計算扭轉(zhuǎn)晶界能

計算扭轉(zhuǎn)晶界能目錄引言模型與方法結(jié)果分析結(jié)論扭轉(zhuǎn)晶界及晶界能是什么？多數(shù)晶體物質(zhì)由許多晶粒所組成，屬于同一固相但位向不同的晶粒之間的界面稱為晶界；依據(jù)相鄰晶粒之間的位相差θ的大小，可將晶界分為大角度晶界（θ>10°）和小角度晶界（θ<10°）小角度晶界可分為傾斜晶界、扭轉(zhuǎn)晶界、重合晶界等。扭轉(zhuǎn)晶界可看成兩部分晶體繞某一軸在一個共同晶面上相對扭轉(zhuǎn)一個θ角所構(gòu)成的，扭轉(zhuǎn)軸垂直于這一共同的晶面由于晶界上原子排列是不規(guī)則的，有畸變，從而使系統(tǒng)自由能增高，晶界能定義為形成單位面積晶界時，系統(tǒng)自由能的變化，它等于界面區(qū)單位面積的能量減去無界面時該區(qū)單位面積的能量晶界能的計算晶界能作為晶界的重要特性之一,影響著材料再結(jié)晶和晶粒長大等過程中的組織演變,進而影響材料的力學(xué)及物理性能因此,有關(guān)晶界能的定量表征及其與晶界參數(shù)相關(guān)性的研究一直是材料科學(xué)領(lǐng)域的重要課題。通過實驗定量測定晶界能時,所得結(jié)果受到材料純度和晶界參數(shù)精度等嚴(yán)重影響，而用分子動力學(xué)方法計算晶界能為從原子尺度探究晶界能提供了一種有效手段本文取銅晶體中（001）（111）兩種不同的界面，借助LAMMPS構(gòu)造并計算純扭轉(zhuǎn)晶界能γ隨位向角θ的變化51、建立16x16x24的box2、刪除六個邊界上的原子層，產(chǎn)生8x8x16的晶粒3、優(yōu)化，輸出此時能量E0模型與方法(001)界面模型的建立64、定義上下兩層原子上8.5INF下INF8.55、定義旋轉(zhuǎn)軸，上下兩層原子繞軸扭轉(zhuǎn)模型與方法(001)界面模型的建立76、固定扭轉(zhuǎn)后遠(yuǎn)離界面層的原子7、優(yōu)化，并輸出此時體系的能量E1模型與方法(001)界面模型的建立對于(111)面的模型，情況稍微復(fù)雜，但大體與(001)相似在得到體系扭轉(zhuǎn)前后的能量值后，用以下公式計算扭轉(zhuǎn)晶界能γ=(E1-E0)/A001面111面9結(jié)果與分析不同界面下扭轉(zhuǎn)晶界能與位向角的對應(yīng)數(shù)據(jù)

位向°界面12345678910(001)0.2322430.2565380.2974770.3556340.431390.580990.6437370.6697550.67909(111)0.186330.1997210.2284170.2666780.3145040.4292860.4417210.4493730.4637210.477112以上初始數(shù)據(jù)作圖修正后與參考文獻相比較2025/1/16結(jié)論我們分別構(gòu)建了(001)、(111)作為扭轉(zhuǎn)界面的模型，并且計算了0~10°范圍內(nèi)的扭轉(zhuǎn)晶界能。根據(jù)所采用的方法，對結(jié)果進行了修正，最后發(fā)現(xiàn)：不論是(111)還是(001)扭轉(zhuǎn)晶界能都隨扭轉(zhuǎn)角度的增大而增大(111)、(001)的計算結(jié)果在低角度處與實驗值接近，在接近10°時偏高于實驗值在相同的扭轉(zhuǎn)角度下(001)的界面能高于(111)的界面能由于時間有限