周鸣飞，黄耀松（通讯作者）

（苏州大学能源学院 江苏 苏州 215006）

1 研究背景

石英玻璃由于其高透过率、低热膨胀系数及优良的耐辐照特性等，成为光纤通信及许多先进光学系统的关键材料[1]。石英玻璃分为普通石英玻璃和合成石英玻璃，普通石英玻璃以天然水晶粉等为原料，通过熔融方法合成，杂质较多；合成石英玻璃则以SiCl4或有机硅为原料，通过化学反应合成，纯度可达99.9999%。在合成石英玻璃中，化学气相沉积（CVD）技术由于可合成大尺寸石英玻璃坨，成为制备大口径光学级别石英玻璃的主要方法[2]。

CVD制备石英玻璃过程是将含硅原料在氢氧火焰中燃烧产生SiO2，然后SiO2成核形成团簇，团簇进一步变大形成SiO2颗粒，颗粒最终沉积于基板形成石英玻璃。在上述过程中，燃烧反应生成SiO2过程及颗粒长大和沉积过程已得到广泛研究[3-5]，而对于SiO2分子在高温下形成团簇过程，因受反应时间短及团簇尺寸小影响，其形成过程及其机理尚不清楚。目前，针对此过程的研究主要是围绕工艺参数（如气体流量、前驱体类型、温度、反应器等）对二氧化硅团簇/颗粒的大小、成分、数密度、体积分数及沉积速率等特征的影响[6-8]。然而，针对气相SiO2在高温下形成团簇过程和机理的研究鲜有报道，有必要对其开展深入的研究，以指导高质量石英玻璃的合成。

2 分子动力学模拟

2.1 模拟方法和步骤

采用ReaxFF反应力场对气相SiO2分子在高温下形成团簇过程进行分子动力学模拟，该力场能够精确描述化学键形态改变过程，系统能量Esystem由十个成分组成[9]：