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滴胶知识-分析型EAM多体势

时间:2013-10-19 12:14:05  来源:  作者:

由于现代科学技术的进步,人们对材料的组成结构和物理性能的认识有了很大的提高,特别是对晶界、表面等复杂系统结构的了解,促使人们从理论上来研究和解释一系列新的实验结果和现象。计算机硬件性能的提高和计算方法的发展为人们从理论上来研究水晶滴胶材料的结构与物理性能之间的关系并进行材料的设计提供了有力的工具。材料设计(materialsdesign)的实质是在材料科学理论和已有实验的基础上,提出恰当的理论模型,利用计算机技术,按预定性能要求,设计材料的组分和结构,并预测达到这一要求所应选择的工艺参数,从而指导新材料的研制,减少耗时费资的实验工作。

为了更省时、快捷、经济地研制和开发先进材料,并从根本上改善传统材料,人们从不同层次发展了材料设计理论。目前己形成两个层次预测合金基本物性的理论方法,一类是所谓的第一性原理(firstprinciPle)或从头计算方法(abinitio)。这一类方法通过求解量子力学中的多电子schrsdinger方程而得到系统的总能量。在此基础上发展起来的缀加平面波法(AP钧、紧束缚方法(TB)、线性化Muffin一tin势法(LMTo)等固体能带理论川,原则上可用于计算合金系的具体物性。这些方法物理意义深刻而明确,但其计算过程十分繁杂,计算工作量巨大。且通常考虑的体系的总原子数目在一百个以下,往往不能很好地描述实际的材料结构,对复杂体系的计算至今无能为力。滴胶加工www.sanyexin.com第二类是经验或半经验的计算方法。这一类方法从一系列的基本参数出发,通过构造一定的物理模型并进行适当的数学处理来预言其它相关的性质。以Miedema为代表的纯经验的热力学理论[5I,对合金的热力学性质进行了有效预测,其计算方法简单明了,获得了极大的成功。但此理论的不足之处同样显而易见,即物理实质不够深刻,处理合金系统时没有考虑具体的晶体结构,不能区分同一合金成分不同结构时其能量的差别。因此有必要发展一种新的理论,既具有较为深刻的物理本质又具有计算上的简单性。

 

八十代年中期由Daw和Baskes基于准原子概念(quasiatomaPproach)I6]和有效介质理论(effective一mediumapProach)[7]基础上的发展起来的嵌入原子方法(Embeddedatommethod,简称EAM)理论[8,9]正好满足了这一要求,EAM模型是一种基于原子尺度上的半经验的理论,它通过拟合元素的基本物理参数如弹性常数、结合能和空位形成能等,来计算预测元素其它方面的性能。其计算过程相对简单,物理基础比较深刻,在处理多粒子问题时优势十分明显,使过去需要超级计算机才能处理的问题现在在高性能工作站或普通微机上进行计算成为可能。特别是Johnson等人提出分析型EAM模型的思想后,使得其在处理合金问题时,通过构筑的合金势函数,从模型参数的确定到合金性质的计算,都是一个直接的、计算上相对简单的过程。Zhang及其学生在Johnson模型的基础上,加入一能量修正项,以修正电子密度非球对称所引起的能量偏差,发展了一种普适性的分析型EAM理论,并广泛应用于计算元素与合金的形成焙、扩散、点缺陷、表面等方面。在Daw和Baskes提出EAM理论的同一时期,还有Fi耐S和Sinclai:独立地提出的基于紧束缚理论二次动量矩近似的F一S理论133·,6],它在计算元素时与EAM模型在数学表述上有着惊人的相似之处,只是对其中各项的物理意义的解释不尽相同。

在此基础上,又发展了好几种与EAM等价的实用的方法,如Chen等的局部体积力(localvolurne场rees)模型[37],Ereozessi等的胶体(g记e)模型[38]以及Pasinnot等的嵌入缺陷(embeddedde企et)模型139,40]。这些模型已经广泛应用到材料科学研究的各方面,包括材料的体性质、表面、界面、合金、机械性能和原子团簇等领域。芬2.2EAM理论的发展基于原子尺度上的微观模型模拟计算研究金属的结构和性能出现在五十年代后期。所谓原子尺度微观模型是考虑体系中原子的位置、性质和相互作用等,以计算出体系能量的一种模型。从理论上说,任何一种结构的固体体系的总能量,原则上可以不借助任何经验参数就可以通过求解量子力学中的Schr6dinger方程而得到。但由于多体问题的复杂性,即使在计算机硬件性能和计算方法高度发展的今天,对复杂系统的计算仍然无能为力。由于计算上的实际困难而不得不引入各种近似。

基于两体势印airpotential)的微观模型在六十年代中期得到了很好的发展,并且在研究过渡族金属的体缺陷性质方面取得了相当大的成功。由于其忽略了多体相互作用而存在两个无法克服的缺陷:其一是无法同时正确预言结合能和单空位形成能,其二是不能正确预言弹性性质。

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