Tesis:
Modelo para la determinación de la energética y difusión de los defectos en el carburo de silicio basado en la dinámica molecular quántica semiempirica
- Autor: SALVADOR HERNANDEZ, Max
- Título: Modelo para la determinación de la energética y difusión de los defectos en el carburo de silicio basado en la dinámica molecular quántica semiempirica
- Fecha: 2004
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES
- Departamentos: INGENIERIA NUCLEAR
- Acceso electrónico:
- Director/a 1º: PERLADO MARTIN, José Manuel
- Resumen: En los años recientes, con el incremento en el costo total de prospección, perforación, extracción y transporte de los combustibles fósiles y sus derivados, la fusión nuclear ofrece a la humanidad una gran oportunidad para su mantenimiento y su desarrollo, aplicando una poderosa y muy limpia energía como lo es ésta. La Física de Materiales es una gran área de investigación envuelta dentro del esfuerzo de la fusión nuclear, su principal objetivo es generar el suficiente conocimiento sobre tres materiales de baja activación: los aceros ferríticos/martensíticos, las aleaciones de vanadio-cromo-titanio y el compuesto carburo de silicio, considerados como principales candidatos para ser materiales estructurales en las cámaras de reacción. Este es un importante área -no sólo por la seguridad del personal de la planta- sino también, para incrementar la vida del reactor nuclear con materiales apropiados que puedan ser satisfactoriamente funcionales y de ecónomica explotación. El Carburo de Silicio (SiC) es considerado uno de los principales materiales constituyentes de un reactor nuclear de fusión. Hemos desarrollado un modelo físico mecánico-cuántico semi-empírico tight binding para obtener, por primeros principios, las ocho energías de formación de los defectos elementales o nativos en el carburo de silicio: vacantes de carbono y de silicio (VC-VSi), antiposiciones de carbono y de silicio (AC-ASi), y los cuatro intersticiales tetraédricos: intersticial de carbono coordinado carbono y coordinado silicio (CTC-CTSi); intersticial de silicio coordinado carbono y silicio (SiTC-SiTSi), acompañando la ventaja de las sumas de Bloch, con un importante esquema de dinámica molecular, para manejar, en esta primera parte de nuestra investigación, cajas de simulaciones estáticas de: 64 y 216 átomos con el defecto implementado. Hemos calibrado nuestro modelo tight binding respecto al código ab-initio VASP que usa la Teoría del Funcional de Densidad (DFT) y la Aproximación de la Densidad Local (LDA), obteniendo un parámetro fundamental como es la entalpía de formación del compuesto SiC (?HSiC), además de las diversas estequiometrías que dependen del importante papel que posee el potencial químico (µ). Hemos desarrollado también nuestra investigación con otros dos modelos físicos: el (DINMOL) de la Universidad de Cagliari, que usa el potencial clásico de Tersoff y éste ab-initio VASP, para obtener así, las ocho energías de formación de los defectos del carburo de silicio. Hemos obtenido un buen acuerdo de las energías de formación de los defectos, y también, hemos comparado nuestros resultados con otros modelos ab-initio y potenciales de Tersoff, haciendo una evaluación importante sobre los resultados de estos investigadores y nuestros propios resultados. Hemos establecido un promedio pesado en nuestro potencial repulsivo de pares F(r) con (FCC= 0.50) para el carbono y con (FSiSi= 0.28) para el silicio, además de establecer un parámetro de red de 4.295 Angstroms. Con este criterio, hemos desarrollado la segunda parte de nuestra investigación que es la obtención de los coeficientes de difusión y las energías de migración de los intersticiales de carbono y de silicio, además de establecer que el mecanismo de difusión de los defectos que es aquel mejor conocido como de kick-out. Hemos comparado nuestros resultados en la difusión con aquellas simulaciones de los intersticiales usando el potencial de Tersoff y demostramos que, aplicando este potencial clásico, no existe difusión de los intersticiales (como de las vacantes) dentro del cristal del SiC. Nuestros resultados en la difusión tambien presentan un buen acuerdo con los datos experimentales, concluyendo que ahora tenemos una potente herramienta computacional que usa a la dinámica molecular mecánico-cuántica semi-empírica (tight binding) aplicada a un material biátomico como lo es el compuesto de Carburo de Silicio.