1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физика и химия стекла
  4. T. 49, № 6, 2023

Физика и химия стекла, 2023, T. 49, № 6, стр. 632-641

Молекулярно-динамическое моделирование структуры боросиликатного стекла марки Е по кристаллическому структурному шаблону

Г. И. Макаров 1, *, Т. М. Макарова 1

1 Южно-Уральский государственный университет,
454080 Челябинск, пр. Ленина, 76, Россия

* E-mail: makarovgi@susu.ru

Поступила в редакцию 20.07.2023
После доработки 02.08.2023
Принята к публикации 07.08.2023

Аннотация

Предложен новый метод молекулярно-динамического моделирования структуры стекол, использующий кристаллический структурный шаблон. Шаблон основывается на элементарной ячейке кристаллической фазы, чей состав качественно подобен моделируемому стеклу. С помощью этого подхода и многосоставного молекулярно-динамического моделирования смоделирована пространственная структура боросиликатного стекла марки Е, воспроизводящая его физико-химические характеристики. Предложенный метод позволяет с большей производительностью и устойчивостью моделировать структуру стекла методами классической молекулярной динамики.

Ключевые слова: молекулярная динамика, боросиликатное стекло, потенциал Леннард–Джонса

Список литературы

  1. Christie J., Ainsworth R., Hernandez S., De Leeuw N. Structures and properties of phosphate-based bioactive glasses from computer simulation: a review // J. Mater. Chem. B. 2017. V. 5. P. 5297–5306.

  2. Cormack A.N., Yuan X., Park B. Molecular Dynamics Simulations of Silicate Glasses and Melts // Glass Physics and Chemistry. 2001. V. 27. P. 28–36.

  3. Liang J.-J., Cygan R., Alam T. Molecular dynamics simulation of the structure and properties of lithium phosphate glasses // J. Non–Cryst. Solids. 2000. V. 263–264. P. 167–179.

  4. Jia B., Li M., Yan X., Wang Q., He S. Structure investigation of CaO–SiO2–Al2O3–Li2O by molecular dynamics simulation and Raman spectroscopy // J. Non–Cryst. Solids. 2019. V. 526. P. 119 695.

  5. Hu Y.-J., Zhao G., Zhang M., Bin B., Rose T.D., Zhao Q., Zu Q., Chen Y., Sun X. Predicting densities and elastic moduli of SiO2–based glasses by machine learning // npj Computational Materials. 2020. V. 6. P. 1–13.

  6. Deng B., Harris J.T. A novel approach to generate glass-ceramics samples for molecular dynamics simulations // Comput. Mater. Sci. 2021. V. 186. P. 110008.

  7. Hong X., Newville M. Polyamorphism of GeO2 Glass at High Pressure // Phys. Status Solidi B. 2020. V. 257. P. 2000052.

  8. Brazhkin V.V.,Lyapin A.G.,Trachenko K. Atomistic modeling of multiple amorphous-amorphous transitions in SiO2 and GeO2 glasses at megabar pressures // Phys. Rev. B. 2011. V. 83. P. 132 103.

  9. Tsuchiya T., Yamanaka T., Matsui M. Molecular dynamics study of pressure–induced transformation of quartz–type GeO2 // Phys. Chem. Miner. 2000. V. 27. P. 149–155.

  10. Kapoor S., Goel A., Tilocca A., Dhuna V., Bhatia G., Dhuna K., Ferreira J.M. Role of glass structure in defining the chemical dissolution behavior, bioactivity and antioxidant properties of zinc and strontium co–doped alkali–free phosphosilicate glasses // Acta Biomater. 2014. V. 10. P. 3264–3278.

  11. Upadhyay A., Sebeck K., Kieffer J. Spectral mode assignment for binary silicate glasses using molecular dynamics simulations // J. Non–Cryst. Solids. 2012. V. 358. P. 3348–3354.

  12. Chainikova A., Orlova L., Popovich N., Lebedeva Y., Solncev S. Functional composites based on glass/glass–ceramics matrixes and discrete fillers: properties and possible applications // Aviation Materials and Technologies, 2014. V. 0. P. 52–58.

  13. Wang X., Xie W., Ren J., Zhu J., Li L.-Y., Xing F. Interfacial Binding Energy between Calcium–Silicate–Hydrates and Epoxy Resin: A Molecular Dynamics Study // Polymers. 2021. V. 13. P. 1683.

  14. Бабаевский П.Г. Наполнители для полимерных композиционных материалов: Справочное пособие. М.: Химия, 1981. 736 с.

  15. Mishnev M., Korolev A., Ekaterina B., Dmitrii U. Effect of Long-Term Thermal Relaxation of Epoxy Binder on Thermoelasticity of Fiberglass Plastics: Multiscale Modeling and Experiments // Polymers. 2022. V. 14. P. 1712.

  16. Maslov V., Grozdov A., Kutepov D. Methods of determining the composition of low–molecular weight epoxide diane resins // Polym. Sci. (USSR). 1982. V. 24. P. 2034–2039.

  17. Vaitkus A., Merkys A., Gražulis S. Validation of the Crystallography Open Database using the Crystallographic Information Framework // J. Appl. Crystallogr. 2021. V. 54. P. 661–672.

  18. Abraham M.J., Murtola T., Schulz R., Pall S., Smith J.C., Hess B., Lindahl E. GROMACS: High performance molecular simulations through multi–level parallelism from laptops to supercomputers // Software X. 2015. V. 1–2. P. 19–25.

  19. Макаров Г.И., Шилкова К.С., Шунайлов А.В., Павлов П.В., Макарова Т.М. Набор самосогласованных параметров потенциала Леннард–Джонса для молекулярно-динамического моделирования боросиликатных стекол // Физика и химия стекла. 2023. V. 49. P. 401–416.

  20. Bussi G., Donadio D., Parrinello M. Canonical sampling through velocity rescaling // J. Chem. Phys. 2007. V. 126. P. 014107–014106.

  21. Berendsen H., Postma J., van Gunsteren W., DiNola A., Haak J. Molecular dynamics with coupling to an external bath // J. Chem. Phys. 1984. V. 81. P. 3684–3690.

  22. Darden T., York D., Pedersen L. Particle mesh Ewald: An Nlog(N) method for Ewald sums in large systems // J. Chem. Phys. 1993. V. 98. P. 10089–10092.

  23. Wennberg C.L., Murtola T., Hess B., Lindahl E. Lennard–Jones Lattice Summation in Bilayer Simulations Has Critical Effects on Surface Tension and Lipid Properties // J. Chem. Theory Comput. 2013. V. 9. P. 3527–3537.

  24. Gale J., Rohl A. The General Utility Lattice Program (GULP) // Mol. Simul. 2003. V. 29. P. 291–341.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Физика и химия стекла

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал