基础研究
刘众元, 王娜娜, 冯于川, 马素霞, 梁五洲, 刘志兵, 高义斌
采用ReaxFF反应力场的分子动力学(ReaxFF-MD)模拟方法,研究了CaO晶粒团簇体系的高温特性,探究了温度及H2O、CO2气氛对CaO晶粒团聚过程的影响机制,并通过追踪晶界结构演变及化学键变化揭示CaO的烧结机理。结果表明:高温下CaO微晶通过晶面接触形成结构有序的多晶体,再经过"接触颈"形成团簇,"接触颈"在物质流迁移的作用下逐渐长大,使团簇烧结为结构混乱的纳米颗粒;升高温度可加快CaO晶胞和原子的迁移,促进晶胞结合,改变晶粒堆积状态使团簇更趋近于球形,加剧烧结;H2O和CO2气氛对CaO晶胞团聚烧结后的堆积形态影响不大,相较于CO2气氛,H2O对CaO晶胞的团聚速度影响较小,温度是决定CaO微晶团聚烧结的关键因素;H2O、CO2与CaO微晶团簇接触后极易发生化学反应,其中H2O通过解离生成的氢离子不断与晶格氧结合向团簇内部扩散,影响团簇结构,抵抗团聚,而CO2吸附于CaO表面,降低表面能,同时其产物阻碍CaO微晶结合,减缓烧结过程。