Zur Kalibrierung Kinetischer Monte-Carlo Simulationen durch Molekulardynamik
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| Dissertation_Zinetullin.pdf | 26.11.2010 12:16:38 | 6,71 MB |
Diese Arbeit befasst sich mit der Kalibrierung des von uns
entwickelten atomistischen Modells zur Beschreibung des Sinterns von
Nanopartikeln. Dieses Modell wird in Form einer kinetischen
Monte-Carlo (KMC) Simulation implementiert, welche die
Oberflächendiffusion auf dreidimensionalen Partikeln mit der
fcc-Gitterstruktur untersucht. Als Wechselwirkungspotential zwischen
den Atomen wurde das Lennard-Jones-Potential gewählt.
Im ersten Schritt der Kalibrierung werden geeignete Werte der
Simulationsparameter bestimmt. Die Optimierung des Energieparameters
erfolgt durch Analyse der Energiebarrieren einiger ausgewählter
Diffusionspfade mit Hilfe einer Molekularstatiksimulation. Die
Untersuchung einer Tracer-Diffusion auf (111) und auf (100)
Oberflächen mit Hilfe einer Molekulardynamiksimulation (MD) zeigt,
dass die effektive Versuchsfrequenz der Diffusion stark von der
lokalen Atomumgebung abhängt.
Im zweiten Schritt findet ein direkter Vergleich zwischen KMC- und
MD-Simulationen statt. Anhand des Verlaufs des Gyrationsradius
zylindrischer Partikel wird die KMC-Simulation genauer kalibriert.
Die Untersuchungen finden bei drei unterschiedlichen Temperaturen und
für zwei verschiedene Systemgrößen statt. Durch den Vergleich wird
ersichtlich, dass die Prozessraten für einige Diffusionspfade in der
KMC-Simulation künstlich verstärkt werden müssen, damit das
Sinterverhalten dem einer MD-Simulation entspricht. Die gezielte
Erhöhung der Versuchsfrequenzen für diese Diffusionspfade um einen
konstanten Faktor erweist sich als ausreichend, um das Sinterverhalten
einer MD-Simulation mit guter Genauigkeit zu reproduzieren.
Das Ergebnis der Kalibrierung ist ein überzeugender Konsens des
Sinterverhaltens zwischen den KMC- und den MD-Simulationen. Die
mittlere Abweichung des Gyrationsradius über den gesamten Zeitverlauf
für alle untersuchten Temperaturen beträgt lediglich 3.8%. Die
sich abzeichnende Abhängigkeit der Versuchsfrequenz von Temperatur
und Systemgröße bewirkt nur eine Skalierung der Zeitachse und
betrifft nicht das Sinterverhalten. Unsere KMC-Simulation stellt somit
eine gute und effiziente Alternative zu MD-Simulationen dar.
Lesezeichen:
Dokumententyp:
Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Fakultät / Institut:
Fakultät für Physik » Theoretische Physik
Dewey Dezimal-Klassifikation:
500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Stichwörter:
Kinetische Monte-Carlo-Simulation, Molekulardynamiksimulation, Nanopartikel, Sintern, Diffusion, Modellierung
Beitragende:
Prof. Dr. rer. nat. Wolf, Dietrich E. [Betreuer(in), Doktorvater]
Prof. Dr. Kratzer, Peter [Gutachter(in), Rezensent(in)]
Prof. Dr. Kratzer, Peter [Gutachter(in), Rezensent(in)]
Sprache:
Deutsch
Kollektion / Status:
Dissertationen / Dokument veröffentlicht
Datum der Promotion:
16.11.2010
Dokument erstellt am:
26.11.2010
Promotionsantrag am:
29.04.2010
Dateien geändert am:
26.11.2010
Medientyp:
Text
