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分子动力学在玻璃科学中的应用／胡春平等 ·373· 分子动力学在玻璃科学中的应用 胡春平潘伟 脐 健 (清华大学材料科学与工程系新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室．北京100084) ■妥 拳主介蛆了旁予功力学的原理和算法．阐述了分子琦力手这一计算机模拟工弄在玻璃科学研览中的重 要作用．介培了圈内外应用分于动力学研究玻璃科学的前沿进展情况，井对分子岫力学在玻璃科学中的应用前景作r 展望． 关键调 分于动力学计算机模拟琏璃辑学应崩 0前言 i粒子的势能o．一∑电．．受到的作用力Fl一∑F。．体系 总势能为 暾所周知，玻璃(非晶态)科学是一门应用领域非常广_：乏 垂一百1∑电一÷∑∑氐一∑∑哦【-≠】’ 的科学．不仅在日常生括中得刊了普遍应用，还愈来愈多地应 o 。 i I 1 l／l 用于高科技镊域．但是目前非晶态科学的研究在理论水平上 C 3) 还远远不及晶态科学，缺乏完善的理论体系．例如玻璃的结构 粒子位置r、速度v、加速度a之问的关系为 如何，长期以来一直是人啊1努力研究的课题之一．这是因为非 dr． dv． R 、 “’ 矗。vl·百一8t2赢 晶态科学的研究在实验方法上存在着比晶态科学更多的困 难．从x光衍射、电子显徽锥等技术手段得到的关于玻璃的 对于重心周定体系，存在动量约束．即∑nv。一o+这样 在进行计算机模拟时．在更新各粒子的位置和速度后，用动量 结构和性质方面的信息受到根大的狠制。玻璃的形成与淬火 约束条件对速度进行修正： 工艺有很大的关系．玻璃的形成区不易摊定，只能靠实验摸 v，一vJ一(∑m．vI)／(N·m．) f 5) 索．这些因素在客观上造成了玻璃理论水平上的不完善。 近20年来．以分子动力学(MolecularDynamics，即MD) 2 分子动力学在玻璃科学中的应用 方法为代表的计算机摸拟技术在玻璃科学的研究中得到了愈 来盘广泛的应用．并在计算玻璃的结构和性质方面取得丁令 以来，分子动力学在玻璃科学中的应用已经取得了很大进展． 人一目的成果“q]．实践表明，计算机模拟已经成为玻璃科学 研究领域不断耗宽． 中除实验和理论外的第三个重要组成部分。它在沟通实验和 2．1模拟熔体／玻璃转变过程 理论方面起着桥桀和纽带作用．本文将对蚯来最引人注目的 玻璃可以通过熔体的急逮冷却而得到。在MD模拟中．通 分于动力学方法在玻璃辑学中的应用情况作一下介绍。 过设置循环的冷却步骤，很容易实现熔体／玻璃的转变过程． 1 分子动力学的原理和算法简介Bs] 冷却方法一般为，在每十循环玲却的开始若干MD步内对速