具有膨胀键的固体中负热膨胀的经典模型
材料科学
2016-06-15 v2
摘要
我们使用（非谐）Morse 势，研究了具有每个晶胞多个原子以及最近邻和次近邻相互作用的模型晶格中的负热膨胀（NTE）。通过探索邻距相空间与键的热膨胀率，我们确定了 NTE 出现的条件。通过允许所有键长以不同速率膨胀，我们发现 NTE 无需借助完全刚性单元即可实现。在 类结构的经典分子动力学模型中，当八面体单元的刚性几乎完全消除时，观察到近乎恒定、大振幅、各向同性的 NTE 一直持续到熔化温度。当角连接八面体为刚性、相邻八面体间具有柔性的次近邻键允许易旋转时，仅观察到微弱的 NTE，并转变为正膨胀。我们观察到金刚石晶格的热膨胀行为有类似变化：次近邻相互作用弱时为负热膨胀，强时为正热膨胀。基于这些观察，我们认为 NTE 唯一必要的局域条件是低配位数原子，以及相对于键拉伸能量极低的改变键角能量。
引用
@article{arxiv.1604.07785,
title = {Classical model of negative thermal expansion in solids with expanding bonds},
author = {Joseph T. Schick and Andrew M. Rappe},
journal= {arXiv preprint arXiv:1604.07785},
year = {2016}
}
备注
7 pages (7 figures) with 1 page (1 figure) supplemental