熔融SiO2中原子自扩散性质的分子动力学模拟-南京大学.PDF

2013 年 9 月，第 19 卷，第 3 期，456-462页 高 　校　地　质　学　报 September 2013，Vol. 19，No.3， p. 456-462 Geological Journal of China Universities 熔融SiO 中原子自扩散性质的分子动力学模拟 2 孙义程，周会群，尹 坤，黄 倩，徐士进 南京大学 地球科学与工程学院，南京 210093 摘要：研究地幔熔体中元素的扩散性质有着重要的意义，因其影响着元素的交换和分馏过程。SiO 作为地幔组成的重要组 2 分之一，其物理化学行为对于地幔动力学过程有着重要的意义。本文研究了 SiO 熔体中元素的扩散机制和自扩散系数与 2 压力的关系，采用 Morse stretch 势场对含有 4500 个原子的熔融 SiO 体系进行了分子动力学模拟，计算了硅氧自扩散系数在 2 3000 K 温度下随压力的变化。模拟结果显示，在 0.0001~40 GPa 的压力区间，硅氧元素的自扩散系数均先上升后下降，在 17.5 GPa 时达到最大值，O 原子的扩散速率略高于 Si 原子。硅氧元素的扩散方式为缺陷控制运移机制，其中硅原子的五配位 结构的形成是关键，为导致扩散系数随压力增大而上升的主要原因，扩散系数的最大值意味着 SiO 熔体中 5 配位硅形成机 2 制的改变。本文也计算了单位［SiO2 ］的平均体积和压力的关系，结果与实验很吻合。 关键词 ：Morse stretch势场；自扩散系数；SiO ；分子动力学 2 中图分类号：P594　　　　　　　　文献标识码：A　　　　　　　　文章编号：1006-7493（2013）03-456-07 Molecular Dynamics Study of Self-Diffusion of Silica and Oxygen in Silica Melt SUN Yicheng, ZHOU Huiqun, YIN Kun, HUANG Qian, XU Shijin School of Earth Sciences and Engineering, Nanjing University, Nanjing 210093, China Abstract: The diffusivity of elements in mineral controls the processes of ion exchange, isotope fractionation, and phase transition. As one of the most important components of silicate melts, SiO plays a very important role in the earth