Modelling and investigations of amorphous materials

Bu doktora tezinin amacı ab-initio moleküler dinamiği simülasyonları (AIMD) yoluyla, metal-organik çerçeve yapılardaki (MOF) basınca bağlı amorfizasyonu (PIA) ve ayrıca diğer faz geçişlerini araştırmaktır. Hesaplardan elde edilen sonuçlar üç ana bölümde rapor edilmiştir. Birinci bölümde, MOF-5'in yüksek basınç davranışını araştırmak için ab initio simülasyonları yapıldı. Önceki deneysel bulgulara benzer şekilde, simülasyonlar sırasında 2 GPa'da bir PIA gözlendi. Bu faz geçişi, tersinir olmayan bir birinci dereceden bir dönüşüm olup, geçişe yaklaşık% 68'lik bir hacim çöküşü gözlenmektedir. Dikkat çekici bir şekilde, geçiş yerel bozulmalardan kaynaklanmaktadır ve önceki önerilerin aksine, bu faz geçişi boyunca herhangi bir bağ kırınımı ve oluşumu gözlenmemektedir. Ayrıca, amorf durum çerçeve yapının elektronik bant aralığı kayda değer bir ölçüde daralmaktadır. Bu projenin ikinci kısmı için, ZIF-8'in geniş bir basınç aralığında yüksek basınç davranışını araştırmak için AIMD simülasyonları yapıldı. Sıkıştırma altında, ZnN4 tetrahedral ünitelerindeki büyük deformasyonlar, 3GPa civarında kristal-amorf bir faz geçişine yol açar. Amorflaşma süreci boyunca, Zn-N koordinasyonu korunur. Çalışılan basınç aralığında başka bir faz değişikliği bulunmadı, ancak sistemin olası tahrip oluşu 10GPa'nın üzerinde bulundu. Uygulanan basınç, amorfizasyondan hemen önce kaldırıldığında, imidazolat ligandlarının dönüşleri (salınım hareketi), bir kristal-kristal faz geçişine neden olmaktadır. Gerilme rejiminde ise -2.75GPa'a kadar herhangi bir faz geçişi tespit edilmezken, bu basınç üzerinde yapı tahrip olmaktadır. Bu araştırma projesinin son bölümünde, ZIF polimorflarının (ZIF-1, ZIF-2 ve ZIF-3) basınç altında geçişleri kapsamlı bir şekilde simüle edildi. ZIF-1, -2 GPa (gerilme bölgesi) ve 10 GPa (sıkıştırma bölgesi) arasında ardışık bazı kristal-kristal ve kristal-amorf faz geçişleri gösterir. Öte yandan, ZIF-2 ve ZIF-3, nispeten düşük sıkıştırma rejiminde hızlı kristal- amorf ve büyük olasılıkla amorf-amorf geçişler gösterirken, bütün ZIF'ler gerilme bölgesinde -3 GPa civarında tahrip olmaktadır.