251 / 2019-09-20 15:49:58

水对氧化硅玻璃力学性能影响的分子动力学研究

水的影响；硅酸盐；裂纹；力学性质；分子动力学

计算力学新方法，新理论 > 微纳米尺度理论与计算

作为结构材料，硅酸盐玻璃被广泛应用于建筑，运输等领域。在这些领域中，水对玻璃的关键性质有着重要的影响。理解水对氧化硅玻璃力学性能的影响对于硅酸盐玻璃的应用非常重要。采用分子动力学方法结合Reax反应力场，我们研究了两种不同形式的水——分子水和羟基对氧化硅玻璃力学性质的影响。结果显示，少量分子水的引入使氧化硅玻璃杨氏模量的增加，而羟基表现出的影响则相反。通过破坏氧化硅网络的连通性，羟基基团会降低玻璃的强度和断裂韧性。相比之下，在没有任何外载作用时，水分子使得氧化硅网络处于“变形”状态。水的影响可以用Si-O键长和Si-O-Si键角的改变来表征。在对含水分子的氧化硅进行紧凑拉伸试验过程中发现，应力-应变曲线中的平台与Si - O键断裂以及后续硅醇基的形成相关。而且，引入分子态水降低了平台出现时刻的临界拉伸应力。