藉由MedeA LAMMPS分子動力學模擬鈣鈦礦(CaTiO3)中進行氧空缺擴散分析

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發佈日期 2021-07-02


藉由MedeA LAMMPS分子動力學模擬鈣鈦礦(CaTiO3)中進行氧空缺擴散分析

鈣鈦礦 (Perovskite) CaTiO3 材料是在 1839 年由俄羅斯地質學家 Lev Perovski 所發現。鈣鈦礦晶體結構由於其優異的熱穩定性、電子結構、離子導電性、電子遷移率和氧化還原性能而成為混合氧化物中非常重要的一類新材料,現今可以簡化為具有結構 ABO3 的通式,而且是以稀土鑭系氧化物最多。

 

這種晶體結構的特色是可將具有不同原子半徑尺寸或不同價電子組態的多種A或B陽離子導入,如(AxA’1-x)(ByB’1-y)O3-z,影響陽離子與氧陰離子整體非電中性,因而造成部分的氧原子缺乏鍵結而形成所謂「氧空缺」缺陷的結構,此氧空缺結構可使材料成為一種具有氧離子傳遞的電解質材料,可與外界的物質交換氧原子,使其具有催化、氧化還原的特性。

 

分子動力學計算以牛頓力學為基礎,配合勢能函數來描述分子間的作用力,並透過牛頓運動方程式來計算各分子的運動軌跡及速度,最後再利用統計熱力學求取相對應的物理性質及動態特性,而擴散係數恰好是動態特性之一。因此Lammps 能提供不同溫度、壓力以及氧空缺濃度下 BaTiO3 的氧空缺擴散係數資訊並與實驗值進行比較,如下圖。

圖一,氧空缺擴散係數比較圖

 

參考資料: https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=25099https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/cp/c9cp06838d#!divAbstract

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