本發(fā)明涉及高熵合金中間隙缺陷行為的數(shù)值模擬,具體涉及一種計(jì)算間隙啞鈴缺陷形成能的方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)。
背景技術(shù):
1、隨著下一代核反應(yīng)堆的發(fā)展,核結(jié)構(gòu)材料的工作環(huán)境變得更加嚴(yán)峻,傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料往往難以應(yīng)對(duì)反應(yīng)堆苛刻的工作環(huán)境。因此,迫切需要研究性能優(yōu)異的新材料,尤其是抗輻照性能。alnbtizr高熵合金(high?entropy?alloy,hea)是最好的候選材料之一,由于其優(yōu)異的力學(xué)性能、良好的高溫穩(wěn)定性、高耐磨損、抗磨性及耐腐蝕性,受到越來越多的研究者們的廣泛關(guān)注。通常,這些優(yōu)異的性能可歸因于四個(gè)核心效應(yīng),即高熵效應(yīng)、嚴(yán)重晶格畸變、緩慢的擴(kuò)散效應(yīng)和雞尾酒效應(yīng)。其中,高熵效應(yīng)和嚴(yán)重的晶格畸變會(huì)嚴(yán)重影響缺陷的形成。并且,不同元素的隨機(jī)排列也會(huì)導(dǎo)致獨(dú)特的“自我修復(fù)”機(jī)制,繼而導(dǎo)致高耐輻照性的?!白晕倚迯?fù)”過程中尤為重要的前提是間隙啞鈴缺陷的形成。因此,研究hea中間隙啞鈴缺陷的形成非常重要。
2、然而,實(shí)驗(yàn)上很難從原子、電子尺度研究材料中原子的微觀行為;分子動(dòng)力學(xué)模擬方法又嚴(yán)重依賴于材料的經(jīng)驗(yàn)勢(shì)函數(shù),對(duì)于多元素體系而言,構(gòu)建精準(zhǔn)的經(jīng)驗(yàn)勢(shì)函數(shù)是非常困難的。
3、因此,本發(fā)明提出了一種對(duì)alnbtizr高熵合金中間隙啞鈴缺陷形成能的計(jì)算方法,采用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法,通過對(duì)含間隙啞鈴缺陷的體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化和單點(diǎn)能數(shù)值模擬,計(jì)算得到體系中不同間隙啞鈴缺陷的形成能,為研究高熵合金中間隙啞鈴缺陷的形成提供了一種第一性原理計(jì)算方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種計(jì)算間隙啞鈴缺陷形成能的方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì),解決了現(xiàn)有技術(shù)中難以準(zhǔn)確獲取alnbtizr高熵合金中間隙啞鈴缺陷形成能的問題。
2、本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
3、第一方面,本發(fā)明提供一種計(jì)算間隙啞鈴缺陷形成能的方法,包括:
4、確定alnbtizr高熵合金對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)目標(biāo)方向,并對(duì)所述目標(biāo)方向上的間隙啞鈴所對(duì)應(yīng)的體系進(jìn)行優(yōu)化,以獲取能量最低對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu);
5、對(duì)所述能量最低對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行單點(diǎn)計(jì)算,以獲取含間隙啞鈴缺陷的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)所對(duì)應(yīng)的能量,得到alnbtizr高熵合金中每個(gè)體系對(duì)應(yīng)的單點(diǎn)能;其中,alnbtizr高熵合金中體系包括al對(duì)應(yīng)的體系、nb對(duì)應(yīng)的體系、ti對(duì)應(yīng)的體系以及zr對(duì)應(yīng)的體系;
6、根據(jù)alnbtizr高熵合金中每個(gè)體系對(duì)應(yīng)的單點(diǎn)能,確定目標(biāo)方向上的間隙啞鈴缺陷所對(duì)應(yīng)的形成能。
7、在一種可能的實(shí)施方式中,確定alnbtizr高熵合金對(duì)應(yīng)的目標(biāo)方向?yàn)椋篴lnbtizr高熵合金中(100)方向、(110)方向以及(111)方向。
8、在一種可能的實(shí)施方式中,對(duì)所述目標(biāo)方向上的間隙啞鈴所對(duì)應(yīng)的體系進(jìn)行優(yōu)化,以獲取能量最低對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu),包括:采用vasp軟件對(duì)含有沿(100)方向、(110)方向以及(111)方向的間隙啞鈴缺陷所對(duì)應(yīng)的體系進(jìn)行優(yōu)化。
9、在一種可能的實(shí)施方式中,采用vasp軟件對(duì)含有沿(100)方向、(110)方向以及(111)方向的間隙啞鈴缺陷所對(duì)應(yīng)的體系進(jìn)行優(yōu)化,包括:采用vasp軟件運(yùn)行基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法,對(duì)不含缺陷的高熵合金超胞結(jié)構(gòu)和含有沿(100)方向、(110)方向以及(111)方向的間隙啞鈴缺陷的高熵合金體系進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,得到每個(gè)目標(biāo)方向上能量最低對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)。
10、在一種可能的實(shí)施方式中,在結(jié)構(gòu)優(yōu)化的過程中,電子結(jié)構(gòu)和交換關(guān)聯(lián)相互作用利用paw贋勢(shì)和pbe形式的gga近似描述;平面波截?cái)嗄転?50ev,k點(diǎn)為4×4×4,電子收斂精度為1e-5,離子精度為1e-3。
11、在一種可能的實(shí)施方式中,對(duì)所述能量最低對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行單點(diǎn)計(jì)算過程中,提高電子收斂精度至1e-6,離子精度為1e-4。
12、在一種可能的實(shí)施方式中,根據(jù)alnbtizr高熵合金中每個(gè)體系對(duì)應(yīng)的單點(diǎn)能,確定目標(biāo)方向上的間隙啞鈴缺陷所對(duì)應(yīng)的形成能,包括:
13、針對(duì)任一目標(biāo)方向,根據(jù)alnbtizr高熵合金中每個(gè)體系對(duì)應(yīng)的單點(diǎn)能,確定上的間隙啞鈴缺陷所對(duì)應(yīng)的形成能為:
14、
15、其中,表示第i種體系對(duì)應(yīng)的間隙缺陷所對(duì)應(yīng)的形成能,edefect,i表示含有第i種體系對(duì)應(yīng)的間隙缺陷所對(duì)應(yīng)的單點(diǎn)能,eperfect表示完美晶胞體系的能量,μi表示第i種體系對(duì)應(yīng)的間隙缺陷所對(duì)應(yīng)的原子化學(xué)勢(shì);
16、遍歷所有目標(biāo)方向,確定所有目標(biāo)方向上的間隙啞鈴缺陷所對(duì)應(yīng)的形成能。
17、第二方面,本發(fā)明提供一種計(jì)算間隙啞鈴缺陷形成能的裝置,包括:結(jié)構(gòu)優(yōu)化模塊、單點(diǎn)能計(jì)算模塊以及形成能計(jì)算模塊;
18、所述結(jié)構(gòu)優(yōu)化模塊,用于確定alnbtizr高熵合金對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)目標(biāo)方向,并對(duì)所述目標(biāo)方向上的間隙啞鈴所對(duì)應(yīng)的體系進(jìn)行優(yōu)化,以獲取能量最低對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu);
19、所述單點(diǎn)能計(jì)算模塊,用于對(duì)所述能量最低對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行單點(diǎn)計(jì)算,以獲取含間隙啞鈴缺陷的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)所對(duì)應(yīng)的能量,得到alnbtizr高熵合金中每個(gè)體系對(duì)應(yīng)的單點(diǎn)能;其中,alnbtizr高熵合金中體系包括al對(duì)應(yīng)的體系、nb對(duì)應(yīng)的體系、ti對(duì)應(yīng)的體系以及zr對(duì)應(yīng)的體系;
20、所述形成能計(jì)算模塊,用于根據(jù)alnbtizr高熵合金中每個(gè)體系對(duì)應(yīng)的單點(diǎn)能,確定目標(biāo)方向上的間隙啞鈴缺陷所對(duì)應(yīng)的形成能。
21、第三方面,本發(fā)明提供一種計(jì)算間隙啞鈴缺陷形成能的設(shè)備,包括處理器和存儲(chǔ)器;
22、所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令;
23、所述處理器執(zhí)行所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令,使得所述處理器執(zhí)行如第一方面所述的計(jì)算間隙啞鈴缺陷形成能的方法。
24、第四方面,本發(fā)明提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì),所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令,當(dāng)所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令被處理器執(zhí)行時(shí)用于實(shí)現(xiàn)第一方面所述的計(jì)算間隙啞鈴缺陷形成能的方法。
25、本發(fā)明提供的一種計(jì)算間隙啞鈴缺陷形成能的方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì),基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法研究alnbtizr高熵合金的sqs超胞中間隙啞鈴缺陷性質(zhì)的方法,從原子分子尺度揭示材料中間隙啞鈴缺陷形成機(jī)制;僅通過原子坐標(biāo)和贋勢(shì)文件等就可以預(yù)測(cè)不同隙啞鈴缺陷形成能,對(duì)alnbtizr高熵合金中間隙啞鈴缺陷的研究有重要的科學(xué)意義,克服了實(shí)驗(yàn)上很難從原子尺度揭示輻照初期間隙啞鈴缺陷行為等缺點(diǎn)。
1.一種計(jì)算間隙啞鈴缺陷形成能的方法,其特征在于,包括:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算間隙啞鈴缺陷形成能的方法,其特征在于,確定alnbtizr高熵合金對(duì)應(yīng)的目標(biāo)方向?yàn)椋篴lnbtizr高熵合金中(100)方向、(110)方向以及(111)方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算間隙啞鈴缺陷形成能的方法,其特征在于,對(duì)所述目標(biāo)方向上的間隙啞鈴所對(duì)應(yīng)的體系進(jìn)行優(yōu)化,以獲取能量最低對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu),包括:采用vasp軟件對(duì)含有沿(100)方向、(110)方向以及(111)方向的間隙啞鈴缺陷所對(duì)應(yīng)的體系進(jìn)行優(yōu)化。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的計(jì)算間隙啞鈴缺陷形成能的方法,其特征在于,采用vasp軟件對(duì)含有沿(100)方向、(110)方向以及(111)方向的間隙啞鈴缺陷所對(duì)應(yīng)的體系進(jìn)行優(yōu)化,包括:采用vasp軟件運(yùn)行基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法,對(duì)不含缺陷的高熵合金超胞結(jié)構(gòu)和含有沿(100)方向、(110)方向以及(111)方向的間隙啞鈴缺陷的高熵合金體系進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,得到每個(gè)目標(biāo)方向上能量最低對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的計(jì)算間隙啞鈴缺陷形成能的方法,其特征在于,在結(jié)構(gòu)優(yōu)化的過程中,電子結(jié)構(gòu)和交換關(guān)聯(lián)相互作用利用paw贋勢(shì)和pbe形式的gga近似描述;平面波截?cái)嗄転?50ev,k點(diǎn)為4×4×4,電子收斂精度為1e-5,離子精度為1e-3。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的計(jì)算間隙啞鈴缺陷形成能的方法,其特征在于,對(duì)所述能量最低對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行單點(diǎn)計(jì)算過程中,提高電子收斂精度至1e-6,離子精度為1e-4。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算間隙啞鈴缺陷形成能的方法,其特征在于,根據(jù)alnbtizr高熵合金中每個(gè)體系對(duì)應(yīng)的單點(diǎn)能,確定目標(biāo)方向上的間隙啞鈴缺陷所對(duì)應(yīng)的形成能,包括:
8.一種計(jì)算間隙啞鈴缺陷形成能的裝置,其特征在于,包括:結(jié)構(gòu)優(yōu)化模塊、單點(diǎn)能計(jì)算模塊以及形成能計(jì)算模塊;
9.一種計(jì)算間隙啞鈴缺陷形成能的設(shè)備,其特征在于,包括處理器和存儲(chǔ)器;
10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì),其特征在于,所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令,當(dāng)所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令被處理器執(zhí)行時(shí)用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的計(jì)算間隙啞鈴缺陷形成能的方法。