên kí h th m h nh

nh : LH T-thống kê hồi phụ và Monte-C rlo (m ph ng ở m nguyên t ) initio (m ph ng u tr i n t ) … T y theo yêu u tính toán h ng t s ụng

á ph ng pháp m ph ng ph h p Trong luận v n này h ng t i tr nh ày hi tiết

v ph ng pháp m ph ng TKH LH T h ng pháp này th ng s ụng nghiên u vi u tr và á tính h t vật lý ủ á h kim lo i ở tr ng thái

Phương pháp động lực học phân tử: h ng pháp LH T là một ng ụ ho

phép h ng t x y ng m h nh vật li u trên h ph ng tr nh huy n ộng ủ Newton h ng tr nh huy n ộng kh o sát v i vận tố huy n ộng ủ nguyên t tính ằng thuật toán Verlet theo th i gi n t ồ khối th hi n

h ng tr nh thống kê hồi phụ minh h trên h nh

Bắt đầu

Bắt đầu

n u gán ho á nguyên t to ộ ng u

nhiên trong khối lập ph ng nh ài ph h p

v i khối l ng riêng ủ h mà t n nghiên u

Hình 2.1 ồ khối ph ng pháp TKH Hình 2.1 ồ khối ph ng pháp TKH

Khi nghiên u á m h nh vật li u ằng ph ng pháp LH T tuỳ theo mụ

í h n nghiên u mà ng i t th ng h n một trong á m h nh s u y: m hình NVE, NVT, NPH, NTP, TV và T Trong : N E V T H và  l n l t

là số nguyên t n ng l ng toàn ph n th tí h nhi t ộ áp su t ent npy và thế hoá h ối v i m h nh NVE th á i l ng N V và E kh ng ổi trong suốt

th i gi n m ph ng C n ối v i á m h nh khá sẽ á i l ng t ng ng

Bắt đầu Bắt đầu

- á h số ặ tr ng: T n  t…

-Ch n to ộ và vận tố n u ho á nguyên t

k=1

- á h số ặ tr ng: T n  t…

-Ch n to ộ và vận tố n u ho á nguyên t

nguyên tử sau mỗ i bướ c thờ i gian

-Tính l tá ụng lên toàn ộ á nguyên t

Hình 2.2 ồ khối ph ng pháp LH T

Hình 2.2 ồ khối ph ng pháp LH T

Trong quá tr nh m ph ng LH T U và K l n l t là thế n ng và ộng n ng

ủ h và tính theo i u th s u:

ij ij i>j

2 2

h theo ng th :

B

2 T=K

trong kB là hằng số oltzm n

Trong m h nh NVT gi nhi t ộ giá trị kh ng ổi ng i t th ng s

ụng kỹ thuật i u h nh nhi t ộ (Temper ture ling) Ý t ởng ủ thuật toán

này là i u h nh vận tố ủ t t á nguyên t ởi một thừ số xá ịnh

ởi tỷ số gi nhi t ộ mong muốn và nhi t ộ hi n t i xá ịnh từ ph ng

trình (2.1) Gi s nhi t ộ tính từ ph ng tr nh là T nhi t ộ mong muốn

Pm i nếu Pm i >Ph thì λ = 1- dP, ng l i λ = 1+ dP v i giá trị dP h n là

-4 Do vậy to ộ m i ủ á nguyên t xá ịnh:

x' [i] = x [i] ; y' [i] = y [i] ; z' [i] = z [i]

x' [i] = x [i] ; y' [i] = y [i] ; z' [i] = z [i]

ủ á nguyên t Nh i m ủ m h nh NVE là kh o sát ở nhi t ộ T và áp

su t ho tr t ph i th hi n một số r t l n á lặp LH T Do th i

gi n m ph ng sẽ kéo ài kh phụ nh i m trên n u h ng t m

ph ng theo m h nh N T hoặ NVT t á th ng số T và ã ho Tiếp

2.2 Xác định hàm phân bố xuyên tâm, số phối trí và phân bố góc

Hàm phân bố xuyên tâm: Th ng th ng ằng th nghi m nhiễu x ti X h y

 

0

R rg(r)

th nh t ủ H XT g r , ij  i j  là mật ộ số nguyên t i hoặ j Giá trị ủ Zij cho

t iết trong h nh u t m ở vị trí ủ một nguyên t lo i ivà án kính h nh u là

R o nhiêu nguyên t lo i j và ng l i

Xác định phân bố góc: Th ng tin h u í h v u tr ị ph ng trong vật li u

ung p từ ph n ố g Trong luận v n này h ng t i tính toán ho h i lo i

g liên kết Fe-Fe-Fe Lo i th nh t m t trật t g n trong á n vị u tr

n và lo i th h i ung p th ng tin s liên kết gi á n vị u tr n

Nh vậy h ng t th nhận r s th y ổi ủ trật t g n trong á n vi u

2 1 2 1 2 1

.arccos

n m l n m l

n n m m l l

trong

:l1  x2  x , m1 1  y2  y , n1 1  z2  z ;l1 2  x2  x , m3 2  y2  y , n3 2  z2  z 3

2.3 Phân tích đám trong mô hình sắt

Đơn vị cấu trúc (Simplex): Th ng tin qu n tr ng v u tr ị ph ng th

nhận từ nh ng ph n tí h v n vị u tr ( VCT) Trong luận v n này

Hình 2.4 M t VCT-8,-9 nguyên t trong kh ng gi n 3 hi u