알루미늄은 지각의 풍부한 금속이며 바람직한 물리 화학적 특성으로 인해 다양한 응용 분야에서 널리 사용되었습니다. 알루미늄의 사용은 최근 몇 년 동안 엄청나게 증가했으며, 가까운 미래에 알루미늄 제품에 대한 수요는 향후 5 년 동안 매년 4%의 속도로 더욱 증가 할 것으로 예상되며,이 수치는 확실히 증가 할 것입니다.
.이러한 증가는 운송, 제조, 건축, 전기 응용 및 소비재와 같이 현재 알루미늄이 사용되는 지역뿐만 아니라 연료 세포 전원 차량에서와 같이 새로운 기술 개발의 결과로 나타날 것으로 예상되는 지역에서도 발생합니다.
.보다 고급 기술 응용 프로그램에는 제조에 대한 수요가 높아집니다. 이러한 요구는 제품의 정교함이 증가하고보다 복잡한 제조 공정으로 인해 지속적으로 증가하고 있습니다. 이는 정교함이 높을수록 물리 화학적 특성을 더 잘 제어해야하며 오류에 대한 여백이 작아지기 때문입니다. 알루미늄 제품은 이것에 대한 예외는 아니며 알루미늄의 양극화 (제어 산화)는 널리 사용되지만 기술적으로 까다로운 공정입니다.
양극화는 재료에 보호 및 기능을 제공하는 데 중요한 과정입니다. 최근 에이 금속에 대한 새로운 응용 프로그램은 양극화 과정의 경계를 밀어 냈으며 이는 원자력과 전자 규모에서 근본적인 수준에서 산소와 알루미늄 간의 반응에 대한 지식이 필요했습니다. 이러한 지식은 원자 규모 현상의 결과이며 매우 짧은 시간과 길이 척도로 발생하지만 제조 공정에서 예를 들어 사물이 어떻게 발전하는지 결정하는 프로세스를 이해하는 데 필요합니다.
.최근 몇 년 동안, 슈퍼 컴퓨터의 계산 능력 증가, 새로운 병렬화 알고리즘의 효율성 증가 및 양자 역학의 세계를 설명하는 복잡한 방정식을 처리하기 위해보다 강력한 알고리즘의 개발로 인해 실제 시스템의 양자 기계 연구가 가능해졌습니다. 이런 의미에서, 슈퍼 컴퓨터는 산화와 같은 현상 연구를위한 필수 도구가되고 있으며, 이는 매우 짧은 시간 척도와 매우 역동적 인 특성으로 인해 실험적으로 연구하기가 어렵다.
.동역학 적으로와 열역학적으로 제어되는 공정 사이의 상호 작용은 실험 측정에 어려움이 추가되며 항상 운동 효과로 인한 품질의 열역학적 정보를 얻을 수있는 것은 아닙니다. 이런 의미에서, 양자 기계 모델링의 결과 이러한 프로세스는 실험에 도달하지 못하는 정보를 제공합니다. 그런 다음 양자 기계 모델링에 사용할 수 있지만 시스템을 나타내는 모델을 설정하는 데 문제가 있습니다. 실제로 이것은 거시 세계의 유효한 표현이되기 위해서는 모델이 충분히 커야한다는 것을 의미하지만 동시에 이러한 계산은 매우 큰 계산 부하를 의미하기 때문에 사용 가능한 슈퍼 컴퓨터가 처리 할 수있을 정도로 작아야합니다.
.밀도 기능 이론 (DFT) 및 주기적 경계 조건의 형식 내에서 양자 기계 모델링을 사용하여 스웨덴의 Royal Institute of Technology의 C. lousada 및 P. Korzhavyi는 다양한 원자 구조 및 메커니즘을 통해 알루미늄 표면의 산화의 첫 단계의 메커니즘을 연구했습니다. 연구자들은 정적 핵 DFT 계산에 이어 DFT 기반 분자 역학을 사용하여 발견이 유한 온도에서 유한 상태이며 실험실 조건에서 산화물의 성장을위한 올바른 메커니즘임을 확인했습니다.
.가스상 O 2에 노출 된 순수한 금속 표면의 산화 동안 , 산소는 재료와 무작위로 반응합니다. 이로 인해 산화 과정의 기존 그림은 들어오는 수의 수가 증가함에 따라 o 2 입니다. 표면에는 상당히 균질 한 O-Atoms의 배치가 있으며,이 경우 O-Atoms에 의해 유도 된 응력과 전체 쌍극자 모멘트가 표면에 더 균질하게 분포되기 때문에 열역학적으로 선호되는 구조에 해당합니다. 그러나이 연구자들은 그 알루미늄 표면의 경우 산화물의 성장을 지배하는 두 가지 주요 메커니즘이 있음을 발견했습니다.
각 메커니즘의 유병률은 산소 원자의 적용 범위에 의존하며, 널리 퍼진 메커니즘은 산화물의 매우 낮은 범위에 대해 산화물의 성장에 따라 변화합니다. 표면에서 O-Atoms의 특정 커버리지까지, 산화물의 성장은 형태 클러스터 또는 섬을 갖는 낮은 대칭 구조로서 O-Atom의 응집체 형성을 통해 진행된다. O-Atoms의 커버리지가 증가함에 따라이 섬은 산화 알루미늄 행을 형성하기 시작하고 특정 적용 범위에 도달 한 후 산화물이보다 균질 한 방식으로 형성되기 시작하고 결함이없고 대칭 구조가 덜 발생합니다.
.그러나, 성장 모드의 이러한 변화는 큰 표면 재구성을 암시하고 표면에 상당한 양의 응력을 더합니다. 결과적으로 형성된 산화물은 결함이 있고 거칠다. 이것은 양극화의 맥락에서 거칠기와 결함이 바람직하지 않은 획득 된 표면 필름의 품질에 영향을 미칩니다.
이러한 결과는 AL (110)의 산화물 성장의 첫 번째 단계와 밀도 기능 이론 계산의 핵심 수준 변화라는 제목의 기사에 설명되어 있으며, 저널 Applied Surface Science 에 발표되었습니다. . 이 작업은 Kth Royal Institute of Technology의 Cláudio M. Lousada와 Pavel A. Korzhavyi에 의해 수행되었습니다.
