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化工材料

概述                                  

材料科学是近年里飞速发展的一门新兴交叉学科。它综合了凝聚态物理、材料物理学、理论化学、材料力学和工程力学、计算机算法等多个相关学科。其目的是利用高性能计算机,模拟材料的各种物理化学性质,深入理解材料从微观到宏观多个尺度的各类现象与特征,并对于材料的结构和物性进行预测,从而达到设计新材料的目的。


典型案例                        

1、晶体结构参数和构型的计算

晶体结构是了解材料最基本性质的基础,尤其对揭示材料微观结构与弹性、电子、声子和热力学等本征性质关系具有重要的作用。

Leineweber和T. Hickel等人利用穷举法对Fe4N和Fe4C可能的结构进行了DFT计算分析,考虑了Fe原子的fcc排列和N/C原子在八面体上的位置,其中,部分结构可以通过Bain畸变得到稳定,C原子在bcc中呈现出Zener型序列,见图2,并揭示了间隙原子有序化倾向的特征差异,这与试验观察到的奥氏体结构差异相一致[5]。

   两种Fe原子(蓝色)的fct(face-centred tetragonal)排列

图片2.png

2、表面或界面性质的计算

最近,Yu Lu等人采用Sn9Zn-1Al2O3-xCu复合钎料对6061铝合金进行钎焊,研究了添加Cu元素和Al2O3粒子对钎焊性能的影响。在基于密度泛函理论(DFT)和GGA- PBE的框架下,对Al2O3/Sn9Zn的界面结构、界面能、接触角及电子性质进行了第一性原理计算,计算表明Sn9Zn-1Al2O3-4.5Cu和Sn9Zn-1Al2O3-6Cu具有稳定结构,相应结果如图6、7所示[10]。

不同结构的电荷密度差的等高线平面:

图片3.png

a)Sn9Zn-1Al2O3,(b)Sn9Zn-1Al2O3-4.5Cu

不同结构的局域态密度:

图片4.png

(a)Sn9Zn-1Al2O3,(b)Sn9Zn-1Al2O3-4.5Cu

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